CN103126644B - 用于胃肠道机器人的微型钳位机构 - Google Patents

Abstract

一种医疗器械技术领域的用于胃肠道机器人的微型钳位机构，包括：挡板组件以及设置于其内部的磁条组件、机械臂组件和转子组件，其中：挡板组件和磁条组件构成腔体，转子组件位于腔体的内部，机械臂组件活动设置于腔体的外部且与挡板组件相连，以实现沿轴向的往复旋转。本发明通过控制线圈通电方向就能实现胃肠道机器人在胃肠道环境下的有效钳位，体积小、结构简单、控制简单、成本低、性能可靠、响应速度快，输出的力矩较大。本发明可安装在胃肠道机器人两端，使胃肠道机器人在胃肠道内有效运动，同时可使胃肠道机器人小型化，提高胃肠道机器人的空间利用率。

Description

用于胃肠道机器人的微型钳位机构

技术领域

本发明涉及的是医疗器械技术领域的装置，具体是一种用于胃肠道机器人的微型钳位机构。

背景技术

随着人们生活节奏的不断加快和饮食结构的不断变化，消化道疾病越来越多。胃癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，每年约有64万人因胃癌死亡，居癌症死因的第2位。世界上肠癌的发病率也以每年2％的速度上升，每年近50万人死于肠癌，而我国肠癌发病率的增速是世界水平的两倍，死亡率居癌症死因第三位。消化道系统疾病属于发病率、死亡率和致残率极高的慢性疾病，因此提前检查预防和诊断胃肠道疾病对提高人民健康水平具有重要意义，而好的消化道疾病诊断方法是预防胃肠道疾病的关键。

目前国内外对消化道疾病的诊断和治疗主要采用胃镜和肠镜。对病人来说，10mm左右直径的镜管在插入时总会带来不适，从而普遍产生对内窥镜检查恐惧的现象。内窥镜本体具有一定的刚度，属于有创诊断工具。内窥镜检查时，病人不仅感受到不适和巨大疼痛，而且内窥镜的插入可能引起诸多并发症：咽喉擦伤、食管贲门粘膜撕裂、急性胃扩张、胃肠道穿孔和胃肠道出血甚至猝死、肠道的损伤。同时传统内窥镜操作起来也非常复杂，且具有很大的局限性。由于消化道狭窄曲折，内窥镜很难深度插入体内，位于消化道中间部位的小肠容易成为内窥镜检查的“盲区”。

20世纪80年代以来，微机电系统(MEMS)技术与医学技术的结合，诞生了胶囊内窥镜。胶囊内窥镜是一种微创、无创被动式胃肠道诊查系统。但胶囊内窥镜摄像头的视野范围狭小，导致漏检是不可避免的；且胶囊被动运动，使得医生不能对可疑病灶点进行反复观察。胶囊内窥镜一般属于一次性产品，成本昂贵。

传统插入式内窥镜和胶囊内镜都有其缺点和局限性，而微型人体胃肠道机器人可弥补插入式内窥镜和胶囊内镜存在的缺陷，通过微型机器人自主进入人体胃肠道并完成设定微创或无创诊疗操作。

对现有技术进行文献检索发现，美国专利文献号:US6719684B2公告日：2002.4.23，记载了“MICRO CAPSULE TYPE ROBOT”(用于人体胃肠道检测的微型胃肠道机器人)，该胃肠道机器人由胶囊内窥镜和钳位机构两部分组成。其中：钳位机构是胃肠道机器人设计的关键技术，并决定胃肠道机器人的尺寸。钳位机构的方式有三种：1.金属复合材料式；2.气囊式；3.吸盘式。但是该三种钳位方式都有各自缺点:金属复合材料式工作时所提供的钳位力较小，不能有效钳位；气囊式则不能多次反复钳位，且体积较大；吸盘式由于采用微泵进行真空处理，小型化较为困难，不利于胃肠道机器人在肠道内运行。目前，胃肠道机器人也有采用磁场进行驱动和钳位，但是驱动器的结构和控制过程都很复杂，实际运用较为困难。

综上所述，微型胃肠道机器人是未来解决胃肠道疾病的有效手段，但由于其钳位机构存在缺点和不足，使得胃肠道机器人系统有待于进一步的该进和提高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于胃肠道机器人的微型钳位机构，能够解决现有技术中钳位机构不能有效钳位的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：挡板组件以及设置于其内部的磁条组件、机械臂组件和转子组件，其中：挡板组件和磁条组件构成腔体，转子组件位于腔体的内部，机械臂组件活动设置于腔体的外部且与挡板组件相连，以实现沿轴向的往复旋转。

