医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究

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肠道生物机器人系统的初步研究

ＤｅｉｓａｄＳｓｍｅｈｏｏｙＣｏｇｉｇＵｎｖｒｉＣｏｇｉｇ４０３，ｈｎ）、ｅｎｙｔＴｃｎｌｇ，ｈｎｑｎｉｅｓｙ，ｈｎｑｎ０００Ｃｉａ，ｃｅｔ
ＡｂｔａｔＡｎｉｔｓｎｉ．ｏｏｙｔｍｈｃｅｌｅｏｉｖｓｖｎｅｔｅｅａｎｔｎａｄａｔｅａｔａｉｎｓｒｃ：ｎｅｔａｂｏｒｂｔｓｓｅｗｉｈｒａｉｓｎｎｎａｉｅｉｔｓｉｘｍｉａｉｎｃｉｃｕｔｉｌｚｎｏｖｏｗｔｎｕｈｅｅｇｕｐｙｉｉｔｏｕｅ．ｔｏｓｓｓｏｎｉ —ｉｏｄａｎｓｉｄｌａｎｔｒｌｏｇｎｓｔａｅｖｓｉｅｏｇｎｒｙｓｐｌｓｎｒｄｃｄＩｃｎｉｆｎｖｖｉｇｏｔｍｏｕｅ，ａｕａｒａｉｍｈｔｒｅｈｔａｃｓａｈｏｏｔｎｍｅｈｎｓ，ｎｎｅｔｒｒｃｎｒｌｕｉｔａｃｉｅｙｄｖｓａｄｒｍｏｅｙｃｎｒｌｈａｉａｉｎｓｔｅｌｃｍｏｉｃａｉｍａｄａｘｅｏｏｔｎｔｈｔａｔｌｒｅｎｅｔｌｏｔｏｓｔｅｎｖｇｔｏｉｏｖｉｏｎｉｓｅｉｃａｈｒｇｏｅｏｇｎｓＭｕｅｓｃｏｅｓｔｅｌｏｔｃａｉａｄｓｔ —ｐｃｆｃｏｎｆｈｒａｉｍ．ｄｅｌａｈｓｎａｈｃｍｏｉｎｍｅｈｎｓｏｅｉｔｓｉａｉ — ｅｉｎｉｔｗｏｏｍｆｔｅｔｌｏｈｎｎｂｒｂｔＢｓｄｏｔｖｍｅｔｃａａｔｒｓｉｓａＬｂＥ — ｒ￣ａｏｏ．ａｅｎｉｍｏｅｎｈｒｃｅｔ，ａＶＩＷｐｏｍｍｅｕｓｅｅａｏａｔｉｅｏｔａｓｔｓｉｃｄｐｌｇｎｒｔｒｗｓｕｉｚｄｔｒｎｍｉｅｌｅｅｔｃｔｌｔｇｉｎｌｏｈｓｒｃｎｕｏａｌｃｒｓｍｕａｉｓａｔｔｅｕｆｅｅｒｎｍｉｒｅｅｔｄｓｎｉｅｅｔａｔｏｔｅｉｉｎｇａｌｃｏｌｃｒｅｏｄｆｒｎｐｒｏｓｆｈｍｉｄｆｒｎｎｉｅｅｔｆｅｖｒｎｎｓＥｐｒｎｓｄｍｏｓａｅｈｔｔｅｍｕｅｏｌｖｏｗｒｙｓｍｕａｉｇｂｔｈｒｎｄｎｉｏｍｅｔ．ｘｅｍｅｔｅｎｔｔｄｔａｈｄｅｌｃｕｄｍｏｅｆｒａｄｂｔｌｔｏｈｔｅｆｔａｉｒｉｎｏｎｍｉｄｅｌｔｒｌｌｅｆｉｒｎ．ｔｄａｎｄｔｏｔｏｈｏｏｔｎｏｅｉｔｓｉａｉ．ｏｏｒｖｄｏｉｄｌａｅａｉｓｏｓｔｋＭｅｂｓｇｉｅｏｃｎｒｌｔｅｌｃｍｏｉｆｔｎｅｔｌｂｏｒｂｔｐｏｉｅｓｌｎｔｕｏｏｈｎｄ

