ITRM20090635A1

ITRM20090635A1 - LOCOMOTION DEVICE AND METHOD, PARTICULARLY SUITABLE FOR ENDOSCOPIC APPLICATIONS.

Info

Publication number: ITRM20090635A1
Application number: IT000635A
Authority: IT
Inventors: Dino Accoto; Serena Passanisi
Original assignee: Uni Campus Bio Medico Di Rom A
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-03
Also published as: IT1397408B1

Description

DISPOSITIVO E METODO DI LOCOMOZIONE, PARTICOLARMENTE DEVICE AND METHOD OF LOCOMOTION, PARTICULARLY

IDONEI PER APPLICAZIONI ENDOSCOPICHE SUITABLE FOR ENDOSCOPIC APPLICATIONS

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo e ad un metodo di locomozione, particolarmente idonei per applicazioni endoscopiche, specialmente nel settore della endoscopia digestiva. The present invention relates to a device and a method of locomotion, particularly suitable for endoscopic applications, especially in the digestive endoscopy sector.

Le procedure endoscopiche richiedono l'utilizzo di una sonda, che viene inserita attraverso i naturali orifizi del corpo e che tipicamente Ã ̈ dotata di sensori, mezzi di visualizzazione ed eventualmente strumenti bioptici. Endoscopic procedures require the use of a probe, which is inserted through the natural orifices of the body and which typically is equipped with sensors, visualization means and possibly biopsy instruments.

Le procedure endoscopiche richiedono una buona abilitÃ manuale da parte dell'endoscopista che esegue detto inserimento e che gestisce la navigazione della sonda. Nel caso di interventi sul tratto gastro-intestinale, tali procedure comportano un non trascurabile disagio psicologico e fisico per il paziente. Tali limiti hanno stimolato lo sviluppo di endoscopi robotici in grado di autopropellersi e di assicurare una maggiore destrezza dello strumento durante la locomozione. Endoscopic procedures require good manual skills on the part of the endoscopist who performs this insertion and who manages the navigation of the probe. In the case of operations on the gastrointestinal tract, these procedures involve a significant psychological and physical discomfort for the patient. These limitations have stimulated the development of robotic endoscopes capable of self-propelling and ensuring greater dexterity of the instrument during locomotion.

Le attuali proposte esistenti riguardo alle tecniche di locomozione di dispositivi endoscopici possono essere suddivise in due grandi famiglie, che riguardano in particolare: The current proposals regarding the locomotion techniques of endoscopic devices can be divided into two large families, which concern in particular:

âˆ’ i sistemi cablati; e âˆ ’wired systems; And

âˆ’ le capsule robotiche. â ’robotic capsules.

Per quanto attiene alla prima famiglia, un primo approccio noto alla locomozione Ã ̈ quello cosiddetto â€œinchworm-likeâ€ , in cui viene simulato il modo in cui si muovono i bruchi. In particolare, il dispositivo avanza alternando fasi di distensione e di contrazione di un opportuno corpo estendibile e realizzando cosÃ¬ un movimento peristaltico. Tale approccio richiede, inoltre, due organi di presa disposti ai due estremi del dispositivo, che hanno il compito di trasferire al substrato le forze necessarie alla locomozione. As regards the first family, a first known approach to locomotion is the so-called â € œinchworm-likeâ €, in which the way in which the caterpillars move is simulated. In particular, the device advances by alternating phases of distension and contraction of a suitable extensible body and thus realizing a peristaltic movement. This approach also requires two gripping members arranged at the two ends of the device, which have the task of transferring the forces necessary for locomotion to the substrate.

Un secondo approccio relativo alla prima famiglia Ã ̈ quello cosiddetto â€œsnakelikeâ€ , in cui viene generato un movimento ondulatorio di una struttura centrale mediante, ad esempio, l'utilizzo di leghe a memoria di forma poste attorno ad essa, in modo tale che il robot possa orientarsi e piegarsi in modo tridimensionale. A second approach related to the first family is the so-called â € œsnakelikeâ €, in which an undulatory movement of a central structure is generated through, for example, the use of shape memory alloys placed around it, so that the robot can orient itself and fold in a three-dimensional way.

Per quanto attiene invece alla seconda famiglia, ossia alle tecniche di locomozione per capsule robotiche, un primo approccio noto prevede uno spostamento passivo realizzato sfruttando le onde peristaltiche del tratto intestinale da esplorare. As regards the second family, that is to the techniques of locomotion for robotic capsules, a first known approach provides for a passive movement carried out by exploiting the peristaltic waves of the intestinal tract to be explored.

