仿仰泳蝽式胃肠道微型机器人的制作方法

本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种仿仰泳蝽式胃肠道微型机器人。

背景技术：

胃肠道恶性肿瘤及功能性疾病的发病率和死亡率逐年升高，已成为威胁人们健康甚至生命的顽疾。传统的内窥镜检查存在漏检、检查过程过于痛苦，以及可能引起严重并发症等问题，而胶囊内窥镜不能在肠道中自主运动，不能对胃肠道实施定点检测，且不能对胃肠道实施径向扩张，难以发现胃肠道褶皱和塌陷处的病变。目前，具备自主运动和径向扩张胃肠道功能的胃肠疾病微型仿生肠道机器人已成为当前国际机电及医学工程领域研究的重点，相关现有技术存在以下问题：轴向长度过长，造成机器人过弯性能下降且容易造成肠道损伤；机器人驱动径向扩张机构运动的径向输出轴既用于传递力矩又充当导杆作用，在实际工作中，会频繁出现机构卡死的状况。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种仿仰泳蝽式胃肠道微型机器人，通过单扩张机构的结构，缩小了机器人的尺寸；仿仰泳蝽运动方式，使得机器人在运动过程中长度保持不变，提高了机器人在肠道中的转向灵活性和安全性；仰泳蝽式臂采用仿脚蹼式设计，拥有较大的变径比，并安装了pdms材料衬垫，保障肠道安全并提升了机器人在肠道中的驻留能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种仿仰泳蝽式胃肠道微型机器人，包括：以丝杆螺母副连接的径向扩张机构和轴向运动机构。

所述的径向扩张机构包括：筒体、一对转动盘、多组仰泳蝽式臂、径向传动齿轮组和一体式驱动器，其中：转动盘设置于筒体外，多组仰泳蝽式臂设置于转动盘上，一体式驱动器和径向传动齿轮组设置于筒体内，一体式驱动器通过径向传动齿轮组与转动盘连接以带动仰泳蝽式臂运动。

所述的仰泳蝽式臂包括：两根主动杆和两根从动杆，其中：两根主动杆的中点相互连接，两根从动杆的中点相互连接，两根主动杆的一端分别与两根从动杆的端部连接，两根主动杆的另一端分别与两个转动盘连接以通过转动盘的反向运动带动仰泳蝽式臂张开和闭合。

所述的一体式驱动器包括：相互连接的混合式减速器和电机；所述的混合式减速器包括：相互啮合的行星齿轮组和外啮合齿轮组。

所述的轴向运动机构包括：设置于前后挡板之间的丝杆和多个导杆，以及轴向驱动器和轴向传动齿轮组，其中：轴向驱动器通过轴向传动齿轮组与丝杆连接并传递动力。

所述的挡板的直径大于径向扩张机构完全闭合时的直径。

技术效果

本发明整体解决了现有技术胃肠道微型机器人无法在湿滑复杂的肠道环境中高效、灵活且安全地运动问题。

与现有技术相比，本发明采用仿仰泳蝽式运动方式，简化了运动过程，提升了转向灵活性与安全性；通过径向扩张机构的混合式减速器，且采用与扩张机构一体式设计，提升了机构运动的可靠性；辅以仰泳蝽式臂及软衬垫设计，提升了机构在肠道中的驻留能力。

附图说明

图1为本实施例的示意图；

图中：a为结构示意图；b为运动原理图；

图2为径向扩张机构的结构示意图；

图3为径向扩张机构的驱动器的结构示意图；

图中：a为驱动器整体示意图；b为混合式减速器结构图；

图4为径向扩张机构的仰泳蝽式臂的结构示意图；

图5为轴向运动机构的结构示意图；

图6为轴向驱动器示意图；

图中：径向扩张机构1、固定挡板11、第一滚珠12、第一转动盘13、第二滚珠14、径向传动齿轮组15、仰泳蝽式臂16、主动杆161、从动杆162、软衬垫163、第二转动盘17、支撑套筒18、第三滚珠19、固定基座110、一体式驱动器111、减速器1111、行星齿轮组11111、外啮合齿轮组11112、第一电机1112、第四滚珠112、密封盖板113、轴向运动机构2、前挡板21、支撑柱22、轴向驱动器23、行星齿轮减速器231、第二电机232、后挡板24、丝杆25、导杆26、轴向传动齿轮组27。

