CN113197669B - 一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，包括机器人主体以及永磁体，所述机器人主体上具有空心腔体以及环状内腔，所述永磁体安装在环状内腔中，所述空心腔体包括位于中部的驱动腔以及位于驱动腔前后两端的安装腔，所述驱动腔的内壁上设有螺旋凹槽，每个所述安装腔中均设有弹性环带状薄膜，所述弹性环带状薄膜与安装腔的内壁之间设有调节控制机构，所述调节控制机构包括多组调节组件，每组调节组件均包括调节叶片以及连接在所述调节叶片与安装腔内壁之间的活动连接结构。该血管机器人能够前进和后退，进行双向运动，运动方式灵活，另外，该血管机器人运动过程稳定，运动速度快，且能够在血管中持续运动。

Description

一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人

技术领域

本发明涉及血管机器人技术领域，具体涉及一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人。

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，对防治心脑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。研究者们对血管机器人进行了广泛的研究，涉及到血管机器人的形状、运动方式、制造材料的更新以及加工工艺的升级。

传统的血管机器人按照运动方式一般分为三种，包括摆动式、螺旋式和推进式。摆动式机器人通过机体尾部的薄膜片摆动前进。螺旋式机器人通过自身旋转液体对其具有的反推力前进。推进式机器人通过将血液排出体外产生反推力前进。这三种方式均有优缺点，因此，研究者们提出许多创新型血管机器人，例如，授权公告号为CN102125453B的发明专利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，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，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，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，为微型机器人的前进提供动力。但是，上述微型机器人存在以下不足：

1、上述微型机器人，通过驱动弹性波纹管壳体轴向伸缩，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，该微型机器人运动的方式单一，只能朝着尖端方向蠕动。

2、通过驱动弹性波纹管壳体轴向伸缩，驱动微型机器人向前蠕动，该方式使得微型机器人前进缓慢，容易造成动力不足，且运动过程非常不稳定，不能驱动微型机器人做连续的运动。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，该血管机器人能够前进和后退，进行双向运动，运动方式灵活，另外，该血管机器人运动过程稳定，运动速度快，能够在血管中持续运动。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，包括机器人主体以及永磁体，所述机器人主体上具有贯穿该机器人主体的空心腔体以及与所述空心腔体同轴设置的环状内腔，所述永磁体安装在所述环状内腔中，所述空心腔体包括位于中部的驱动腔以及位于驱动腔前后两端的安装腔，所述驱动腔的内壁上设有螺旋凹槽，其中，

每个所述安装腔中均固定设有弹性环带状薄膜，该弹性环带状薄膜与所述驱动腔连通，其中，所述弹性环带状薄膜与所述安装腔的内壁之间设有用于调节所述弹性环带状薄膜口径大小的调节控制机构，所述调节控制机构包括多组调节组件，多组调节组件绕着所述空心腔体的轴线呈圆周分布，每组调节组件均包括调节叶片以及连接在所述调节叶片与安装腔内壁之间的活动连接结构；所述活动连接结构用于调整调节叶片的摆动角度。

上述可变口径的磁控内螺旋血管机器人的工作原理是：

将血管机器人放置于血管时，通过外加螺旋磁场，在螺旋磁场的作用下，带动永磁体按照顺时针或逆时针高速旋转，进而带动机器人主体旋转，此时，螺旋凹槽也跟着转动，血管中的的血液经过弹性环带状薄膜后进入驱动腔中，在螺旋凹槽的作用下，产生一个对机器人主体的推力，该推力与血液流动的方向相反，该推力推动机器人主体向前运动；同时，在螺旋磁场的基础上，叠加一个与机器人主体前进方向相反的轴向磁场，活动连接结构与调节叶片受到轴向磁场的作用下，使得调节叶片朝着与机器人主体前进方向相反的方向摆动，摆动的调节叶片对弹性环带状薄膜进行挤压，使得位于前端的弹性环带状薄膜的开口扩张，位于后端的弹性环带状薄膜的开口收缩，增大了机器人主体前后的压差，减小了血液在机器人前端开口的聚集，并在后端开口产生喷射，加大了血液对机器人主体的推力，提高了机器人主体的运动速度，进而提高了血管机器人的运动速度，使其运动更加流畅。

