CN110958860B - 磁性机器人 - Google Patents

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Abstract

提供一种磁性机器人。磁性机器人包括：移动部，能够通过外部磁场的控制来移动；以及检查部，与上述移动部的前端相结合，上述检查部包括：主体，在前端形成组织采集用针；盖，用于包围上述主体；以及盖移动部，用于使上述盖在第一位置与第二位置之间进行移动，在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述组织采集用针收容于上述盖内，在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述组织采集用针向上述盖的外部露出。

Description

磁性机器人
技术领域
本发明涉及磁性机器人，更详细地，涉及可通过外部磁场的控制来采集身体组织的磁性机器人。
背景技术
当对消化器官或心脏等很难通过注射针或手术刀等到达的人体部位执行活体检查时，一般使用带有钳子的内视镜或导管等。但是，当使用这种有线工具时，可通过这种线受到外部细菌的感染，在患者的免疫力低下的情况下，有可能导致患者的死亡。
最近，为了克服这种有线工具的缺点而开发的无线驱动磁性机器人将焦点集中在消化器官的组织采集上，由于主要会用利用小型电池的马达，因此，工作时间受限，具有机器人在体内被动移动的缺点。
但是，为了替代以往的活体检查，机器人需要主动移动并需要持续进行活体检查。
因此，需要在体内精确地移动且确保稳定性的无线驱动磁性机器人技术。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供如下的磁性机器人，即，可以通过外部磁场的控制，在身体组织内选择性地进行移动及组织采集。
本发明所要解决的技术问题并不局限于上述问题。
解决问题的手段
为了解决上述技术问题，本发明提供磁性机器人。
根据一实施例，磁性机器人包括：移动部，能够通过外部磁场的控制来移动；以及检查部，与上述移动部的前端相结合，上述检查部包括：主体，在前端形成组织采集用针；盖，用于包围上述主体；以及盖移动部，用于使上述盖在第一位置与第二位置之间进行移动，在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述组织采集用针收容于上述盖内，在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述组织采集用针向上述盖的外部露出。
根据一实施例，在上述主体中，在与上述组织采集用针相邻的位置可形成第一收容部，在与上述检查部相邻的位置形成第二收容部，上述盖移动部包括：固定磁铁，向上述第一收容部插入，旋转受到限制；以及旋转磁铁，位于上述第二收容部内，能够通过上述外部磁场的控制，以上述盖的结合轴为中心自由地进行旋转，随着上述旋转磁铁通过上述固定磁铁与上述旋转磁铁之间的引力向上述组织采集用针侧进行移动，上述盖位于上述第一位置，随着上述旋转磁铁通过上述固定磁铁与上述旋转磁铁的斥力向上述检查部侧进行移动，上述盖位于上述第二位置。
根据一实施例，上述第二收容部可在上述检查部与上述固定磁铁之间以规定长度形成，在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述旋转磁铁位于与上述固定磁铁相邻的上述第二收容部的一区域，在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述旋转磁铁位于与上述检查部相邻的上述第二收容部的另一区域。
根据一实施例，在上述固定磁铁中，N极及S极中的一个可以与上述组织采集用针相邻，另一个与上述旋转磁铁相邻。
根据一实施例，上述旋转磁铁可呈环状，以上述结合轴为中心分成两部分，一侧为N极，另一侧为S极。
根据一实施例，上述移动部可包括受到上述外部磁场控制的移动磁铁，上述旋转磁铁与上述固定磁铁之间的磁力大于上述旋转磁铁与上述移动磁铁之间的磁力。
根据一实施例，上述组织采集用针的末端可呈尖钩状，在上述主体前进的情况下，上述组织采集用针刺入前方的组织，在上述主体后退的情况下，上述组织采集用针采集组织。
发明效果
