肠道驻留机构的设计和实验

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.

苯类吸收树脂的制备及其吸收与释放动力学

以苯乙烯和丙烯酸丁酯为单体,采用悬浮聚合法合成了对苯类溶剂吸收倍率较高、吸收速率快的吸收树脂,考察了交联剂用量、引发剂用量、分散剂用量和单体配比对树脂吸收性能的影响。采用FTIR,TG,DSC等手段对产物进行了表征。表征结果显示,苯乙烯和丙烯酸丁酯发生了共聚反应,合成的苯类吸收树脂具有较好的耐热性能。实验结果表明,适宜的苯类吸收树脂的制备条件为交联剂二乙烯基苯用量0.13%~0.15%(w),引发剂过氧化二苯甲酰用量0.5%~0.6%(w),分散剂聚乙烯醇-1788用量约0.17%(w),m(苯乙烯):m(丙烯酸丁酯)=2.5,吸收树脂对甲苯的吸收倍率可达20g/g,吸收动力学过程符合准一级动力学模型。

一种改进的中频逆变器并联控制系统

逆变器并联被越来越多地用于提高电源系统的容量、可靠性等性能。针对中频逆变器并联系统对相位要求比工频系统严格得多的特点,提出了一种基于传统下垂法的改进型并联控制策略。系统中应用了相位同步线来提高相位的同步性能,并采用相位容差控制提高系统的动态性能。仿真和实验结果验证了此控制策略的可行性。

胶囊内窥镜在肠道中的钳位

由于胶囊内窥镜的有效钳位是实现其在肠道中有效驻停及运动的重要因素,本文研究并设计了胶囊内窥镜的钳位机构。首先,基于对摩擦力和肠道形变的分析,讨论了影响钳位力的因素。考虑肠道安全性,设计了阿基米德螺线腿机构。然后,通过构建离体肠道测试平台,测试不同直径、宽度、纹理及形状的样本在肠道内的钳位特性;分析实验结果,并建立了可定性描述钳位力的方程。最后,基于电流反馈实现钳位机构的安全控制;通过离体实验测试了钳位机构运动性能,并验证了钳位机构的安全性和可行性。实验结果显示,优化后的螺线腿钳位机构的钳位力达1.486N;可较好地适应肠道的生理环境,满足扩展肠道、安全钳位的要求。

扩张-伸缩式机器人在肠道中的力学特性研究

目的肠道机器人内镜是新一代肠道疾病诊疗设备,为了提高这类设备在肠道内自主运动的效率,本文研究了机器人运动机构与肠道之间的相互作用力对设备自主运动的影响。方法针对扩张-伸缩式机器人的运动原理提出了两个模型,分别是扩张机构与肠道之间的力学模型、机器人机身与肠道之间的力学模型,并在猪体外肠道环境下开展了实验验证。结果机器人机身与肠道之间的阻力在0. 1～0. 4 N之间;扩张机构与肠道之间的阻力在0. 1～1. 8 N之间,且与扩张直径成正比。扩张机构的扩张直径大于肠道直径超过10 mm后,扩张机构受到的肠道阻力将明显大于0. 1～0. 4 N,有利于有效驻留的产生。结论这种利用腿式结构在肠道内产生力学差使机器人实现在肠道内自主运动的方式,以及腿式结构与肠道之间的力学可以为能对胃肠道机器人的设计提供参考。

扩张-伸缩式机器人在肠道中的运动效率研究

具备自主运动能力的肠道机器人内窥镜是肠道疾病诊疗设备的发展方向,文中研究一种扩张-伸缩式机器人内窥镜在肠道中的运动效率并提出提高运动效率的方法。计算了扩张-伸缩式机器人的运动效率,研究了驻留失效导致的步距损失,同时提出肠道压缩和拉伸模型分析肠道变形导致步距损失出现的原因。离体实验结果表明,设计的扩张-伸缩式机器人在离体肠道中的运动效率在34.2%~63.7%,实际运行速度在0.62~1.29mm/s,机器人在肠道中的运动效率随着运动步态之间的时间间隔的增加而提高。通过研究发现,增强机器人扩张机构在肠道内的驻留能力是提高运动效率的关键,同时也提出提高运动效率的方法。文中的模型能对胃肠道机器人的设计提供参考。