摘要：现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。本文提出了一种新型C型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。实验结果表明:当线圈对间距为150 mm时,中心位置的接收功率为1165.34 mW,系统的能量传输效率为6.08%。系统的平均功率约为1100 mW,平均能量传输效率达6%以上,接收功率的平均位置均匀度达94%。新型C型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。

摘要：介绍了能够描述胃肠道组织的应力–应变关系的超弹性本构模型.针对胃肠道特殊的生物力学环境,提出了一种基于驻留–伸缩的微型胃肠道机器人运动方式.通过研究微机器人单舱体与肠道组织相互的力学作用,建立了机器人单舱体运动时的速度与阻力关系;通过研究机器人整机与肠道的力学作用,建立了机器人的运动效率公式;结合以上力学分析,推导出基于超弹性本构模型的临界步距数学模型.该数学模型能够指导机器人设计与参数优化.最后,通过机器人模型实验获得了单舱体在肠道中的速度–拉力关系,并用机器人样机的离体实验验证了临界步距模型.

摘要：为获得驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的主要设计参数范围,采用超弹性应力-应变本构方程描述肠道的生物力学特性,推导了驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型.针对伸缩机构,根据临界步距模型中的速度-阻力关系系数,设计了光滑外壁的单舱体机器人模型实验,采用不同直径的离体肠道进行测试;为获取驻留机构设计参数,采用足模型测试了同一直径下不同足伸出长度的驻留力.将获得的机器人参数返回到数学模型中,导出了若干机器人设计准则.最后采用机器人样机的离体实验,验证了临界步距模型的有效性.

摘要：目的为使机器人在胃肠道中主动运动以实现多种医疗功能,本文设计了一种通过多点接触方式提高摩擦力,具有较高运动效率的蠕动式微型机器人。方法根据胃肠道的环境设计了机器人步态,选取带减速器的微型无刷直流电机作为驱动器。并设计装配了一套运动机构,并着重分析了其中的轴向伸缩以及径向多点接触结构。结果装配后的机器人直径13 mm,长度29 mm,质量10.2 g。在3 V直流电压驱动下可持续稳定运行40 min以上。结论该蠕动式胃肠道检测机器人系统实现了主动运动。

摘要：目的针对现有胃肠道检测方法的被动运动方式的缺点,设计了在肠道(尤指小肠)内主动运动的微型肠道机器人。方法机器人采取仿尺護式的运动方式,由以直流电机驱动的3个独立机构组成,其中的中间机构是轴向伸缩机构,两端是径向钳位机构。机器人通过步态的配合,完成机器人在肠道内的前进、后退和停留。组装好的机器人收缩时尺寸为φ13 mm×80 mm,机器人轴向步距为14 mm,径向步距为4 mm。结果对机器人结构进行速度和传动效率分析,得到机器人理论速度为0.8 mm/s,最大径向力和轴向推力分别是5 N和9.6 N。组装好机器人并让其在体外肠道内进行爬行实验。结论该仿尺護式直流电机驱动的微型胃肠道机器人在肠道内可以实现主动运动。

摘要：研究并设计了一种微型肠道驻留机构以实现胃肠道机器人在人体肠道特殊环境下的有效驻留.该驻留机构采用径向伸出三组腿的方式实现扩张,扩张后三组腿仍然处于封闭状态,从而有效降低了肠道组织被夹住的风险.对驻留机构与肠道之间的相互作用进行了建模分析,并将驻留机构的驻留力分为库伦摩擦力和边缘阻力两部分,分析了其产生机理.通过实验测试了驻留机构的扩张力以及驻留力.实验结果表明：驻留机构的扩张力与理论分析较为接近,驻留力大小与肠道直径、驻留腿扩张直径以及驻留机构速度有关.当驻留腿的扩张直径为20～26 mm时,驻留力大小为0.15～0.4N;当驻留腿扩张直径大于26 mm时,驻留力迅速增加,为0.5～1.8N.设计的肠道驻留机构体积小、安全,可较好地适应肠道的生理环境,并为肠道诊疗微型机器人驻留机构的设计提供了一种新的思路.

摘要：为了改善由于电池单体之间差异而导致的电池组在充放电过程中的失衡问题,在对飞渡电容和辅助充电电源均衡方法深入研究的基础上,通过改进储能电路设计,搭建了一种新型电池组管理系统,给出了电池组处于放电和充电两种状态下的均衡控制方法,并将该系统用于胃肠道机器人外部无线接收器进行实验研究.研究结果表明该系统可工作于辅助充电电源均衡和能耗均衡两种模式下,与改进前相比,电池组实际容量及其利用率均提高2倍以上.

摘要：针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s^34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N^0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.