同理，当血管机器人需要后退时，只需要改变螺旋磁场的转向以及轴向磁场的方向，即可以完成对机器人主体前后两端的弹性环带状薄膜开口大小的调整，使其前端开口小，后端开口大，完成后退的运动。

本发明的一个优选方案，其中，所述活动连接结构包括设置在安装腔的内壁上的第一铰接座和第二铰接座、设置在第一铰接座与调节叶片之间的第一连杆以及设置在第二铰接座与调节叶片之间的第二连杆，其中，第一铰接座与第二铰接座的排列方向与所述空心腔体的轴线平行，所述第一连杆的一端与所述第一铰接座铰接，另一端与所述调节叶片的一端铰接，所述第二连杆一端与所述第二铰接座铰接，另一端与所述调节叶片的另一端铰接；所述第一连杆和第二连杆的材料为磁性材料，所述安装腔的内壁、第一铰接座、第二铰接座、第一连杆以及第二连杆构成四连杆机构。上述结构中，轴向磁场对第一连杆和第二连杆产生磁矩，使得第一连杆和第二连杆摆动，并带动调节叶片摆动，并克服弹性环带状薄膜，使得弹性环带状薄膜口径发生变化，从而起到控制机器人主体两端开口的大小。

优选地，所述第一连杆靠近所述安装腔的外端，所述第二连杆靠近所述安装腔的内端，其中，所述第一连杆的长度大于第二连杆的长度。采用上述结构，其目的在于，当第一连杆和第二连杆在轴向磁场作用下运动到极限位置时，使得调节叶片具有理想的摆动角度，对弹性环带状薄膜进行扩大或者收缩，从而更好的改变弹性环带状薄膜的口径大小。

进一步地，所述第一连杆和第二连杆在靠近所述调节叶片的一端为N极，其目的在于，当轴向磁场与机器人主体前进方向相反时，第一连杆和第二连杆在靠近调节叶片的一端为N极，轴向磁场会对第一连杆和第二连杆产生磁矩，使得第一连杆和第二连杆朝着与机器人主体前进方向相反的方向摆动，且有与轴向磁场平行的趋势，进而带动调节叶片摆动，并压缩弹性环带状薄膜，直到第一连杆和第二连杆到达极限位置时，使得位于机器人主体前端的弹性环带状薄膜的开口扩展，位于机器人主体后端的弹性环带状薄膜开口收缩，在血液的流动下，对机器人主体产生推力，驱动机器人主体前进。

优选地，所述调节叶片为弧形调节叶片，该弧形调节叶片的宽度沿着所述安装腔的内端逐渐减小。通过设置上述结构，能够保证调节叶片对弹性环带状薄膜压缩时，使得弹性环带状薄膜的内部保持圆锥形结构，有利于血液在弹性环带状薄膜中流动和缓冲，减少血液的聚集。

优选地，所述安装腔的直径大于所述驱动腔的直径。通过设置上述结构，一方面，能够保证调节叶片有足够空间进行摆动，对弹性环带状薄膜进行压缩，起到改变弹性环带状薄膜口径大小的作用，另一方面也使得调节控制机构变得更加紧凑。

进一步地，所述弹性环带状薄膜的一端固定连接在机器人主体的端部，另的一端固定连接在驱动腔的端部。采用上述结构，能够更好使血液从前端的弹性环带状薄膜中进入驱动腔中，然后从后端的弹性环带状薄膜中排出，同时，也能够防止血液进入弹性环带状薄膜与安装腔内壁之间的空间中，造成调节控制机构污染血液，且不利于血液的流动。

