用于肠道检查的微小机器人内窥镜系统

对传统的内窥镜系统和主动式机器人内窥镜系统的差别作了比较,又对机器人内窥镜系统的工作环境——人体肠道内部的状况作了详细讨论,由此提出了对主动式机器人内窥镜系统的设计要求。介绍了一种基于蚯蚓运动原理的主动式微小机器人内窥镜系统,对微小机器人机体的构造及其驱动原理作了分析。同时,提出了一种微小机器人机体介入人体肠道的方法:用锥形导引管引导,将微小机器人送入肠道,避免了由肛门括约肌的收缩引起的机器人机体卡住或损坏。

串行通讯在机器人内窥镜主动避障监控系统中的应用

该文结合内窥镜机器人主动避障控制系统的应用,介绍了VB的通讯控件MSComm的属性以及上、下位机串行通讯的通讯接口和通讯协议.详细分析了在VB环境下,通过PC与单片机的串行通讯,以监控机器人内窥镜在介入人体结肠过程中主动避障的实现方法和程序设计.

国产图迈■内窥镜手术机器人辅助右半结肠癌根治术的应用分析

目的:初步探讨图迈■内窥镜手术机器人辅助右半结肠癌根治术的安全性及可行性。方法:收集甘肃省人民医院普外科一病区于2022年04月至06月收治的6例右半结肠癌患者的临床病例资料,其中男性4例,女性2例,中位年龄57岁,范围37~68岁;患者均行图迈■内窥镜手术机器人辅助右半结肠癌根治术,即右半结肠D3+全结肠系膜切除术。结果:6例患者均顺利完成手术;平均手术时间204.16 min,术中出血量108.31 mL,术后下床活动时间为3.16 d,术后胃肠功能恢复时间为4.16 d,术后进食流质食物时间为5 d,腹腔引流管引流时间8 d,淋巴结清扫数目为23.33枚,术后住院时间9.5 d;术中、术后均无器械相关的不良事件发生;6例患者均行全身静脉化疗,方案为FOLFOX,疗程为6~8个周期;1年总体生存率为100%。结论:图迈■内窥镜手术机器人辅助右半结肠癌根治术安全、可行,临床疗效良好;该机器人系统有望成为国内辅助根治结肠癌的主要手段。

连续型内窥镜机器人弯曲模型

为了求解内窥镜连续型机器人在驱动下的理论弯曲曲线,课题组建立了以机器人变形单元为对象的弯曲模型。该模型将连续型机器人的整体弯曲问题分解成各段固定丝的变形问题,并以此进行了机器人的正/逆运动学建模;然后依次对驱动丝、固定丝和单节蛇骨之间进行了力学分析,并基于Cosserat杆理论推导出固定丝的弯曲模型,求解出相邻蛇骨间的弯曲角度,得到了机器人的整体弯曲;最后通过MATLAB定点迭代的方式求解了机器人在不同驱动力下的弯曲状态,与16关节样机试验进行了对比。结果表明:误差率最大为6.7%,最小为2.9%,说明了该理论模型的有效性。此模型为内窥镜连续型机器人弯曲求解提供了一种有效的方法。

内窥镜操作机器人灵活性分析及仿真验证

在微创手术中为了使内窥镜的姿态满足外科手术的需求,借助于服务球、服务点、服务区的概念给出机器人灵活度空间的分布.根据七自由度内窥镜操作机器人结构特点,采用位姿分解方式求得位置运动学解析逆解.针对微创胸腹腔手术的临床需求,分析了该机器人的灵活性,提出了内窥镜操作机器人灵活度空间分布的分析方法,并通过数值方法对工作空间内任意点仿真得到机器人灵活度的空间分布.对机器人逆解和灵活度分布进行仿真验证,证明该方法的正确性,表明内窥镜操作机器人的灵活度满足实际的手术需求.掌握运动学和灵活度空间分布,为后续机器人控制方法的实现和术前的路径规划提供了必要的理论依据.

螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型研究

实验研究狗小肠肠道壁的生物力学特性、肠液及人体胃液流变特性,建立了内窥镜机器人运行环境非线性数学模型,并将其耦合到螺旋内窥镜机器人运动模型中,得到机器人非线性仿真分析模型。理论及实验比较研究了不同转速下机器人轴向驱动力的变化,结果表明,利用该非线性仿真分析模型获得的理论分析结果与实验结果吻合很好。

运行环境特性对螺旋内窥镜机器人性能的影响

在研究双圆柱螺旋内窥镜机器人的基础上,本文提出了单圆柱螺旋内窥镜机器人设计方案。建立了螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型。利用该模型,分析研究环境管壁弹性模量、管道直径、环境黏液黏度对机器人轴向牵引力以及形成的最小黏液膜厚度的影响。实验研究了环境管道几何特性对机器人平均运动速度的影响,为螺旋驱动器在血管机器人中的应用提供了重要的基础数据。

内窥镜操作机器人结构设计及运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生劳动强度,减少病人痛苦。设计了一种辅助微创外科手术机器人,在机械结构上采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂度和缩短设计周期;采用了被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求。运用几何与解析法相结合的方式求得了机器人运动学逆解,通过灵活工作空间分析表明,该机器人具有足够大的灵活空间以满足实际工作需求。最后通过ADAMS运动学仿真,证实该机器人可以很好地完成所规定的任务。

