气管插管是全身麻醉期间气道管理应用最广泛、最有效的方式之一,对抢救患者生命、降低病死率起着至关重要的作用。目前临床上只能依靠熟练的麻醉医生手动完成插管操作,因此劳动强度高和精神压力大成为麻醉医生普遍面临的问题。同时在插管过程中,麻醉医生不可避免接触患者的飞沫、唾液和气溶胶等,极易造成自身感染。因此亟待研制一套能够代替或辅助麻醉医生完成自动、半自动气管插管操作的机器人系统。通过气管插管机器人系统研究,可减轻麻醉医生劳动强度,同时降低被感染风险。本文针对气管插管机器人系统研制开展深入研究,主要包括以下内容:首先在分析人体咽喉部生理空间及现有插管辅助工具特点基础上,提出口咽通气道配合视频软镜进行插管操作实现方式。对比麻醉医生手动插管操作流程,确定机器人系统结构设计方案和控制系统方案,并对系统功能模块进行划分,明确各模块具体参数指标。然后完成气管插管机器人本体结构设计。根据系统功能模块划分,将机械系统分为改进口咽通气道、压舌板姿态调节机构、软镜进给机构以及主动支架结构。在明确设计目标后对各部分机构进行详细结构设计。使用ADAMS多体动力学软件对机构进行运动学和动力学分析,验证机构可行性。通过ANSYS与ADAMS联合仿真创建机构刚柔耦合模型,对关键零部件进行力学校核。最后完成机器人样机安装与调试。接着完成气管插管机器人控制系统设计。人机交互模块采用基于Lab VIEW的图形化用户界面方便麻醉医生操作。控制模块自下而上完成电机驱动模块设计和机器人多轴控制模块设计,搭建遥操作机器人各轴电机独立运动硬件电路及控制程序。在电机驱动模块中对直流电机速度闭环控制进行分析,使其满足机器人运动控制需要。感知模块采用薄膜压力传感器与电机负载反馈电流检测口咽通气道末端与患者身体组织接触压力大小,并在控制系统中设定安全阈值保证插管过程安全。最后在原理样机上进行实验验证。对薄膜压力传感器和电机负载反馈电流进行标定,检验机器人感知系统可行性。在此基础上完成气管插管机器人压舌板姿态调节和软镜进给实验,验证机器人样机的功能性。