优选地，所述活动连接结构包括设置在安装腔内壁上的铰接座，所述调节叶片在靠近所述空心腔体端部的一端铰接在所述铰接座上，所述调节叶片的材料为磁性材料。采用上述结构，轴向磁场对调节叶片产生磁矩，在血液冲击与磁矩的共同作用下，使得调节叶片摆动，摆动过程中不断挤压弹性环带状薄膜，使得弹性环带状薄膜口径发生变化，从而起到控制机器人主体两端开口的大小。

优选地，所述调节叶片在与所述铰接座铰接的一端为S极，另一端为N极。采用上述结构，在工作时，机器人主体在外加的螺旋磁场作用下，推动机器人主体向前运动，同时，在叠加一个与机器人主体前进方向相反的轴向磁场，调节叶片在轴向磁场的作用下，调节叶片的N极会有指向S极的趋势，从而驱动调节叶片在铰接座上摆动，摆动过程中不断挤压弹性环带状薄膜，使得位于前端的弹性环带状薄膜开口增大(弹性环带状薄膜呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，位于后端的弹性环带状薄膜开口减小(弹性环带状薄膜呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，使得血管机器人前进时前端和后端的压差增大，并在血管机器人后端开口产生喷射，血液对血管机器人的反推力增大，从而提高血管机器人前进速度。

进一步地，所述调节组件为6组，6组调节组件均匀的绕着所述空心腔体的轴线呈圆周分布。通过设置6组调节组件，6组调节组件同步运动，同时对弹性环带状薄膜的口径进行调节，保证弹性环带状薄膜的口径的均匀变化，使得血管机器人两端的压差持续作用，提高血管机器人运动的稳定性。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的血管机器人，外加螺旋磁场，在螺旋磁场的作用下，带动永磁体旋转，从而带动螺旋凹槽旋转，血液对旋转的螺旋凹槽产生推力，推动机器人主体前进，从而实现血管机器人的前进，在螺旋磁场的持续加持下，能够驱动血管机器人在血管中做连续运动，另外，血管机器人在前进过程中，利用血液流动的动压效应，血管机器人表面会形成一层润滑液体，能够避免损伤血管，对血管起到保护作用。

2、本发明中的血管机器人，在轴向磁场的作用下，活动连接结构与调节叶片受到轴向磁场的作用，使得调节叶片随着活动连接结构进行摆动，对弹性环带状薄膜进行挤压，从而改变了机器人主体前后两端的弹性环带状薄膜口径的大小，增大机器人主体前后两端压差，对血管机器人产生一个推力，推动血管机器人运动，进一步提高了血管机器人的运动速度。

3、本发明中的血管机器人，通过改变螺旋磁场的转向以及轴向磁场的方向即可以完成对机器人主体前后两端的弹性环带状薄膜口径大小的调整，从而实现血管机器人的前进与后退，通过实现双向运动，提高了血管机器人运动的灵活性。

附图说明

图1-图2为本发明中的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人的第一种具体实施方式的结构示意图，其中，图1为立体图，图2为左视图。

图3为本发明中的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人(隐藏部分机器人主体)的内部结构示意图。