胃肠道诊疗微型机器人系统研究与设计

胃肠道诊疗微型机器人系统研究与设计作者：刘伟任思璟贾红丹刘拯廷徐晓鹏韩颜光董宏达来源：《科技风》2019年第28期摘要：设计在胃肠道胶囊机器人的内部嵌入一个永磁性体，通过麦克斯韦对和亥姆霍兹线圈的组合线圈产生的磁场为机器人提供动力，通过调整加载电流的大小获得合适的驱动磁场。

在磁转矩和磁力的作用下，机器人可以获得更好的控制。

实现了对机器人的前进和方向上的控制，减少了病人的痛苦，对提高手术的安全性有着重要意义。

关键词：外磁场;胶囊内窥镜;组合线圈1 绪论根据世界卫生组织提供的数据，消化系统疾病已经成为了世界各国人民健康的重大威胁。

在临床上，消化道里的息肉或肿瘤如及早的发现，及时的采取治疗，就能取得很好的治疗效果。

但是胃肠道里的环境非常复杂，其中小肠可达7米左右，传统的内窥镜检查的时间长，操作较为复杂，使用拖缆会给患者带来疼痛和不适，还会对肠道造成损伤引发并发症。

甚至带来出血和穿孔的危险。

针对传统的内窥镜诊查方式存在的不足，对能够克服这些弊端的胃肠道机器人的研究有着十分重要的意义。

胃肠道机器人对肠道的检测不仅具备传统内窥镜的优点同时也能够弥补缺点，是目前医学研究的热点之一。

由于胃肠道机器人的主动运行能力，相比于传统的内窥镜有更大的能量需求，为了解决胃肠道机器人的能量供应问题，采用了复合梯度场来驱动微型机器人的方法，改进了胃肠道机器人的控制方式，通过实验验证了胃肠道机器人的合理性和有效性。

2 胃肠道机器人的外磁场驱动方案设计在机器人的体内嵌入一个永磁性体，通过外磁场的磁力作用实现对机器人的驱动。

根据磁力公式：F=VM[ggii+ggii+ggii]T（1）可以看出受力的大小只与外磁场有关，因此要想让机器人正确的驱动就需要一个合适的外磁场分布。

通常外加磁场中，磁场强度和梯度会随着距离的改变发生巨大的变化。

根据作用力公式：F= m1m24πus3（2）当磁距发生微小变化时，磁力会发生突变，使定位、安全性不稳定。

面向肠道药物递送的子母式微小型机器人

机器人肠道环境验证机器人在肠道内的运动性能、药物递送效果及安全性，评估其在真实环境下的可行性。
临床试验
在符合伦理的前提下，进行临床试验以进一步验证机器人的有效性和安全性，为未来实际应用提供依据。
04
药物递送实验与效果评估
药物选择与加载方法
药物选择
根据治疗需求，选择适合的药物，确保药物的有效性和安全性。
国内研究进展
相比之下，国内的研究进展相对较慢。目前，国内的研究团队正在积极开展子母式微小型机器人的研究工作，并取得了一些初步的成果。然而，与国外的研究相比，国内的研究还存在一定的差距，需要进一步加强研究力度和投入。
02
子母式微小型机器人的设计与制作
设计理念与目标
目标
设计一款能够安全、有效地在肠道内递送药物的子母式微小型机器人，以解决传统药物递送方式的局限性和不足。
设计理念
以人体肠道生理特点为依据，结合微型机器人技术和药物递送技术，实现精准、个性化的药物递送。
材料选择与制作工艺
材料
选用具有良好生物相容性和耐腐蚀性的医用级钛合金作为机器人的主要材料，以确保机器人能在肠道环境中长期安全使用。
制作工艺
采用精密加工和微纳制造技术，结合 3D打印技术，实现机器人结构的精细化制造和模块化组装。
评估其损伤程度和恢复能力。
炎症反应
机器人进入肠道后可能引发炎症反应，需要研究其对肠道免疫系统的影响。
肠道菌群平衡
机器人与肠道微生物群的交互可能影响肠道菌群平衡，需要评估其对肠道菌群多样性和稳定性的影响。
机器人对药物活性的影响
药物释放机制
研究机器人作为药物载体时，药物在肠道内的释放机制和效果，确保药物能够有效地传递给目标部位。

医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究

文章编号:1004-132Ⅹ(2002)01-43-03医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究何　斌　博士何　斌　杨灿军　周银生　陈　鹰摘要:提出了一种新型的可进入人体内腔和血管的微型机器人驱动机构。

