用于胃肠道微型机器人的钳位机构及其径向扩张机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种用于胃肠道微型机器人的 钳位机构及其径向扩张机构。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的不断提高，人们的饮食结构不断丰富，但是工作压力骤增，消化道 疾病患者也越来越多。根据《全国第三次死因回顾抽样调查报告》，消化系统疾病死亡率 为16. 78/10万，占死亡总数的2. 67%，位居第六位；消化系统恶性肿瘤死亡占全部恶性肿 瘤死亡的40. 61%。在消化系统恶性肿瘤中，按粗死亡率高低排序，胃癌（24. 71/10万，占 18. 19% )、食道癌（15. 17/10万，占11. 19% )和结直肠癌（7. 25/10万，占5. 23% )位列第 三、第四和第五位。
[0003]目前国内外对消化道疾病的诊断和治疗，多使用内窥镜等检查工具，但其诊断时 间长，病人普遍有痛苦和不适感，甚至有时检查需在麻醉下进行，还有可能引起诸多并发 症。传统的电子内窥镜采用柔软灵活的光纤进入肠道，能对食道、胃、结肠和前端部分小肠 进行检查，引起的创伤较小，普遍为人所接受。但由于肠道曲折及长度较长，仍有很大一部 分肠道内窥镜难以进入，尤其是小肠，因其直径小也更易引起伤痛。
[0004] 为减轻人体痛苦以及解决检测受限问题，胶囊内窥镜作为替代传统内窥镜的检查 装置，具有体积小的特点，可被人体吞服，随着肠道蠕动最终被排出体外，对人体几乎无伤 害。但由于使用纽扣电池供电，能量供应有限，检测视频信号无法以高帧频率传输；同时由 于其被动运动方式，胶囊自身的摄像头并不能有效监测肠道的各个部分，特别是肠道的褶 皱部分，在临床上存在漏检问题。
[0005] 而微型主动式肠道机器人能够自主在肠道中运动，能够实现驻停，可进行定点检 测；采用无线供能技术，能量供应充足。在集成胶囊内窥镜的优点的同时解决其存在的问 题，其必将成为内窥镜技术发展的趋势。微型肠道诊疗机器人具有重要的应用价值和广阔 的应用前景，已成为国内外医疗器械领域研宄的热点之一。
[0006] 就现有研宄而言，对于微型主动式胃肠道机器人的研宄主要针对小肠部分，小肠 直径一般在15~25mm之间，为保证生物安全性对机器人的直径要求为不大于15mm。基于 这一要求，国内外研宄的机器人初始尺寸均小于1315mm，最大径向扩展尺寸不超过E130mm， 即变径比不超过2。但对于直径较大的大肠如结肠而言，其直径往往大于30_，径向的扩展 尺寸不能达到有效钳位。
[0007] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN10312664B，公开日2014. 12. 31， 公开了一种用于胃肠道机器人的微型钳位机构，包括：挡板组件以及设置于其内部的磁条 组件、机械臂组件和转子组件，其中：挡板组件和磁条组件构成腔体，转子组件位于腔体内 部，机械臂组件活动设置于腔体的外部且与挡板组件相连，以实现沿轴向的往复旋转。该技 术变径比小于2,初始尺寸为E14.4mm，仅适用于小肠内钳位，对于结肠的钳位，其径向扩展 尺寸还远远不够；活动机械臂的中间连接部为两条机械臂端部上下叠加，在机械臂解除钳 位状态时，肠道有受到伤害的风险。
【发明内容】
[0008] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于胃肠道微型机器人的钳位机 构及其径向扩张机构，结构简单，工作安全可靠，通过创新的结构设计，在减小机器人初始 直径的同时增大钳位机构的径向扩展直径，以适应不同直径肠道的检查。
[0009] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0010] 本发明涉及一种用于胃肠道微型机器人的钳位机构，包括若干个相同且在轴向上 彼此分隔开的弧形件和与相应弧形件相连的一个转动轴对，各转动轴对在径向上沿圆周均 匀分布，通过传动实现相反转向。
[0011] 所述的弧形件包括：两个串联的圆弧形从动杆和两个圆弧形主动杆，其中：两个 主动杆的一端分别与两个串联的从动杆的两端相连，另一端与相应的转动轴相连。
[0012] 所述的从动杆圆弧半径大于主动杆的圆弧半径，从动杆的圆弧和主动杆的圆弧均 为转动轴对所确定的圆周的同心圆的一部分，且主动杆的圆弧对应的扇形与从动杆的圆弧 对应的扇形重叠，在增加径向扩张直径的同时减小空间占有率，另外可使机器人在与肠壁 相互作用时具有相对较大的接触面积和受力点，增加机器人钳位的稳定性。
[0013] 本发明涉及一种用于胃肠道微型机器人的径向扩张机构，包括：钳位机构、驱动机 构、固定挡板组、齿轮减速器、齿轮传动机构、依次同轴布置且直径相同的前端挡板、挡板和 后端挡板，其中：齿轮减速器的输入端与驱动机构相连，输出端与齿轮传动机构输入端相 连，齿轮传动机构输出端与钳位机构相连，前端挡板和后端挡板固定在径向扩张机构的两 端；挡板的一侧为齿轮减速器与钳位机构，另一侧为齿轮传动机构。
[0014] 所述的齿轮减速器包括：四个逐次分层啮合的减速件、与驱动机构相连的减速输 入齿轮和与齿轮传动机构相连的减速输出齿轮，其中：减速件与一个固定轴或一个输出轴 相连并通过输出轴与齿轮传动机构固定连接，减速输入齿轮与第一减速件啮合，减速输出 齿轮与第四减速件啮合，形成五级减速，在利用轴向空间的同时减小径向空间的占用。
[0015] 所述的减速件包括：相互嗤合的一对大、小齿轮，小齿轮同轴嵌入齿形相同的大齿 轮中。
[0016] 所述的小齿轮端面厚度是大齿轮的两倍。
[0017] 所述的齿轮传动机构包括：三个相同的沿圆周均匀布置的齿轮传动件和一个中心 齿轮，其中：中心齿轮通过三个相同的齿轮分别与相应的齿轮传动件啮合。
[0018] 所述的齿轮传动件包括：两个齿数相同并互相啮合的输出齿，每个输出齿与所述 的钳位机构对应的转动轴相连。
[0019] 所述的中心齿轮与输出齿的齿数相同，保证三个齿轮传动件的转速和转向一致。
[0020] 所述的中心齿轮与齿轮减速器的输出轴固定连接。
[0021] 所述的齿轮减速器与齿轮传动机构密封在相应的密封件中，密封件由固定挡板组 固定，防止肠液和肠道内部杂质进入机器人机构内影响机器人的稳定运行。
[0022] 径向扩张机构工作时，驱动机构经齿轮减速器减速后达到所需的输出转速和转 矩，传送到传动机构，弧形件中的两个主动杆得到相反转向，从而带动从动杆向圆周外展 开，实现机器人的仿生蠕动。 技术效果
[0023] 与现有技术相比，本发明采用四个圆弧形杆连接而成的弧形件，使钳位机构与肠 道接触部位设计为封闭式，减小对肠道的伤害，同时拥有可根据需要调整的大变径比，结构 简单，易于控制。
【附图说明】
[0024] 图1为钳位机构示意图；
[0025] 图2为弧形件结构示意图：
[0026] (a)为闭合状态，（b)为完全展开状态；
[0027] 图3为径向扩张机构示意图；
[0028] 图4为径向扩张机构分解示意图；
[0029] 图5为齿轮减速器示意图：
[0030] (a)为齿轮减速器结构，（b)为减速件；
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