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医疗微机器人系统的研制,为消化道疾病的诊断和治疗提供了有效的手段,极大地减轻了病人的痛苦。其中,无线取样系统技术为消化道功能性疾病的诊断、药物研制和开发提供依据及评估手段,是消化道微创、无创诊疗技术研究的重点之一。
本文在已有取样微机器人技术基础上,吸收本研究所往届硕士取样微机器人的设计成果和经验,对胶囊式消化道取样微机器人做了进一步的研究,主要研究了三个部分:第一是将原电磁驱动机构改进为电磁永磁驱动机构,第二是改进了线圈结构并选用新的AG电池作为驱动电源,第三是进一步缩小了机器人整体尺寸。
本文共分五章,主要完成了以下内容:
第一章是本文的绪论部分,这部分主要阐述了课题研究的意义和消化道微机器人的国内外研究现状,并最终确定本文的研究内容。
第二章首先分析了人体肠道结构、生理功能及消化道的运动对取样微机器人的影响,根据人体消化道机器人的设计要求对取样微机器人进行整体结构设计,然后在整体设计的基础上进行了零部件设计改进和选择。
第三章分析了电磁永磁驱动机构中的运动构件(活塞、永磁体、弹簧)的受力情况,以此为基础,设计了复位弹簧,选择了合适的永磁体,确定了活塞的行程和电磁机构的负载特性,最后根据电磁学理论对电磁线圈的其他参数进行设计和验算。
第四章以第三章的设计参数为基础建立几何模型,运用ANSYS软件对电磁永磁驱动机构的磁场进行有限元仿真分析,得到了令人满意的结果。验证了理论设计的正确性,完善电磁机构的设计,并指导取样驱动性能实验。
第五章对取样微机器人进行实验分析研究,分析了永磁体磁场强度、电源电压和线圈高度对取样驱动力的影响,从而得到具有最优驱动性能的电磁驱动装置的设计。最后的模拟取样实验,得到了较好的取样结果,验证了理论和仿真分析的正确性,证明该系统可以实现所需功能。
本文所做工作是在原有取样微机器人的基础上的进一步研究,属于人体消化道取样微机器人研究当中的一部分,本文设计优化了取样微机器人的结构,缩小了机器人的体积,在一些设计细节方面进行了详细的探讨和论述,对胶囊式微机器人的研究具有参考和指导意义。