此种微型机器人能够在充满液体的弯曲的人体肠道内运行。

当机器人在充满液体的微型管道内运行时,在其周围会自动形成一层液体动压润滑膜,此润滑膜能避免机器人与管道壁发生直接接触。

结合人体肠道的蠕动方程和N -S 方程利用有限元分析计算了此种微型机器人在蠕动肠道中的驱动力和运行速度,进行了机器人的运行实验,结果表明,机器人能以较快速度在肠道内悬浮运行。

关键词:微型机器人;肠道;驱动机构;有限元中图分类号:TP 249;R 319 文献标识码:A收稿日期:2001—03—29基金项目:国家自然科学基金资助项目(59805017)、国家863高技术研究发展计划资助项目(863—512—9805—08) 微电子机械系统在医疗卫生领域的应用越来越广泛,其市场前景十分看好。

例如,日本Haya shi 研究的游动机器人,以多关节拖动少关节的蠕动机器人、爬行机器人等。

本文提出的一种新型的医用肠道微型机器人的驱动机构,能够在充满液体的弯曲的微型管道内运行。

人体的内腔环境十分复杂,机械结构有效地进入人体进行各种手术或操作需要了解人体内腔诸如肠道的机电特性。

本文通过建立肠道蠕动微分方程,结合N-S 方程,利用有限元分析计算此种微型机器人在蠕动肠道中的运行速度和驱动力。

计算和实验均表明本文所设计的微型机器人能够在类似肠道的环境中运行自如。

1　微型机器人的驱动机构图1是微型机器人驱动机构原理图。

它由1个带右螺旋槽的圆柱形微电机、1个带左螺旋槽的圆柱体和1个柔性联轴器构成。

在肠道中由于肠液或其它填充液体的存在,当正向接通微电机电源时,带左螺旋槽的圆柱体正转,带右螺旋槽的微电机外壳反转,圆柱体会产生轴向摩擦牵引力,但2圆柱体产生的牵引力方向相同,带动微型机器人前进;当反向接通微电机电源时,则使微型机器人后退。

一种蠕动式管道机器人行走机理研究

一种蠕动式管道机器人行走机理研究近年来，蠕动式机器人已成为研究的热点，在许多领域的应用十分广泛。

蠕动式机器人可以实现无气体环境下的精准位置定位，并且其轻量、体积小和易于操作等优势使其在工业机器人领域具有广泛的应用。

本文主要对蠕动式管道机器人行走机理进行了分析研究，如蠕动机器人行走机理的基本原理，机器人动力源的选择，蠕动机器人的结构特点等。

首先，我们来谈谈蠕动机器人的基本原理。

蠕动机器人是一种特殊的爬行机器人，它通过在纳米级精确的原理和细胞的运动原理，以机械力来实现行走。

蠕动机器人可以使用两种类型的金属链来实现爬行，一种是钢链，一种是合金链。

其次，蠕动机器人需要一个动力源来驱动它的行走，最常见的动力源有电动机、真空泵和罐式空气压缩机等。

最后，蠕动机器人的结构特点是相对较小，可以在体积有限的情况下实现行走。

其次，蠕动机器人的应用也十分广泛。

目前，它主要用于工业机器人，可以实现自动化的加工任务，比如零件成型加工、组装制造等。

另外，它也可以应用于农业、森林采集、物流配送、汽车检测等领域。

蠕动机器人的优势在于它的运动精度高，体积小，易于操纵，成本低廉。

最后，以上我们所讨论的是蠕动机器人的行走机理及其应用。

当前，蠕动机器人技术发展迅速，但仍有不少问题需要解决，比如速度问题、装载能力问题等。

未来，我们期待蠕动机器人在不同领域的更多应用，帮助人类实现智能化的制造。

总之，蠕动式管道机器人行走机理是目前研究的热点领域，其机械力驱动的原理，可实现高精度位置定位，结构较小易于操作，应用十分广泛，可以极大提高工业机器人的加工能力，可以实现智能制造。

当前，虽然蠕动机器人已经取得了一定的进展，但仍存在不少未来挑战和机遇。

未来，将继续探索蠕动机器人的行走机理，探索蠕动机器人的全新应用，以达到促进智能制造的目的。

进入胃肠道诊查的微型仿生机器人

仿生机器人是利用机械部件和电子芯片通过编程的方法来构成的具有生物运动特征的装置，例如仿生蛇、犬、螃蟹、飞鸟等，已经在军事侦查、助残助老、情报搜集等场合发挥作用了，相关研究方兴未艾。

