Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, учитывая научно-технический прогресс во многих областях науки и техники, у нас в стране и за рубежом бурнее развитие получила разработка и изготовление новых видов медицинской техники. Особое место в разработке медицинских приборов занимают эндоскопические приборы, используемые для диагностики и лечения труднодоступных полостей в организме человека. В настоящее время область применения эндоскопов возросла Эндоскопы используют для проведения хирургических операций, а также для диагностики состояния отдельных элементов в различных технических объектах, визуальный непосредственный осмотр которых невозможен. Производством и разработкой эндоскопов занимаются практически все развитые страны мира, например: Япония, США, Россия, Германия, Австрия, Великобритания и другие. Особое место в мире, по номенклатуре и функциональным возможностям, занимают эндоскопы японского производства. Особенно широко распространены во всем мире эндоскопы фирмы "Олимпас".
Первые эндоскопы в нашей стране появились в семидесятые годы. Наиболее проблемной частью любого эндоскопа, из-за которой чаще всего происходит частичная или полная потеря работоспособности, является гибкая управляемая часть или дистальная часть эндоскопа (ДЧЭ). Изгиб ДЧЭ может вызывать нарушение внутренних коммуникаций: излом оптических световодов, усиление нагрузок на гибкие управляющие канаты, что вызывает растяжение и обрыв последних и повреждение защитной оболочки.
Существующие методы разработки и модернизации современных эндоскопов основаны лишь на конструкторской проработке соответствующих моделей, направленной на устранение выявленных в результате эксплуатации недостатков. Поэтому актуальным становится создание формализованных методов расчета подобных систем, которые позволяли бы дать оценку основных механических характеристик ДЧЭ для этапа предварительного проектирования.
Основой для решения этой задачи язляется разработка математической модели механической части гибкого управляемого ондескопа, адекватной соответствующей конструкции ДЧЭ.
UEJlb РАБОТЫ. Цель работы заключается в создании реальной математической модели для расчета ДЧЭ по заданным параметрам.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методы исследования базируются на теории конечных элементов, применимей к упругим системам, использовании программных средств, положений теоретической механики и сопротивления материалов, деталей машин и механизмов, роботов и манипуляторов, а также научных основ технологии приборостроения. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании, созданном в процессе работы над диссертацией.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем :
в применении математической модели для исследования кинематики
дистальной части эндоскопа оригинальной конструкции. На основе
использования метода конечных элементов разработана математическая
модель для упругой системы;
« предложена статическая модель гибкого стержня;
* рассмотрена нелинейная задача определения деформированного
состояния ДЧЭ;
разработан стенд для экспериментального определения механических
характеристик ДЧЭ.
математическая модель для исследования ДЧЭ, основанная на методе
конечных элементов, применимом к упругим системам;
* статическая модель гибкого стержня; новое конструкторско-технолопическое
решение для ДЧЭ, защищенное заявкой;
* экспериментальный стенд для определения механических характеристик
эндоскопа.
Несмотря на довольно большой срок эксплуатации эндоскопов и большое число модификаций зндоскопов с разными функциональными возможностями в настоящее время имеются лишь патентные решения, которые отражают только конструктивные и функциональные предложения по конструированию новых типов эндоскопов, а также результаты заводских и клинических испытаний конкретных приборов. А этого для полноценного конструирования
новых типов эндоскопов мало. Поэтому, создав математическую модель
эндоскопа, можно добиться следующего:
D отказаться от некоторых вариантов конструкций, не анализируя их
характеристик, что сокращает количество вариантов, требующих дальнейшей
проработки;
выявить такие комбинации переменных геометрических параметров, которые дают оригинальные и работоспособные конструкторские решения;
предлагать такие комбинации, которые на данный момент технологически невыполнимы, но могут стимулировать дальнейшее развитие технологии.
Апробация работы. Положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на ХХІХ-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Санкт - Петербургского института точной механики и оптики (Технического Университета) 30.01.97, на международной конференции «Инструментарий в экологии и безопасности человека», Санкт - Петербург 1996 г. Диссертация в целом обсуждалась на совместном заседании кафедр инженерной и компьютерной графики и теоретической механики и физики СПб ИТМО.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы, в том числе заявка на изобретение [ 2 ].
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложения.
