由于现今社会污染的加重以及人们饮食结构的改变,目前,全球结直肠癌发病率已位于男性癌症的第三位,女性癌症的第二位,其中我国的肠癌发病率增速达年均4%,是世界水平的两倍。而目前常规结肠内窥镜在检查过程中主动弯曲能力不足从而易引起病人严重不适和痛苦,甚至导致肠道穿孔,所以越来越多的学者尝试将机器人技术引入结直肠镜检查过程中。由于人体肠道具有相对浮动性,形状及位置不完全固定,为了提高结肠镜机器人进行内窥镜检查时的安全性以及可靠性,本文研究了结肠镜机器人力感知系统以及基于力感知的结肠镜机器人柔顺控制系统和柔顺控制算法。通过力感知系统实时监测机器人与肠道壁的接触压力,机器人采用柔顺控制算法使得机器人与肠道壁的接触压力始终保持在安全阈值之内,提高结肠镜机器人肠道检查过程中的安全性。具体研究内容如下:一、力感知系统设计及其参数标定。通过对结肠镜机器人蛇形本体部分表面受力变形的建模与仿真分析设计符合系统要求的压力传感器结构以及压力传感器的信号采集系统,并在此基础上针对传感器结构特点进行力感知系统的参数标定。二、基于力感知的柔顺控制算法研究。首先分析机器人各关节段运动姿态特点与相互关系,得到基于人工导向的主动弯曲控制方法;随后针对结肠镜机器人密闭的人体肠腔工作环境,对肠腔组织进行力学分析,并在机器人连续体各关节段之间串联耦合的结构特点基础上,建立关节段与肠道的接触模型,研究基于接触力的机器人姿态修正算法;最后,融合力感知控制系统,基于以上人工导向控制算法和机器人姿态修正算法得到机器人最终的柔顺控制方法。三、控制系统搭建和实验研究。控制系统由三个子系统构成:弯曲控制系统、前进控制系统以及力感知系统,分别对该三个系统进行硬件和软件的设计与调试。在此基础上开展机器人弯曲实验以及模拟结肠实验,验证基于力感知的柔顺控制方法的正确性和可行性。实验结果证明:所设计的力感知系统能够在结肠镜机器人弯曲运动时对在结肠镜机器人本体部分施加的压力进行实时感知,可以满足结肠镜机器人柔顺控制的需要。另外模拟结肠实验也证明基于力感知的结肠镜机器人柔顺控制算法可以有效地实时控制机器人与肠道壁的接触压力始终在安全阈值范围之内,使机器人可以根据肠道的弯曲状态实时控制机器人的弯曲姿态从而适应肠腔环境,避开障碍,柔顺地通过结肠。