在仿生机器人中，微型化模拟昆虫、蠕虫、蜜蜂等小型生物体的研究也伴随着其发展越来越受到特别的关注。

其中，将微型机器人应用于临床医学诊疗，不仅可以提高诊断的可靠性、真实性，而且由于微机电系统本身的微小尺寸、高度智能，极大地减轻了患者的痛苦。

尤其在非结构环境的狭小空间作业，比如，胶囊内镜侵入性小，没有毒副作用，具有无创、微创等优点，并可以进行主动控制，或加载成像装置，是今后机器人内镜发展的必然趋势。

进入胃肠道诊查的微型仿生机器人王坤东MICRO BONIC MACHINE FOR GASTROINTESTINAL EXAMINATION王坤东｜进入胃肠道诊查的微型仿生机器人科技视界｜器最近几年内出现的胶囊内镜是一种无创被动式内镜。

它仅有一般鱼肝油胶囊大小的体积，采用无线通信的方式传输图像，可口服而不被人体消化，依靠肠道的蠕动最后由肛门排出体外（胶囊内镜在肠道中可实时传输肠道图像）。

因为胶囊内镜体积小和采用被动式迁移，所以对人体肠道无损伤，受检者无不适感。

但是胶囊诊查装置是被动式，不能在消化道内前后移动，反复检查医生感兴趣的地方，而且在食管内停留的时间很短，在胃内只能看到很小的一部分，在结肠内不能检查褶皱里面的病变，因此胶囊诊查装置目前只能作为小肠检查的有效手段；另外，胶囊内镜使用纽扣电池，只能保证7～8 h 的工作时间，因此对于排出时间较长的患者来说，在7～8 h 之后就不能进行检查了。

01. 被动式胶囊内镜被动式胶囊内镜能够无创、微创地进行消化道诊查，但也正是因为被动的工作方式，导致其难以克服的缺点。

为了克服这个问题，在胶囊中放置小的磁铁，利用外部大磁场来进行遥控，研制了磁控胶囊（国产安翰磁控胶囊），目前已经可以用于胃镜的无痛体检。

肠道生物机器人中驱动装置的刺激控制系统研究

ＣｏｇｉｇＵｉｒｔ，ｈｎｑｎ０００Ｃｉ）ｈｎｑｎｖｓｙＣｏｇｉ４０３，ｈｎｎｅｉｇａ
ＡｂｔａｔＩｏｄｒｏｄｒｓｔｅｒｖｎｐｏｌｍｉｉｔｓｉａｉｓｅｔｏｅｕｐｎ，ａａｕａｏｇｎｓｓｒｃ：ｎｒｅｔａｄｅｓｈｄｉｉｇｒｂｅｎｎｅｔｌｎｐｃｉｎｑｉｍｅｔｎｔｒｌｒａｉｍｎｅｕｐｎｓｉｔｏｕｅｓｉｔｓｉａｉ —ｏｏ．ｎｔｒｌｏｇｎｓｓｒｉｇａｏｏｔｎｍｅｈｎｉｍｒｖｑｉｍｅｔｗａｎｒｄｃｄａｎｅｔｎｌｂｏｒｂｔＡａｕａｒａｉｍｅｖｎｓａｌｃｍｏｉｃａｓｄｏｅｏ
２卷５期９２１００年１０月
中国生物医学工程学报
ＣｉｓＪｕｎｌｆＢｏｅｉｌｎｉｅｎｈｎｅｏｒａｉｄａＥｇｎｒｇｅｏｍｃｅｉ
Ｖ０．９１２ＮＯ５．Ｏｃｏｅ２０ｔｂｒ０ｌ
器由Ｌ用该系统进行体外刺激控制实验，步获得控制黄鳝前进的方法，实ａＶＥ初证
该系统的可行性。关键词：生物机器人；肠道诊疗；刺激；制电控中图分类号Ｒ１．８３８０文献标识码Ａ文章编号０５．０１２１）５０３－９２８８２（０００ —７１０

