仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构制造技术

一种仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，包括：依次相连且结构相同的第一胶囊模块、第二胶囊模块、第三胶囊模块和第四胶囊模块，第一胶囊模块包括：依次相连的对接母装置、胶囊前端装置、胶囊旋转装置、胶囊后端装置和对接子装置，其中：胶囊前端装置和胶囊后端装置通过胶囊旋转装置旋转相连，对接母装置设置于胶囊前端装置一端，对接子装置设置于胶囊后端装置一端。本发明专利技术通过四个模块化设计的结构相同的胶囊模块串联而成，实现了对尺蠖屈伸前行运动功能仿生，降低了机构对肠道造成损伤的可能性，简化了单个胶囊内部机构的复杂度，提高了系统运动可靠性。系统运动可靠性。系统运动可靠性。

【技术实现步骤摘要】
仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构


[0001]本专利技术涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构。

技术介绍

[0002]在人体肠道疾病诊察中，传统内窥镜和胶囊内镜均存在一定程度的缺点和局限性，近年来，具有主动运动功能的微型胶囊机器人有望替代传统的消化道疾病诊疗手段，成为一个研究热点。运动机构是肠道机器人研制的重难点，许多研究机构相继研制出超弹性腿式、游泳式、履带式、仿蚯蚓式、以及仿尺蠖式微型机器人，其中：仿尺蠖式机构被认为是用于肠道诊查最为经典的机构。
[0003]目前在仿尺蠖式微型机器人研究中，普遍采用在胶囊机器人前后端分别配置1套径向扩张机构以及在中部配置1套轴向伸展机构，通过控制前后扩张机构的间隔式扩张
‑
收缩，在轴向伸展机构的配合下，实现类似尺蠖的驻留
‑
伸展式运动。这类机器人的扩张机构在扩展过程中可能会造成对肠道的损伤，另外因在胶囊内需集成复杂的径向和轴向的运动机构，存在着加工装配难、机构运动可靠性低及胶囊内部可用空间少等问题，使得其难以实用化。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术延展性不够，对肠胃道探索不足的缺陷，提出一种仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，通过模拟尺蠖的弓背
‑‑
延伸的运动方式，采用模块化的设计，由四个结构相同的胶囊模块串联而成，每个胶囊模块具有1个可绕径向中心轴旋转的关节，在胶囊模块的前、后端分别配置了对接子、母机构，每个胶囊模块中还配置了对接分离机构。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术包括：依次相连且结构相同的第一胶囊模块、第二胶囊模块、第三胶囊模块和第四胶囊模块，第一胶囊模块包括：依次相连的对接母装置、胶囊前端装置、胶囊旋转装置、胶囊后端装置和对接子装置，其中：胶囊前端装置和胶囊后端装置通过胶囊旋转装置旋转相连，对接母装置设置于胶囊前端装置一端，对接子装置设置于胶囊后端装置一端。
[0007]所述的胶囊前端装置包括：依次相连的第一前端固定圆盘、第一保护外套和第一后端固定圆盘，以及对接分离机构，其中：对接分离机构设置于第一保护外套内并且两端分别与第一前端固定圆盘和第一后端固定圆盘相连。
[0008]所述的对接分离机构包括：对接分离滑块、对接分离推杆、滑块支撑杆、记忆弹簧和恢复弹簧，其中：滑块支撑杆径向对称设置并且前后两端设置于第一前端固定圆盘和第一后端固定圆盘上，对接分离滑块两端套设于滑块支撑杆上，记忆弹簧两端分别设置于第一前端固定圆盘和对接分离滑块上，恢复弹簧套设于滑块支撑杆上，对接分离推杆径向设置于对接分离滑块中心上。
[0009]所述的胶囊后端装置包括：依次相连的第二前端固定圆盘、第二保护外套和第二
后端固定圆盘，以及第一旋转驱动装置和第二旋转驱动装置，其中：第一旋转驱动装置和第二旋转驱动装置设置于第二保护外套内。
[0010]所述的第一旋转驱动装置包括：第一电机、第一主齿轮、第一从齿轮、第一减速器和第一输出轴，其中：第一电机径向设置并且一端与第二后端固定圆盘相连，第一主齿轮同轴设置于第一电机上靠第二前端固定圆盘一端，第一输出轴一端设置于第二后端固定圆盘上，另一端与第一减速器同轴连接并且与第一电机平行设置，第一从齿轮设置于第一减速器上。
[0011]所述的第一主齿轮与第一从齿轮的端面厚度和齿数相同并且相互啮合。
[0012]所述的第二旋转驱动装置包括：第二电机、第二主齿轮、第二从齿轮、第二减速器和第二输出轴，其中：第二电机径向设置并且一端与第二前端固定圆盘相连，第二主齿轮同轴设置于第二电机上靠第二后端固定圆盘一端，第二输出轴一端设置于第二前端固定圆盘上，另一端与第二减速器同轴连接并且与第二电机平行设置，第二从齿轮设置于第二减速器上。
[0013]所述的第二主齿轮与第二从齿轮的端面厚度和齿数相同并且相互啮合。
[0014]所述的胶囊旋转装置包括：支撑柱、伞形主齿轮、伞形从齿轮、连接板和固定杆，其中：支撑柱设置于固定杆两端并且设置于第二前端固定圆盘上，伞形从齿轮和连接板相连并且设置于固定杆上，伞形主齿轮与第二旋转驱动装置同轴连接并且与伞形从齿轮啮合。
[0015]所述的伞形主齿轮和伞形从齿轮的齿数和结构相同并且啮合角度为90
°
。
[0016]所述的对接母装置包括：六角沉槽形对接板、第一磁铁固定板、第一圆形磁铁和第二圆形磁铁，其中：第一磁铁固定板设置于六角沉槽形对接板的中心内，并与第一圆形磁铁和第二圆形磁铁相连。
