随着医疗技术的发展，可主动进入肠道进行无创诊疗的肠道机器人研究倍受国内外医疗器械工作者的瞩目。本文依托国家自然科学基金项目（31170968）、载人航天领域预先研究项目（010203）和上海市科委资助项目（09DZ1907400），结合无线供能和射频通信控制技术，研究集运动、活检、视频控制一体的无拖缆、安全高效的肠道诊疗装置。　　为适应肠道细长的管状环境，采用尺蠖仿生原理设计运动机构，可完成环向扩张钳位动作和轴向伸缩动作，具有稳定的运动步态。从肠道结构和力学特征出发，基于肠道的本构方程及拟应变能函数，分析机器人在肠道中运动的效率和步距损失，并提出了提高效率的方法，给出了理论分析运动效率的计算步骤。基于体外肠道实验分析机器人与肠道的作用力，结合肠道生理特性，建立了机器人在肠道中的作用力方程，为机器人设计提供理论基础。　　针对结肠和小肠的不同环境，考虑有效钳位的重要性，分别设计并优化了花瓣气囊钳位机构和阿基米德螺线腿钳位机构，相比以往钳位机构提高了钳位力，加快了运动速度。采用气囊钳位可更好的适应大管径的结肠环境，设计花瓣气囊代替传统的圆球气囊，充气时间减少为1/3，钳位直径提高到45mm。基于阿基米德螺线设计钳位腿式机构，螺线本身的弹性和形状有利于提高钳位力并保护肠道。采用平面齿轮的驱动方式，在Φ16mm×5mm的轴向空间内可驱动螺线腿撑开肠道至38mm，螺线腿环向扩张不会戳伤肠壁，相比传统直腿式机构更加安全。　　基于临床组织活检的医疗需求，结合结肠诊疗机器人分别设计了大嘴活检钳和小嘴活检钳。活检机构与机器人伸缩机构一体，体积为Φ13.8mm×28mm。使用一个微电机驱动，可完成伸出、咬合、取样、收回和保存样本的动作。结合视频模块和机器人运动模块，解决了现阶段胶囊机器人活检过程不可视，取样过程无法重复，以及取样样本过少的问题，实现了实时观察活检过程，可反复取样，提高了活检取样的成功率，并且输出咬合力大于10N，满足采集和保存肠道组织样本的功能要求。　　为满足机器人诊疗任务的能量需求，在机器人机构空间限制下，设计了空心磁环接收线圈，有效提高了线圈的供能效率和姿态稳定性。在80％以上的任意姿态空间内传输效率高于10%，姿态稳定度为90.14%，性能优于现阶段普遍使用的三维正交线圈，并验证了系统的人体安全性。设计无线通信控制系统，包括：人机交互界面、无线通讯控制系统和微型机器人驱动系统。基于射频通信，设计实现了双向通信控制系统，并通过体外管道爬行实验和猪活体实验验证了系统的通信控制性能。　　设计研制结肠诊疗机器人和小肠诊察机器人样机。结肠诊疗机器人体积为Φ20mm×63mm，使用十字万向节连接前后钳位机构，可适应弯曲肠道；小肠诊察机器人体积为Φ16mm×34mm，适应弯曲细长的小肠环境。测试在体外肠道中的运动性能，包括控制可视性、钳位力、扩张力、在直肠道中的爬坡特性以及弯曲肠道中的通过性。通过离体肠道实验，测试了两种活检钳的组织取样过程。结合无线供能系统，对机器人能量消耗、通信控制和各个姿态下的运动性能分别测试。实验结果表明：两种机器人满足无线供能下的不同肠道环境的诊疗要求，实现了自主运动、肠道活检和视频诊察的功能。　　本文分析了肠道诊疗机器人的运动效率，建立了机器人在肠道中的作用力方程，并对机器人的驱动技术、运动机构、活检装置、无线供能和控制通信技术进行了深入研究，为肠道机器人设计和实用化提供了理论基础，具有重要参考价值。