CN114173696A - 微型机器人及包括其的微型机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开微型机器人。微型机器人包括：旋转轴；主磁铁，固定结合在上述旋转轴；第一支撑主体，插入在上述旋转轴，可相对于上述旋转轴进行旋转；第一驱动磁铁，固定结合在上述第一支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及多个第一腿部，与上述第一支撑主体的外周面相结合。
Description
技术领域
本发明涉及微型机器人，更详细地，涉及可通过控制外部旋转磁场来进行移动的微型机器人及包括其的微型机器人系统。
背景技术
血管疾病的传统治疗方法，经过以下顺序进行，即，通过大腿动脉插入导管后，通过医生的手动操作扩张血管并安装可以维持扩张的血管的机械，将这种治疗方法称为冠状动脉成形术。但是，在结构特性层面上，导管很难应用于复杂的血管，手术的成功大概率取决于医生的熟练度。
最近，为了改善上述导管的缺点，多个先进研究机构正在积极研究可无线驱动的血管治疗用微型机器人。当前，为了在脉动流驱动的过程中或在钻孔等过程中确保稳定性并提高移动性而开发了在微型机器人附加柔韧腿部的结构，但是，当高速旋转时，具有腿部有可能引起血管损伤的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供可将血管内壁的损伤最小化的微型机器人。
并且，本发明的再一目的在于，提供可通过稳定执行钻孔工序来提高治疗准确性的微型机器人。
技术方案
本发明的微型机器人包括：旋转轴；主磁铁，固定结合在上述旋转轴；第一支撑主体，插入在上述旋转轴，可相对于上述旋转轴进行旋转；第一驱动磁铁，固定结合在上述第一支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及多个第一腿部，与上述第一支撑主体的外周面相结合。
并且，上述主磁铁的磁矩可大于上述第一驱动磁铁的磁矩。
并且，本发明可包括：第二支撑主体，隔着上述主磁铁从上述第一支撑主体的另一侧插入于上述旋转轴，可相对于上述旋转轴进行旋转；第二驱动磁铁，固定结合在上述第二支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及多个第二腿部，与上述第二支撑主体的外周面相结合。
并且，上述主磁铁的磁矩可大于上述第二驱动磁铁的磁矩。
并且，上述第二驱动磁铁的磁矩可与上述第一驱动磁铁的磁矩相同。
并且，上述主磁铁为圆筒形磁铁，N极和S极可隔着上述旋转轴相向配置。
并且，本发明还可包括钻头，固定结合在上述旋转轴的前端，以与上述旋转轴形成为的方式一体进行旋转。
本发明的微型机器人系统包括：微型机器人，主磁铁固定结合在旋转轴，在外周面结合多个腿部的第一支撑主体与第一驱动磁铁结合成一体并插入于上述旋转轴，上述第一支撑主体及上述第一驱动磁铁能够相对于上述旋转轴进行旋转；以及磁场生成部，用于在上述微型机器人的外部生成外部旋转磁场，上述主磁铁和上述第一驱动磁铁可具有不同大小的磁矩。
并且，上述微型机器人还包括第二支撑主体及第二驱动磁铁，上述第二支撑主体及第二驱动磁铁隔着上述主磁铁从上述第一支撑主体的另一侧插入于上述旋转轴且相结合成一体，从而能够相对于上述旋转轴进行旋转，上述第二驱动磁铁可具有大小与上述主磁铁不同的磁矩。
并且，上述磁场生成部可包括：第一模式，生成频率小于上述主磁铁和上述第一驱动磁铁的失步频率的外部旋转磁场；以及第二模式，生成频率小于上述主磁铁的失步频率且大于上述第一驱动磁铁的失步频率的外部旋转磁场。
发明的效果
根据本发明，本发明具有如下效果，即，在第一模式中，在治疗部和驱动部一同低速旋转的过程中，微型机器人通过从腿部产生的推进力进行移动，在第二模式中，驱动部的旋转最小化，治疗部高速旋转并执行钻孔工序，因此，可将血管内壁的损伤最小化。