图4为图2中沿着A-A方向的剖视图。

图5为本发明中的弹性环带状薄膜的安装示意图。

图6-图7为本发明中的活动连接结构的另一种具体实施方式的结构示意图，其中，图6为左视图，图7为内部结构示意图。

图8为磁铁在轴向磁场中的受力原理图。

图9为不变口径(即弹性环带状薄膜的口径不发生变化)的内螺旋磁控血管机器人在前进时的物理数值模拟的ANSYS仿真图。

图10为本发明中的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人在前进时的各物理数值模拟的ANSYS仿真图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-图5，本实施例公开一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，包括机器人主体1、永磁体(图中未示出)、磁场发生装置(图中未示出)以及执行装置(图中未示出)，所述机器人主体1为管状体，该机器人主体1上具有贯穿该机器人主体1的空心腔体1-1以及与所述空心腔体1-1同轴设置的环状内腔1-2，所述永磁体和所述执行装置均安装在所述环状内腔1-2中，所述空心腔体1-1包括位于中部的驱动腔1-11以及位于驱动腔1-11前后两端的安装腔1-12，所述驱动腔1-11的内壁上设有螺旋凹槽2，其中，每个所述安装腔1-12中均固定设有弹性环带状薄膜3，该弹性环带状薄膜3与所述驱动腔1-11连通，其中，所述弹性环带状薄膜3与所述安装腔1-12的内壁之间设有用于调节所述弹性环带状薄膜3口径大小的调节控制机构，所述调节控制机构包括6组调节组件4，6组调节组件4均匀的绕着所述空心腔体1-1的轴线呈圆周分布，每组调节组件4均包括调节叶片4-1以及连接在所述调节叶片4-1与安装腔1-12内壁之间的活动连接结构；所述活动连接结构用于调整调节叶片4-1的摆动角度。通过设置6组调节组件4，6组调节组件4同步运动，同时对弹性环带状薄膜3的口径进行调节，保证弹性环带状薄膜3的口径的均匀变化，使得血管机器人两端的压差持续作用，提高血管机器人运动的稳定性。

具体地，所述磁场发生装置包括螺旋磁场发生装置以及轴向磁场发生装置，通过螺旋磁场发生装置产生螺旋磁场，能够驱动机器人主体1向前或者向后运动，通过轴向磁场发生装置产生轴向磁场，能够驱动调节叶片4-1沿着活动连接结构进行摆动，从而对弹性环带状薄膜进行挤压，改变弹性环带状薄膜的口径，对机器人主体1起到推动作用，进一步提高血管机器人的运动速度。

具体地，所述执行装置可以为微型机械手、摄像机或者药液等，通过机器人本体带动执行装置在血管中移动，微型机械手可以起到疏通血管，取样，检测的作用，通过摄像机可以对血管进行拍摄、观察等，通过药液可以对血管进行灌注治疗。通过机器人主体的快速移动，配合不同的执行装置，实现对血管检测与治疗。

参见图1-图5，本实施例中的血管机器人，在螺旋磁场的作用下，带动永磁体旋转，从而带动螺旋凹槽2旋转，血液对旋转的螺旋凹槽2产生推力，推动机器人主体1前进，从而实现血管机器人的前进，在螺旋磁场的持续加持下，能够驱动血管机器人在血管中做连续运动，另外，血管机器人在前进过程中，利用血液流动的动压效应，血管机器人表面会形成一层润滑液体，能够避免损伤血管，对血管起到保护作用。

另外，在轴向磁场的作用下，活动连接结构与调节叶片4-1受到轴向磁场的作用，使得调节叶片4-1随着活动连接结构进行摆动，对弹性环带状薄膜3进行挤压，从而改变了机器人主体1前后两端的弹性环带状薄膜3口径的大小，增大机器人主体1前后两端压差，对血管机器人产生一个推力，推动血管机器人运动，进一步提高了血管机器人的运动速度。再者，通过改变螺旋磁场的转向以及轴向磁场的方向即可以完成对机器人主体1前后两端的弹性环带状薄膜3口径大小的调整(弹性环带状薄膜3呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，从而实现血管机器人的前进与后退，通过实现双向运动，提高了血管机器人运动的灵活性。

参见图1-图5，所述机器人主体1轴向长度为15mm，外径8mm，内径4～5mm；所述驱动腔1-11与安装腔1-12之间设有锥形倾角，该锥形倾角的角度为120°～125°；所述螺旋凹槽2的深度为0.4mm，线数为4，升角为45°，螺宽为1～1.5mm；所述环状内腔1-2轴向长度为7.8mm，外直径7.4mm，内直径4.6mm，该环状内腔1-2位于机器人主体1的居中位置。

