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磁控微型释药机器人动作触发可靠性的研究

作　者: 曾昭旺
导　师: 朱文坚
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 消化道药物释放压缩弹簧永磁定位干簧管
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

近年来,随着溃疡性肠炎,结肠癌等消化道疾病的发病率的逐年上升,消化道定位药物释放技术成为国际制药领域的一个新技术热点,通过无缆式微型机器人将药物放在特定区域,研究药物在消化道不同区域的吸收特性,对于新药的开发和提高传统药物的有效性都有很大的帮助。本文分析了微型药物释放机器人的功能要求,提出了系统性的解决方案。在分析了人体消化道生理参数及功能特征的基础上,论证了机器人被动行走方案的可行性。对微型药物释放机器人的主体结构以及密封方案进行了合理的设计。通过对各种驱动方案的分析,选择了合理的驱动机构,对压缩弹簧进行了受力分析。提出通过检测永磁体空间磁场参数的变化从而实现对微型机器人在消化道的定位。探讨了一种基于磁荷模型的圆柱型永磁体空间磁场的数值计算方法。将置于机器人内的圆柱型永磁体等效为磁偶极子,建立了基于磁偶极子模型的磁定位方程。设计了基于HMC1023磁阻传感器的永磁定位信号处理电路。研究了压缩弹簧驱动机构的触发释放方式,提出了基于磁场触发的干簧管熔断电路与纯磁力机构两种触发方式。搭建药物驱动装置的压缩弹簧刚度测试试验台,得到了较为精确的弹簧刚度值。在定性分析干簧管导通磁场的基础上,通过实验测试了干簧管管脚的长短与弯曲程度对其导通磁场的影响,并提出了导通磁场的最佳设置方向。为了确认药物是否释放,设计了反馈信号电路,并应用电路仿真软件Multisim对西勒振荡电路进行了模拟仿真,制作了插板电路,用小型信号接收电视机进行了信号测试,结果表明,信号发射电路是完全可行的。用纯磁力机构的压缩弹簧释放方式成功模拟了药物释放试验。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题来源  12
  1.2 课题的研究意义  12-13
  1.3 消化道药物释放微型机器人的研究现状  13-19
    1.3.1 国外研究现状  13-17
    1.3.2 国内研究现状  17-19
  1.4 关键技术问题探讨  19-20
  1.5 本文的研究内容  20-22
第二章药物释放微型机器人的方案与结构设计  22-39
  2.1 微型释药机器人的工作环境分析  22-25
    2.1.1 消化道的组成  22-23
    2.1.2 消化道的生理功能及相关参数  23-24
    2.1.3 胃肠道生理特征对微型机器人运动的影响  24-25
  2.2 微型的机器人的药物释放方案  25-26
  2.3 微型的机器人的结构设计  26-31
    2.3.1 主体材料的选择  26-27
    2.3.2 机器人外形，尺寸及密封方案  27-31
  2.4 药物释放驱动装置的设计  31-38
    2.4.1 药物释放驱动方式的选择  31-35
    2.4.2 弹簧的受力分析  35-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章释药机器人的定位系统设计  39-54
  3.1 永磁定位方案  39
  3.2 永磁体材料的性能分析  39-41
  3.3 圆柱永磁体磁场计算  41-44
  3.4 磁定位模型  44-47
    3.4.1 磁偶极子的磁场  44-46
    3.4.2 基于磁偶极子的磁定位模型  46-47
  3.5 磁阻传感器  47-49
    3.5.1 磁阻传感器的原理  47-48
    3.5.2 HMC1023 磁阻传感器  48-49
  3.6 定位电路的方案设计  49-52
    3.6.1 传感器复位/置位电路  50
    3.6.2 信号放大与采样保持电路  50-51
    3.6.3 多路开关、可编程放大器与A/D转换  51-52
    3.6.4 单片机控制和串口通信  52
  3.7 本章小结  52-54
第四章药物释放动作的触发  54-66
  4.1 药物释放控制电路  54
  4.2 干簧管的触发条件研究  54-57
    4.2.1 干簧管的工作原理与特点  54-56
    4.2.2 干簧管的永磁场触发  56-57
    4.2.3 基于干簧管的继电器设计  57
  4.3 电源与发热电阻  57-60
    4.3.1 纽扣电池的选择  59
    4.3.2 发热电阻的选择  59-60
  4.4 永磁片磁力触发机构  60-61
    4.4.1 机构的工作原理  60-61
    4.4.2 工作条件  61
  4.5 反馈信号电路的设计  61-65
    4.5.1 LC振荡电路  61-62
    4.5.2 振荡电路的参数设计  62-63
    4.5.3 振荡器稳定工作条件及Multisim仿真  63-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章药物释放机器人的试验与分析  66-76
  5.1 驱动压缩弹簧的性能试验  66-68
    5.1.1 弹簧的尺寸参数  66
    5.1.2 弹簧刚度的测试  66-68
  5.2 纽扣电池的特性研究  68-70
  5.3 干簧管的管脚性能测试  70-72
  5.4 模拟药物释放试验  72-74
  5.5 反馈信号电路试验  74-75
  5.6 本章小结  75-76
结论与展望  76-78
参考文献  78-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85

磁控微型释药机器人动作触发可靠性的研究

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