具体实施方式

如图1a所示，本实施例包括：设置于轴向运动机构2上的径向扩张机构1，二者通过丝杆螺母副相连。

如图2所示，所述的径向扩张机构1包括：依次设置的固定挡板11、第一滚珠12、第一转动盘13、第二滚珠14、第二转动盘17、第三滚珠19、固定基座110、第四滚珠112和密封盖板113，以及径向传动齿轮组15、三组仰泳蝽式臂16、支撑套筒18和一体式驱动器111，其中：一体式驱动器111与径向扩张机构1相对固定并为径向传动齿轮组15提供动力，径向传动齿轮组15将动力传递至与之啮合的第一转动盘13和第二转动盘17，仰泳蝽式臂16设置于转动盘外侧，支撑套筒18连接固定挡板11和固定基座110。

所述的固定基座110内部设有螺纹与轴向运动机构2形成丝杆螺母副。

所述的滚珠用以减小径向扩张机构1运动时的摩擦力。

如图3所示，所述的一体式驱动器111包括：相互连接的混合式减速器1111和第一电机1112，其中：混合式减速器1111设置于固定基座110上，其输出轴与径向传动齿轮组15相连。

所述的混合式减速器1111将第一电机1112的输出动力减速并增大力矩，具体包括：相互啮合的行星齿轮组11111和外啮合齿轮组11112。

所述的固定基座110的内部设有齿形以作为一体式驱动器111行星齿轮组的内齿圈外壳。

如图4所示，所述的仰泳蝽式臂16包括：两根主动杆161和两根从动杆162，其中：两根主动杆161的中点相互连接，两根从动杆162的中点相互连接，两根主动杆161的一端分别与两根从动杆162连接并带动从动杆162运动，两根主动杆161的另一端分别与第一转动盘13和第二转动盘17铰接并通过第一转动盘13和第二转动盘17的反向转动实现扩张和闭合，两根主动杆161之间、两根从动杆162之间、主动杆161与从动杆162之间和主动杆161与转动盘之间均能够相互交叠。

所述的从动杆162与肠道接触的外表面带有采用pdms材料制成的具有微型图案的软衬垫163以提升在肠道中的驻留能力。

如图5所示，所述的轴向运动机构2包括：前挡板21、支撑柱22、轴向驱动器23、丝杆25、多个导杆26、后挡板24和轴向传动齿轮组27，其中：前挡板21与后挡板24通过支撑柱22相连，丝杆25和导杆26均设置于前挡板21和后挡板24之间，轴向驱动器23通过轴向传动齿轮组27将动力传递至丝杆25。

所述的前挡板21和后挡板24的直径大于径向扩张机构1完全闭合时的直径以减小径向扩张机构1轴向运动时的阻力。

所述的轴向驱动器23包括：行星齿轮减速器231和第二电机232。

如图1b所示，通过径向扩张机构1与轴向运动机构2交替动作，机器人实现前后运动，依图所示，机器人完成四个步态后，机器人运动一个步距。

经过具体实际试验，采用万至达ot-0412nb-5557rl-15.1-200微型直流空心杯电机，驱动电压为3.3v，本装置径向扩张机构的变径比达到3.4，大于现有的机械式径向扩张机构的变径比；机器人能够在湿滑的离体肠道实现稳定驻留；径向扩张机构在轴向机构上能够可靠运动，没有出现卡死情况，成功率100％。

综上，与现有技术相比本发明的优势在于：尺寸小、转向相对灵活；径向扩张机构1的一体式驱动器111提高了运动的可靠性；仰泳蝽式臂16提高了变径比，仰泳蝽式臂16上设置的软衬垫163保障肠道安全的同时，增大了机器人与肠道的摩擦力的同时具有较高的转向灵活性、肠道安全性、运动可靠性。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明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发明之约束。