本发明实施例的磁性机器人通过施加外部磁场来使旋转磁铁进行旋转，由此，利用旋转磁铁与固定磁铁之间产生的引力或斥力来将组织采集用针收容在盖内部或者使其向盖外部露出。在磁性机器人在血管内部进行移动的期间，组织采集用针收容于盖内部，从而，可防止在移动的过程中因组织采集用针发生的血管内壁的损伤。
本发明实施例的磁性机器人包括检查部及移动部，检查部包括在前端以末端钩状形成的组织采集用针，当移动部前进时，组织采集用针刺入组织，当移动部后退时，组织采集用针可采集组织。
附图说明
图1为本发明实施例的磁性机器人的立体图。
图2为本发明实施例的磁性机器人的检查部的分解立体图。
图3为本发明实施例的磁性机器人的检查部的剖视图。
图4为用于说明本发明实施例的磁性机器人的移动的图。
图5至图8为用于说明本发明实施例的磁性机器人的组织采集的图。
具体实施方式
本发明的磁性机器人包括：移动部，可通过外部磁场的控制来移动；以及检查部，与上述移动部的前端相结合，上述检查部包括：主体，在前端形成组织采集用针，盖，用于包围上述主体；以及盖移动部，用于使上述盖在第一位置与第二位置之间移动，在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述组织采集用针收容于上述盖内，在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述组织采集用针向上述盖的外部露出。
以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。但是，本发明的技术思想并不局限于在此说明的实施例，而是可以具体化为其他形态。反而，在此介绍的实施例用于使所公开的内容变得完整，并向本发明所属技术领域的普通技术人员充分地传递本发明的思想而提供。
在本说明书中，在一种结构要素形成于另一种结构要素上的情况下，意味着可直接形成于另一种结构要素或者在它们之间可以形成第三种结构要素。并且，图中，为了有效地说明技术内容，膜及区域的厚度被放大。
并且，在本说明书的多种实施例中，第一、第二及第三等术语用于记述多种结构要素，但是，这些结构要素并不局限于这些术语。这些术语仅用于区分两种结构要素。因此，在一实施例中的第一结构要素可以在另一实施例中被提及为第二结构要素。在此说明且例示的各个实施例还包括其互补性实施例。并且，在本说明书中，“和/或”意味着包括前后罗列的结构要素中的至少一个。
在说明书中，只要在文脉上并未明确指出，则单数表现包括复数的表现。并且，“包括”或“具有”等术语用于指定在说明书中记载的特征、数字、步骤、结构要素或这些组合的存在，而并非意味着排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、结构要素或这些组合的存在或附加可能性。
并且，以下，在说明本发明的过程中，在判断为对于相关的公知功能或结构的详细说明会使本发明的主旨不清楚的情况下，将省略对其的详细说明。
图1为本发明实施例的磁性机器人的立体图，图2为本发明实施例的磁性机器人的检查部的分解立体图，图3为本发明实施例的磁性机器人的检查部的剖视图。
参照图1及图2，磁性机器人通过向人体内管状器官(气管、食道、胃、肠、膀胱、尿管、血管)的内部插入并进行移动，并可执行用于组织检查的组织采集。
磁性机器人由检查部100及移动部200组成，检查部100采集用于组织检查的组织，上述检查部100包括主体110、组织采集用针112、盖120及盖移动部130。
在主体110的前端设置组织采集用针112，在主体110形成第一收容部114及第二收容部116。
组织采集用针112的末端可呈尖钩状。在组织采集用针112向盖120外部露出的情况下，随着主体110前进，组织采集用针112刺入前方的组织，随着主体110后退，组织采集用针112可采集组织。
第一收容部114可形成于与组织采集用针112相邻的位置。第一收容部114提供用于收容固定磁铁134的空间，并且具有与固定磁铁134的直径相应的内径。
第二收容部116可形成于第一收容部114的后方。第二收容部116沿着主体110的长度方向以规定长度形成。第二收容部116提供用于插入旋转磁铁136的空间，沿着主体110的长度方向，第二收容部116的长度大于旋转磁铁136的直径。
