專利名稱：基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用微型機(jī)器人，特別涉及一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的仿 生介入診療機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)方法。
技術(shù)背景最初，介入診療機(jī)器人的研究是以消化道為應(yīng)用背景，基于蛇和蚯蚓等軟體 動(dòng)物的蠕動(dòng)機(jī)理而提出的。如K. Ikuta基于蛇的運(yùn)動(dòng)原理，以形狀記憶合金為致 動(dòng)器提出的蠕動(dòng)式自主內(nèi)窺鏡機(jī)器人；如I.Hayashi所在課題組，S. Kato所在課 題組、N.Saga所在課題組、LByungkyu所在課題組釆用不同的驅(qū)動(dòng)器分別提出 了各自的仿蚯頓蠕動(dòng)內(nèi)窺鏡機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。為了減輕機(jī)器人機(jī)身與管腔的硬接 觸給人體帶來的損傷，科學(xué)家們提出了以柔性機(jī)身代替剛性機(jī)身如 J.W.Burdick等人提出一種直徑可以隨腸道內(nèi)徑變化的，并能適應(yīng)腸道的柔軟、 纖弱和粘滑的仿尺蠖內(nèi)窺鏡機(jī)器人;如P. Dario等人研制的氣動(dòng)式蠕動(dòng)微型機(jī)器 人。我國的上海交通大學(xué)、上海大學(xué)、大連理工大學(xué)以消化道為應(yīng)用背景，分別 提出各自的蠕動(dòng)式內(nèi)窺鏡機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。浙江大學(xué)周銀生等提出的螺旋式微型 機(jī)器人則巧妙的利用了流體動(dòng)壓潤滑效應(yīng)，避免了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)胃腸等生 物管道壁的損傷。以大動(dòng)脈、大靜脈為應(yīng)用背景的血管內(nèi)定點(diǎn)介入診療機(jī)器人的研究剛剛起 步。目前，主要朝以下兩個(gè)方向發(fā)展 一種是微納米機(jī)器人，主要在血管中進(jìn)行 微觀操作，如瑞典科學(xué)家Edwin W.H. Jager研制出的由多層聚合物和黃金制成 的微機(jī)器人。其外形類似人的手臂，其肘部和腕部很靈活，有2到4個(gè)手指，能 在血液、尿液和細(xì)胞介質(zhì)中捕捉和移動(dòng)單個(gè)細(xì)胞的血管內(nèi)微型機(jī)器人，見參考文 獻(xiàn)Edwin W. H. Jager, Olle Ingan3s, Ingemar Lundstr加.Microrobots for Micrometer—Size Objects in Aqueous Media : Potential Tools for Single-Cell Manipulation. Science, 2000, 288:2335-2338。 如中科院上海硅酸鹽研究所施劍林研制的"納米藥物分子運(yùn)輸車"，直徑只有200納米，可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)投藥， 見參考文獻(xiàn)Y-Zhu, J.Shi, W. Shen et al. St imul i-Respons ive Controlled Drug Release from a Hollow Mesoporous Silica Sphere/ Polyelectrolyte Multilayer Core—Shell Structure. Angewandte Chemie International Edition, 2005, 44 (32): 5083-5087。另外一個(gè)研究方向是研究在血管中進(jìn)行宏觀 搡作的微小型機(jī)器人。目前日本科學(xué)家提出的一種基于外磁場驅(qū)動(dòng)的螺旋式游動(dòng) 機(jī)器人，見參考文獻(xiàn)K. Ishiyama, M. Sendoh， A. Yamazaki et al. Swimming of Magnetic Micro-Machines Under a Very Wide-Range of Reynolds Number Conditions. 