In tempi recenti, Ã ̈ stata poi sviluppata una capsula robotica equipaggiata con un sistema di locomozione basato su di un set di zampe in fili di leghe a memoria di forma che assicurano una grande elasticitÃ agli organi di movimento. Tale capsula Ã ̈ in grado di fermarsi in un dato sito grazie a microuncini posti sulla parte terminale delle zampe, ma non Ã ̈ in grado di ruotare sul posto e quindi di orientarsi rispetto ad un dato target. Il sistema di locomozione, inoltre, occupa la quasi totalitÃ delI'intero spazio all'interno della capsula, rendendo difficoltoso l'alloggiamento di batterie, del sistema di visione e di altri strumenti. In recent times, a robotic capsule has been developed equipped with a locomotion system based on a set of legs made of shape memory alloys that ensure great elasticity to the organs of movement. This capsule is able to stop in a given site thanks to micro-hooks placed on the terminal part of the legs, but it is not able to rotate in place and therefore to orient itself with respect to a given target. Furthermore, the locomotion system occupies almost the entire space inside the capsule, making it difficult to house batteries, the vision system and other instruments.

Un terzo approccio noto, anchâ€™esso recente, prevede invece, sempre per le capsule robotiche, un sistema di locomozione basato sullâ€™impiego di campi magnetici. In particolare, variando il campo Ã ̈ possibile controllare la posizione e I'orientamento della capsula per mezzo di magneti opportuni integrati in essa. A third known approach, also recent, provides instead, again for robotic capsules, a locomotion system based on the use of magnetic fields. In particular, by varying the field it is possible to control the position and orientation of the capsule by means of suitable magnets integrated in it.

I sistemi di locomozione noti sopra menzionati presentano alcuni importanti inconvenienti, e in particolare: The known locomotion systems mentioned above have some important drawbacks, and in particular:

âˆ’ impossibilitÃ o difficoltÃ a mantenere la presa rispetto al distretto corporeo esplorato e quindi incapacitÃ di mantenersi in loco al sopraggiungere di azioni esterne perturbative quali onde peristaltiche;; â ’impossibility or difficulty in maintaining grip with respect to the body area explored and therefore inability to stay in place when external perturbative actions such as peristaltic waves occur ;;

âˆ’ impossibilitÃ di ruotare sul posto e/o di orientarsi durante la locomozione, oppure presenza di sistemi ingombranti o meccanicamente complessi per realizzare tale orientamento; â ’inability to rotate on the spot and / or orient oneself during locomotion, or the presence of bulky or mechanically complex systems to achieve this orientation;

âˆ’ in alcuni casi ed anche alla luce degli inconvenienti sopra citati, eccessiva complessitÃ meccanica dell'unitÃ che realizza la locomozione; âˆ ’in some cases and also in light of the aforementioned drawbacks, excessive mechanical complexity of the unit that carries out the locomotion;

âˆ’ sempre anche in relazione agli inconvenienti giÃ citati sopra, necessitÃ di apparati e strumenti da disporre addosso o intorno al paziente - ad esempio giubbetti magnetici e/o manipolatori robotici - per la localizzazione e la movimentazione del dispositivo dall'esterno del corpo tramite opportuni campi magnetici. - also in relation to the problems already mentioned above, the need for devices and tools to be placed on or around the patient - for example magnetic vests and / or robotic manipulators - for the localization and movement of the device from outside the body through suitable magnetic fields.

Anche se gli inconvenienti sopra citati sono stati riferiti al settore specifico della navigazione in un distretto corporeo, e specificamente nel tratto gastrointestinale, analoghe esigenze possono presentarsi in contesti industriali nei quali ci sia necessitÃ (o possibilitÃ ) di navigazione su di un substrato deformabile, ad esempio cedevole, elastico o visco-elastico, ad esempio su tessuti, membrane, tubazioni o simili. Even if the aforementioned drawbacks have been referred to the specific sector of navigation in a body district, and specifically in the gastrointestinal tract, similar needs may arise in industrial contexts in which there is a need (or possibility) of navigation on a deformable substrate, for example for example yielding, elastic or visco-elastic, for example on fabrics, membranes, pipes or the like.

Pertanto, il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione Ã ̈ quello di fornire un dispositivo di locomozione ed un associato metodo che consentano di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota. Therefore, the technical problem posed and solved by the present invention is that of providing a locomotion device and an associated method which allow to overcome the drawbacks mentioned above with reference to the known art.

Tale problema viene risolto da un dispositivo di locomozione secondo la rivendicazione 1 e da un metodo secondo la rivendicazione 16. This problem is solved by a locomotion device according to claim 1 and by a method according to claim 16.

Caratteristiche preferite della presente invenzione sono presenti nelle rivendicazioni dipendenti della stessa. Preferred features of the present invention are present in the dependent claims thereof.

La presente invenzione fornisce alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che essa consente una presa costante ed affidabile del dispositivo al substrato cedevole o deformabile, ad esempio elastico o viscoelastico, e in particolare alla mucosa esterna degli organi cavi del corpo umano, quale il tratto gastro-intestinale, mediante un sistema di locomozione che si presta ad essere realizzato in modo meccanicamente semplice, affidabile ed auto-contenuto, ossia che non richiede specifici strumenti ausiliari esterni. The present invention provides some relevant advantages. The main advantage consists in the fact that it allows a constant and reliable grip of the device to the yielding or deformable substrate, for example elastic or viscoelastic, and in particular to the external mucosa of the hollow organs of the human body, such as the gastrointestinal tract, by means of a locomotion system that lends itself to being made in a mechanically simple, reliable and self-contained way, ie that does not require specific external auxiliary tools.