盖120呈包围主体110的形态，可包括结合轴122。结合轴122贯通第二收容部116，并向旋转磁铁136的中心插入。
盖120可通过盖移动部130在第一位置与第二位置之间进行移动。在上述第一位置中，组织采集用针112收容在盖120内，在上述第二位置中，组织采集用针112向盖120外部露出。
盖移动部130使盖120在上述第一位置与上述第二位置之间移动。盖移动部130可包括固定磁铁134及旋转磁铁136。
固定磁铁134及旋转磁铁136的N极与S极彼此相接，在图中，以亮色处理的部分可以为N极，以暗色处理的部分可以为S极。
固定磁铁134向第一收容部114插入，用于限制其旋转。在固定磁铁134中，N极及S极中一个与组织采集用针112相邻，另一个与旋转磁铁136相邻。根据实施例，固定磁铁134的S极与组织采集用针112相邻，N极与旋转磁铁136相邻。
旋转磁铁136位于第二收容部116内，并通过外部磁场及与固定磁铁134之间的磁力以结合轴122为中心进行旋转，并在第二收容部116内进行移动。旋转磁铁136呈环状，结合轴122贯通其中心。旋转磁铁136以结合轴122为中心分成两部分，一侧为N极，另一侧为S极，并能够以结合轴122为中心进行旋转。在旋转磁铁136在第二收容部116内进行移动的情况下，盖120通过结合轴122与一同移动。具体地，旋转磁铁136在第二收容部116内位于与固定磁铁134相邻位置的情况下，盖120位于上述第一位置。而且，旋转磁铁136在第二收容部116内位于与移动部200相邻位置的情况下，盖120位于上述第二位置。
以下，参照图3，详细说明旋转磁铁136的旋转及移动以及基于旋转磁铁136的移动的盖120的移动。
参照图3，图3的(A)部分为示出盖120配置在上述第一位置的情况的剖视图，图3的(B)部分为示出盖120配置在上述第二位置的情况的剖视图。
参照图3的(A)部分，通过固定磁铁134与旋转磁铁136的磁力时旋转磁铁136的S极与固定磁铁134的N极相向排列，由此，在旋转磁铁136与固定磁铁134之间产生引力。通过引力，旋转磁铁136向固定磁铁134侧进行移动并位于与固定磁铁134相邻的第二收容部116的一区域。随着旋转磁铁136的移动，盖120也将一同移动来配置于上述第一位置。在盖120配置于上述第一位置的情况下，组织采集用针112收容于盖120内。
相反，参照图3的(B)部分，若从外部沿着X轴方向施加磁场，则旋转磁铁136以结合轴122为中心进行旋转并沿着外部磁场方向排列。在此情况下，从外部施加的磁场以大于旋转磁铁136与固定磁铁134之间磁力的磁力大小向旋转磁铁传递。由此，旋转磁铁136的N极与固定磁铁134的N极相向排列，并在旋转磁铁136与固定磁铁134之间产生斥力。斥力使旋转磁铁136向移动部200侧进行移动，旋转磁铁136位于与移动部200相邻的第二收容部116的另一区域。随着旋转磁铁136进行移动来位于第二收容部116的上述另一区域，盖120也将一同移动并配置于第二位置。在盖120配置于上述第二位置的情况下，组织采集用针112可向盖120的外部露出并执行组织采集。
再次参照图1，移动部200用于使磁性机器人在体内进行移动，可通过外部磁场的控制来进行移动。移动部200与检查部100的后方相结合，并包括移动磁铁210、腿部件220及连接部件230。
移动磁铁210受到外部磁场的控制来进行移动，随着移动磁铁210进行移动，腿部件220也将一同移动。如一例，在从外部施加进动磁场的情况下，移动磁铁210以Z轴为中心在规定角度范围内反复旋转。随着这种移动磁铁210的移动，腿部件220也将一同移动，可通过腿部件220与身体组织的摩擦，移动部200可以前进。
另一方面，在移动部200需要后退的情况下，通过外部磁场的控制，移动磁铁210以Z轴为中心旋转180°。由此，移动磁铁210的N极与S极的排列与在移动部200前进的情况下的移动磁铁的N极与S极的排列相反。之后，若施加外部进动磁场，则随着移动磁铁210的移动，腿部件220也将一同移动，可通过腿部件220与身体组织的摩擦，移动部200可以后退。
腿部件220由弹性材质组成，腿部件220的边缘可以呈粗短状。具体地，腿部件220可以由具有曲率的板形成。例如，腿部件220可以由具有弹性的弯曲金属、塑料材质的薄板或薄硅酮形成。