微创条件约束下内窥镜操作机器人运动学

研究基于微创条件约束下具有被动式手腕结构机器人运动学,不但可使医生获取同开放式手术中相同的笛卡尔控制方式,而且为机器人系统控制算法研究及轨迹规划奠定了基础。以自行研制的内窥镜操作机器人为例,结合微创手术特殊的应用环境,对机器人运动学进行研究。考虑人体切口处隔肌厚度和病人呼吸等因素对内窥镜插入点位置的影响,给出内窥镜插入点的确定方法。采用几何及矢量代数方法给出机器人位置正逆运动学解析解公式,采用矢量积法求解机器人速度正运动学,基于微创条件约束给出机器人速度逆运动学。为了验证机器人运动学求解的有效性,对内窥镜插入运动及内窥镜绕插入点旋转运动两种典型运动进行试验,应用试验数据对算法进行分析验证,结果显示了运动学算法的有效性。

蠕动插入式内窥镜机器人的研究

论述国外内窥镜机器人系统的组成、移动机构的模型和蠕动式机器人的应用研究 ,将为最小创伤性外科手术提供一种崭新的手段 。

内窥镜机器人几何特性参数的优化研究

针对人体内腔黏液为非牛顿流体的特点,建立螺旋式内窥镜机器人在人体内腔中运行时的数学模型.给出适合于该机器人系统的非牛顿流体修正雷诺方程的求解方法和计算程序框图.采用有限差分法分析螺纹的几何特性参数对机器人轴向摩擦牵引力、周向摩擦阻力,以及黏液膜承载能力的影响,进而获得了一组相对最优的无量纲几何特性参数值.机器人运行速度实验证明了此理论分析模型的正确性.

胃肠道无线内窥镜机器人系统

为了实现对人体胃肠道的全程无创诊断,研制了一种具有自主运动能力并集成无线技术的内窥镜机器人系统.针对内窥镜机器人的胃肠道运动环境以及微型化的特点和要求,设计、制作了仿尺蠖柔性运动系统、无线供能系统和无线通讯系统并组装了机器人样机.实验结果表明:内窥镜机器人样机能够适应不同的运动环境而实现有效的主动运动;其无线供能系统在外部输入功率为14.7W的状态下,可以实现最小能量为360mW的传输,在8m的有效范围内可以实现实时遥控和30f/s的视频传输.

新型内窥镜机器人结构优化设计研究

研究了一种结构简单的新型内窥镜机器人驱动机构,并建立了内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型。采用有限差分法分析了内窥镜机器人结构特性参数对机器人的最小粘液膜厚度和轴向摩擦牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向摩擦驱动力时最优的机器人结构特性参数,为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件。内窥镜机器人的运行速度试验证明了此理论分析模型的正确性。

内窥镜仿生机器人的研究现状与发展

论述国外内窥镜机器人系统的研究现状和成果,分别对自主内窥镜机器人系统、超微内窥镜机器人系统、胶囊内窥镜机器人系统、虚拟内镜技术和医用导管的应用研究进行了阐述,指出了内窥镜仿生机器人研究的重要意义和未来发展方向。

超声波电机在内窥镜机器人中的应用

阐述了利用弹性流体动压润滑理论建立的螺旋式内窥镜机器人的结构,其驱动采用超声波电机,轴向运行的机器人采用的是纵扭复合型超声波电机,为充分发挥其高精度的定位能力提出了利用步进定位法实现精确定位。同时还用3自由度球转子超声波电机做了试验,结果表明,设计的配合结构,能满足实时控制转向的要求,可以实时控制机器人的运行方向。

基于ADAMS虚拟平台的内窥镜操作机器人运动学分析

根据内窥镜操作机器人的结构特点,给出机器人位置逆运动学解析逆解,并计算出雅可比矩阵。通过ADAMS仿真软件平台,对内窥镜插入运动及内窥镜在切入点约束下运动两种动作进行仿真验证,最后给出仿真验证结果。

基于摩擦力控制结肠内窥镜机器人

为了提高肠道疾病主动诊断能力,研究了基于摩擦力控制的结肠微型机器人.摩擦力模型分析了肠道摩擦力控制因素,并利用实验模板和黏附制剂在体外肠道开展的摩擦力实验,验证了接触纹路和接触黏度对肠道摩擦力的影响.摩擦接触装置的研制综合考虑了肠道应用环境和摩擦力控制因素,最终装配在内窥镜机器人样机上实现了摩擦控制运动.实验结果表明:基于摩擦力控制内窥镜机器人样机能够适应不同的运动环境而实现有效的主动运动,且运动环境会对其运动速度产生不同影响.

新型内窥镜机器人动力学建模和特性参数优化

针对人体内腔粘液为非牛顿流体的特点,推导了非牛顿流体的变形雷诺方程,建立了螺旋内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型。采用有限差分法分析了内窥镜机器人各特性参数对机器人形成的最小粘液膜厚度和轴向牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向驱动力时最优的机器人特性参数,进一步为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件。内窥镜机器人的运行速度实验证明了此理论分析模型的正确性。

机器人辅助内窥镜操作系统的研究

介绍了机器人辅助内窥镜操作系统的构成及国内外的研究现状,讨论了其进一步发展的趋势,并指出这一领域中值得进一步研究的一些问题和可能的发展方向。