并且，本发明具有如下效果，即，在第二模式中，在驱动部的腿部被血管内壁支撑，使得治疗部的旋转轴稳定放置的状态下执行钻孔工序，因此，可提高治疗准确性。
附图说明
图1为示出本发明实施例的微型机器人系统的图；
图2为示出图1的微型机器人的剖视图；
图3及图4为示出基于外部旋转磁场的频率的治疗部和驱动部的旋转运动的图。
具体实施方式
本发明的微型机器人包括：旋转轴；主磁铁，固定结合在上述旋转轴；第一支撑主体，插入在上述旋转轴，可相对于上述旋转轴进行旋转；第一驱动磁铁，固定结合在上述第一支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及多个第一腿部，与上述第一支撑主体的外周面相结合。
发明实施方式
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限定于在此说明的实施例，也可具体化成其他形态。反而，在此说明的实施例为了使公开内容变得透彻完整并为了向本发明所属领域的普通技术人员充分传递本发明的思想而提供。
在本说明书中，在提及某结构要素位于其他结构要素的情况下，这种表达是指某结构要素直接形成在其他结构要素上或也可在两者之间存在第三结构要素。并且，在附图中，膜或区域的厚度可被放大，以便有效说明技术内容。
并且，在本说明书的多个实施例中，虽然，“第一”、“第二”、“第三”等术语用于表达多个结构要素，但是，这种结构要素并不限定于上述术语。这种术语仅用于对一个结构要素和其他结构要素进行区分。因此，在一实施例中提及的第一结构要素也可在另一实施例中作为第二结构要素提及。在此说明并示例的各个实施例包括它们的互补实施例。并且，在本说明书中，“和/或”是指包括前后罗列的结构要素中的至少一个。
在说明书中，除非在文脉上明确表示，否则单数的表达可包括复数的表现。并且，“包括”或“具有”等术语用于指定本说明书中所记载的特征、数字、步骤、结构要素或它们的组合的存在，并不排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、结构要素、或它们的组合的存在或附加可能性。并且，在本说明书中，“连接”包括所有间接连接或直接连接多个结构要素的含义。
并且，在以下说明本发明的过程中，当判断有关公知功能或结构的具体说明有可能不必要地混淆本发明的主旨时，将省略其详细说明。
图1为示出本发明实施例的微型机器人系统的图，图2为示出图1的微型机器人的剖视图。
参照图1及图2，微型机器人系统10包括微型机器人100和磁场生成部200。
微型机器人100可在身体内的冠状组织、工业用管道等多种流体环境中进行移动并执行钻孔工序。在本发明中，以微型机器人100用于治疗身体内的血管为例进行说明。
磁场生成部200在微型机器人100的外部生成外部旋转磁场。磁场生成部200在插入有微型机器人100的患者的外部生成磁场。磁场生成部200可生成具有多种大小频率的外部旋转磁场。
微型机器人100包括治疗部110和驱动部150。治疗部110可执行钻孔工序，驱动部150生成可以使微型机器人移动的推进力。
治疗部110包括旋转轴111、主磁铁115及钻头121。
旋转轴111呈具有规定长度的杆形状，由非磁性体形成。在旋转轴111的后端形成有卡定部112。卡定部112用于防止驱动部150的脱离。
主磁铁115作为圆筒形状的磁铁，向内侧空间插入固定旋转轴111。在主磁铁115中，N极和S极隔着旋转轴相向配置。
钻头121固定结合在旋转轴111的前端。在钻头121的外周面形成有用于钻孔工序的螺纹形突起。钻头121用于防止驱动部150的脱离。
驱动部150包括第一支撑主体151、第一驱动磁铁155、第一腿部157、第二支撑主体161、第二驱动磁铁165及第二腿部167。
第一支撑主体151呈圆筒形状，向内侧插入旋转轴111。第一支撑主体151位于主磁铁115与钻头121之间。第一支撑主体151可相对于旋转轴111进行旋转。第一支撑主体151由非磁性体形成。