2001 IEEE Transactions on Magnetics, 2001,37(4): 2868—2870 和參考文獻(xiàn)M. Sendoh, L Ishiyama et al. Fabrication of Magnetic Actuator for Use in a Capsule Endoscope. 2003 IEEE Transactions on Magnetics, 2003, 39 (5): 3232-3234。外形尺寸為小O. 5x8mm,已能滿足大血管環(huán)境對(duì)機(jī)器人尺 寸結(jié)構(gòu)的需要，如何克服血液流動(dòng)對(duì)機(jī)器人的沖擊，保證血管中的定點(diǎn)介入診療 機(jī)器人系統(tǒng)在高速流動(dòng)的液體沖擊下可靠的定位，又如何在逆向流動(dòng)的液體中平 穩(wěn)的運(yùn)行成為血管內(nèi)介入診療機(jī)器人研究的關(guān)鍵。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)難點(diǎn)，提供一種具有良好的抗流體 沖擊能力和運(yùn)動(dòng)低損傷的介入診療機(jī)器人。原理1980年Mark Denny在Nature雜志發(fā)表了他對(duì)腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中 的分泌液特性及其對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用的研究結(jié)果，很好的揭示了腹足動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)機(jī)理 及其良好的抗水流沖擊能力的形成原因。見參考文獻(xiàn)M.Denny. The Role of Gastropod Pedal Mucus in Locomotion. Nature, 1980， 285(5):160-161。研究發(fā)現(xiàn)腹足動(dòng)物 在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)分泌出一種粘液，該粘液可以在液體和固體兩種狀態(tài)下變化。粘 液在固體狀態(tài)時(shí)在生物體與環(huán)境表面間形成的膠合作用保證了運(yùn)動(dòng)過程中足夠的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力以及靜止時(shí)良好的抗流體沖擊能力；粘液在液體狀態(tài)時(shí)在生物體與 環(huán)境表面間形成的流體潤滑效應(yīng)有效的減小或避免了生物體與環(huán)境表面間的摩擦。良好的抗流體沖擊能力和運(yùn)動(dòng)的低損傷很好的符合了血管內(nèi)介入診療機(jī)器人 的要求，因此，本發(fā)明提供一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的血管內(nèi)仿生介入診療機(jī) 器人。一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人依次由 前艙單元、轉(zhuǎn)向單元、推進(jìn)單元構(gòu)成；其中前艙單元包括診療模塊和前艙磁控增 阻模塊；其中診療模塊包括艙體及封裝在艙體內(nèi)的醫(yī)療器械或/和攝像裝置或/ 和藥品容器；其中前艙磁控增阻模塊安裝在診療模塊后端，由芯體、磁場發(fā)生線 圈、雙層橡膠膜、以及磁場控制功能材料組成，磁場發(fā)生線圈安裝在芯體上，裝 有磁場控制功能材料的雙層橡膠膜覆蓋在磁場發(fā)生線圈外表面，并高于艙體輪 廓；其中推進(jìn)單元包括直線致動(dòng)模塊和推進(jìn)艙磁控增阻模塊；其中直線致動(dòng)模塊 包括艙體及封裝在艙體內(nèi)的直線致動(dòng)器，直線致動(dòng)器主軸在前端伸出；其中推進(jìn) 艙磁控增阻模塊安裝在直線致動(dòng)模塊后端，由芯體、磁場發(fā)生線圈、雙層橡膠 膜以及磁場控制功能材料組成，磁場發(fā)生線圈安裝在芯體上，裝有磁場控制功能 材料的雙層橡膠膜覆蓋在磁場發(fā)生線圈外表面，并高于艙體輪廓；其中轉(zhuǎn)向單元 兩端分別連接前艙單元和推進(jìn)單元，并且它由至少二個(gè)形狀記憶合金彈簧、聯(lián)接 法蘭和密封波紋管組成；其中聯(lián)接法蘭中心開有螺紋孔，與推進(jìn)單元的直線致動(dòng) 器主軸輸出端配合，形狀記憶合金彈簧一端固定在前艙單元后端，另一端固定在 聯(lián)接法蘭前端，密封波紋管將形狀記憶合金彈簧、聯(lián)接法蘭和直線致動(dòng)器密封起 來。