仿生游動介入機器人設計與控制.pdf

1、尋求有效的方法彌補傳統介入診療系統的缺陷是新型介入系統研究的一個熱點。本文通過研究鞭毛微生物的驅動機理，提出一種用于介入診療的新型仿生游動機器人，這對于減少傳統消化道內鏡及心導管與管腔硬接觸給病人帶來的痛苦，彌補膠囊內窺鏡被動運動的不足，以及拓寬微創(chuàng)外科手術技術的應用范圍，具有重要的現實意義。
　　本文在觀察鞭毛微生物運動特點、分析其內在驅動機理的基礎上，找到仿生的突破口，開創(chuàng)性地設計了三推進器推進的仿生游動機器人。運用理論研究、

2、視頻分析、仿真和實驗等多種方法相結合，旨在設計一種結構簡單、便于微型化的游動機器人，以期望將其用于介入診療中，彌補目前微創(chuàng)手術的不足。
　　論文首先比較了目前在鞭毛驅動研究中應用最為廣泛的兩種理論，即抗力理論和細長體理論。比較結果表明：抗力理論計算簡單，而細長體理論具有更好的普適性。之后建立了鞭毛柔性尾模型，模型的流固耦合分析結果表明：對于本文設計的推進器，可將其視為剛性體進行分析研究。
　　通過觀察單鞭毛尾細菌的轉向特性，

3、發(fā)現了轉向時螺旋尾的彎折現象，并建立了相應的鞭毛尾動力學模型，通過分析獲得了能使菌體具有最佳轉彎性能下的最優(yōu)彎折點以及最優(yōu)彎折角度，最后通過數值仿真發(fā)現這一結論在宏觀環(huán)境下同樣適用。
　　在仿生學的基礎上，對游動機器人進行結構設計和控制系統搭建，并考慮到液體運行環(huán)境的特殊性，對機器人密封等細節(jié)進行了設計，確保機器人在液體中的運行安全。引入陀螺儀對機器人的運行姿態(tài)進行監(jiān)測，實現了全閉環(huán)控制。求出了機身阻力以及推進器的推進力等，將其代