Inoltre, il dispositivo dellâ€™invenzione si presta ad una estrema compattezza costruttiva, tale da garantire un significativo volume residuo all'interno della capsula robotica o mezzo equivalente che lo alloggia. Furthermore, the device of the invention lends itself to an extreme constructive compactness, such as to guarantee a significant residual volume inside the robotic capsule or equivalent means that houses it.

Ancora, in base ad una forma di realizzazione preferita che prevede una duplice coppia di elementi in moto relativo fra di essi, il dispositivo dellâ€™invenzione consente una variazione del proprio orientamento e quindi una specifica capacitÃ di modificare la direzione di locomozione. Again, on the basis of a preferred embodiment which provides for a double pair of elements in relative motion between them, the device of the invention allows a variation of its orientation and therefore a specific ability to modify the direction of locomotion.

Altri vantaggi, caratteristiche e modalitÃ di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. VerrÃ fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Other advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some embodiments, presented by way of non-limiting example. Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:

ƒ le Figure 1A, 1B ed 1C mostrano uno schema di funzionamento di un dispositivo di locomozione secondo la presente invenzione, riferendosi ciascuna ad una rispettiva fase di pinzamento o avanzamento; Figures 1A, 1B and 1C show an operating diagram of a locomotion device according to the present invention, each referring to a respective gripping or advancing step;

ƒ la Figura 2 mostrano uno schema di funzionamento di una variante del dispositivo di Figura 1; Figure 2 shows an operating diagram of a variant of the device of Figure 1;

ƒ la Figure 3 si riferisce ad una forma di realizzazione preferita del dispositivo di Figura 1, mostrandone una vista in esploso; e Figure 3 refers to a preferred embodiment of the device of Figure 1, showing an exploded view thereof; And

ƒ le Figure 4A, 4B e 4C si riferiscono ad una capsula endoscopica che incorpora il dispositivo di Figura 3, mostrandone rispettivamente una vista in prospettiva laterale una vista frontale ed una vista laterale. Figures 4A, 4B and 4C refer to an endoscopic capsule which incorporates the device of Figure 3, showing a side perspective view, a front view and a side view respectively.

Le Figure 1A, 1B ed 1C rappresentano una illustrazione del principio di locomozione alla base del dispositivo dellâ€™invenzione. Figures 1A, 1B and 1C represent an illustration of the locomotion principle underlying the device of the invention.

Tale principio, che puÃ² essere chiamato di â€œpinch locomotionâ€ , si basa sulla possibilitÃ di eseguire micro-richiami (â€œpinzamentiâ€ o "pinches") sul substrato, ad esempio sulla mucosa intestinale, sfruttando opportuni organi del robot che esercitano una forza di presa (ossia di â€œpinchingâ€ ) e di locomozione sul substrato, entro i limiti di sicurezza del substrato stesso. This principle, which can be called â € œpinch locomotionâ €, is based on the possibility of performing micro-calls (â € œpinchesâ € or "pinches") on the substrate, for example on the intestinal mucosa, exploiting appropriate organs of the robot that exercise a force of grip (ie of â € œpinchingâ €) and of locomotion on the substrate, within the safety limits of the substrate itself.

Con riferimento a dette Figure 1A-1C, lâ€™idea alla base del principio della â€œpinch locomotionâ€ puÃ² essere compresa a livello astratto immaginando due ruote 101 e 102 adiacenti e tangenti alla mucosa M. Preferibilmente, gli organi volventi 101 e 102 sono connessi da un elemento elastico 103 che si oppone ad una variazione della distanza fra i rispettivi centri, agendo quindi da elemento di contrasto. La forza esercitata da detto organo fornisce la necessaria forza di presa (o â€œpinzamentoâ€ ). Detto elemento elastico puÃ² essere realizzato in svariati modi, ad esempio tramite molle ad elica o lamelle elastiche, ovvero puÃ² sostituito da un organo attivo, ossia attuato, quale un sistema vite-madrevite, esplicante la medesima funzione di generare la forza di presa. With reference to these Figures 1A-1C, the idea underlying the principle of â € œpinch locomotionâ € can be understood at an abstract level by imagining two wheels 101 and 102 adjacent and tangent to the mucosa M. Preferably, the rolling organs 101 and 102 they are connected by an elastic element 103 which opposes a variation in the distance between the respective centers, thus acting as a contrasting element. The force exerted by this organ provides the necessary gripping force (or â € œpushingâ €). Said elastic element can be made in various ways, for example by means of helical springs or elastic lamellae, or it can be replaced by an active member, that is, implemented, such as a screw-nut system, performing the same function of generating the gripping force.

La locomozione si svolge in due fasi. Durante una fase iniziale ("pinching"), mostrata in Figura 1A e 1B, le due ruote 101 e 102 ruotano in senso opposto per richiamare il substrato. In questa fase il substrato M, ad esempio la mucosa gastrointestinale, grazie alla sua cedevolezza, viene richiamato tra i due organi volventi 101 e 102 a seguito della forza di trazione esercitata da ciascuno di questi in virtÃ¹ di detto moto. Locomotion takes place in two stages. During an initial phase ("pinching"), shown in Figures 1A and 1B, the two wheels 101 and 102 rotate in the opposite direction to recall the substrate. In this phase the substrate M, for example the gastrointestinal mucosa, thanks to its compliance, is drawn between the two rolling elements 101 and 102 as a result of the traction force exerted by each of these by virtue of said motion.