一种管内蠕动机器人设计与研究

一种管内蠕动机器人设计与研究随着科技的不断进步和人类对深海、石油管道等特殊环境的探索需求的增加，管内蠕动机器人成为了研究的热点之一。

管内蠕动机器人是一种可以在狭小管道内自主运动的机器人，其特点是具备良好的穿透能力、敏捷的灵活性和高效的运动性能。

在管内蠕动机器人的设计与研究中，主要包含以下几个方面的内容。

首先，针对管道内部环境的复杂性和多样性，需要设计一种适应不同管道直径和曲率的机构结构。

机构结构是管内蠕动机器人的核心，影响着其运动性能和穿透能力。

目前常见的机构结构有链式结构、轮式结构和蠕动结构等。

不同的机构结构适用于不同的管道直径和曲率，因此需要根据具体任务需求进行选择和设计。

其次，管内蠕动机器人需要具备灵活的运动控制能力。

传统的管道机器人多采用电动机驱动方式，但在狭小管道内运动时存在着摩擦力大、转弯半径大等问题。

因此，研究人员通过引入智能材料、微型驱动器等新技术，提高机器人的灵活性和运动控制能力，使其能够在复杂环境中自主运动。

此外，管内蠕动机器人还需要具备较强的感知与导航能力。

由于管道内部环境通常较为恶劣，机器人需要通过传感器来获取环境信息，并进行实时的导航和路径规划。

常见的传感器有摄像头、激光雷达、超声波传感器等，可以用于检测管道内壁的状况、测量机器人与管道壁的距离等。

最后，管内蠕动机器人的能源供给也是一个需要解决的问题。

由于管道内部通常无法提供外部能源供给，机器人需要自带能源或利用环境能源进行驱动。

目前常见的驱动方式有电池供电、压缩空气驱动等，但由于能源储存和供给的限制，仍需要进一步研究和改进。

综上所述，管内蠕动机器人的设计与研究是一个复杂而具有挑战性的任务。

通过设计适应不同管道直径和曲率的机构结构、提高运动控制能力、加强感知与导航能力以及解决能源供给问题，可以进一步优化管内蠕动机器人的性能，提高其在特殊环境中的应用价值。

这将为深海勘探、石油管道维护等领域的工作提供更加高效、安全和可靠的解决方案。

医用微型机器人的体内运行实验研究

ＡｂｔａｔＡｎ Ⅵ ｋｎｆｍｅｃｌＩｉｒｒｓｒｃ：Ｐｉｄｏｄｉａｎ（ｄｉｅｌｒｉｎｒ￣ｌ、ｄａｄａｔｓｍｅｎｓｄｅｉｎｄｍｉｏ￣ｔｕｔｄ．Ｔｉｋ，ｆｔｅｎｃ、ｍｐｌｅｓｉｌ｜ＰｎｔｔｎｈｉｅｉｓｇｅｄｃｌｒｅｅｈｓｉＩｏｈｆｍ－Ｃ￣＇ｓｄｉｒｌ￣ｎＪｅｎＨ１ｆ、ｅｔｘａｒ（ｌｎｆｒ、ｉｌｉｎ１ｃｄｂｒｔｔｇｓｒ１ｈｅｈｙｒｄｙａｃＨａｕｈｓｆｒｅｔｄｘ￣ｍｎｅｏｘＫ、ｓｉ（ｘ（ｓｗｉａｉｌＩａｏｏ（ｗｈｃｓｐ．ｕｅ、ｏａｉｐｉ．ｔ１ｌｈｌｅｒｎａｌｄｏｎｍｉｉｔｓｆｎｉｏｍｄｗｉｈｙｎｔｉｈｉｆｅｅｔｗｈｃｓｐｏｔ。ｄｌｏａｉｇｓｉｌＳｉｒ－１１ｄｅｎｔｏｔｃｉｅｔｎｏｏｌｔｅｎｖｉｎ￣ｔｏ￣ｆｉｕｓｈｆｃｉｈｉｒｄｕｅｒｔｔｎｐｒ，Ｏｔｓｎｏｎ）ｔｏｓ ‘ ｎａｔｄｒｃ１ｅｄｃｅＫｓａｄａｏｓｉｕ＇ｏｒｉｔｓｅ．Ｔｅｙａｈ．ｃｙｅｕｄｊｇｃｓ
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自主锁止蠕动式微小管道机器人关键技术

