肠道机器人扩张机构设计与优化
本文选题:肠道机器人 切入点:扩张机构 出处:《光学精密工程》2017年07期
【摘要】:为了满足肠道机器人在肠道中运动和驻留的要求,设计了一种大变径比的新型扩张机构。该机构通过采用双层叠腿式设计,增大了与肠道的接触面积,最大扩张半径达到24.5mm,变径比增加到3.27。为了进一步研究该扩张机构的性能,建立了扩张臂的数学模型,对扩张臂的力学与运动学特性进行了理论分析。然后通过有限元分析,对扩张臂运动过程进行了动力学仿真,研究了不同扩张半径下,扩张臂的应力分布和变化趋势,基于有限元分析结果,对扩张臂进行了优化设计,优化后的等效应力最大值比优化前减小了12.89%。之后通过ADAMS对扩张臂进行运动学仿真,以验证其运动学模型的准确性。最后搭建了力学性能实验台,对其扩张力进行了测试,以验证其力学模型的准确性。实验结果显示:实验值与理论值的变化趋势基本一致,而且实验值小于理论值;机构扩张初始阶段误差较大,扩张半径为7.5 mm时,实验值仅为理论值的14.30%;之后误差急剧减小并趋于稳定,扩张半径为10~23mm时,实验值平均为理论值的73.64%;扩张臂1、2、3的实际扩张半径分别为24.5、24和23mm。结果显示本文设计的肠道扩张机构基本满足肠道安全性和大变径比的设计要求,而且结构优化效果明显。
[Abstract]:In order to meet the requirements of intestinal robot moving and staying in the intestine, a new expansion mechanism with large ratio of variable diameter to diameter is designed.The double leg design is used to increase the contact area with the intestinal tract. The maximum expansion radius is up to 24.5 mm and the ratio of variable diameter to diameter is increased to 3.27 mm.In order to further study the performance of the expansion mechanism, the mathematical model of the expansion arm is established, and the mechanical and kinematic characteristics of the expanding arm are theoretically analyzed.Then through finite element analysis, the dynamic simulation of the expansion arm motion process is carried out, and the stress distribution and variation trend of the expansion arm under different expansion radius are studied. Based on the results of finite element analysis, the expansion arm is optimized.The maximum equivalent stress after optimization is 12.89 less than that before optimization.Then the kinematics simulation of the expanded arm is carried out by ADAMS to verify the accuracy of its kinematics model.Finally, the mechanical properties test bench was built, and the expansion force was tested to verify the accuracy of the mechanical model.The experimental results show that the experimental value is basically consistent with the theoretical value, and the experimental value is smaller than the theoretical value, and the error in the initial expansion stage of the mechanism is large, and the expansion radius is 7.5 mm.The experimental value is only 14.30 of the theoretical value, and then the error decreases sharply and tends to stabilize. When the expansion radius is 10~23mm, the average experimental value is 73.64 of the theoretical value, and the actual expansion radius of the expanded arm is 24.524 and 23mm.The results show that the intestinal expansion mechanism designed in this paper basically meets the design requirements of intestinal safety and large variable diameter ratio, and the effect of structure optimization is obvious.
