新型医用微小管道机器人的研究  

A new kind of medical pipeline micro-robot

作　　者：梁亮[1,2] 彭辉[1] 陈柏[3] 

机构地区：[1]中南大学信息科学与工程学院,长沙410083 [2]长沙学院机电工程系,长沙410022 [3]南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,南京210016

出　　处：《高技术通讯》2012年第4期410-415,共6页Chinese High Technology Letters

基　　金：国家自然科学基金（51075209）资助项目.

摘　　要：提出了一种应用于人体内腔细小管道的新型螺旋式微型机器人。该机器人能巧妙利用其机体不同旋向的内外螺旋槽在液体环境中作不同方向的高速旋转，实现其悬浮式快速运行。在模拟人体主动脉的脉动流场和静止流场环境下，运用计算流体动力学（CFD）方法数值分析了机器人在一定的运行速度下，血液对机器人的轴向驱动力以及机器人对血管壁的压力。结果表明：机器人轴向驱动力和血管壁所受最大压力变化基本和血流速度变化趋势一致；随着血管直径的增大，机器人轴向驱动力和血管壁所受最大压力都随之减小；随着机器人偏心距的增大，机器人轴向驱动力先减小后增大，而血管壁所受最大压力始终增大。最后实验验证了这种螺旋机器人可以在顺流和逆流的流体环境中运行。A new type of spiral micro-robot which can be used in tiny pipelines of the human body is proposed. This type of robot can move quickly in suspension by cleverly using its rightabout inner and outer screws＇ high speed of rotation in different rotative directions in the liquid. With the methodology of computational fluid dynamics （ CFD）, the driving force of the blood to the robot and the impact pressure of the robot on the blood vessel wall in the environments of imitating the pulsating flow of the aorta and the stationary flow were calculated. Moreover, the influences of the vessel diameter and the eccentricity （ i. e. , the distance between the center line of the robot and that of the blood vessel） on the driving force of the robot and the impact pressure of the blood vessel wall were analyzed. The experimental results demonstrate that the proposed spiral micro-robot can be applied to both positive and reverse flowing fluids.

关 键 词：医用微型机器人 血管 脉动流 螺旋 微创手术 

分 类 号：TP242[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]