基于“感知-决策-执行”模型设计
01
将感知到的环境信息进行决策处理，并发出控制指令，驱动机器人的运动。
融合多传感器信息
02
利用多种传感器（如摄像头、红外传感器、超声波传感器等）获取环境信息，提高感知的准确性。
实现自主导航
03
通过预编程的路径规划和避障算法，使机器人在复杂的管道环境中自主导航。
选择低功耗、高性能的微控制器
智能化水平
未来可以结合深度学习、强化学习等人工智能方法，进一步提高机器人的智能化水平，实现更多复杂任务。
微型化与集成化
为了满足更多微型化和集成化的需求，需要进一步探索新的材料、设计和制造方法，减小机器人尺寸并提高其集成度。
THANKS
感谢您的观看。
自主锁止蠕动式微小管道机器人关键技术
汇报人：
2023-12-06
目录
引言自主锁止机构设计蠕动式行走机构设计微小管道机器人控制系统设计实验与分析结论与展望
01
CHAPTER
引言
为了解决微小管道检测、维修等作业的难题，本研究旨在开发一种具有自主锁止功能的蠕动式微小管道机器人，用于狭小空间内的作业。
形状记忆合金弹簧设计
根据微小管道直径和机器人尺寸，设计形状记忆合金弹簧的尺寸和形状，以实现收缩和扩张时的自主锁止。
基于机器人结构和运动方式，建立运动学模型以描述机器人的运动特性。
建立运动学模型
分析运动学特性
优化运动学特性
通过分析运动学模型，得出机器人的运动速度、加速度、位移等特性，为控制系统的设计提供依据。
适应狭小空间
通过优化机构设计和控制算法，提高机器人在管道内的运动速度。
提高运动速度
采用具有一定弹性和耐磨性的材料，如橡胶或高分子材料，以确保轮体在管道内的滚动性能。

模拟人体肠道蠕动的微机器人运动实验

模拟人体肠道蠕动的微机器人运动实验
刘文光;陈扬枝;邢广权;付菁
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】论文在分析人体肠道的生理结构和蠕动特性的基础上,介绍了实验台的设计思路,设计了实验台的总体结构,并论述了实验台的工作原理和分析了微机器人的在管道内运行时的受力情况.之后利用实验台进行了微机器人的模拟运行实验,实验证明实验台能够很好地模拟人体肠道的部分特性,而且蠕动传动简单模拟效果良好.最后还指出了实验台的不足之处.
【总页数】3页(P78-80)
【作者】刘文光;陈扬枝;邢广权;付菁
【作者单位】华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.微颗粒在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟 [J], 曾敏捷;胡桂林;樊建人
2.一种面向放疗机器人的人体胸腹体表-肿瘤呼吸运动模拟器 [J], 豆梦;王传洋;郁树梅;孙荣川;孙立宁
3.运动人体科学实验室管理的探讨——以钦州学院人体解剖学实验室为例 [J], 张华;朱俊平
4.人体左心循环流动特性及左室形态、大小和舒缩运动对它的影响为人体循环模拟系统提供背景知识进行的临床观察 [J], 吴学军;郭加强;学谦;郭一如;王继海
5.人体呼吸运动模拟实验的改进和反思 [J], 洪英灿
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蠕动式微型胃肠道机器人的设计

蠕动式微型胃肠道机器人的设计王益宁;林蔚;颜国正【摘要】Objective In order to make the robot reside and move actively in the gastrointestinal (GI) tract to achieve a variety of medical functions, a squirming micro-robot was designed with high movement efficiency by using multipoint attachment to increase friction. Methods The gait of the proposed model was simulated and the appropriate brushless DC motor with gear reducer was selected according to the GI tract environment. A series of stretching mechanism was designed and assembled. The axial stretching mechanism and the radial multipoint attachment mechanism were analyzed emphatically. Results The diameter of the assembled robot was 13mm, the length was 29mm, and the quality was 10. 2g. Driven by 3 V DC voltage, the robot could operate constantly and stably for more than 40 minutes. Conclusions This squirming GI micro-robot system for inspection realized the active movement.%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.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】5页(P183-187)【关键词】胃肠道机器人;多点接触;蠕动式;伸缩机构【作者】王益宁;林蔚;颜国正【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海,200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海,200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】R318.6随着人们生活水平的提高，胃肠道疾病的发病率逐年上升，每4个肿瘤患者中就有一个是胃癌患者。

