胃肠道机器人径向扩张机构制造技术

一种胃肠道机器人径向扩张机构，包括设置于挡板一侧的一个中心齿轮和三组分别与之相啮合的输出齿轮组以及设置于挡板另一侧的三组四连杆扩张机构，其中：输出齿轮组与对应的四连杆机构相连并将来自中心齿轮的扭矩输出至四连杆机构。本发明专利技术扩张机构具备对肠道的扩张安全性，接触安全性以及姿态稳定。

Radial expansion mechanism of gastrointestinal robot

A gastrointestinal robot radial expansion mechanism, an output gear set comprises a central gear is arranged on one side of the baffle and the three group are respectively meshed with the baffle and arranged on the other side of the three group of four link expansion mechanism, including: the four linkage group with the corresponding output gear is connected and torque output from the center gear the four link mechanism. The expansion mechanism of the invention has the safety of expansion of the intestine, the safety of contact and the stability of posture.

【技术实现步骤摘要】
胃肠道机器人径向扩张机构
本专利技术涉及的是一种内窥镜类
的装置，具体是一种胃肠道机器人径向扩张机构。
技术介绍
现有内窥镜用的肠道微型机器人具有药丸大小的尺寸，可在肠道中主动运动，并可搭载多种工具(如摄像头、微夹钳、药物释放机构等)实现对肠道疾病的微创诊疗。扩张机构是肠道微型机器人的必备机构，具备三种功能：首先，与机器人内部的其它机构配合，使机器人与肠道产生相对位移，实现主动运动；其次，通过钳位，使机器人在肠道指定位置停留以完成诊疗任务；再次，对褶皱肠道的扩张避免漏检，提高诊查质量。这三种功能的实现以及肠道环境的特殊性对扩张机构的设计提出了几点要求：首先，肠组织柔软而易受损伤，扩张机构扩张时应确保肠道安全；其次，扩张机构应确保自身运动稳定性，避免卡死；最后，不同肠段内腔直径差异较大，扩张机构既要保证机器人闭合时整体尺寸小，又应具备大的开闭直径比，以确保在肠径较小处的通过性和在肠径较大处的扩张有效性。
技术实现思路
本专利技术针对目前的肠道扩张机构结构设计存在不对称、固定方式较为局限以及容易造成肠道创伤的缺陷，提出了一种胃肠道机器人径向扩张机构，其兼备径向厚度小、接触安全、开闭传动对称的肠道扩张机构。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：转动设置于挡板一侧的一个主动转轮和三组分别与之相啮合的传动齿轮系以及设置于挡板另一侧的三组四连杆扩张机构，其中：传动齿轮系与对应的四连杆扩张机构相连并将来自主动转轮的扭矩输出至四连杆扩张机构。所述的四连杆扩张机构由一对主动连杆和一对从动连杆组成，其中：第一主动连杆、第一从动连杆、第二从动连杆和第二主动连杆依次活动连接，第一主动连杆和第二主动连杆的另一端分别与转动齿轮系相连。所述的主动连杆和从动连杆优选为1/3圆弧形结构，其两端具有铰接点，通过与挡板的铰接以及其他连杆间的并排横向铰接，形成三对均匀分布在外圆周的扩张机构。所述的连杆包括：根部铰接点和中部铰接点，且其尖端倒圆角以提高接触安全性。所述的从动连杆设置于外侧且通过U型槽连接。所述的转动齿轮系包括一个主齿轮和两个依次啮合的从齿轮，其中：第一从齿轮和第二从齿轮的轮轴分别与对应的四连杆扩张机构相连。所述的主动转轮通过电机驱动；该主动转轮上优选进一步设有齿轮减速器，三组传动齿轮系与该齿轮减速器相啮合。电机经齿轮减速器减速后达到所需的输出转速和转矩，减速器齿轮输出轴与传动齿轮组中一齿轮相连，经齿轮啮合传递到中心齿轮，再经齿轮传递后输出到三组沿圆周均匀分布的完全相同的输出齿轮组上，并与四连杆扩张机构主动连杆相连从而带动连杆机构向圆周方向扩展和收缩。所述的电机优选为有刷直流电机，通过电机的正反转来实现圆弧形四连杆扩张机构的径向扩张与收缩。所述的转动齿轮系及主动转轮中齿轮的传动轴位置均设有密封件，该密封件用于对齿轮组轴孔进行密封防止肠液和肠道内部杂质进入机器人体内影响机器人的稳定运行。技术效果与现有技术相比，本专利技术径向扩张方式确保了扩张过程的安全性；扩张机构与肠道为面接触形式，确保了接触安全性，同时有利于机器人的姿态稳定；连杆的排布方式及铰接设计，节省了内部径向空间，并保证了自身零件的相对位置，确保了运动的稳定性。附图说明图1为本专利技术传动齿轮组示意图；图2为本专利技术四连杆扩张机构示意图；图3为本专利技术四连杆扩张机构俯视图；图4a和图4b分别为本专利技术钳位机构的闭合和展开示意图；图中：1、3、5为对称分布的三组传动齿轮系、2减速器输出齿轮、4挡板、6、8为从动连杆、7、9为主动连杆。具体实施方式如图1所示，本实施例中包括三组传动齿轮系1、3、5，其均匀分布在挡板4的一侧。每组均由两个齿数和模数相同的小齿轮及一个传动大齿轮组成，两个从齿轮相啮合，其中之一在与大齿轮啮合。传动齿轮组将转矩从齿轮2传递到中心齿轮，再由中心齿轮分别传递到圆周均匀分布的三组输出齿轮1、3、5上。如此，既能保证三组输出齿轮的传动比相同，又保证了执行机构的同步性和一致性。任一组输出齿分别通过贯穿挡板4的轴与对应四连杆扩张机构中的两根主动连杆相连，带动四连杆扩张机构扩展和缩回，从而改变机器人在径向的扩展尺寸。所述的输出齿轮组1、3、5中的从齿轮两两相啮合，为四连杆扩张机构的运动提供转速相同，转向相反的两个动力源，使得四连杆扩张机构得以正常运行。如图2所示，为四连杆扩张机构，其包括：四根连杆6、7、8、9，其中：第一主动连杆7和第二主动连杆9弧长相同，第一从动连杆6和第二从动连杆8弧长相同。所述的连杆为圆环形结构，包括：根部铰接点和中部铰接点；初始状态四根连杆均收缩在圆环范围内且四连杆轴向排布。如图3所示，为四连杆扩张机构的俯视图，第一从动连杆6和第二从动连杆8的铰接方式采用U型槽进行铰接，有利于保证扩张机构零件的相对位置稳定。扩张机构中的第一从动连杆6和第二从动连杆8设置于外端两侧，使得扩张时与肠壁的接触面积增大，确保了接触安全性，同时有利于机器人的姿态稳定。如图2所示，所述的的四连杆扩张机构中第一主动连杆7和第二主动连杆9作为驱动连杆，且转速相同，转向相反，由传动齿轮组的两个输出齿轮保证。主动连杆7和9做圆周运动时带动从动连杆6和8向外扩展，对称结构的设计使得从动连杆6和8的铰接点运动方向始终为两旋转轴中垂线方向。杆件之间的铰接点通过销轴连接，如图4所示。如图2、图4a和图4b所示，为钳位机构的初始状态和展开过程的示意图，其运动过程为：初始电机未上电，三组四连杆扩张机构均收缩在圆盘范围内，由于齿轮间是相互锁死，因而电机为上电时四连杆扩张机构也被锁死在圆盘范围内，初始状态稳定。电机上电后，经齿轮减速器和传动齿轮组的传递，最终与连杆7相连的齿轮沿逆时针旋转，与连杆9相连的齿轮等速顺时针旋转，即连杆9沿逆时针转动，连杆7沿顺时针转动。由于对称结构的设计，连杆6和8铰接点沿两旋转轴中垂线方向行进，当传动齿轮组的输出齿轮组旋转近120度时达到最大展开直径。同理钳位机构的收回动作为将电机反向上电，通过对电路电流的检测达到堵转电流阈值时电机断电，钳位机构恢复到初始状态。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胃肠道机器人径向扩张机构，其特征在于，包括：转动设置于挡板一侧的一个主动转轮和三组分别与之相啮合的传动齿轮系以及设置于挡板另一侧的三组四连杆扩张机构，其中：传动齿轮系与对应的四连杆扩张机构相连并将来自主动转轮的扭矩输出至四连杆扩张机构。