所述的挡板组件包括：分别与磁条组件的上端面和下端面相连且同轴设置的第一挡板和第二挡板。

所述的磁条组件包括：由上而下依次连接的上磁板、下磁板和环状磁条，其中：上磁板和下磁板均为半圆形磁板组合而成的圆盘结构，环状磁条由两个半环磁条组成。

所述的环状磁条由第一半环磁条与第二半环磁条的矩形侧面相互连接，形成一个空心圆环，空心圆环的上方与上磁板相连，下方与下磁板相连。

所述的机械臂组件包括：若干组V字形结构的活动机械臂，其中：活动机械臂的两个末端分别与第一挡板和第二档板转动连接，活动机械臂的中间端为转动连接。

所述的活动机械臂优选为中心对称设置且个数至少为2个。

所述的活动机械臂的个数优选为3个。

所述的转子组件包括：转子、线圈和中心轴，其中：中心轴的两端分别与第一挡板和第二挡板相连，转子活动设置与中心轴上，线圈在转子上表面的凹槽处沿着转子半径过圆心绕制，在转子侧面处竖直绕制。

所述的转子两端为扇形结构，所述的扇形的角度优选为60度。

所述的中心轴的剖面为D字形。

有益效果

与现有技术相比，本发明通过控制线圈通电方向就能实现胃肠道机器人在胃肠道环境下的有效钳位，体积小、结构简单、控制简单、成本低、性能可靠、响应速度快，输出的力矩较大。本发明可安装在胃肠道机器人两端，使胃肠道机器人在胃肠道内有效运动，同时可使胃肠道机器人小型化，提高胃肠道机器人的空间利用率，使胃肠道机器人可以携带药物或者微型手术工具对患者进行诊疗，造福于胃肠道疾病患者。

附图说明

图1为本发明使用时机械臂展开的结构示意图；

图2为本发明仰视立体图(部分)；

图3为本发明转子组件的内部结构示意图；

图4为本发明的正视图。

其中：11第一挡板、12第二挡板、21上磁板、211第一半圆磁板、212第二半圆磁板、22下磁板、221第三半圆磁板、222第四半圆磁板、23环状磁条、231第一半环磁条、232第二半环磁条、31第一活动机械臂、32第二活动机械臂、33第三活动机械臂、41转子、42中心轴。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例选定的活动机械臂个数为3个，本发明包括：挡板组件以及设置于其内部的磁条组件、机械臂组件和转子组件，其中：挡板组件和磁条组件构成腔体，转子组件位于腔体的内部，机械臂组件活动设置于腔体的外部且与挡板组件相连，以实现沿轴向的往复旋转。

所述的挡板组件包括：分别与磁条组件的上端面和下端面相连且同轴设置的第一挡板11和第二挡板12。

所述的磁条组件包括：由上而下依次连接的上磁板21、下磁板22和环状磁条23，其中：上磁板21和下磁板22均为半圆形磁板组合而成的圆盘结构，环状磁条23由两个半环磁条组成。

所述的上磁板21包括第一半圆磁板211和第二半圆磁板212；第一半圆磁板211磁极分布为上表面S极，下表面N极；第二半圆磁板212磁极分布为上表面N极，下表面S极。

所述的下磁板22包括第三半圆磁板221和第四半圆磁板222。第三半圆磁板221磁极分布为上表面N极，下表面S极；第四半圆磁板222磁极分布为上表面S极，下表面N极；。

所述的环状磁条中第一半环磁条231与第二半环磁条232的矩形侧面相互连接，形成一个空心圆环，空心圆环的上方与上磁板21相连，下方与下磁板22相连。第一半环磁条231内径方向上内表面N极，外表面S极；第二半环磁条232内径方向上内表面N极，外表面S极。

所述的机械臂组件包括：三组V字形结构的活动机械臂，其中：活动机械臂的两个末端分别与第一挡板11和第二档板12转动连接，活动机械臂的中间端为转动连接。

所述的三组活动机械臂分别为第一活动机械臂31、第二活动机械臂32、第三活动机械臂33。

如图3所示，所述的转子组件包括：转子41、中心轴42和线圈，其中：中心轴42的两端分别与第一挡板11和第二挡板12相连，转子41活动设置与中心轴42上，线圈竖直绕制于转子41的侧面。

