CN110996828B - 磁性机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供磁性机器人系统。磁性机器人系统包括：导管，在前端设置有第一磁铁紧固部；以及移动机器人，在后端设置第二磁铁紧固部，具有驱动磁铁，上述移动机器人通过上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间的磁力来与上述导管相结合，通过因外部旋转磁力的施加而在上述驱动磁铁发生的旋转磁转矩，上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部的磁力结合可以被解除。

Description

磁性机器人系统

技术领域

本发明涉及磁性机器人系统，更详细地，涉及可向接近血管等管内病变部位的位置有效地搬运及从上述位置回收移动机器人的磁性机器人系统。

背景技术

为了对因血栓等引起的缩窄阻塞或变窄部分的血管疾病进行治疗，通常，在通过股动脉插入导管之后，通过医生的手动操作使血管扩张，并按照安装可维持被扩张的血管的器具的顺序进行冠状动脉成形术。但是，因导管的结构特性，很难适用于复杂的血管，而且，手术的成功与否很大程度上取决于医生的熟练度。

最近，为了克服这种导管的缺点，正积极地进行与可无线驱动的血管治疗用磁性机器人有关的研究，但是，在之前开发的磁性机器人的情况下，大部分为单一模块单元，主要为在不接触管内壁的情况下通过游泳进行移动或利用与管内壁相接触而发生的摩擦力来进行移动的方式。在直径发生变化或发生脉动流的环境以及发生管的移动的环境等中，很难维持磁性机器人的顺畅的驱动以及其位置及姿势。

并且，对于使无线驱动的磁性机器人向人体内病变周边部稳定地移动且在进行治疗后回收的方法的研究不足。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供可向接近血管(B.V，Blood Vessel)等管内病变部位的位置有效地搬运并从上述位置回收移动机器人的磁性机器人系统。

本发明所要解决的技术问题并不局限于上述问题。

解决问题的方案

磁性机器人系统包括：导管，在前端设置有第一磁铁紧固部；以及移动机器人，在后端设置第二磁铁紧固部，具有驱动磁铁，上述移动机器人通过上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间的磁力来与上述导管相结合，通过因外部旋转磁力的施加而在上述驱动磁铁发生的旋转磁转矩，上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部的磁力结合可以被解除。

并且，上述第一磁铁紧固部可包括：第一磁铁层，呈板状形态；以及第二磁铁层，呈板状形态，在上述第一磁铁层层叠而成，上述第一磁铁层的极性与相反极性彼此相向。

并且，上述第一磁铁层的极性面积可以与上述第二磁铁层的极性面积相同。

并且，上述第二磁铁紧固部可包括：第三磁铁层，呈板状形态；以及第四磁铁层，呈板状形态，在上述第三磁铁层层叠而成，上述第三磁铁层的极性与相反极性彼此相向。

并且，上述第三磁铁层的极性面积可以与上述第四磁铁层的极性面积相同。

并且，本发明可包括隔片，与上述第一磁铁紧固部的前端相结合，由非磁性材质形成，当上述导管与上述移动机器人相结合时，上述隔片可位于上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间。

并且，上述移动机器人还可包括：移动机器人本体部，与上述驱动磁铁相结合，以及叶片，由柔性材质形成，沿着上述移动机器人本体部的周围设置多个，相对于上述驱动磁铁的旋转轴，沿着斜线方向与上述移动机器人本体部相结合。

并且，多个上述移动机器人本体部可排列成一列，上述移动机器人还可包括柔性紧固部，分别设置于多个上述移动机器人本体部之间，与相邻的多个上述移动机器人本体部相连接。

发明的效果

根据本发明，通过导管与移动机器人基于磁场的结合，可向人体内病变部位轻松地搬运移动机器人并可从上述病变部位回收移动机器人。

并且，根据本发明，在如血管(B.V)的充满流体的环境中，可利用导管安全有效地搬运移动机器人。

附图说明

图1为本发明一实施例的磁性机器人系统的立体图。

图2为本发明一实施例的磁性机器人系统的立体图。

图3为示出本发明一实施例的导管、第一磁铁紧固部及隔片的立体图。

图4为本发明一实施例的第二磁铁紧固部与移动机器人的立体图。

图5为用于说明本发明一实施例的导管与移动机器人的分离过程的图。

图6为用于说明本发明一实施例的通过外部旋转磁场的移动机器人的旋转状态的图。

图7为本发明一实施例的管内环境下的移动机器人的工作状态图。

具体实施方式

本发明的磁性机器人系统包括：导管，在前端设置有第一磁铁紧固部；以及移动机器人，在后端设置第二磁铁紧固部，具有驱动磁铁，上述移动机器人通过上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间的磁力来与上述导管相结合，通过因外部旋转磁力的施加而在上述驱动磁铁发生的旋转磁转矩，上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部的磁力结合可以被解除。

