机械工程学报

作者：任宝珍, 赵岩, 张建华, 张建军

单位：1. 河北工业大学机械工程学院 天津 300400;2. 北京科技大学机械工程学院 北京 100083

关键词：介入机器人,回转夹持,可靠夹持,摩擦驱动；

基金：国家自然科学基金(62003128)、天津市自然科学基金(20JCYBJC00610)和河北省自然科学基金(F2020202053)资助项目。

针对血管介入机器人中超长径比柔性导管的大行程高效递送操作问题，提出一种回转夹持连续递送的导管驱动模块，兼具卡爪结构可靠夹持与滚轮摩擦结构连续递送的优势。从微观角度分析回转夹持结构与导管之间的摩擦机制，得出接触面积、法向载荷、摩擦力的计算公式，从宏观角度分析导管径向夹紧变形量与法向载荷、摩擦力之间的关系，为实际手术中所需的递送力提供理论模型；通过ABAQUS仿真软件分析了回转夹持递送模块、单组滚轮结构、两组滚轮结构夹持导管时的接触应力与接触面积，比较三种结构夹持对导管的破坏程度；再次，通过搭建轴向抓取力，周向抓取力，轴向精度，周向精度检测平台，得到驱动模块的最大抓取力与精度；通过体外血管模型设置主动脉弓三个分支动脉的递送任务，通过与模拟往复拖拽结构实验对比，验证了回转夹持连续推捻模块对导管递送效率的提升。仿真和实验结果表明，提出的回转夹持连续递送的导管驱动模块夹持可靠，最大轴向推送力为26.6 N，最大旋转扭矩为30.56 mN·m，且递送效率优于往复拖拽结构，完成三个任务的平均时间分别减少了42.3%、27.6%、45.7%，轴向驱动精度为0.9 mm，旋转精度为0.63°，能满足手术要求。

来源：2024年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

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