人工耳蜗柔性微电极装配系统的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:markwolf
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人工耳蜗是用于双侧重度或极重度感音性神经耳聋患者恢复听觉的植入式医疗器械,针对人工耳蜗关键部位自动成形技术的研究及其产业化将有助于带动国产人工耳蜗的发展,使更多患者有可能受益于该技术。因此,本文关于人工耳蜗关键部位自动装配成形系统的研究具有重要意义。人工耳蜗中与人体耳蜗直接接触,起信号传递作用的关键部件为柔性微电极阵列,柔性微电极阵列由22根相互独立的柔性微电极嵌套后封装而成,柔性微电极则是将一根丝径为60μm带绝缘层的电极丝焊接在内径为0.5㎜的电极环内壁所形成的。柔性微电极的装配是人工耳蜗装配的一道重要工序,然而目前针对柔性微电极的装配还是采用手工装配的手段,装配精度和效率均无法满足产业化需求。因此,本文针对柔性微电极的制作设计了一套基于显微视觉的自动装配系统,并进行了自动装配实验。首先,根据柔性微电极装配要求与结构特点,结合人工装配流程,对柔性微电极装配过程进行分析,确定出系统自动装配方案。针对柔性微电极装配过程微装配对象的自动夹持操作、电极丝的自动去漆等关键技术,通过查阅相关文献,设计出自动送丝、自动送环、自动去漆/焊接等机构。利用有限元软件ANSYS对装配过程易受集中力的机构进行应力仿真分析,根据结果优化所设计的机械结构,并最终完成机械系统搭建。其次,搭建显微视觉系统,实现对柔性微电极装配过程的在线监控,采用粗精相结合的调焦方式实现视觉系统快速自动对焦;基于显微视觉,设计出用于系统位置标定的算法,为后期标定实验做准备;考虑到自动装配过程可能存在电极丝偏移量过大或者电极环没有正常穿入而导致装配失败的情况,基于图像处理技术,提出了分别用于电极丝偏移量检测和电极环装配状态检测的方法,并通过实验进行验证。最后,通过对整体控制系统进行功能分析,确定控制系统的方案,完成硬件与软件设计,结合所设计的机械结构,搭建起整个装配系统。利用前期设计的标定算法完成系统的位置标定后,进行柔性微电极装配实验检验柔性微电极装配系统对微电机装配的可行性和有效性,装配实验结果表明本系统适用于柔性微电极的自动/半自动装配,而且所装配的柔性微电极质量要优于手工装配的柔性微电极。
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