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达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，在本说明书中，“连接”包括间接连接多个结构要素以及直接连接多个结构要素。

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及图2为本发明一实施例的磁性机器人系统的立体图。

参照图1及图2，磁性机器人系统可向人体内插入与导管100(catherter)相结合的移动机器人500来搬运。具体地，磁性机器人系统可向人体内体腔(胸膜腔、腹膜腔)、管状器官(气管、食道、胃、肠、膀胱、尿道及血管(B.V))等管状组织内部插入来向病变接近部位搬运移动机器人500。

磁性机器人系统包括导管100、第一磁铁紧固部200、隔片300、第二磁铁紧固部400、移动机器人500及软管600。导管100、第一磁铁紧固部200、隔片300、第二磁铁紧固部400及移动机器人500可沿着一方向依次结合。

图3为示出本发明一实施例的导管100、第一磁铁紧固部200及隔片300的立体图。

参照图1及图3，可在导管100前端设置第一磁铁紧固部200。并且，可在第一磁铁紧固部200的前端设置隔片300。

第一磁铁紧固部200可包括第一磁铁层210及第二磁铁层220。第一磁铁层210及第二磁铁层220可以是分成N极与S极两部分的呈板状形态的永久磁铁。第二磁铁层220可以在第一磁铁层210层叠而成，上述第一磁铁层210的极性与相反极性可彼此相向。

第一磁铁层210的极性面积与第二磁铁层220的极性面积可相同。在第一磁铁层210及第二磁铁层220中，磁性强度相同且极性相反的N极与S极相向配置，从而整体磁矩的值变为0，因此不会受到外部旋转磁场的影响。即，当施加外部旋转磁力时，不会因外部旋转磁力发生旋转扭矩。

隔片300(spacer)设置于第一磁铁紧固部200的前端与第二磁铁紧固部400的后端之间。隔片300用于阻断第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400通过磁力的直接结合。隔片300为具有规定厚度的板状，半径可以与第一磁铁紧固部200或第二磁铁紧固部400的半径相同或大于其半径。当第一磁铁紧固部200及第二磁铁紧固部400通过磁力相结合时，这种隔片300可以将第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间的距离维持在规定间隔。隔片300可以为非磁性材质。因此，隔片300不与第一磁铁紧固部200及第二磁铁紧固部400形成磁力。隔片300可根据设计改变厚度，由此可调节第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间的磁力大小。并且，隔片300可使第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间轻松分离。

隔片300可与第一磁铁紧固部200的前端及第二磁铁紧固部400的后端中的一个固定结合。根据实施例，隔片300可与第一磁铁紧固部200的前端固定结合。隔片300可通过紧固单元，例如，通过粘结剂或机构紧固单元与第一磁铁紧固部200的前端固定结合，而并非通过磁力固定结合。

图4为本发明一实施例的第二磁铁紧固部400与移动机器人500的立体图。

参照图1及图4，第二磁铁紧固部400可设置于移动机器人500的后端。针对第二磁铁紧固部400与第一磁铁紧固部200之间的距离为规定距离以内的情况，第二磁铁紧固部400与第一磁铁紧固部200可相互受到磁力的影响。第二磁铁紧固部400可通过与第一磁铁紧固部200的磁力来使移动机器人500与导管100相结合。

第二磁铁紧固部400可包括第三磁铁层410及第四磁铁层420。第三磁铁层410及第四磁铁层420可以是分成N极与S极两部分的呈板状形态的永久磁铁。第四磁铁层420可以在第三磁铁层410层叠而成，上述第三磁铁层410的极性与相反极性可彼此相向。

