CN102125453B - 一种清理血栓的血管机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清理血栓的血管机器人，该机器人由微型机器人和外部驱动器组成，其特征在于，所述的微型机器人具有子弹形壳体，其内设有一隔板(3)，该隔板(3)将壳体的内腔分隔成清淤室(4)和泵室(5)；其中，泵室(5)一侧的壳体为一段弹性波纹管，泵室(5)内设有一超磁致伸缩材料棒(6)，该超磁致伸缩材料棒(6)的一头固定于隔板(3)上，另一头固定于支撑架(7)上；清淤室(4)内设有血栓收集器(9)，该血栓收集器(9)的一端经泵室(5)的吸入口与泵室(5)连通，另一端与微型机器人的外部连通；所述的外部驱动器具有一套设在微型机器人外的环形电磁线圈(11)，该环形电磁线圈(11)固定在移动部件上。

Description

一种清理血栓的血管机器人
技术领域
本发明涉及机器人，具体涉及一种血管机器人。
背景技术
血管机器人是一种可以进入血管并能够在血管内自由移动的微型机器人，它可以在血管里完成清除血栓、切除肿瘤、投放药物等工作，对防治心血管疾病具有重要的意义，是当前国内外微型机器人研究领域的热点。
血管机器人驱动方式包括有缆驱动和无缆驱动两种，其中无缆驱动包括自带电源驱动和外部磁场驱动等，其中，外部磁场驱动由于具有易于微型化、工作时间不受限制等优点，因而具有巨大的应用前景。例如，张永顺等发明了一种由外旋转磁场驱动的体内微机器人(张永顺等.体内微型机器人的全方位定位旋进驱动特性.机器人，2006，28(6)：560-565)，该机器人内嵌有NdFeB永磁体，在外部旋转磁场的作用下旋转前进。此外，刘魏在其大连理工大学博士学位论文，即“超磁致伸缩薄膜的磁机耦合特性及其在泳动机器人中的应用”中介绍了另外一种无缆驱动方式，该方式采用了超磁致伸缩薄膜制作驱动器用以驱动泳动机器人。磁致伸缩是指磁性体在磁场中磁化时产生伸长或缩短的现象，超磁致伸缩材料是一种低温弱磁场下能够产生比普通磁性材料大得多的伸缩量的新型材料；超磁致伸缩薄膜(GMF)是采用薄膜技术，将超磁致伸缩材料溅射到非磁性基片上得到的一种新型功能材料。上述刘魏所设计的泳动机器人为仿鱼类造型结构，其驱动器为设于后部的由双层超磁致伸缩薄膜制成仿生尾鳍，在外部驱动磁场的作用下，仿生尾鳍产生摆动，模仿鱼类游动原理进行泳动。但是，若将这种结构用于血管机器人中，存在摆动的仿生尾鳍容易对血管壁造成损伤的缺点。此外，血管机器人在血管中要能完成一定的任务才有意义，如清理血栓，但是上述微型机器人均不能完成血栓清理工作。
本发明人的一个在先发明专利申请(申请号为201010299445.6)说明书中公开了一种射流驱动的血管机器人，该血管机器人中设置有一变量泵，其第一个作用是利用喷射驱动的原理将血管中的血液吸入并高速喷出，从而驱动机器人运动；其第二个作用是将血液中的血栓抽吸到血栓收集器中，达到清理血栓的目的。但是，若将该变量泵应用到上述磁场驱动的血管机器人中，需要增加电源装置，血管机器人无法在血管中长期工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以在血管内长时间工作的血管清理机器人。
本发明解决上述问题的技术方案为：
一种清理血栓的血管机器人，该机器人由微型机器人和外部驱动器组成，其特征在于，所述的外部驱动器具有一套设在微型机器人外的环形电磁线圈，该环形电磁线圈固定在移动部件上；所述的微型机器人具有子弹形壳体，其内设有一隔板，该隔板将子弹形壳体的内腔分隔成位于尖端一侧的清淤室和位于平端一侧的泵室，其中，
泵室一侧的壳体为一段弹性波纹管，其轴心线上设有一超磁致伸缩材料棒，该超磁致伸缩材料棒的一头固定于所述的隔板上，另一头固定于支撑架上；泵室的吸入口设置于隔板上，排出口设置于子弹形壳体平端的中心，所述吸入口和排出口内均设有单向阀；
清淤室内设有血栓收集器，该血栓收集器的出口经泵室的入口与泵室连通，入口在子弹形壳体尖端处与微型机器人的外部连通，其中所述血栓收集器的出口内设有滤网