参见图3-图5，其中，所述活动连接结构包括设置在安装腔1-12的内壁上的第一铰接座4-2和第二铰接座4-3、设置在第一铰接座4-2与调节叶片4-1之间的第一连杆4-4以及设置在第二铰接座4-3与调节叶片4-1之间的第二连杆4-5，其中，第一铰接座4-2与第二铰接座4-3的排列方向与所述空心腔体1-1的轴线平行，所述第一连杆4-4的一端与所述第一铰接座4-2铰接，另一端与所述调节叶片4-1的一端铰接，所述第二连杆4-5一端与所述第二铰接座4-3铰接，另一端与所述调节叶片4-1的另一端铰接；所述第一连杆4-4和第二连杆4-5的材料为磁性材料，所述安装腔1-12的内壁、第一铰接座4-2、第二铰接座4-3、第一连杆4-4以及第二连杆4-5构成四连杆机构。上述结构中，轴向磁场对第一连杆4-4和第二连杆4-5产生磁矩，使得第一连杆4-4和第二连杆4-5摆动，并带动调节叶片4-1摆动，并克服弹性环带状薄膜3，使得弹性环带状薄膜3口径发生变化，从而起到控制机器人主体1两端开口的大小。

参见图4-图5，所述第一连杆4-4靠近所述安装腔1-12的外端，所述第二连杆4-5靠近所述安装腔1-12的内端，其中，所述第一连杆4-4的长度大于第二连杆4-5的长度。采用上述结构，其目的在于，当第一连杆4-4和第二连杆4-5在轴向磁场作用下运动到极限位置时，使得调节叶片4-1具有理想的摆动角度，对弹性环带状薄膜3进行扩大或者收缩，从而更好的改变弹性环带状薄膜3的口径大小。

参见图4-图5，所述第一连杆4-4和第二连杆4-5在靠近所述调节叶片4-1的一端为N极5，其目的在于，当轴向磁场与机器人主体1前进方向相反时，第一连杆4-4和第二连杆4-5在靠近调节叶片4-1的一端为N极5，轴向磁场会对第一连杆4-4和第二连杆4-5产生磁矩，使得第一连杆4-4和第二连杆4-5朝着与机器人主体1前进方向相反的方向摆动，且有与轴向磁场平行的趋势，进而带动调节叶片4-1摆动，并压缩弹性环带状薄膜3，直到第一连杆4-4和第二连杆4-5到达极限位置时，使得位于机器人主体1前端的弹性环带状薄膜3的开口扩展，位于机器人主体1后端的弹性环带状薄膜3开口收缩，在血液的流动下，对机器人主体1产生推力，驱动机器人主体1前进。

具体地，所述第一铰接座4-2和第二铰接座4-3上均设有铰接孔，所述第一连杆4-4和第二连杆4-5连接在铰接孔上，该铰接孔的直径为0.1mm，所述第一铰接座4-2和第二铰接座4-3之间相距1.5mm；所述第一连杆4-4的长度为1.2mm，宽为0.2mm，厚度为0.1mm，该第一连杆4-4的两端也设有铰接孔，该铰接孔的直径为0.1mm；所述第二连杆4-5的长度为1mm，宽为0.2mm，厚度为0.1mm，该第一连杆4-4的两端也设有铰接孔，该铰接孔的直径为0.1mm。

参见图3-图5，所述调节叶片4-1为弧形调节叶片，该弧形调节叶片的宽度沿着所述安装腔1-12的内端逐渐减小，所述调节叶片4-1的弦长为1.8mm，长度2.1mm，厚度为0.1mm，圆角半径为0.1mm。通过设置上述结构，能够保证调节叶片4-1对弹性环带状薄膜3压缩时，使得弹性环带状薄膜3的内部保持圆锥形结构，有利于血液在弹性环带状薄膜3中流动和缓冲，减少血液的聚集。