Sempre in questa fase, lâ€™elemento elastico 103 consente un adattamento passivo della distanza tra le due ruote 101 e 102, la quale distanza varia in funzione dello spessore della porzione di substrato richiamato a seguito della rotazione. Lâ€™azione esercitata dallâ€™elemento elastico di contrasto 103 consente al contempo il mantenimento della presa sul substrato. Still in this phase, the elastic element 103 allows a passive adaptation of the distance between the two wheels 101 and 102, which distance varies according to the thickness of the portion of substrate recalled following the rotation. The action exerted by the elastic contrast element 103 allows at the same time the maintenance of the grip on the substrate.

Nella fase successiva a quella di "pinching", mostrata in Figura 1C, le due ruote 101 e 102 ruotano nel medesimo verso, consentendo la traslazione del sistema. Durante la traslazione, lâ€™organo fronte-marcia richiama fra i due organi volventi una nuova porzione di substrato, mentre lâ€™organo posteriore ne rilascia una uguale quantitÃ . In the step following that of "pinching", shown in Figure 1C, the two wheels 101 and 102 rotate in the same direction, allowing the translation of the system. During translation, the front-gear member draws a new portion of substrate between the two rolling members, while the rear member releases an equal amount of it.

Il sistema mostrato nelle Figura 1A-1C Ã ̈ costituito da una sola coppia di organi volventi, che consente di realizzare uno spostamento mono-dimensionale (ossia avanti e indietro), senza capacitÃ di ruotare sul posto e orientarsi durante la locomozione. The system shown in Figures 1A-1C consists of a single pair of rolling elements, which allows for one-dimensional movement (i.e. back and forth), without the ability to rotate in place and orientate during locomotion.

AffinchÃ© il sistema sia in grado di orientarsi Ã ̈ necessario aggiungere una seconda coppia di ruote 201 e 202, come mostrato in Figura 2. In questa configurazione, infatti, la rotazione del dispositivo di locomozione viene prodotta in modo analogo a quella realizzata da sistemi dotati di due cingoli autonomi, ossia azionando le due coppie a velocitÃ differente. In order for the system to be able to orient itself, it is necessary to add a second pair of wheels 201 and 202, as shown in Figure 2. In this configuration, in fact, the rotation of the locomotion device is produced in a similar way to that achieved by systems equipped with two autonomous tracks, ie by operating the two pairs at different speeds.

Con riferimento ora alla Figura 3, un dispositivo di locomozione secondo una forma di realizzazione preferita dellâ€™invenzione Ã ̈ complessivamente denotato con 1. Il dispositivo 1 Ã ̈ concepito per la navigazione nelle cavitÃ del tratto grastro-intestinale. With reference now to Figure 3, a locomotion device according to a preferred embodiment of the invention is generally denoted by 1. The device 1 is designed for navigation in the cavities of the grastro-intestinal tract.

Il dispositivo 1 comprende principalmente: Device 1 mainly comprises:

âˆ’ un telaio 2 sostanzialmente piatto, âˆ ’a substantially flat frame 2,

âˆ’ due unitÃ motrici, rispettivamente 31 e 32, montate su tale telaio 2 da parti trasversalmente opposte di questo, e âˆ ’two drive units, 31 and 32 respectively, mounted on this frame 2 from transversely opposite parts of this, and

âˆ’ mezzi di pinzamento, azionati dalle unitÃ motrici 31 e 32 e complessivamente denotati con 4. âˆ ’clamping means, operated by the drive units 31 and 32 and overall denoted by 4.

La specifica disposizione e costruzione di tali componenti viene descritta in maggiore dettaglio a seguire. The specific arrangement and construction of these components is described in greater detail below.

Nel presente esempio, ciascuna unitÃ motrice 31, 32 comprende un rispettivo motore, ad esempio di tipo elettromagnetico, preferibilmente associato ad un rispettivo riduttore ad esempio di tipo epiciclodale (non mostrato nelle figure). In the present example, each drive unit 31, 32 comprises a respective motor, for example of the electromagnetic type, preferably associated with a respective reducer, for example of the epicyclodal type (not shown in the figures).

A titolo esemplificativo, ciascun motore puÃ² essere un motore commerciale a corrente continua privo di spazzole, con diametro esterno inferiore a 5 mm (ad esempio, micromotore Smoovy con diametro esterno 1.9 mm integrante riduttore epicicloidale con rapporto di riduzione 1:47). By way of example, each motor can be a brushless DC commercial motor, with an external diameter of less than 5 mm (for example, Smoovy micromotor with external diameter 1.9 mm integrating a planetary gearbox with a reduction ratio of 1:47).

