CN103251437B - 血管介入用外场驱动蛙泳机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种血管介入用外场驱动蛙泳机器人，主要由弹性铰链（1）、上永磁体（2）、下永磁体（3）、下销柱（4）、上销柱（5）、下尾翼（6）和上尾翼（7）组成，其中：弹性铰链（1）两端粘结上永磁体（2）和下永磁体（3），上永磁体（2）和下永磁体（3）的极性相反，下销柱（4）、上销柱（5）分别插入下永磁体（3）、上永磁体（2）的孔中，并分别连接下尾翼（6）和上尾翼（7）。本发明提供的能够在外场驱动和控制下实现血管介入的微型蛙泳机器人，具有结构简单、易于微型化、可靠性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，更具体的说，涉及一种能够在血管环境下使用外场驱动实现蛙泳的机器人。
背景技术
生活习惯导致的心脑血管疾病正越来越迅猛的夺取人们的生命，去除堆积在血管中的血栓，虽然不能从本质上去除病症，但是可以挽救生命，因此在临床具有十分重要的意义。
在临床的血管介入技术方面，当前主要关注的是血管介入治疗时，使用机电控制技术有效、可靠、安全的操作导管、导丝以及血管支架的遥控操作，使用机器人辅助技术代替医生在射线环境下工作，而很少有技术涉及到主动进入血管实现自主运动、并全程可控的微型机器人。由于血管本身的生理解剖特性，例如纤细、空间非常有限、内部充满血液，使用主动介入微型机电系统进入时具有一定的危险性。这种情况就对进入血管进行自主牵引的微型机器人提出了一些特殊要求，例如体积微小、结构简单、工作可靠、主动可控等。
现有的驱动方法大都基于传统的方法，例如专利CN03232608.4公布了一种微电机驱动的摇摆尾巴泳动的微机器人、专利CN99113465.6公布的电机驱动利用反螺旋产生推进力的微机器人，专利CN201010299445.6公布的射流驱动的血管机器人，CN201110103184.0公布的利用外场驱动的血管介入微型机器人，这类机器人构造复杂、体积很难微型化。体积小、结构简单、运动可控、具有较高的可靠性是对血管介入微型机器人的基本要求，目前的技术设计很难同时满足这些要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种血管介入用外场驱动蛙泳机器人，机器人由两条蛙泳腿使用弹性铰链连接，蛙泳腿由销柱连接永磁体及尾翼形成，外部磁场作用在磁极相反的永磁体上时，磁偶矩使蛙泳腿产生闭合，在尾翼配合下实现蛙泳前进。
本发明还提供了一种可以用外场驱动的仿生蛙泳运动方法，依靠外场使机器人在永磁体的作用产生蛙泳腿的撑腿和收腿动作。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种血管介入用外场驱动蛙泳机器人，包括：弹性铰链、上永磁体、下永磁体、下销柱、上销柱、下尾翼和上尾翼，其中：弹性铰链两端粘结上永磁体和下永磁体，上永磁体和下永磁体的极性相反，下销柱、上销柱分别插入下永磁体、上永磁体的孔中，并分别连接下尾翼和上尾翼。
弹性铰链两端使用医用强力胶粘结上永磁体和下永磁体，下销柱和上销柱分别以过盈配合方式插入下永磁体和上永磁体的轴心通孔中，下销柱和上销柱分别连接下尾翼和上尾翼，尾翼可绕销柱的轴在一定角度范围内转动。
所述上永磁体、下永磁体在安装时，需要保证与弹性铰链粘结端的极性相反，如上永磁体N极粘结，则下永磁体S极粘结，反之亦然，这样在外场中，两个永磁体将产生方向相反的磁偶矩，从而使弹性铰链产生弯曲收紧和张开的动作。
所述弹性铰链在自然无外场作用状态下具有一定的弹性，可以克服上永磁体和下永磁体的磁极间的局部磁场引力，当外场施加时，磁偶矩使之产生弯曲收紧或者舒张，具体动作与磁极的布置有关，但是当磁极布置固定时，外场方向的交替将产生弹性铰链收紧和舒张的交替变化。
所述下尾翼和上尾翼在与下销柱、上销柱的转轴连接处具有特殊的微结构，在尾翼向内收回的一侧为圆弧形，当蛙泳腿舒张时尾翼被动收回，可以减少蛙泳腿的阻力，在尾翼舒展的一侧具有矩形，当蛙泳腿闭合推进时尾翼被动展开，矩形边沿起到限位作用，可以增加蛙泳腿的推进力。
本发明工作时，在血管切口将机器人导入，在无外加磁场时机器人的蛙泳腿在永磁体的吸引力作用下呈半收缩状态，当施加外场时，蛙泳腿一种可能的运动序列表现为，永磁体带动弹性铰链张开，尾翼被动向内收缩，当弹性铰链张开到与外场产生的磁偶矩平衡并稍作停顿，然后改变外场方向，永磁体带动弹性铰链收缩，尾翼被动张开并受限位边的作用推动液体产生推进力，机器人前进，重复上述动作序列，则机器人实现连续的蛙泳游动前进，选择性的如果永磁体的安装方向不同，外场施加相同，则机器人的蛙泳腿会先产生收缩动作，后产生张开动作，但是后续的运动则完全相同，为周期性的蛙泳游动。