第三磁铁层410的极性面积与第四磁铁层420的极性面积可相同。在第三磁铁层410及第四磁铁层420中，磁性强度相同且极性相反的N极与S极相向配置，从而整体磁矩的值变为0，因此不会受到外部旋转磁场的影响。即，不会因外部旋转磁力发生旋转扭矩。

移动机器人500可包括移动机器人本体部510、驱动磁铁511、叶片512、柔性紧固部520及钻头530。

多个移动机器人本体部510可排列成一列。移动机器人本体部510可以由刚性材质形成且具有规定长度。

驱动磁铁511可呈圆筒形状，以其中心轴为中心分成N极及S极两部分。驱动磁铁511可包围启动机器人本体部510的周围，其中心轴可形成在与移动机器人本体部510的旋转轴相同的轴上。

柔性紧固部520可用于连接移动机器人本体部510之间。柔性紧固部520由柔性材质形成，可根据管内环境适当改变移动机器人500的形状。

叶片512可沿着移动机器人本体部510的周围设置多个。根据实施例，叶片512分别设置于移动机器人本体部510的前端及后端。相对于驱动磁铁511的旋转轴，多个叶片512可沿着斜线方向排列。叶片512可由柔性材质形成，以便可根据管内结构环境改变形状。当移动机器人500进行旋转时，叶片512可产生如螺旋桨的推进力。

钻头530可设置在移动机器人500的前端。具体地，钻头530可设置在移动机器人本体部510的前端，上述移动机器人本体部510位于多个移动机器人本体部510中的最前端。当移动机器人本体部510通过外部旋转磁场进行旋转时，钻头530在狭窄的管环境下执行钻孔作业，以便拓宽通道。

再次参照图2，软管600(Tube)可包围整个导管100及移动机器人500，在血管(B.V)等管内环境下，可使导管100及移动机器人500的进入及搬运变得轻松。软管600可由柔性材质形成。

图6为用于说明本发明一实施例的通过外部旋转磁场的移动机器人500的旋转状态的图。

参照图6，驱动磁铁511可通过从外部施加的旋转磁场来对移动机器人500的动作进行控制。即，在产生外部旋转磁场的情况下，机器人本体部510通过在驱动磁铁511产生的磁转矩以其中心轴为中心进行旋转。

在此情况下，驱动磁铁511所受的磁转矩可通过下述数学式1至数学式2来运算。

当施加外部磁场时，驱动磁铁511所受的磁转矩可通过下述数学式1定义。

数学式1：

(T为驱动磁铁511所受的磁转矩，m为驱动磁铁511的磁矩，B为外部磁场)

用于通过数学式1生成移动机器人500的旋转运动的外部旋转磁场可通过下述数学式2定义。

数学式2：

(B₀为外部旋转磁场的大小，f为外部旋转磁场的频率，t为时间，N为磁性机器人的旋转轴向量，U为与N垂直的旋转的轴的向量)

在此情况下，驱动磁铁511可沿着外部旋转磁场M的方向生成旋转运动，移动机器人500可利用在叶片512生成的推进力进行移动。

以下，说明利用上述的磁性机器人系统来向管内病变部搬运及从上述病变部分离移动机器人500以及驱动后回收移动机器人500的方法。

再次参照图1及图2，在将微型机器人系统向接近病变部位的位置搬运的情况下，磁性机器人系统的导管100及移动机器人500可结合成一列，从而以被包围在软管600内部的情况下被搬运。在此情况下，导管100可隔着隔片300并通过第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间的磁力来与移动机器人500相结合。

磁性机器人系统可以在被由柔性材质形成的软管600包围的情况下被搬运，上述柔性材质可根据如血管(B.V)的管环境变形。在此情况下，叶片512可变形成适应于软管600内侧的直径的形态。在此情况下，通过施加外部磁场来使驱动磁铁511受到磁转矩，从而使移动机器人500具有一定程度的转向能力。

当磁性机器人系统到达病变部附近时，可通过手术人员的操作取出包围在导管100、第一磁铁紧固部200、隔片300、第二磁铁紧固部400及移动机器人500的软管600。

图5为用于说明本发明一实施例的导管与移动机器人的分离过程的图。

参照图5，若施加外部旋转磁场，则各个移动机器人本体部510的驱动磁铁511将会受到磁转矩并进行旋转，在此情况下，可通过所生成的推进力，移动机器人500抵消第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间的磁力，从而可以从导管100分离。被分离的移动机器人500可通过外部旋转磁场被单独控制及操作而进行移动。