第一驱动磁铁155呈具有与第一支撑主体151相同的直径的圆筒形状，与第一支撑主体151结合成一体。第一驱动磁铁155位于第一支撑主体151与钻头121之间。第一驱动磁铁155与主磁铁115的磁结合被第一支撑主体151所阻隔。旋转轴111插入于第一驱动磁铁155的内侧。第一驱动磁铁155能够以与第一支撑主体151形成为一体的方式相对于旋转轴111进行相对旋转。第一驱动磁铁155具有大小与主磁铁115不同的磁矩。根据实施例，第一驱动磁铁155的磁矩小于主磁铁115的磁矩。
多个第一腿部157沿着第一支撑主体151的外周面周围相互隔开配置，一端与第一支撑主体151相结合。第一腿部157为厚度较薄的四边形板，由柔韧材料制成。根据实施例，第一腿部157沿着第一支撑主体151的周围形成有三个。
第二支撑主体161呈圆筒形状，向内侧插入旋转轴111。第二支撑主体161以主磁铁115为基准来位于第一支撑主体151的相对面。第二支撑主体161位于主磁铁115与卡定部112之间。第二支撑主体161与第一支撑主体151可由相同形状或相同材料制成。
第二驱动磁铁165呈直径与第二支撑主体161相同的圆筒形状，与第二支撑主体161结合成一体。第二驱动磁铁165位于第二支撑主体161与卡定部112之间。第二驱动磁铁165与主磁铁115的磁结合被第二支撑主体161所阻隔。向第二驱动磁铁165的内侧插入旋转轴111。第二驱动磁铁165能够以与第二支撑主体161形成为一体的方式相对于旋转轴111进行相对旋转。第二驱动磁铁165具有大小与主磁铁115不同的磁矩。第二驱动磁铁165的磁矩小于主磁铁115的磁矩。第二驱动磁铁165的磁矩与第一驱动磁铁155的磁矩可相同。
多个第二腿部167沿着第二支撑主体161的外周面周围相互隔开配置，一端与第二支撑主体161相结合。第二腿部167为厚度较薄的四边形板，由柔韧材料制成。根据实施例，第二腿部167沿着第二支撑主体151的周围形成有三个。
以下，说明微型机器人100通过上述磁场生成部200进行工作的过程。
微型机器人100的磁铁115、155、165在外部磁场内受到的磁力矩可由以下公式表示。
公式(1)
T＝m×B
其中，T为通过外部磁场在磁铁形成的磁力矩，m为磁铁的磁矩，B为外部磁场的强度。从公式1中生成微型机器人100的旋转运动的外部旋转磁场可由以下公式(2)表示。
公式(2)
BERMF(t)＝B0(0，cos2πft，sin2πft)
其中，Bo为外部旋转磁场的强度，f为外部旋转磁场的频率，t为时间。
基于上述公式2，可利用外部旋转磁场来生成微型机器人100的旋转运动。
另一方面，若增加外部磁场的旋转频率大小，则将发生微型机器人100的旋转运动不再与外部旋转磁场同步的失步现象(step-out)。发生失步现象的频率与磁铁115、155、165的磁矩成正比，因此，治疗部110因具有相对较大磁矩的主磁铁115而具有较大的失步频率，驱动部150因具有相对较小磁矩的驱动磁铁155、165而具有较小的失步频率。因此，可通过调节外部旋转磁场的频率来生成驱动部150的选择性旋转运动。
上述失步频率可通过以下公式(3)表示。
公式(3)
ω＝||m||||B||/c
其中，为失步频率，c为抗力系数，可基于表面摩擦、流体粘度及机器人形状等改变。
治疗部110和驱动部150因磁矩的差异而具有不同大小的失步频率。因此，磁场生成部200可通过调节外部旋转磁场的频率来生成治疗部110和驱动部150的选择性旋转运动。
图3及图4为示出基于外部旋转磁场的频率的治疗部和驱动部的旋转运动的图。
首先，参照图3，磁场生成部200包括作为第一模式，生成频率小于主磁铁115、第一驱动磁铁155及第二驱动磁铁165的失步频率的外部旋转磁场201。
若磁场生成部200生成频率小于主磁铁115、第一驱动磁铁155及第二驱动磁铁165的失步频率的外部旋转磁场201，则治疗部110和驱动部150均沿着磁场方向排列进行旋转运动。柔韧的腿部157、167因驱动部150的旋转运动而进行旋转并在血管30内生成推进力，从而可以使微型机器人100进行移动。
