由于与常规条件下管内作业环 境有明显不同 , 其行走方式及结构原理与常规管道机 器人也不同 , 因此按照常规技术手段对管道机器人按 比例缩小是不可行的 。有鉴于此 , 微型管道机器人的 行走方式应另辟蹊径 。
近年来随着微电子机械技术的 发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合 技术应用的发展 , 使新型微驱动器的出现和应用成为 现实 。微驱动器的研究成果已成为微管道机器人的重 要发展基础[1]。
日本名古屋大学研制成一种微型管道机器人 , 可 用于细小管道的检测 , 在生物医学领域的小空间内作 微小工作 。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱 动 , 而无须以电缆供电 。
日本东京工业大学和NEC 公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人 , 在直径为 Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/ s , 最 大牵引力是12N 。法国Anthierens 等人研制出了适用 于Φ16mm的蠕动式机器人 , 此种微型机器人的最大 运动速度为5mm/ s , 负载可达20N , 具有很高的运动 精度 , 负载大 , 但运动速度较慢且结构复杂 。
国内的上海大学和上海交通大学都研制出了惯性 冲击式管道微机器人 , 上海交通大学的微机器人采用 层叠型压电驱动器驱动; 上海大学的微机器人驱动器 有层叠型和双压电薄膜两种类型[3]。图1 所示为双压 电薄膜微小管道机器人其运动机理 , 该机器人采用双 压电薄膜驱动器 , 相对于单压电薄膜 , 增大了驱动 力 , 提高了承载能力 。
该机构的最大移动速度可以达 到15mm/ s , 具有前进、后退、上升和下降功能 。112 微型医疗机器人的发展 近几年来 , 医疗机器人技术的研究与应用开发进 展很快 , 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用 领域 , 据日本科学技术政策研究所预测 , 到2017 年 医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部 医疗手术的一半 。
因此日本制定了采用“机器人外科 医生”的计划 , 并正在开发能在人体血管中穿行、用 于发现并杀死癌细胞的超微型机器人 。美国马里兰州 的约翰·霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸” , 实际 上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置 , 吞入体内 , 可以将体内的温度信息发给记录器 。
瑞典 科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人 , 未 来可移动单一细胞或捕捉细菌 , 进而在人体内进行各 种手术 。国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型 医疗机器人的研究 , 取得了一些成果 。
无损伤医用机 器人主要应用于人体内腔的疾病医疗 , 它可以大大减 轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内 送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛 苦 。中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下 研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手 术术微型机器人 , 该机器人将CCD 摄像系统 , 手术 器械及智能控制系统分别安装在微型机器人的端部 , 通过开在患者腹部的小口 , 伸入腹腔进行手术 。
其特 点是响应速度快 , 运动精度高 , 作用力与动作范围 大 , 每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅 捷而灵活的动作 , 图2 所示的是利用腹腔手术机器人 进行手术的场景[5]。浙江大学也研制出了无损伤医用 微型机器人的原理样机 , 该微型机器人以悬浮方式进 入人体内腔(如肠道 , 食道) , 可避免对人体内腔有 机组织造成损伤 , 运行速度快 , 速 。
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