微型管道机器人和消化道微型机器人是目前国际上研究的热门课题,有很好的前景,日本以及欧洲国家在这方面研究的比较早,并取得了一定的进展,近年来国内的一些学者也纷纷投入到这项研究中来。本论文提出了一种螺旋驱动方式的微型机器人,目标是在充满流体的管道中悬浮式运行,乃至今后进入人体内腔应用于医疗,实现无损伤驱动。 论文从理论分析和实验测试两方面着手,分析了螺旋驱动的运行环境流变模型,定性分析了其结构参数对动力学参数的影响,定量测试了螺旋驱动的主要动力学参数的数值。主要内容包括: 第一章,论述了医用微机电系统、医用机器人、管道机器人和消化道机器人的研究现状,介绍了本课题组提出的螺旋驱动的微型机器人。 第二章,通过分析和研究人体胃液、狗小肠肠液、血液及人工血液等的流变性能,得出了生物体液统一的流变模型,进而建立了螺旋驱动运行环境的流变模型;根据普通的雷诺方程推导出了适用于非牛顿流体的修正雷诺方程的普遍形式。 第三章,根据螺旋驱动采用的矩形螺旋,推导出了适用于螺旋驱动的简化修正雷诺方程,并进行了无量纲化和离散化;建立了螺旋驱动的粘液膜厚度、剪应力分布、表观粘度、轴向牵引力、周向摩擦阻力及承载能力的无量纲表达式,并用有限差分方法求解出了螺旋驱动的轴向牵引力、周向摩擦阻力和承载能力的无量纲数值,最后通过坐标图分析了螺旋驱动的主要结构参数对轴向牵引力、周向摩擦阻力和承载能力的影响。 第四章,详细介绍了螺旋驱动的实验测试原理,并根据实验测试原理设计建造了实验测试台;用旋转粘度计测试了生物体液(鸡蛋清)的表观粘度,并拟合出了其流变模型;用生物体液(鸡蛋清)和硅油作为螺旋驱动的环境介质测试出了螺旋驱动的相应动力学参数的具体数值;最后详细地分析了实验数据。 第五章,首先利用有限差分方法计算出了螺旋驱动在生物体液(鸡蛋清)中运行的轴向牵引力和周向摩擦阻力的理论值;并将理论计算值和实验测试结果进行了详细的对比分析。 第六章,论文总结与展望。