Per ridurre ulteriormente il rapporto di trasmissione in uscita, a ciascuna unitÃ motrice 31, 32 sono poi associati ulteriori mezzi di trasmissione, complessivamente denotati rispettivamente con 51 e 52, che nel presente esempio sono di tipo ad accoppiamento corona dentata 511, 512 - vite senza fine 521, 522. To further reduce the output transmission ratio, each drive unit 31, 32 is then associated with further transmission means, generally denoted respectively by 51 and 52, which in the present example are of the type with toothed crown coupling 511, 512 - screw without late 521, 522.

A titolo esemplificativo, il rapporto di riduzione puÃ² essere 18:1, in modo tale che il rapporto di riduzione totale sia di 1:846. For example, the reduction ratio can be 18: 1, so that the total reduction ratio is 1: 846.

La ruota 511, 521 di ciascuno di tali accoppiamenti 51, 52 Ã ̈ poi solidale ad una rispettiva prima o seconda puleggia principale 41, 42 dei mezzi di pinzamento 4. The wheel 511, 521 of each of these couplings 51, 52 is then integral with a respective first or second main pulley 41, 42 of the gripping means 4.

Questi ultimi comprendono anche, per ciascuna prima o seconda puleggia principale 41, 42, una rispettiva prima o seconda cinghia 43, 44, che impegna la rispettiva puleggia principale 41, 42. The latter also comprise, for each first or second main pulley 41, 42, a respective first or second belt 43, 44, which engages the respective main pulley 41, 42.

La prima cinghia 43 viene trascinata in rotazione dalla prima puleggia 41 e tensionata mediante due ulteriori pulegge ausiliarie cedenti 45, 46 montate in corrispondenza di rispettive estremitÃ longitudinali di un bilanciere 47. The first belt 43 is driven into rotation by the first pulley 41 and tensioned by two further auxiliary yielding pulleys 45, 46 mounted at respective longitudinal ends of a rocker arm 47.

La disposizione complessiva Ã ̈ tale che la cinghia 43 assuma, in esercizio, un profilo sostanzialmente trapezoidale arrotondato. The overall arrangement is such that the belt 43 assumes, in operation, a substantially rounded trapezoidal profile.

Il bilanciere 47 Ã ̈ montato in modo basculante sul telaio 2 mediante un perno fisso 6, in modo tale da consentire una rotazione del bilanciere 47 secondo un asse sostanzialmente ortogonale al telaio 2. Fra perno 6 e bilanciere 47 Ã ̈ interposto un mezzo elastico di contrasto, che nel presente esempio Ã ̈ in forma di una molla di torsione 67. The rocker arm 47 is mounted in a pivoting manner on the frame 2 by means of a fixed pin 6, in such a way as to allow a rotation of the rocker arm 47 along an axis substantially orthogonal to the frame 2. An elastic means is interposed between the pin 6 and the rocker arm 47. contrast, which in the present example is in the form of a torsion spring 67.

La seconda cinghia 44 Ã ̈ trascinata in rotazione dalla seconda puleggia principale 42 e tensionata mediante una ulteriore puleggia ausiliaria cedente 48 montata in corrispondenza di una estremitÃ longitudinale di un supporto 49. The second belt 44 is driven into rotation by the second main pulley 42 and tensioned by a further auxiliary yielding pulley 48 mounted at a longitudinal end of a support 49.

La disposizione complessiva Ã ̈ tale che la seconda cinghia 44 assuma, in esercizio, un profilo sostanzialmente triangolare arrotondato. The overall arrangement is such that the second belt 44 assumes, in operation, a substantially rounded triangular profile.

La disposizione complessiva Ã ̈ inoltre tale che le due cinghie 43 e 44 si trovino affacciate ed adiacenti in corrispondenza di rispettive porzioni ad angolo arrotondato (o punta di freccia) 430, 440. In corrispondenza di tali porzioni di cinghia 430, 440 avviene quindi lâ€™azione di pinzamento, come descritto in maggiore dettaglio piÃ¹ avanti. The overall arrangement is furthermore such that the two belts 43 and 44 are facing and adjacent in correspondence with respective rounded corner portions (or arrowheads) 430, 440. In correspondence with these belt portions 430, 440 the € ™ pinching action, as described in more detail below.

Adiacentemente a tali porzioni â€“ ed a monte di queste rispetto al verso di rotazione che provoca il â€œpinchingâ€ â€“ le cinghie 43 e 44 presentano ciascuna una porzione a sviluppo rettilineo, rispettivamente 431 e 441, che risulta, in uso, sostanzialmente parallela ed a contatto con il substrato, esercitando quindi su di esso una azione di richiamo in virtÃ¹ dellâ€™attrito che si instaura. Adjacent to these portions â € “and upstream of these with respect to the direction of rotation that causes â € œpinchingâ € â €“ the belts 43 and 44 each have a rectilinear portion, respectively 431 and 441, which is, in use , substantially parallel and in contact with the substrate, thus exerting a recall action on it by virtue of the friction that is established.