随着腿部件220由弹性材质组成，在磁性机器人向人体内，例如，向血管内插入的情况下，不受到血管尺寸的影响，而是可以维持腿部件220与血管之间的适当的接触。因此，腿部件220稳定地对血管内壁进行支撑，即使在外部阻力下也可以稳定地维持其位置，在插入的血管的尺寸稍微大或小的情况下，也可进行顺畅地移动。
连接部件230可用于使移动磁铁210与腿部件220相连接。通过连接部件230，向腿部件220传递基于移动磁铁210的旋转的移动腿部件220可通过运动来使主体110进行移动。
以下，参照图4，详细说明基于移动部200的磁性机器人的移动。
图4为用于说明本发明实施例的磁性机器人的移动的图。
参照图4，在向移动磁铁210施加外部进动磁场的情况下，移动磁铁210通过旋转来使腿部件220进行运动，随着腿部件220进行运动，腿部件220与血管内壁之间产生摩擦力，从而，主体110通过上述摩擦力进行移动。
具体地，在向移动磁铁210施加向逆时针方向进行旋转的外部进动磁场的情况下，沿着﹣y轴方向延伸的腿部件220的一部分与血管内壁之间的摩擦力小于沿着+y轴方向延伸的腿部件220的另一部分与血管内壁之间的摩擦力，上述两个摩擦力沿着相反方向形成。
相反，在向移动磁铁210施加向顺时针方向进行旋转的外部进动磁场的情况下，腿部件220的上述一部分与血管内壁之间的摩擦力大于腿部件220的上述另一部分与血管内壁之间的摩擦力，上述两个摩擦力沿着相反方向形成。
主体110可沿着净摩擦力的方向进行移动，上述净摩擦力为两个上述摩擦力之和。
图5至图8为用于说明本发明实施例的磁性机器人的采集组织的图。
参照图5，通过从外部施加的进动磁场使移动部200进行移动并到达对象组织310。在移动部200的移动过程中，旋转磁铁136受到外部磁场的磁转矩小于通过固定磁铁134及移动磁铁210形成的磁转矩。而且，与移动磁铁210相比，旋转磁铁136与固定磁铁134形成的磁转矩更大。因此，旋转磁铁136通过与固定磁铁134之间的磁力使旋转磁铁136的S极与固定磁铁134的N极相向排列，在旋转磁铁136与固定磁铁134之间产生引力。由此，盖120位于上述第一位置，组织采集用针112收容于盖120内。
参照图6，从外部沿着+X轴方向施加磁场，旋转磁铁136以y轴为中心进行旋转并沿着外部磁场方向进行排列。在此情况下，旋转磁铁136通过外部磁场受到的磁转矩大于通过固定磁铁134及移动磁铁210形成的磁转矩。因此，旋转磁铁136沿着+X轴方向磁化，从而N极与固定磁铁134的N极相向排列。由此，在旋转磁铁136与固定磁铁134之间产生斥力。斥力使旋转磁136铁向移动部200侧进行移动，盖120与旋转磁铁136一同移动来位于上述第二位置，组织采集用针112向外部露出。
参照图7，通过从外部施加进动磁场来使移动部200前进。由此，组织采集用针112刺入对象组织310。
参照图8，若组织采集用针112充分刺入对象组织310，则沿着﹣X轴方向施加外部磁场使移动磁铁210以Z轴为基准旋转180°。
之后，从外部施加进动磁场来使移动部200向后退。在施加进动磁场的期间，旋转磁铁136通过与固定磁铁134及移动磁铁210之间的磁力以y轴为中心进行旋转，来使旋转磁铁136的S极与固定磁铁134的N极相向排列，并使旋转磁铁136的N极与移动磁铁210的S极相向排列。在旋转磁铁136与固定磁铁134之间及旋转磁铁136与移动磁铁210之间产生引力，旋转磁铁136与固定磁铁134之间的引力大于旋转磁铁136与移动磁铁210之间的引力。因此，旋转磁铁136向固定磁铁134侧进行移动。随着旋转磁铁136的移动，盖120位于上述第一位置，组织采集用针112再次收容于盖120内。在组织采集用针112收容在盖120内的状态下，移动部200将会后退。
通过从外部施加的磁场控制的旋转磁铁136及移动磁铁210所受到的磁转矩可通过下述数学式1至数学式4来运算。
当施加外部磁场时，旋转磁铁136所受的磁转矩可通过下述数学式1定义。
数学式1
T＝mxB，
(T为旋转磁铁所受到的磁转矩，m为旋转磁铁的磁矩，B为外部磁场)
外部进动磁场可通过下述数学式2定义。
数学式2
Be＝Be(cos(δ)N+sinδcos(2πft)U+sinδsin(2πft)N×U)，