【作者单位】: 上海交通大学电子信息与电气工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(No.61673271,No.81601631) 上海市科学技术委员会科研计划项目(No.14441902800,No.15441903100)
【分类号】:TH776;TP242
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 滕启,段守敏;优化设计广义化的发展[J];矿山机械;2002年02期
2 于燕玲,叶春生;优化设计中的优化问题算法[J];十堰职业技术学院学报;2004年02期
3 余民姚;张根保;刚号;梁淑明;;面向企业效益的产品质量优化设计[J];机床与液压;2006年10期
4 董良凤;;浅谈高层建筑混凝土结构的优化设计[J];福建建筑;2010年01期
5 聂勇军;廖启征;;多学科优化设计在工程机械产品开发中的应用展望[J];起重运输机械;2011年08期
6 张纪元 ,沈守范;字盘案称结构尺寸的优化设计[J];南京理工大学学报(自然科学版);1983年04期
7 余俊;最优化设计在机械工程中的应用近况[J];机械工程;1984年01期
8 陈福理;姚志新;;农房构件优化设计有显著经济效益[J];混凝土与水泥制品;1984年05期
9 高荣;《优化设计基础》专题学习指导[J];煤矿机械;1985年05期
10 卓翔;λ型杆式溶液面清刮机的优化设计[J];成都大学学报(自然科学版);1985年01期
相关会议论文 前10条
1 连克难;蒋家勇;鱼胜利;;仪器基础支架的优化设计探讨[A];中国工程物理研究院科技年报(2001)[C];2001年
2 吴启霞;刘建东;;对项目优化设计的探讨[A];土木建筑学术文库(第13卷)[C];2010年
3 蒙坤江;;型材利用率优化设计[A];2010全国机电企业工艺年会《上海电气杯》征文论文集[C];2010年
4 谈向东;王金锋;;从节能论冷库优化设计[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
5 黄尧;龙连春;;机架结构优化设计[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年
6 尹胜文;朱建群;陈坚;;昆山市第一人民医院开发区分院结构方案的优化设计[A];第三届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2011年
7 刘智慧;;一炉三线药用玻璃池炉优化设计及运行效果[A];2010年全国玻璃窑炉技术研讨交流会论文汇编[C];2010年
8 王录民;王有安;;桁架的正交基因优化设计[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1996年
9 严思炜;郝世强;;浅谈离合器分泵支架优化设计[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
10 华冰;杜家政;龙连春;;高温输油管道分析与优化设计[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
相关重要报纸文章 前10条
1 鲁晨 昊坤 宇闪;徜徉在真情铺就的回家路上[N];中国教育报;2007年
2 记者 邵杰;优化设计 加快建设[N];四平日报;2014年
3 本报记者 吴林;“中国之家”技术特色[N];中国房地产报;2009年
4 ;《汽车优化设计理论方法》[N];中国机电日报;2000年
5 王泽斌;计算机辅助玻璃配主优化设计[N];中国建材报;2007年
6 综合;WLAN网络的优化设计[N];人民邮电;2003年
7 李俐娥 杨关;武仪公司通过优化设计丰富产品内涵[N];中国航空报;2007年
8 通讯员 陈骏;灾后重建 华电珙县分公司优化设计降能耗[N];中国电力报;2009年
9 本报记者 李佳;把可持续发展落实到优化设计上[N];中华建筑报;2006年
10 侯伟;精彩人生路[N];中国航空报;2000年
相关博士学位论文 前6条
1 丁金华;机械结构有限元动力优化设计的逆摄动方法研究[D];大连理工大学;2000年
2 吴镇;优化设计中的智能方法与可视化技术研究[D];武汉理工大学;2002年
3 舒信伟;基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究[D];上海交通大学;2009年
4 方耀楚;二级层级褶皱结构力学性能研究与优化设计[D];大连理工大学;2014年
5 陈科;基于并行思维的设计理念和设计方法研究[D];合肥工业大学;2001年
6 李胜忠;基于SBD技术的船舶水动力构型优化设计研究[D];中国舰船研究院;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 白育全;基于ADAMS的八连杆冲压机构的优化设计与仿真分析[D];延边大学;2015年
2 张腾慎;海上独立光伏系统优化设计与MPPT研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 陈孝玉;散热带轧波过程模拟及轧波刀优化设计[D];贵州大学;2015年
4 倪晓琴;热荷载作用下弹性薄板壳结构的优化设计[D];大连理工大学;2015年
5 赵亮;大直径薄壁箱体结构力学分析与精细优化设计[D];大连理工大学;2015年
6 陶义;桥式起重机箱梁的结构混合仿生优化设计[D];中北大学;2016年
7 尉鹤缤;基于改进退火—粒子群混合算法的桥式起重机主梁优化设计[D];河北工程大学;2016年
8 段霄萌;太阳能电池帆板的频率优化设计[D];吉林大学;2016年
9 林张欢;复合材料压力容器有限元分析及其优化设计[D];华中科技大学;2014年
10 王文强;树脂矿物复合材料精密车床床身结构强化及其优化设计[D];山东大学;2016年
,本文编号:1699619
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1699619.html