参见图3-图5，所述安装腔1-12的直径大于所述驱动腔1-11的直径。通过设置上述结构，一方面，能够保证调节叶片4-1有足够空间进行摆动，对弹性环带状薄膜3进行压缩，起到改变弹性环带状薄膜3口径大小的作用，另一方面也使得调节控制机构变得更加紧凑。

参见图5，所述弹性环带状薄膜3的一端固定连接在机器人主体1的端部，另的一端固定连接在驱动腔1-11的端部。采用上述结构，能够更好使血液从前端的弹性环带状薄膜3中进入驱动腔1-11中，然后从后端的弹性环带状薄膜3中排出，同时，也能够防止血液进入弹性环带状薄膜3与安装腔1-12内壁之间的空间中，造成调节控制机构污染血液，且不利于血液的流动。

具体地，所述弹性环带状薄膜3为聚酯弹性体多功能薄膜。

参见图8，磁铁在均匀轴向磁场或者梯度轴向磁场，磁铁会受到一个磁矩，使得磁铁的N极指向轴向磁场的磁场方向，因此，机器人主体1在外加轴向磁场时，使得第一连杆4-4和第二连杆4-5受到轴向磁场产生的磁矩，促使第一连杆4-4和第二连杆4-5朝着轴向磁场平行的方向摆动。

参见图9-图10，对不变口径(即弹性环带状薄膜的口径不发生变化)的内螺旋磁控血管机器人和可变口径的磁控内螺旋血管机器人进行三维的对比仿真实验，其中，可变口径的内螺旋磁控血管机器人采用前端的弹性环带状薄膜开口向外扩张20°，后端的弹性环带状薄膜开口向内收缩5°的理想模型，实验结构如图9-图10所示。

参见图9，其中，a处表示为不变口径(即弹性环带状薄膜的口径不发生变化)的内螺旋磁控血管机器人在血管中的压力云图，b处表示为不变口径的内螺旋磁控血管机器人在血管中的速度矢量图，c处表示为不变口径的内螺旋磁控血管机器人在血管中的速度流线图，d处表示为血管壁面剪切力图；其中，下端口为血管的入口，血管机器人向下方的入口前进；观察血管机器人在血管中顺时针旋转。从图9的a处的结果可知，压力从血管的入口到出口逐渐减小，血管机器人的前端以及机器人主体1旋转部位存在较大压力，最大压力为0.55pa，血管机器人的空心腔体1-1存在负压区，最小压力为-0.1724pa，直至血管机器人后端压力逐渐回升，形成压差，这说明血液对血管机器人有一定反推力，血管机器人可在具有一定粘度的血管中进行游动；从图9的b处的结果可知，血液从下端进入，血管机器人运动方向与血液流动方向相反，血液在血管机器人的螺旋凹槽2旋转驱动下，血液经过螺旋凹槽2，急速往后血管出口端流动，形成射流，促使血管机器人向前游动；从图9的c处的结果可知，血液在血管中部分少部分流线沿着血管壁，随血管机器人旋转运动，呈螺旋转动流过，大部分流线沿着机器人的螺旋凹槽2做旋转运动，且在空心腔体1-1的速度较外部速度高，流经螺旋凹槽2的血液可以为血管机器人提供较大的驱动力，在入口处因血管机器人开口小，血液受到阻碍，流动缓慢，形成聚集，而血管机器人后端也同样出现了聚集情况，这是由于血液经内部被高速甩出，由于惯性力聚集尾端形成旋转，这个现象导致血管机器人的推力降低，运动缓慢；从图9的d处的结果可知，血管机器人的壁面剪切力在血管机器人旋转部分较大，并且血管机器人前端以及后端大于其它表面，这是由于血液在流经血管机器人时，在前端和后端存在阻碍，使血液短暂聚集。