Le cinghie 43 e 44 sono quindi realizzate in un materiale e con una geometria superficiale idonei a stabilire un attrito efficace ai fini del pinzamento e della locomozione sul substrato, ossia, nel caso di tessuti biologici, quali la mucosa del tratto gastro-intestinale, in un materiale e con una geometria superficiale tali da garantire condizioni bio-tribologiche adeguate a garantire sufficiente attrito / adesione. A titolo esemplificativo e non esaustivo, la superficie delle cinghie puÃ² essere munita di micro-uncini di dimensioni tali da non infliggere lesioni non tollerabili alla mucosa del tratto gastro-intestinale. The belts 43 and 44 are therefore made of a material and with a surface geometry suitable for establishing an effective friction for the purposes of gripping and locomotion on the substrate, that is, in the case of biological tissues, such as the mucosa of the gastrointestinal tract, in a material with a surface geometry such as to guarantee adequate bio-tribological conditions to guarantee sufficient friction / adhesion. By way of non-exhaustive example, the surface of the straps can be equipped with micro-hooks of such dimensions as not to inflict intolerable lesions on the mucosa of the gastrointestinal tract.

VerrÃ ora illustrato il funzionamento del dispositivo 1. The operation of device 1 will now be illustrated.

Le unitÃ motrici 31 e 32, tramite i mezzi di trasmissione 51 e 52, azionano in rotazione le pulegge principali 41 e 42, e quindi le cinghie 43 e 44 a queste associate, secondo versi di rotazione contrapposti, analogamente a quanto descritto sopra in relazione alle Figure 1A e 1B. The drive units 31 and 32, by means of the transmission means 51 and 52, rotate the main pulleys 41 and 42, and therefore the belts 43 and 44 associated with them, according to opposite rotation directions, similarly to what is described above in relation in Figures 1A and 1B.

Una porzione di substrato, ad esempio di substrato intestinale, Ã ̈ quindi richiamato fra le porzioni affacciate 430, 440 di dette cinghie 43, 44 e si realizza cosÃ¬ lâ€™azione di â€œpinchingâ€ giÃ descritta. A portion of substrate, for example intestinal substrate, is then recalled between the facing portions 430, 440 of said belts 43, 44 and thus the â € œpinchingâ € action already described is carried out.

Ai fini di tale azione di â€œpinchingâ€ , la connessione basculante del bilanciere 47 al telaio 2 fa sÃ¬ che la porzione di cinghia 430 possa allontanarsi dalla contrapposta porzione di cinghia 440 in modo tale da consentire lâ€™inserimento di porzione di substrato fra di esse. For the purposes of this â € œpinchingâ € action, the pivoting connection of the rocker arm 47 to the frame 2 ensures that the belt portion 430 can move away from the opposite belt portion 440 in such a way as to allow the insertion of a portion of substrate between them.

Al contempo, lâ€™azione di contrasto della molla 67 assicura il trattenimento del substrato. In particolare, la deformazione della molla 67, che si oppone elasticamente allo spostamento del bilanciere 47, causa una forza che, trasmessa al substrato dalle pulegge ausiliarie 46 e 48, assicura il mantenimento della presa quando intervengono forze esterne, quali, ad esempio, le spinte dovute alle contrazioni peristaltiche. At the same time, the contrasting action of the spring 67 ensures that the substrate is retained. In particular, the deformation of the spring 67, which resists the movement of the rocker 47, causes a force which, transmitted to the substrate by the auxiliary pulleys 46 and 48, ensures that the grip is maintained when external forces are involved, such as, for example, the thrusts due to peristaltic contractions.

Il bilanciere basculante 47, opportunamente dimensionato, permette altresÃ¬ il mantenimento della tensione della prima cinghia 43, indipendentemente dallo spessore del substrato richiamato. The tilting rocker arm 47, suitably dimensioned, also allows the maintenance of the tension of the first belt 43, regardless of the thickness of the substrate recalled.

SarÃ altresÃ¬ apprezzato che la funzione di â€œpinchingâ€ , e in particolare il richiamo del substrato fra le due porzioni affacciate 430 e 440, Ã ̈ favorita dallâ€™interazione con il substrato stesso dei tratti a sviluppo rettilineo 431 e 441 delle cinghie 43 e 44. It will also be appreciated that the â € œpinchingâ € function, and in particular the recall of the substrate between the two facing portions 430 and 440, is favored by the interaction with the substrate itself of the rectilinear sections 431 and 441 of the belts. 43 and 44.

In una fase successiva, le cinghie 43 e 44 vengono attuate secondo un verso di rotazione concorde, per realizzare la locomozione secondo le modalitÃ giÃ descritte con riferimento alla Figura 1C. In a subsequent step, the belts 43 and 44 are actuated according to an identical direction of rotation, to achieve locomotion according to the methods already described with reference to Figure 1C.

Il dispositivo 1 Ã ̈ associato a o incorpora una unitÃ di controllo - o mezzi di azionamento selettivo - dei mezzi di pinzamento 4, atta a controllare o gestire lâ€™attuazione di questi secondo la sequenza di fasi descritta in relazione alle Figure 1A,1B e 1C. The device 1 is associated with or incorporates a control unit - or selective actuation means - of the clamping means 4, able to control or manage the actuation of these according to the sequence of phases described in relation to Figures 1A, 1B and 1C.