本发明所提供的血管介入用外场驱动蛙泳机器人，机器人由两条蛙泳腿使用弹性铰链连接，蛙泳腿由销柱连接永磁体及尾翼形成，外部磁场作用在磁极相反的永磁体上时，磁偶矩使蛙泳腿产生闭合，在尾翼配合下实现蛙泳前进。本发明具有结构简单、易于微型化、可靠性高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图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。
如图1所示，本发明所提供的机器人实施例包括：C型的弹性铰链1、上永磁体2、下永磁体3、下销柱4、上销柱5、下尾翼6和上尾翼7。其连接关系为：C型的弹性铰链1两端使用医用强力胶粘结上永磁体2和下永磁体3，上永磁体2和下永磁体3与弹性铰链1的粘结端磁极相反，下销柱4和上销柱5分别以过盈配合方式插入下永磁体3和上永磁体2的轴心通孔中，下销柱4和上销柱5分别连接下尾翼6和上尾翼7，尾翼可绕销柱的轴在一定角度范围内转动。
上永磁体2、下永磁体3在安装时，需要保证与弹性铰链1粘结端的磁极极性相反，如上永磁体2的N磁极与之粘结，则下永磁3体的S磁极与之粘结，反之亦然，这样在外场中，上永磁体2和下永磁体3将产生方向相反的磁偶矩，从而使弹性铰链1产生弯曲收紧和张开的动作。
弹性铰链1在自然无外场作用状态下具有一定的弹性，可以克服上永磁体2和下永磁体3的磁极间的局部磁场引力，当外场施加时，磁偶矩使之产生弯曲收紧或者舒张，具体动作与磁极的布置有关，但是当磁极布置固定时，外场方向的交替将产生弹性铰链1收紧和舒张的交替变化。
下尾翼6和上尾翼7在与下销柱4、上销柱5的转轴连接处具有特殊的微结构，在下尾翼6和上尾翼7向内收回的一侧为圆弧形，当蛙泳腿舒张时下尾翼6和上尾翼7被动收回，可以减少蛙泳腿的阻力，在下尾翼6和上尾翼7向外舒展的一侧具有矩形，当蛙泳腿闭合推进时下尾翼6和上尾翼7被动展开，矩形边沿起到限位作用，可以增加蛙泳腿的推进力。
本发明工作时，在血管切口将机器人导入，在无外加磁场时机器人的蛙泳腿在永磁体的吸引力作用下呈半收缩状态，当施加外场时，蛙泳腿一种可能的运动序列表现为，上永磁体1和下永磁体2带动弹性铰链1张开，下尾翼6和上尾翼7被动向内收缩，当弹性铰链1张开到与外场产生的磁偶矩平衡并稍作停顿，然后改变外场方向，上永磁体1和下永磁体2带动弹性铰链收缩，下尾翼6和上尾翼7被动张开并受限位边的作用推动液体产生推进力，机器人前进，重复上述动作序列，则机器人实现连续的蛙泳游动前进，选择性的如果上永磁体1和下永磁体2的安装方向不同，外场施加相同，则机器人的蛙泳腿会先产生收缩动作，后产生张开动作，但是后续的运动则完全相同，为周期性的蛙泳游动。
Claims (4)
1.一种血管介入用外场驱动蛙泳机器人，其特征在于，主要由弹性铰链(1)、上永磁体(2)、下永磁体(3)、下销柱(4)、上销柱(5)、下尾翼(6)和上尾翼(7)组成，其中：弹性铰链(1)两端粘结上永磁体(2)和下永磁体(3)，上永磁体(2)和下永磁体(3)的极性相反，下销柱(4)、上销柱(5)分别插入下永磁体(3)、上永磁体(2)的孔中，并分别连接下尾翼(6)和上尾翼(7)，下尾翼(6)和上尾翼(7)分别能够绕下销柱(4)和上销柱(5)的轴在一定角度范围转动。
2.根据权利要求1所述的血管介入用外场驱动蛙泳机器人，其特征在于，所述下销柱(4)和上销柱(5)分别以过盈配合方式插入下永磁体(3)和上永磁体(2)的轴心通孔中，并分别连接下尾翼和上尾翼，下尾翼(6)和上尾翼(7)分别能够绕下销柱(4)和上销柱(5)的轴在一定角度范围转动。
3.根据权利要求1所述的血管介入用外场驱动蛙泳机器人，其特征在于，所述弹性铰链(1)在自然状态下具有一定的弹性，可以克服上永磁体(2)和下永磁体(3)的磁极间的吸引力，当外场磁偶矩附加到永磁体上时，弹性铰链可以产弯曲舒张的交替变化。
4.根据权利要求2所述的血管介入用外场驱动蛙泳机器人，其特征在于，所述下尾翼(6)和上尾翼(7)在与下销柱(4)、上销柱(5)的转轴连接处，在下尾翼(6)和上尾翼(7)向内收回的一侧为圆弧形，在下尾翼(6)和上尾翼(7)舒展的一侧具有矩形，机器人由两条蛙泳腿使用弹性铰链连接，两条蛙泳腿分别是由下销柱(4)连接下永磁体(3)及下尾翼(6)形成以及由上销柱(5)连接上永磁体(2)及上尾翼(7)形成，当蛙泳腿舒张时，圆弧形边沿允许下尾翼(6)和上尾翼(7)收回，当蛙泳腿闭合推进时，下尾翼(6)和上尾翼(7)展开，矩形边沿起到限位作用，从而提升推进力。
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