用作肠胃痛检查的无线电微型机械人

用作肠胃痛检查的无线电微型机械人摘要—这那么报告讲述了一种用作肠胃检查的新型无线电仿生微型机械人。

这那么观看系统描述很详细，包括机械人的结构，无线电传输系统，RF交流系统和图像模式。

和由直流发动机驱动的像蚯蚓一样蠕动的混合片段的设计和制造。

重复关闭循环操纵体系来保证有可利用的充沛有效的电力。

RF传送器是一个低能量消耗而且数据传输率为50kbps的设备。

它能无线传输高质量的图像，那个系统能提供实时的监测。

那个模型直径12mm长150mm。

通过实验证明，那个微型机械人能够很顺利通过人体柔软的组织。

关键字--- 无线电传输，微型机械人，无线电交流系统，肠镜简介胶囊肠镜在肠道的营养检查中另辟蹊径，专门是针对小肠的检查，它是目前唯一一种不依托外科手术就能够提供实际图像的肠胃检查方式。

但是，这种胶囊肠镜也有几种局限性，第一，那个胶囊是统一由一个内置的锂电池来提供能量的，用有限的电能来获取高质量高数量的图像。

那个由Given Imaing 公司生产的胶囊肠镜只能工作8小时，每秒传送两张图片。

相较较旧式的肠镜能提供300000像素的图片，它只能传送低于80000像素的图片。

第二，胶囊肠镜是通过肠胃的蠕动从嘴巴到肛门移动的。

可能有30%很重要的观看点被忽略了。

通太长期的观看和实验药物只能通过一些简单的人体组织。

许多研究者提出了机车制造内窥镜微型机械人做肠镜的实际猜想，意大利CRIm实验室和保罗·达里奥教授合作，已经发明了好几代生物应用的微型机械人，Peumatic是基于虫子的仿生学设计而成的，而且依照机动车原理的实验室已经做出来了。

胶囊经历合金也被选择应用于做成肠镜。

基于SMA而设计成的钳装置也用来使胶囊在一个需要观测的点做长时刻的观看，但是那个机械人能够包裹着十条缆线和一根空气管来进入从头至尾很多于一米的结肠。

那个SMA装置也被捆着能达到的电力供给，另一个无线电微型机械人也被DYMSYKIM Korea设计成功了。

胃肠道微型仿生机器人诊查系统及运动相容性研究的开题报告

胃肠道微型仿生机器人诊查系统及运动相容性研究的开题报告一、研究背景及意义：胃肠道疾病是当今全世界广泛存在的一类常见消化系统疾病。

目前，胃肠道疾病的检测和治疗仍然是一个挑战，传统的方法包括经内镜等检查方式常常会对患者造成身体不适、恶心等不适症状，而且还有可能发生并发症。

因此，研究发展一种微型仿生机器人诊查系统，对加强胃肠道疾病诊断和治疗具有重要的意义和价值。

本研究项目旨在研究微型仿生机器人在胃肠道内的运动相容性，针对传统检查方法的缺陷，使患者能够有一种更加安全、准确的诊查方式，加速胃肠道疾病的诊断和治疗。

二、研究目标：根据胃肠道内环境的特点，设计并研制一种能够自主移动、检测、采集数据的微型仿生机器人，以取代传统内镜检查手段，提供更加安全、准确的胃肠道疾病诊查方案。