Inoltre, in base ad una seconda forma di realizzazione preferita che corrisponde allo schema di Figura 2, il dispositivo puÃ² incorporare una duplice coppia di pulegge e di relativi mezzi motori e di trasmissione indipendenti, le quali coppie di pulegge ed associati componenti di azionamento sono disposti da parti opposte del dispositivo in modo tale da consentire variazioni di orientamento di questâ€™ultimo. Furthermore, according to a second preferred embodiment which corresponds to the diagram of Figure 2, the device can incorporate a double pair of pulleys and relative independent motor and transmission means, which pairs of pulleys and associated drive components are arranged on opposite sides of the device in such a way as to allow variations in its orientation.

SarÃ inoltre compreso che, in base ad una variante di realizzazione compatibile con entrambe le forme di realizzazione sopra descritte, lâ€™elemento elastico o molla di contrasto puÃ² essere assente. In tal caso, il trattenimento del substrato puÃ² essere assicurato dalla deformabilitÃ elastica del materiale delle pulegge o di elementi rotativi alternativi che svolgono la funzione di queste ultime. It will also be understood that, on the basis of a variant of embodiment compatible with both the embodiments described above, the elastic element or contrast spring can be absent. In this case, the retention of the substrate can be ensured by the elastic deformability of the material of the pulleys or of alternative rotary elements that perform the function of the latter.

Con riferimento ora alle Figure 4A, 4B e 4C, due dispositivi come quello descritto con riferimento alla Figura 3 possono essere associati ad una capsula endoscopica 200 e disposti simmetricamente ai lati di questa. With reference now to Figures 4A, 4B and 4C, two devices such as the one described with reference to Figure 3 can be associated with an endoscopic capsule 200 and arranged symmetrically to the sides thereof.

SarÃ apprezzato che il ridotto ingombro dei dispositivi di locomozione laterali lascia disponibili ampi spazi interni alla capsula per lâ€™inserimento di opportuna strumentazione e di adeguati sistemi di alimentazione, quali batterie o supercondensatori. In particolare, nellâ€™esempio qui considerato circa il 60% dello spazio interno della capsula Ã ̈ disponibile per I'alloggiamento delle batterie, del sistema di visione, del sistema di controllo, del sistema di telemetria e cosÃ¬ via. It will be appreciated that the reduced size of the lateral locomotion devices leaves ample space inside the capsule available for the insertion of suitable instruments and suitable power supply systems, such as batteries or supercapacitors. In particular, in the example considered here about 60% of the internal space of the capsule is available for housing the batteries, the vision system, the control system, the telemetry system and so on.

SarÃ quindi apprezzato meglio a questo punto che il dispositivo dellâ€™invenzione, particolarmente nelle forma di realizzazione preferite descritte, consente il conseguimento dei seguenti vantaggi: It will therefore be better appreciated at this point that the device of the invention, particularly in the preferred embodiments described, allows the achievement of the following advantages:

âˆ’ mantenimento continuo della presa sul substrato intestinale; ciÃ² consente, tra lâ€™altro, di implementare un controllo della posizione contro eventuli azioni disturbanti esterne, quali le contrazioni peristaltiche; âˆ ’continuous maintenance of the grip on the intestinal substrate; this allows, among other things, to implement a control of the position against possible external disturbing actions, such as peristaltic contractions;

âˆ’ capacitÃ di ruotare sul posto e quindi di orientamento rispetto ad un target da sottoporre all'attenzione diagnostica o terapeutica; â ’ability to rotate in place and therefore to orientate with respect to a target to be submitted to diagnostic or therapeutic attention;

âˆ’ capacitÃ di ruotare durante la locomozione per raggiungere un target da sottoporre all'attenzione diagnostica o terapeutica; âˆ ’ability to rotate during locomotion to reach a target to be submitted to diagnostic or therapeutic attention;

âˆ’ efficienza energetica: la potenza richiesta Ã ̈ compatibile con quella offerta dalle attuali batterie commerciali; âˆ ’energy efficiency: the required power is compatible with that offered by current commercial batteries;

âˆ’ compattezza e possibilitÃ di elevata miniaturizzazione (lunghezza minore di 30 mm e diametro inferiore a 15 mm): l'intero sistema di locomozione puÃ² essere montato su una capsula robotica le cui dimensioni sono comparabili a quelle delle capsule robotiche passive esistenti; almeno il 60% del volume complessivo della capsula Ã ̈ lasciato libero per ospitare altri sotto-sistemi. âˆ ’compactness and possibility of high miniaturization (length less than 30 mm and diameter less than 15 mm): the entire locomotion system can be mounted on a robotic capsule whose dimensions are comparable to those of existing passive robotic capsules; at least 60% of the overall volume of the capsule is left free to accommodate other subsystems.

