软齿轮驱动自推进结肠镜机器人齿轮设计参数的研究

《International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery》：Investigation of gear design parameters for soft-gear-driven self-propelled colonoscopy robot

　　**摘要****目的**结肠镜检查是结直肠癌筛查最有效的方法，但成功的插入需要操作者具备较高的技能水平，并可能导致患者不适或受伤。为应对这些挑战，研究人员积极开展了自推进式结肠镜机器人的研究，这类机器人在远端尖端产生推进力。在我们之前的工作中，我们开发了一种采用蜗轮蜗杆机构的自推进式结肠镜机器人；然而，刚性齿轮的使用存在对结肠壁施加过大接触力的潜在风险。**方法**在本研究中，我们提出了一种由软性齿轮驱动的自推进式结肠镜机器人，该齿轮结合了柔顺接触与齿轮式动力传输。通过将基于履带的推进概念重新诠释为由蜗轮蜗杆机构驱动的软性正齿轮，所提出的设计允许齿轮齿在负载下发生弹性变形，通过齿轮齿的柔顺变形提供自适应牵引力。齿轮参数使用齿轮设计软件进行了优化，并制作了四种软性齿轮构型以研究其推进特性。**结果**原型机采用立体光刻3D打印技术制造，并使用结肠镜训练模型进行评估。该机器人在直管段实现了最大推进速度9.6 mm/s和1.5 N的推进力。模数较大的齿轮产生了更高的推进性能。此外，所提出的同轴双蜗轮蜗杆架构在手动转向的条件下能够穿越结肠模型的弯曲段。**结论**这些结果表明，将软性齿轮用作自推进式结肠镜机器人的推进机制在机械上是可行的。虽然评估仅限于结肠镜训练模型，但所提出的设计在结肠镜训练模型中展示了稳定的推进能力，同时保持了对肠壁的柔顺接触。简单紧凑的机械结构为未来微创机器人内窥镜提供了令人信服的概念验证，但仍需进一步的离体和活体验证。