[0017]所述的对接子装置包括：第三主齿轮、第三从齿轮、中心轴、六角形对接板、第二磁铁固定板、第三圆形磁铁和第四圆形磁铁，其中：六角形对接板设置于第二后端固定圆盘上，中心轴两端分别设置于第二后端固定圆盘和六角形对接板的中心孔处，第三从齿轮设置于中心轴上，第三主齿轮与第一旋转驱动装置同轴连接，第二磁铁固定板设置于六角形对接板内，并与第三圆形磁铁和第四圆形磁铁相连。
[0018]所述的第三主齿轮和第三从齿轮的端面厚度和齿数相同并且相互啮合。技术效果
[0019]本专利技术整体解决了现有技术中机器人整体仅具有单个单方向的旋转自由度，运动方式单一，不易通过复杂弯道的问题，以及现有扩张腿式驻留机构，其扩张腿顶端在径向扩张过程中与肠壁的点面式接触易造成对肠壁的损伤的问题。
[0020]与现有技术相比，本专利技术单个胶囊模块具有可顺时针和逆时针双向旋转的活动关节，使得微型肠道机器人整体机构具有了4个双向活动的旋转自由度，提高了机器人机构轴向方向上的变形能力；本专利技术的多旋转关节设计扩展了微型肠道机器人的运动方式，提高了其对不同直径肠道的适应性；本专利技术通过控制微型肠道机器人本体进行弓背式的弯曲变形实现对具有粘弹性的肠壁的径向扩张，增大了其在径向扩张过程中与肠壁的接触面积，降低了对肠道造成损伤的可能性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术胶囊模块结构示意图；
[0023]图3为本专利技术胶囊前端装置结构示意图；
[0024]图4为本专利技术胶囊后端装置结构示意图；
[0025]图5为本专利技术胶囊旋转装置结构示意图；
[0026]图6为本专利技术对接母装置结构示意图；
[0027]图7为本专利技术对接子装置结构示意图；
[0028]图8为本专利技术胶囊前端旋转范围示意图；
[0029]图9为本专利技术微型肠道机器人机构运动控制示意图；
[0030]图中：第一胶囊模块1、第二胶囊模块2、第三胶囊模块3、第四胶囊模块4、对接母装置5、胶囊前端装置6、胶囊旋转装置7、胶囊后端装置8、对接子装置9、第一前端固定圆盘10、第一保护外套11、第一后端固定圆盘12、对接分离机构13、对接分离滑块14、记忆弹簧15、滑块支撑杆16、对接分离推杆17、恢复弹簧18、第二前端固定圆盘19、第二保护外套20、第二后端固定圆盘21、第一旋转驱动装置22、第二旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，其特征在于，包括：依次相连且结构相同的第一胶囊模块、第二胶囊模块、第三胶囊模块和第四胶囊模块，第一胶囊模块包括：依次相连的对接母装置、胶囊前端装置、胶囊旋转装置、胶囊后端装置和对接子装置，其中：胶囊前端装置和胶囊后端装置通过胶囊旋转装置旋转相连，对接母装置设置于胶囊前端装置一端，对接子装置设置于胶囊后端装置一端；所述的胶囊前端装置包括：依次相连的第一前端固定圆盘、第一保护外套和第一后端固定圆盘，以及对接分离机构，其中：对接分离机构设置于第一保护外套内并且两端分别与第一前端固定圆盘和第一后端固定圆盘相连；所述的胶囊后端装置包括：依次相连的第二前端固定圆盘、第二保护外套和第二后端固定圆盘，以及第一旋转驱动装置和第二旋转驱动装置，其中：第一旋转驱动装置和第二旋转驱动装置设置于第二保护外套内；所述的胶囊旋转装置包括：支撑柱、伞形主齿轮、伞形从齿轮、连接板和固定杆，其中：支撑柱设置于固定杆两端并且设置于第二前端固定圆盘上，伞形从齿轮和连接板相连并且设置于固定杆上，伞形主齿轮与第二旋转驱动装置同轴连接并且与伞形从齿轮啮合。2.根据权利要求1所述的仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，其特征是，所述的对接分离机构包括：对接分离滑块、对接分离推杆、滑块支撑杆、记忆弹簧和恢复弹簧，其中：滑块支撑杆径向对称设置并且前后两端设置于第一前端固定圆盘和第一后端固定圆盘上，对接分离滑块两端套设于滑块支撑杆上，记忆弹簧两端分别设置于第一前端固定圆盘和对接分离滑块上，恢复弹簧套设于滑块支撑杆上，对接分离推杆径向设置于对接分离滑块中心上。3.根据权利要求1所述的仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，其特征是，所述的第一旋转驱动装置包括：第一电机、第一主齿轮、第一从齿轮、第一减速器和第一输出轴，其中：第一电机径向设置并且一端与第二后端固定圆盘相连，第一主齿轮同轴设置于第一电机上靠第二前端固定圆盘一端，第一输出轴一端设置于第二后端固定圆盘上，另一端与第一减速器同轴连接并且与第一电机平行设置，第一从齿轮设置于第一减速器上。4.根据权利要求3所述的仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，其特征是，所述的第一主齿轮与第一从齿轮的端面厚度和齿数相同并且相互啮合。5.根据权利要求1所述的仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，其特征是，所述的第二旋转驱动装置包括：第二电机、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大生，颜国正，王志武，姜萍萍，韩玎，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：