具体地，若外部旋转磁场的旋转频率以规定程度以上施加，则在移动机器人500生成充分的推进力。所生成的推进力可克服第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间的磁力，第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400的结合将会分离。在此情况下，隔片300可以使分离第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400轻松分离。

图7为本发明一实施例的管内环境下的移动机器人500的工作状态图。

参照图7，外部旋转磁场的旋转平面与移动机器人500的轴方向垂直，多个移动机器人本体部510可通过产生磁转矩稳定地旋转并生成驱动力。

再次参照图5，若结束移动机器人500的驱动，则回收移动机器人500。

当回收移动机器人500时，可利用导管100来使第一磁铁紧固部200接近第二磁铁紧固部400。移动机器人500可通过在第一磁铁紧固部200与第二磁铁紧固部400之间产生的磁力与导管100相结合。

之后，通过软管600包围导管100及移动机器人500之后，可向人体外部回收磁性机器人系统。

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

本发明可用于在血管、消化器官、尿道等人体的管状组织内搬运及回收移动机器人。

Claims (10)

1.一种磁性机器人系统，其特征在于，包括：

移动机器人本体部，具有预定长度，呈圆柱形状；

钻头，设置在上述移动机器人本体部的前端，沿着外侧面周围形成螺旋形突起；

驱动磁铁，呈圆筒形状，具有以其中心轴为中心分成N极及S极两部分的结构，其中心轴位于与上述移动机器人本体部的旋转轴相同轴上，与上述移动机器人本体部固定结合，当施加外部旋转磁力时发生旋转磁转矩；以及

多个叶片，呈板状形态，中间隔着上述驱动磁铁，分别在上述移动机器人本体部的前端与后端沿着其周围形成多个，一端相对于上述驱动磁铁的旋转轴，沿着斜线方向排列，结合于上述移动机器人本体部的外侧面，另一端设为自由端，具有柔性材质。

2.根据权利要求1所述的磁性机器人系统，其特征在于，上述多个叶片以上述驱动磁铁的旋转轴为轴以放射状排列。

3.根据权利要求1所述的磁性机器人系统，其特征在于，

多个上述移动机器人本体部排列成一列，

上述磁性机器人系统还包括柔性紧固部，分别设置于多个上述移动机器人本体部之间，用于使多个上述移动机器人本体部相互连接，具有柔性材质。

4.根据权利要求1所述的磁性机器人系统，其特征在于，

包括：

导管，在前端设置有第一磁铁紧固部；以及

第二磁铁紧固部，与上述移动机器人本体部的后端相结合，

上述移动机器人通过上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间的磁力与上述导管相结合，

因上述旋转磁转矩，上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部的磁力结合被解除。

5.根据权利要求4所述的磁性机器人系统，其特征在于，上述第一磁铁紧固部包括：

第一磁铁层，呈板状形态，与上述移动机器人本体部的后端相结合；以及

第二磁铁层，呈板状形态，在上述第一磁铁层层叠而成，上述第一磁铁层的极性与相反极性彼此相向。

6.根据权利要求5所述的磁性机器人系统，其特征在于，上述第一磁铁层的极性面积与上述第二磁铁层的极性面积相同。

7.根据权利要求5所述的磁性机器人系统，其特征在于，上述第二磁铁紧固部包括：

第三磁铁层，呈板状形态；以及

第四磁铁层，呈板状形态，在上述第三磁铁层层叠而成，上述第三磁铁层的极性与相反极性彼此相向。

8.根据权利要求7所述的磁性机器人系统，其特征在于，上述第三磁铁层的极性面积与上述第四磁铁层的极性面积相同。

9.根据权利要求4所述的磁性机器人系统，其特征在于，

包括隔片，与上述第一磁铁紧固部的前端相结合，由非磁性材质形成，

当上述导管与上述移动机器人相结合时，上述隔片位于上述第一磁铁紧固部与上述第二磁铁紧固部之间。

10.根据权利要求4所述的磁性机器人系统，其特征在于，还包括软管，由柔性材质形成，包围上述导管、上述第一磁铁紧固部、上述第二磁铁紧固部及上述移动机器人的外侧。

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