参见图10，其中，a处表示为可变口径的内螺旋磁控血管机器人在血管中的压力云图；b处表示为可变口径的内螺旋磁控血管机器人在血管中的速度矢量图；c处表示为是可变口径的内螺旋磁控血管机器人在血管中的速度流线图；d处表示为血管壁面剪切力图；从图10的a处压力云图中可以得出，优化后的内螺旋血管机器人前后的压差较优化前变化明显，且血管内部腔体螺旋形成的负压区域增大，这使血液对机器人的反推力显著增大，有利于血管机器人在血管中的运动；从图10的b处速度矢量图可得出，优化后的内螺旋血管机器人内部的血液流通速度明显增大，在螺旋凹槽2的旋转带动下，血液加速流过螺旋凹槽2部分，在血管机器人后端形成喷射，这也是促使血管机器人轴向推力增大的原因；从图10的c处速度流线图可以得出，较优化前血管机器人的前端开口，优化后开口明显增大，血液聚集减少，且血液加速通过血管机器人空心腔体1-1，在后端形成喷射流线，这有利于血管机器人的轴向推进；从图10的d处壁面剪切力图可以得出，壁面剪切力主要集中在血管机器人旋转区域，在其前后端优略低于机器人主体1环状区域的剪切力，是前后端因血流有紊乱而造成的。

整个仿真实验中，可以得出，优化后的可变口径的内螺旋磁控血管机器人在前进时，前后压差较优化前明显增大，血液对血管机器人的反推力显著增大，更加利于血管机器人在血液中的运动，且血液在血管机器人前端开口处的聚集现象得到有效减弱，后端开口处形成喷射流，这也是导致血管机器人推力增大的原因之一。

参见图1-图5，上述可变口径的磁控内螺旋血管机器人的工作原理是：

将血管机器人放置于血管时，通过外加螺旋磁场，在螺旋磁场的作用下，带动永磁体按照顺时针或逆时针高速旋转，进而带动机器人主体1旋转，此时，螺旋凹槽2也跟着转动，血管中的的血液经过弹性环带状薄膜3后进入驱动腔1-11中，在螺旋凹槽2的作用下，产生一个对机器人主体1的推力，该推力与血液流动的方向相反，该推力推动机器人主体1向前运动；同时，在螺旋磁场的基础上，叠加一个与机器人主体1前进方向相反的轴向磁场，活动连接结构与调节叶片4-1受到轴向磁场的作用下，使得调节叶片4-1朝着与机器人主体1前进方向相反的方向摆动，摆动的调节叶片4-1对弹性环带状薄膜3进行挤压，使得位于前端的弹性环带状薄膜3的开口扩张(弹性环带状薄膜3呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，位于后端的弹性环带状薄膜3的开口收缩(弹性环带状薄膜3呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，增大了机器人主体1前后的压差，减小了血液在机器人前端开口的聚集，并在后端开口产生喷射，加大了血液对机器人主体1的推力，提高了机器人主体1的运动速度，进而提高了血管机器人的运动速度，使其运动更加流畅。

同理，当血管机器人需要后退时，只需要改变螺旋磁场的转向以及轴向磁场的方向，即可以完成对机器人主体1前后两端的弹性环带状薄膜3开口大小的调整，使其前端开口小，后端开口大，完成后退的运动。

实施例2

参见图6-图7，本实施例中的其它具体结构与实施例1相同，不同之处在于，所述活动连接结构包括设置在安装腔1-12内壁上的铰接座4-6，所述调节叶片4-1在靠近所述空心腔体1-1端部的一端铰接在所述铰接座4-6上，所述调节叶片4-1的材料为磁性材料。采用上述结构，轴向磁场对调节叶片4-1产生磁矩，在血液冲击与磁矩的共同作用下，使得调节叶片4-1摆动，摆动过程中不断挤压弹性环带状薄膜3，使得弹性环带状薄膜3口径发生变化，从而起到控制机器人主体1两端开口的大小。