参照图4，磁场生成部200包括作为第二模式，生成频率大于主磁铁115、第一驱动磁铁155及第二驱动磁铁165的失步频率的外部旋转磁场202。
若磁场生成部200生成频率小于主磁铁155的失步频率且大于第一驱动磁铁155及第二驱动磁铁165的失步频率的外部旋转磁场202，则驱动部150因不再与外部旋转磁场202同步而导致旋转最小化，只有治疗部110可生成旋转运动。钻头121通过治疗部110的旋转运动针对病变部执行钻孔工序。在此情况下，驱动部150的腿部157、167支撑血管30内壁，使得钻头121的位置和旋转轴111被固定，从而可提高治疗准确性并将血管30内壁的损伤最小化。
以上，虽然通过优选实施例详细说明了本发明，但是，本发明的范围并不限定于特定实施例，应基于所附的发明要求保护范围加以解释。并且，应当理解的是，本发明技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的范围前提下进行多种修改及变更。
产业上的可利用性
本发明的微型机器人及包括其的微型机器人系统可用于治疗血管疾病。
Claims (10)
1.一种微型机器人，其特征在于，包括：
旋转轴；
主磁铁，固定结合在上述旋转轴；
第一支撑主体，插入在上述旋转轴，能够相对于上述旋转轴进行旋转；
第一驱动磁铁，固定结合在上述第一支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及
多个第一腿部，与上述第一支撑主体的外周面相结合。
2.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，上述主磁铁的磁矩大于上述第一驱动磁铁的磁矩。
3.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，包括：
第二支撑主体，隔着上述主磁铁从上述第一支撑主体的另一侧插入于上述旋转轴，能够相对于上述旋转轴进行旋转；
第二驱动磁铁，固定结合在上述第二支撑主体，具有大小与上述主磁铁不同的磁矩；以及
多个第二腿部，与上述第二支撑主体的外周面相结合。
4.根据权利要求3所述的微型机器人，其特征在于，上述主磁铁的磁矩大于上述第二驱动磁铁的磁矩。
5.根据权利要求3所述的微型机器人，其特征在于，上述第二驱动磁铁的磁矩与上述第一驱动磁铁的磁矩相同。
6.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，上述主磁铁为圆筒形磁铁，N极和S极隔着上述旋转轴相向配置。
7.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，还包括钻头，固定结合在上述旋转轴的前端，以与上述旋转轴形成为一体的方式进行旋转。
8.一种微型机器人系统，其特征在于，包括：
微型机器人，主磁铁固定结合在旋转轴，在外周面结合多个腿部的第一支撑主体与第一驱动磁铁结合成一体并插入于上述旋转轴，上述第一支撑主体及上述第一驱动磁铁能够相对于上述旋转轴进行旋转；以及
磁场生成部，用于在上述微型机器人的外部生成外部旋转磁场，
上述主磁铁和上述第一驱动磁铁具有不同大小的磁矩。
9.根据权利要求8所述的微型机器人系统，其特征在于：
上述微型机器人还包括第二支撑主体及第二驱动磁铁，上述第二支撑主体及第二驱动磁铁隔着上述主磁铁从上述第一支撑主体的另一侧插入于上述旋转轴且相结合成一体，从而能够相对于上述旋转轴进行旋转，
上述第二驱动磁铁具有大小与上述主磁铁不同的磁矩。
10.根据权利要求8所述的微型机器人系统，其特征在于，上述磁场生成部包括：
第一模式，生成频率小于上述主磁铁和上述第一驱动磁铁的失步频率的外部旋转磁场；以及
第二模式，生成频率小于上述主磁铁的失步频率且大于上述第一驱动磁铁的失步频率的外部旋转磁场。
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