SarÃ infine apprezzato che lâ€™invenzione fornisce anche un metodo di locomozione di un dispositivo su di un substrato cedevole, ad esempio viscoelastico che, nella sua accezione piÃ¹ generale, comprende: Finally, it will be appreciated that the invention also provides a method of locomotion of a device on a yielding substrate, for example viscoelastic which, in its most general meaning, includes:

(a) una fase di pinzamento, nella quale una porzione del substrato viene richiamata e trattenuta fra mezzi di pinzamento preferibilmente del tipo sopra descritto, in modo tale da stabilire un punto di ancoraggio sul substrato stesso; e (a) a gripping step, in which a portion of the substrate is recalled and held between gripping means preferably of the type described above, so as to establish an anchoring point on the substrate itself; And

(b) una fase di spostamento, successiva a detta fase di pinzamento, nella quale il dispositivo avanza rispetto al substrato rilasciando gradualmente il substrato richiamato in detta fase (a). (b) a displacement step, subsequent to said pinching step, in which the device advances with respect to the substrate gradually releasing the substrate recalled in said step (a).

La descrizione sopra riportata Ã ̈ stata riferita alla forma di realizzazione preferita del dispositivo dellâ€™invenzione intesa per applicazione in ambito di endoscopia del tratto digerente. Tuttavia, come giÃ menzionato sopra, il dispositivo ed il metodo dellâ€™invenzione sono applicabili anche in altri contesti industriali. The above description has been referred to the preferred embodiment of the device of the invention intended for application in the field of endoscopy of the digestive tract. However, as already mentioned above, the device and method of the invention are also applicable in other industrial contexts.

La presente invenzione Ã ̈ stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. Ãˆ da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito dallâ€™ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention has been described heretofore with reference to preferred embodiments. It is to be understood that other embodiments may exist which refer to the same inventive core, as defined by the scope of protection of the claims reported below.

Claims

CLAIMS 1. Locomotion device (1) on a deformable substrate (M), particularly suitable for endoscopic applications in the gastrointestinal tract, comprising clamping means (4), adapted to recall and hold a portion of the substrate in such a way as to establish an anchoring point of the device (1) on the substrate itself, which gripping means (4) comprise a pair of rotating elements (430, 440) adapted to be operated according to mutually opposite directions of rotation and capable, by means of this relative motion, to perform said function of recalling and holding the substrate.

2. Locomotion device (1) according to claim 1, wherein the elements (430, 440) of said pair have variable relative distance, so as to allow the clamping of the substrate between them.

3. Locomotion device (1) according to the preceding claim, wherein said gripping means (4) comprise a contrast element (67) adapted to oppose the variation of said relative distance.

4. Locomotion device (1) according to the preceding claim, wherein said contrast element is a torsion spring (67).

5. Locomotion device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said gripping means (4) comprise a pair of belts (43, 44) having respective facing portions (430, 440) equipped with said relative motion.

6. Locomotion device (1) according to the preceding claim, in which each of said belts (43, 44) is tensioned by one or more respective pulleys (45, 46, 48), at least one (46) of which movable in in such a way as to allow a variation of the relative distance between said facing portions (430, 440).

7. Locomotion device (1) according to the preceding claim, wherein at least one (46) of said pulleys is mounted on a rocker element (47) pivoting.

8. Locomotion device (1) according to any one of claims 5 to 7, wherein each of said belts (43, 44) has a substantially rectilinear portion (431, 441), arranged upstream of said facing portion ( 430, 440) on the other belt with respect to the aforementioned direction of rotation.

9. Locomotion device (1) according to any one of the preceding claims, comprising motor means (31, 32) to actuate said gripping means (4) and transmission means (51, 52) interposed between the latter and said motor means ( 31, 32).

10. Locomotion device (1) according to the preceding claim, wherein said transmission means comprise a reducer.

Locomotion device (1) according to claim 9 or 10, wherein said transmission means (51, 52) comprise a ring gear (511, 521) - worm (512, 522) coupling.

Locomotion device (1) according to any one of the preceding claims, comprising a double pair of said elements having relative motion, said pairs of elements being able to be operated independently so as to allow rotation of the device itself with respect to the substrate.

13. Locomotion device (1) according to any one of the preceding claims, comprising means for actuating said gripping means (4), adapted to allow a selective actuation of the latter in such a way as to alternate phases of gripping of the substrate with phases of displacement of the device with respect to it.

Endoscopic capsule (200) comprising one or more locomotion devices (1) according to any one of the preceding claims.

Endoscopic capsule (200) according to the preceding claim, which comprises a pair of said locomotion devices, each arranged at a respective side of the capsule itself.

16. Method of locomotion of a device on a deformable substrate, comprising: (c) a gripping step, in which a portion of the viscoelastic substrate is recalled and held between gripping means (4) of the device, so as to establish an anchoring point on the substrate itself; And (d) a displacement step, subsequent to said pinching step, in which the device advances with respect to the substrate gradually releasing the substrate recalled in said step (a).

Method of locomotion according to the preceding claim, comprising a plurality of alternating gripping (a) and displacement (b) phases.

18. Method according to claim 16 or 17, in which said step (a) is carried out by operating two rotating elements (43, 44) according to mutually opposite directions of rotation, so that said return and retention of the substrate are obtained by means of said motion relative.

Method according to any one of claims 16 to 18, wherein said device (1) is made according to any one of claims 1 to 13.