内窥镜仿生机器人的研究现状与发展.pdf

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1、第6期机械设计与制造2009年6月MachineryDesign＆Manufacture161文章编号：1001-3997（2009）06-0161-03＊＊＊＊＊数＊内窥镜仿生机器人的研究现状与发展＊控＊＊＊＊与＊1，211，21＊自＊刘宗政陈恳陈振华陈雁＊动＊（1清华大学精密仪器与机械学系，北京100084）（2中国空气动力研究与发展中心，绵阳621000）＊＊＊＊化＊＊Thestudyanddevelopmentofsquirmyinsertedendoscopicrobot1，211，21

2、LIUZong-zheng，CHENKen，CHENZhen-hua，CHENYan1（DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China）2（ChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mianyang621000，China）【摘要】论述国

3、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。关键词：内窥镜机器人；自主式；超微内窥镜机器人；胶囊内窥镜机器人；虚拟内镜【Abstract】Itdiscussestheresearchoftheendoscopicroboticsystem，andstatestheapplicationoftheindepende

4、ntendoscopicrobot，miniatureendoscopicrobot，capsuleendoscopicrobotanddummyendo－scope.Itpointsoutthefuturedevelopmentdirectionoftheroboticsystem.Keywords：Endoscopicmicrorobot；Independent；Miniatureendoscopicrobot；Capsuleendo－scopicrobot；Dummyend

5、oscope中图分类号：TH16，TP242文献标识码：A1引言样的微型内窥镜机器人。K.Ikuta研制出以形状记忆合金为致动器并集成了形状记忆合金驱动的微夹持器的仿蛇蠕动内窥镜机近年，国内外大力研制内窥镜机器人系统，该系统可以实现器人[3]；S.Kato研制出仿蚯蚓内窥镜机器人，如图1所示。仿蚯蚓内窥镜的检查、诊断和治疗功能，又能实现自动平稳地插入、自律微型机器人通常由三个运动单元组成（每个单元对应于蚯蚓的柔顺地适应复杂弯曲体内

6、管腔形状的移动功能。内窥镜机器人是节），每个单元包括柔性微驱动器（FlexibleMicroActuator，简称对现有内窥镜技术的重大发展，为微创伤或无创伤的手术提供一FMA）和四个铰链。种新的技术手段，对于机器人技术和医学技术发展都具有重要的意义。内窥镜机器人系统研究内容主要包括：（1）自主内窥镜机器人系统。通常是仿生物体的蠕动和游动形式，包括基于蛇、蚯蚓、丈量虫等的蠕动原理的仿生机器人研究和依据流动润滑基本理论悬浮运动的医用内窥镜机器人研究。（2）超微内窥镜机器人系统。主要是能进入更小的人体

7、管道，如尿管、血管的超微内窥镜机器人系统。（3）胶囊内窥镜机器人系统。其基本特征是用微摄像头无线传输检查图像。（4）虚拟内镜技术和医用导管。虚拟内镜技术图1人工蚯蚓示意图根据CT或核磁共振图像数据重建人体腔道模型、用虚拟的相机Fig.1Schematicdiagramoftheartificialearthworm在腔道中模拟移动进行仿真观察。医用导管是符合最小创伤外科蠕动式内窥镜机器人依靠机身与人体内腔壁之间的摩擦运要求的一种医疗器械。动，给人体带来不适和痛苦。同时，蠕动式运行的机动性和加速性2

8、自主内窥镜机器人能较差，能量利用率也较低。自主内窥镜机器人就是将被动介入的内窥镜改造成具有多第二种是悬浮运动的内窥镜机器人。K.Ikeuchi等人研究发关节的结构，实现主动控制和回避障碍；通过机构实现在人体腔现，机器人在运动过程中与环境管道壁恰好能形成收敛的楔形道内的主动行走，携带内镜通过复杂的腔道；利用驱动器提供的空间，并且在机体旋转过程中与环境管壁有一定的相对运动，而推进力，实现在腔道中的前进动作。环境液体具有一定的粘度，因而产生动压效应。由于液体动压效一种是蠕动式自主内窥镜机