应用于医疗精确给药的微型压电驱动系统的研究

发布时间：2021-11-21 14:37

　　传统的内镜手术在治疗肿瘤和息肉等疾病时,如果病灶位于动脉血管等特殊位置附近,将导致无法采用手术切除的方法对患者进行治疗,而常规治疗方法（如化疗和放疗）又存在一定的局限性,不利于提高病患的生存率。近些年随着超声技术的发展,超声药物控释技术可以实现局部肿瘤靶向药物的释放,但是由于内窥镜的尺寸限制,目前缺乏微型超声探头驱动装置。因此,本文研制了一套基于压电精密驱动的微量注射系统,用来精确控制药量;设计了一款应用于内窥镜活检通道的双足式压电作动器来驱动超声换能器,用于内窥镜中精确给药装置的驱动控制。本文的主要研究工作如下:1.本文利用杆式直线超声电机作为驱动元件设计了一套微量注射系统,其中电机的整体尺寸为4 mm×4 mm×15 mm,通过调控电压和占空因数,可以精确地控制超声电机注射系统的流速;在无减速机构的情况下,系统的调速范围为0.01μL/s到61.87μL/s,精度高于传统医用注射泵的最低流速0.028μL/s。2.为了实现在内窥镜活检通道中对超声换能器或其他给药装置进行驱动,本文设计了一种双足式压电作动器,其整体尺寸仅为6 mm×2 mm×2 mm,重量为0.135 g,通过有限元... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

旋转型微型超声电机示意图：(a)定子结构简图；(b)通孔中激发的三阶振动振型

系统和提供预压力的弹簧系统[36-38]，如图1.5所示，其连续力矩可以达到0.4 mN m，最大力矩为1 mN m。图 1. 5 旋转型超声电机及齿轮传动系统1.2.3 压电爬行机器人除了上述的压电作动器外，还有一些利用压电作动技术的爬行机器人值得注意[39]。它们大部分是多个微型压电作动器的组合体，拥有较小的重量和尺寸，良好的速度性能以及可操控性，可以实现在平面的两个自由度上运动，在狭窄空间中拥有较大的应用前景。2014 年美国哈佛大学团队研发了一种基于压电作动器驱动的微型爬行机器人(HAMR-VP)[40]，如图1.6 (a)所示。该压电爬行机器人主要有基体，供电系统和四个驱动足系统

(MinRAR)[41]，如图1.7所示。它的六条腿分别与压电梁相连，将压电梁的振动传递至驱动足端部，然后利用不同驱动足之间的相位差，使整个机器人运动，。机器人长55 mm，最高速度可以达到520 mm/s。图 1. 7 多足式压电爬行机器人 MinRAR2017年新加坡科技和设计大学的Audelia G. Dharmawan团队设计并制造了一种单驱动器压电爬行机器人(LPMR)[42]，如图1.8(a)所示。该机器人仅有一个压电作动器作为驱动部件，依靠四个分布位置不对称的驱动足，以及不同的工作频率完成对机器人运动方式的控制

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]微小型直线超声电机的结构设计[D]. 杨模尖.南京航空航天大学 2016
[2]惯性冲击式直线电机的设计及其应用[D]. 周昇.南京航空航天大学 2014
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本文编号：3509692