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一種適用于膠囊機器人的腸道幾何參數感知方法
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中北大學(xué) 動(dòng)態(tài)測試技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室

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國家自然科學(xué)基金(52275038,62823347),先進(jìn)制造技術(shù)山西省重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放基金(XJZZ202101),山西省重點(diǎn)研發(fā)計劃(201903D321164),中北大學(xué)校內人才支持計劃(QX201808)


An Intestinal Geometric Parameters Sensing Method for a Capsule Robot
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    摘要:

    膠囊機器人被認為是實(shí)現腸道疾病微創(chuàng )診查最具前景的器件,腸道的幾何參數(即半徑和厚度)感知對于機器人在未知的腸道環(huán)境中實(shí)現主動(dòng)運動(dòng)具有重要意義,然而現階段膠囊機器人均不具備這一感知功能;為此提出一種基于擴張機構和薄膜壓力傳感器的腸道幾何參數感知方法;通過(guò)在擴張機構末端安裝薄膜壓力傳感器,測量不同擴張半徑下腸道的收縮壓力,并基于壓力值和以本構方程為核心構建的感知模型,實(shí)現對腸道初始半徑及厚度的感知;搭建實(shí)驗平臺對該感知方法測試發(fā)現:針對五段具有不同幾何參數的離體豬腸道,可在15s內完成對腸道幾何參數感知,對于初始厚度的感知誤差范圍為[0.084 mm, 0.239 mm],初始半徑的感知誤差范圍為[0.186 mm, 0.339 mm]。

    Abstract:

    The capsule robot is a promising medical instrument for a minimally invasive examination of the intestine. Sensing the intestinal geometric parameters (i.e. radius and thickness) is of great significance for its active locomotion in the unknown intestinal environment. But so far, none of a capsule robot is equipped with this sensing function. For this reason, a method for sensing the intestinal geometric parameters based on the expanding mechanism and thin-film pressure sensors is proposed. By installing thin-film pressure sensors on the tips of the expanding mechanism, the contractile forces of intestines in different expanded radius can be measured. And based on the pressure data and a sensing model taking constitutive equation as the core, the initial radius and thickness of intestines can be sensed. An experimental platform is set up to verify the proposed method in five ex-vivo pig intestines with different geometric parameters, and the results show that: the intestinal geometric parameters can be sensed out within 15s, and the sensing errors of the intestinal radius and thickness are in the ranges of [0.084 mm, 0.239 mm] and [0.186 mm, 0.339 mm], respectively.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

周錦山,高晉陽(yáng).一種適用于膠囊機器人的腸道幾何參數感知方法計算機測量與控制[J].,2023,31(6):223-230.

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  • 收稿日期:2023-02-20
  • 最后修改日期:2023-02-22
  • 錄用日期:2023-02-23
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2023-06-15
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