三、研究内容：（1）对胃肠道内部环境进行深入研究，分析不同部位环境的特点和异同。

（2）设计并研制一种具有自主移动功能的微型仿生机器人，并优化其外形和结构，使其能够顺利进入胃肠道内部。

（3）研究微型仿生机器人的运动相容性，通过辅助运动的手段来控制微型仿生机器人的进退方向。

（4）研究微型仿生机器人的检测和采集数据功能，开发与之相应的软件，使其能够对胃肠道内部情况进行精确记录。

（5）研究微型仿生机器人的实用性和安全性，对其进行相应的实验和测试，验证其实用性和安全性。

四、研究方法：（1）对胃肠道环境进行深入调研，对胃肠道内部情况进行了解和分析，为后续的微型仿生机器人的设计提供参考。

（2）设计并研制一种具有自主移动功能的微型仿生机器人，优化其外形和结构，满足胃肠道内部环境的需要。

（3）通过电动力学定位技术，解决微型仿生机器人行走方向的问题，实现微型仿生机器人在胃肠道内部的自主移动。

（4）设计并研发微型仿生机器人的检测和采集数据功能，开发与之相应的软件系统，实现对胃肠道内部情况的精确记录。

（5）在实验室内对微型仿生机器人进行相关的安全性和实用性测试，验证研究结果的可靠性和实用性。

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中国机械工程第１第１期２０３卷０２年１月上半月
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器人前进；反向接通微电机电源时。使微型机当则器人后退。于动压效应作用。它的周围会自动由在
牧稿日期：０ｌＯ — ２２０— ３９
机械感应器能够对管腔内的刺激产生响应（壁如
此润滑膜能避免机器人与管道壁发生直接接触。合人体肠道的蠕动方程和结
Ｎ—Ｓ方程利用有限元分析计算了此种微型机器人在蠕动肠道中的驱动力和运行速度＋行了机器人的运行实验，果表明，器人能以较快速度在肠进结机
个带右螺旋槽的圆柱形微电机、个带左螺旋槽１
的圆柱体和１个柔性联轴器构成在肠道中由于肠液或其它填充液体的存在，当正向接通微电机电源时，左螺旋槽的圆柱体正转，带带右螺旋槽的微电机外壳反转，圆柱体会产生轴向摩擦牵引力．但２圆柱体产生的牵引力方向相同，动微型机带
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式中，￡和占为腑壁变形的径向分量和轴向分量；为未Ｒ变形的肠道半径；为单位肠壁与肠道中心轴的夹角ｉ’ ．Ｔ和了为作用于腑膜单位长度的张力的环向分量和纵向分１，量｛标为环向层；纵向层；为线性化的速度张力下』为Ｋ图３计算驱动力和液膜厚度的坐标
的不适与痛苦。微电机和圆柱律之间采用柔性联
轴器联接的目的是＋微型机器人能在弯曲的肠使
道内运行。Ｊ
环境十分复杂＋械结构有敢地进人人体进行各机
种手术或操作需要了解人体内腔诸如肠道的机电特性。文通过建立肠道蠕动微分方程，本结合Ｎ— ｓ方程，用有限元分析计算此种微型机器人在利蠕动肠道中的运行速度和驱动力计算和实验均表明本文所设计的微型机器人能够在类似肠道的环境中运行自如。
图１散型机器＾驱动机构原理围
１微型机器人的驱动机构
图ｌ是微型机器人驱动机构原理图它由１
２人体肠道的力学模型
为了分析机器人在人体肠道环境中的运动特
性和定量计算流体的摩擦驱动力＋先需要对人首体肠道的动力学模型进行分析。肠道的能动性模型由机械活动模型和电活动模型构成。基本的机械活动（动）蠕由收缩环波浪组成，些收缩环波这浪涂抹腔室＋从而推动内含物在肠道内移动。体人肠道的蠕动现象由一系列的引起松弛和收缩的长时程电脉冲群引发当管道中有食物时，壁中的肠
形成一层液体润滑膜，此润滑膜能避免它与管道
壁发生接触，因此．此种微型机器人适用于进人人体内腔和血管，因为它可以大大减轻或消除患者
节的蠕动机器人、行机器人等。文提出的一种爬本
新型的医用肠道微型机器人的驱动机构，够在能充满液体的弯曲的微型管道内运行。人体的内腔
扩张等）将其传送到专门的神经元，并晒遭蠕动变形可由如下的一组微分方程来表示：
‘４３・
基盒项目：家自然科学基金资助项目９００１．国５８５１）国家８３６高技术研究发展计划资助项目（６ — ５２９０ — ０）８３ｌ－８５８
道内悬浮运行
．Ｊ，ｃ
何斌博士
关键词：型机器人；微肠道；驱动机构；限元有中图分类号：Ｐ２９Ｒ３Ｔ４；１９文献标识码：Ａ
微电子机械系统在医疗卫生领域的应用越来越广泛，市场前景十分看好。例如．日本其Ｈｙｓｉａａｈ研究的游动机器人，多关节拖动少关以
何斌杨灿军周银生陈鹰
摘要：出了一种新型的可进八人体内腔和血管的微型机器人驱动机提构此种微型机器人能够在充满液体的弯曲的人体肠道内运行。当机器人在充满液体的微型管道内运行时。其周日会自动形成一层液体动压润滑膜，在
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医用檄￣０８；蠕动晒道中的驱动力计算及实验研究一何／ｋ，斌源自扬灿军周银生等
文章编号：０４２Ｘ（０２０ — ４ — ０１０ —１２０）１３３３
医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究