(Be为外部进动磁场的大小，f为外部进动磁场的频率，t为时间，N为旋转轴向量，U为N的法向量)
移动磁铁210生成的磁场可通过下述数学式3定义。
数学式3
Figure BDA0002377294630000091
(μ0为空间的磁导率，R为从移动磁铁到任一地点的向量，R为R的大小)
可通过上述数学式1及下述数学式4设定用于盖120的移动的外部磁场的条件。
数学式4
Figure BDA0002377294630000092
(F为通过外部磁场或移动磁铁受到的力，B为外部磁场或移动磁铁生成的磁场)
在未施加外部磁场或外部磁场小的情况下，旋转磁铁136通过外部磁场所受到的磁转矩小于通过固定磁铁134及移动磁铁210形成的磁转矩，从而旋转磁铁136沿着-X轴方向磁化。由此，盖120配置于上述第一位置，并且组织采集用针112收容于盖120的内部。
在施加外部磁场或外部磁场的大小增加的情况下，旋转磁铁136通过外部磁场所受到的磁转矩大于通过固定磁铁134及移动磁铁210形成的磁转矩，从而旋转磁铁136沿着+X轴方向被磁化。由此，盖120配置于上述第二位置，并且组织采集用针112向盖120的外部露出。
以上，通过优选实施例详细说明了本发明，但是本发明的范围并不局限于特定实施例，而是通过附加的发明要求保护范围来解释。并且，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，则可在不超出本发明的范围内进行多种修改及变形。
产业上的可利用性
本发明可用于采集诸如血管、消化器官、尿道等人体的管状组织内的身体组织。

Claims (6)

1.一种磁性机器人，包括：
移动部，能够通过外部磁场的控制来移动；以及
检查部，与上述移动部的前端相结合，
上述检查部包括：
主体，在前端形成组织采集用针；
盖，用于包围上述主体；以及
盖移动部，用于使上述盖在第一位置与第二位置之间进行移动，
在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述组织采集用针收容于上述盖内，在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述组织采集用针向上述盖的外部露出，
在上述主体中，在与上述组织采集用针相邻的位置形成第一收容部，在与上述检查部相邻的位置形成第二收容部，
上述盖移动部包括：
固定磁铁，向上述第一收容部插入，旋转受到限制；以及
旋转磁铁，位于上述第二收容部内，能够通过上述外部磁场的控制，以上述盖的结合轴为中心自由地进行旋转，
随着上述旋转磁铁通过上述固定磁铁与上述旋转磁铁之间的引力向上述组织采集用针侧进行移动，上述盖位于上述第一位置，随着上述旋转磁铁通过上述固定磁铁与上述旋转磁铁的斥力向上述检查部侧进行移动，上述盖位于上述第二位置。
2.根据权利要求1所述的磁性机器人，其中，
上述第二收容部在上述检查部与上述固定磁铁之间以规定长度形成，
在上述盖位于上述第一位置的情况下，上述旋转磁铁位于与上述固定磁铁相邻的上述第二收容部的一区域，
在上述盖位于上述第二位置的情况下，上述旋转磁铁位于与上述检查部相邻的上述第二收容部的另一区域。
3.根据权利要求1所述的磁性机器人，其中，
在上述固定磁铁中，N极及S极中的一个与上述组织采集用针相邻，另一个与上述旋转磁铁相邻。
4.根据权利要求1所述的磁性机器人，其中，
上述旋转磁铁呈环状，以上述结合轴为中心分成两部分，一侧为N极，另一侧为S极。
5.根据权利要求1所述的磁性机器人，其中，
上述移动部包括受到上述外部磁场控制的移动磁铁，
上述旋转磁铁与上述固定磁铁之间的磁力大于上述旋转磁铁与上述移动磁铁之间的磁力。
6.根据权利要求1所述的磁性机器人，其中，
上述组织采集用针的末端呈尖钩状，
在上述主体前进的情况下，上述组织采集用针刺入前方的组织，在上述主体后退的情况下，上述组织采集用针采集组织。
CN201880049097.1A 2017-07-25 2018-04-03 磁性机器人 Active CN110958860B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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