所述的转子41两端为扇形结构，该扇形的角度为60度。

所述的中心轴42的剖面为D字形。

以下是本发明的工作流程：

一、机械臂展开

如图1所示，初始状态为转子41一端刚好完全逆时针进入第一半圆磁板211一侧。如图2所示，机械臂组件恰好在第一挡板11和第二挡板12之间收缩成圆环状。当线圈逆时针通电时，线圈受到力的作用使转子51逆时针运动，转子在0时至120运范围内转动时，受力恒定，运动稳定。转子51通过中心轴53传动，使第一挡板11同步旋转。机械臂组件的一端通过轴与第一挡板11连接，第一挡板11逆时针旋转时，机械臂组件也一同旋转向外展开。当第一挡板11旋转接近120近时停止运动，机械臂组件同时向外展开距离最大，这时可在胃肠道中起到有效钳位的作用。

二、解除钳位状态

如图2所示，当需解除胃肠道机器人钳位状态时，线圈顺时针通电，线圈受到力的作用使转子41顺时针运动，转子41旋转过程中受力恒定，运动稳定。转子41通过中心轴42传动，与第一挡板11同步旋转。第一挡板11旋转带动机械臂组件运动，机械臂组件相互作用沿切线收缩成圆环状，回到初始状态，从而解除胃肠道机器人的钳位作用。

三、线圈顺时针通电

当转子41处于初始状态时，线圈顺时针通电，线圈顺时针方向受到切向力的作用，则转子41受到顺时针方向上切向力的作用，通过中心轴42，第一挡板11顺时针方向上同样受到切向力的作用，但由于机械臂组件的相互作用，整个钳位机构仍保持静止。

线圈的通电方向决定转子41和第一挡板11的旋转方向。线圈逆时针通电时，转子41和第一挡板11逆时针转动；线圈顺时针通电时，转子41和第一挡板11顺时针运动。但从初始状态起，线圈顺时针通电时，转子41与第一挡板11不能顺时针转动。

由上述实施例可以看出，通过控制线圈的通电方向，就能控制微型钳位机构稳定动作。本发明的微型胃肠道机器人微型钳位机构体积小、结构简单、控制简单、成本低、性能可靠、响应速度快，输出的力矩较大。可安装在胃肠道机器人两端，使胃肠道机器人可胃肠道内有效运动，同时可使胃肠道机器人小型化，提高胃肠道机器人的空间利用率，使胃肠道机器人可以携带药物或者微型手术工具对患者进行诊疗，造福于胃肠道疾病患者。

Claims (7)

1.一种用于胃肠道机器人的微型钳位机构，包括：挡板组件以及设置于其内部的磁条组件、机械臂组件和转子组件，其中：挡板组件和磁条组件构成腔体，转子组件位于腔体的内部，其特征在于，机械臂组件活动设置于腔体的外部且与挡板组件相连，以实现沿轴向的往复旋转；

所述的挡板组件包括：分别与磁条组件的上端面和下端面相连且同轴设置的第一挡板和第二挡板；

所述的磁条组件包括：由上而下依次连接的上磁板、下磁板和环状磁条，其中：上磁板和下磁板均为半圆形磁板组合而成的圆盘结构，环状磁条由两个半环磁条组成；

所述的转子组件包括：转子、线圈和中心轴，其中：中心轴的两端分别与第一挡板和第二挡板相连，转子活动设置与中心轴上，线圈在转子上表面的凹槽处沿着转子半径过圆心绕制，在转子侧面处竖直绕制。

2.根据权利要求1所述的钳位机构，其特征是，所述的环状磁条由第一半环磁条与第二半环磁条的矩形侧面相互连接，形成一个空心圆环，空心圆环的上方与上磁板相连，下方与下磁板相连。

3.根据权利要求1所述的钳位机构，其特征是，所述的机械臂组件包括：若干组V字形结构的活动机械臂，其中：活动机械臂的两个末端分别与第一挡板和第二档板转动连接，活动机械臂的中间端为转动连接。

4.根据权利要求3所述的钳位机构，其特征是，所述的活动机械臂为中心对称设置且个数至少为2个。

5.根据权利要求3或4所述的钳位机构，其特征是，所述的活动机械臂为3个。

6.根据权利要求1所述的钳位机构，其特征是，所述的转子两端为扇形结构，该扇形的角度为60度。

7.根据权利要求1所述的钳位机构，其特征是，所述的中心轴的剖面为D字形。