【技术特征摘要】
1.一种胃肠道机器人径向扩张机构，其特征在于，包括：转动设置于挡板一侧的一个主动转轮和三组分别与之相啮合的传动齿轮系以及设置于挡板另一侧的三组四连杆扩张机构，其中：传动齿轮系与对应的四连杆扩张机构相连并将来自主动转轮的扭矩输出至四连杆扩张机构。2.根据权利要求1所述的胃肠道机器人径向扩张机构，其特征是，所述的四连杆扩张机构由一对主动连杆和一对从动连杆组成，其中：第一主动连杆、第一从动连杆、第二从动连杆和第二主动连杆依次活动连接，第一主动连杆和第二主动连杆的另一端分别与转动齿轮系相连。3.根据权利要求2所述的胃肠道机器人径向扩张机构，其特征是，所述的主动连杆和从动连杆为1/3圆弧形结构，其两端具有铰接点，通过与挡板的铰接以及其他连杆间的并排横向铰接，形成三对均匀分布在外圆周的扩张机构。4.根据权利要求1所述的胃肠道机器人径向扩张机构，其特征是，所述的转动齿轮系包括一个主齿轮和两个依次啮合的从齿轮，其中：第一从齿轮和第二从齿轮的轮轴分别与对应的四连杆扩张机构相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玎，颜国正，颜琳，王志武，赵凯，汪炜，李达伟，蒲鹏先，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31