参见图6-图7，所述调节叶片4-1在与所述铰接座4-6铰接的一端为S极，另一端为N极。采用上述结构，在工作时，机器人主体1在外加的螺旋磁场作用下，推动机器人主体1向前运动，同时，在叠加一个与机器人主体1前进方向相反的轴向磁场，调节叶片4-1在轴向磁场的作用下，调节叶片4-1的N极会有指向S极的趋势，从而驱动调节叶片4-1在铰接座上摆动，摆动过程中不断挤压弹性环带状薄膜3，使得位于前端的弹性环带状薄膜3开口增大(弹性环带状薄膜3呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，位于后端的弹性环带状薄膜3开口减小(弹性环带状薄膜3呈锥形，口径朝着后端逐渐减小)，使得血管机器人前进时前端和后端的压差增大，并在血管机器人后端开口产生喷射，血液对血管机器人的反推力增大，从而提高血管机器人前进速度。

进一步地，所述调节叶片4-1的外弧半径为3.4mm，内弧半径为2mm，圆心角为60°。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，包括机器人主体以及永磁体，所述机器人主体上具有贯穿该机器人主体的空心腔体以及与所述空心腔体同轴设置的环状内腔，所述永磁体安装在所述环状内腔中，所述空心腔体包括位于中部的驱动腔以及位于驱动腔前后两端的安装腔，所述驱动腔的内壁上设有螺旋凹槽，其中，

每个所述安装腔中均固定设有弹性环带状薄膜，该弹性环带状薄膜与所述驱动腔连通，其中，所述弹性环带状薄膜与所述安装腔的内壁之间设有用于调节所述弹性环带状薄膜口径大小的调节控制机构，所述调节控制机构包括多组调节组件，多组调节组件绕着所述空心腔体的轴线呈圆周分布，每组调节组件均包括调节叶片以及连接在所述调节叶片与安装腔内壁之间的活动连接结构；所述活动连接结构用于调整调节叶片的摆动角度。

2.根据权利要求1所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述活动连接结构包括设置在安装腔的内壁上的第一铰接座和第二铰接座、设置在第一铰接座与调节叶片之间的第一连杆以及设置在第二铰接座与调节叶片之间的第二连杆，其中，第一铰接座与第二铰接座的排列方向与所述空心腔体的轴线平行，所述第一连杆的一端与所述第一铰接座铰接，另一端与所述调节叶片的一端铰接，所述第二连杆一端与所述第二铰接座铰接，另一端与所述调节叶片的另一端铰接；所述第一连杆和第二连杆的材料为磁性材料，所述安装腔的内壁、第一铰接座、第二铰接座、第一连杆以及第二连杆构成四连杆机构。

3.根据权利要求2所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述第一连杆靠近所述安装腔的外端，所述第二连杆靠近所述安装腔的内端，其中，所述第一连杆的长度大于第二连杆的长度。

4.根据权利要求3所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述第一连杆和第二连杆在靠近所述调节叶片的一端为N极。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述调节叶片为弧形调节叶片，该弧形调节叶片的宽度沿着所述安装腔的内端逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述安装腔的直径大于所述驱动腔的直径。

7.根据权利要求1或6所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述弹性环带状薄膜的一端固定连接在机器人主体的端部，另一端固定连接在驱动腔的端部。

8.根据权利要求1所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述活动连接结构包括设置在安装腔内壁上的铰接座，所述调节叶片在靠近所述空心腔体端部的一端铰接在所述铰接座上，所述调节叶片的材料为磁性材料。

9.根据权利要求8所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述调节叶片在与所述铰接座铰接的一端为S极，另一端为N极。

10.根据权利要求1或8所述的一种可变口径的磁控内螺旋血管机器人，其特征在于，所述调节组件为6组，6组调节组件均匀的绕着所述空心腔体的轴线呈圆周分布。

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