项目名称: 基于力感知的连续体型结肠镜机器人无创介入机理与控制研究

项目编号: No.61203349

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 自动化学科

项目作者: 胡海燕

作者单位: 苏州大学

项目金额: 24万元

中文摘要: 针对传统结肠镜主动弯曲能力不足、易损伤肠道组织的缺点,结合连续体型机器人的研究现状,本项目对连续体型结肠镜机器人无创介入机理与控制展开研究。首先,基于肠腔非线性约束和连续体型机器人的仿生原理对结肠镜机器人的连续体型结构进行优化,以高实时性为目标构建其运动学映射模型。然后,研究肠腔组织生物力学特性,建立综合压力-组织变形、压力-黏膜破损和压力-血流速度变化的多维生物力学模型;在此基础上,研究结肠镜机器人无创介入机理,构建无创评价依据。其次,根据机器人表面传感器阵列的反馈信息,基于信息融合与辨识方法实现对肠腔环境的力感知;提出基于肠腔环境力感知的结肠镜机器人柔顺控制策略。最后,研制结肠镜机器人系统,搭建实验平台,开展模拟结肠实验和活体动物实验,验证设计与理论分析的有效性。本项目的研究成果将为结肠疾病诊疗提供新的研究基础与方法,对促进我国结肠疾病诊疗技术的发展具有重要的理论和现实意义。

中文关键词: 医疗机器人;结肠镜机器人;连续体型结构;力感知;无创介入

英文摘要: According to the current status of continuum robot and the disadvantages of traditional colonoscope: lack of active bending ability and causing colon tissue injury, the research of this project focuses on the non-invasive intervention mechanism and control of continuum colonoscopic robot based on force sensing. Firstly, with the analysis result of the nonlinear constraints of human colon and the bionic principle of continuum robot, the continuum structure of colonoscopic robot is optimized. The kinematics model of robot is built on the goal of high real-time performance. Secondly, the biomechanical property of colon tissue is studied. The multidimensional biomechanical model, including pressure-tissue deformation, pressure-mucosa breakage and pressure-changes of blood flow velocity, are constructed. Then, the non-invasive intervention mechanism is researched and the evaluation basis and criterion are established. Thirdly, the data of pressure sensors array, which are integrated on the surface of colonoscopic robot, is collected. The force sensing of colon tract is realized by processing and identifying of the feedback of sensors array. Aimed at the continuum structure of colonoscopic robot, a compliance control strategy based on the biomechanical property of colon tissue is proposed. Finally, the colonoscopic ro

英文关键词: medical robot;colonosocopic robot;continuum structure;force sensing;non-invasive intervention

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