本发明所述的清理血栓的血管机器人的工作原理如下：
本发明所述的血管机器人，由于泵室内设有超磁致伸缩材料棒，泵室处的壳体为一段弹性波纹管，因此在外部环形电磁线圈所产生的交变或脉动磁场的作用下，超磁致伸缩材料棒反复地进行轴向伸长和恢复，进而拉动弹性波纹管壳体进行轴向伸缩，使泵室的容积反复变大，从而将血液泵进血栓收集器进行过滤。由于微型机器人的壳体呈子弹状，因此在弹性波纹管壳体轴向伸展的过程中，子弹形壳体平端受到血液的反作用力较尖端大，微型机器人便可朝尖端方向蠕动(此时，环形电磁线圈必须伴随微型机器人缓慢地移动)；此外，由泵室出口喷出的血液对微型机器人也能产生一定的推力，进一步为微型机器人的前进提供辅助动力。
本发明所述的清理血栓的血管机器人与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明的微型机器人本身相当于一个泵，在外部磁场作用下，该泵既可进行吸喷血液的工作，也可向前蠕动，既保证了微型机器人能长时间在血管内从事血栓清理工作，也简化了微型机器人的结构。此外，由于微型机器人外形呈子弹状，工作时作轴向伸缩，其径向横截面积不会增大，因此在伸缩过程中对血液流动的阻碍作用不会增加，同时也不会对血管壁造成损伤。
附图说明
图1和图2为本发明所述的微型机器人的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图，图2为图1的A-A剖视图。
图3和图4为本发明所述的清理血栓的血管机器人的一个具体结构示意图，其中，图3为主视图，图4左视图。
具体实施方式
参见图1～图4，微型机器人的子弹形壳体由医用橡胶制成的左半壳体1和右半壳体2对接而成，其中，尖端位于左半壳体1，平端位于右半壳体2。左半壳体1的内腔中设有隔板3，隔板3的左侧内腔为清淤室4，右侧内腔为泵室5。位于隔板3右侧的左半壳体1和右半壳体2上均有一段弹性波纹管，使得该两段壳体可进行轴向的伸缩；泵室5内同轴设有一根稀土超磁致伸缩材料棒6，该超磁致伸缩材料棒6的一端固定于隔板3上，另一端固定于右半壳体2内的支撑架7上，该支撑架7由4根径向辐射的支撑板连接于右半壳体2的内壁形成；泵室5的吸入口设置于隔板3上，排出口设置于右半壳体2右端的中心，所述的吸入口和排出口上分别设有单向阀8。清淤室4内设有血栓收集器9，该血栓收集器9为矩形腔体，四周通过支撑板固定于左半壳体1的内壁上；其出口经泵室5入口上的单向阀8与泵室5连通，其入口经一段管体连接至左半壳体1的尖端并与微型机器人外部连通，所述的出口内设有滤网10。
外部驱动器由环形电磁线圈11和移动部件组成，其中，环形电磁线圈11的导线沿周向绕制。移动部件由移动小车12和设置于该移动小车12上的基座13组成，其中基座13的上部设有弧形槽13-1，下部设有竖向的转轴13-2；小车的底部设有4个行走轮12-1，上部设有与基座13下部的转轴13-2配合的盲孔。所述环形电磁线圈11的底部固定于上述基座13上部的弧形槽13-1内。

Claims (1)

1.一种清理血栓的血管机器人，该机器人由微型机器人和外部驱动器组成，其特征在于，所述的外部驱动器具有一套设在微型机器人外的环形电磁线圈(11)，该环形电磁线圈(11)固定在移动部件上；所述的微型机器人具有子弹形壳体，其内设有一隔板(3)，该隔板(3)将子弹形壳体的内腔分隔成位于尖端一侧的清淤室(4)和位于平端一侧的泵室(5)，其中，
泵室(5)一侧的壳体为一段弹性波纹管，其轴心线上设有一超磁致伸缩材料棒(6)，该超磁致伸缩材料棒(6)的一头固定于所述的隔板(3)上，另一头固定于支撑架(7)上；泵室(5)的吸入口设置于隔板(3)上，排出口设置于子弹形壳体平端的中心，所述吸入口和排出口内均设有单向阀(8)；
清淤室(4)内设有血栓收集器(9)，该血栓收集器(9)的出口经泵室(5)的吸入口与泵室(5)连通，入口在子弹形壳体尖端处与微型机器人的外部连通；其中所述血栓收集器(9)的出口内设有滤网(10)。
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