一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方法，其特征在于 U)、利用磁場控制功能材料在磁場作用下流變特性的變化效應(yīng)，模擬腹足 動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中的分泌液的作用。(a) 、由芯體、磁場發(fā)生線圏、雙層橡膠膜、以及磁場控制功能材料組成的 前艙磁控增阻模塊模擬腹足動(dòng)物的腹足前部的運(yùn)動(dòng)；(b) 、由芯體、磁場發(fā)生線圏、雙層橡膠膜以及磁場控制功能材料組成的推進(jìn)艙磁控增阻模塊模擬腹足動(dòng)物的腹足后部的運(yùn)動(dòng)；(B) 、由至少二個(gè)形狀記憶合金彈簧、聯(lián)接法蘭和密封波紋管組成的轉(zhuǎn)向單 元模擬腹足動(dòng)物的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；利用直線致動(dòng)器的直線伸縮運(yùn)動(dòng)模擬腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng) 過程中肌肉的軸向波動(dòng)。(C) 、機(jī)器人的前進(jìn)運(yùn)動(dòng) 前艙磁控增阻模塊中磁場發(fā)生線圈斷電；推進(jìn)艙磁控增阻模塊中的磁場發(fā)生線圈通電，則芯體與雙層橡膠膜內(nèi)的磁場 控制功能材料形成封閉磁路，磁場控制功能材料固化，雙層橡膠膜外側(cè)與管腔壁 嚙合，增大了摩擦力；直線致動(dòng)器主軸向外伸張，使機(jī)器人前艙單元向前移動(dòng)，推進(jìn)單元保持不動(dòng)；直線致動(dòng)器主軸伸張量最大后，前艙磁控增阻模塊中磁場發(fā)生線圈通電，同 理使磁場控制功能材料固化，雙層橡膠膜外惻與管腔壁嚙合，增大了摩擦力；推進(jìn)艙磁控增阻模塊中的磁場發(fā)生線圏斷電，則固化的磁場控制功能材料液 化，雙層橡膠膜外惻與管腔壁不再嚙合，減小了摩擦力；直線致動(dòng)器主軸收縮，推進(jìn)單元向前移動(dòng)，前艙單元保持不動(dòng)，直到直線致 動(dòng)器主軸收縮到最短位置機(jī)器人完成一個(gè)蠕動(dòng)周期；控制直線致動(dòng)器及磁場發(fā)生線圈重復(fù)上述過程，則機(jī)器人進(jìn)入下一個(gè)蠕動(dòng)周期。(D) 、機(jī)器人的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向單元的形狀記憶合金彈簧，在機(jī)器人直線蠕動(dòng)時(shí)，起到前艙單元與推進(jìn) 單元之間的柔性連接作用，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制某個(gè)或者某兩個(gè)形狀記憶合金彈 簧，由于電熱效應(yīng)，形狀記憶合金彈簧會(huì)變形，從而使前艙單元相對(duì)推進(jìn)單元偏 轉(zhuǎn)一定角度，轉(zhuǎn)向完成后斷開電源，形狀記憶合金彈簧恢復(fù)原形，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向 功能。(E) 、機(jī)器人的速度控制與后退控制單位時(shí)間內(nèi)輸入脈沖數(shù)，可改變直線致動(dòng)器的伸縮速度，從而改變?nèi)鋭?dòng)速度；改變前艙磁控增阻模塊，推進(jìn)艙磁控增阻模塊中磁場發(fā)生線圈導(dǎo)通與斷開 次序，使機(jī)器人兩端摩擦力變化與前進(jìn)時(shí)候相反，則機(jī)器人后退。針對(duì)癌癥，該介入診療機(jī)器人可以進(jìn)行定點(diǎn)投藥，將藥物直接作用于病灶； 針對(duì)心腦血管病，介入診療機(jī)器人可以用來從主動(dòng)脈管壁上刮去堆積的脂肪和膽 固醇的沉積物，減少心血管疾病的發(fā)病率；可以進(jìn)入人體血管，疏通患腦血栓病 人被阻塞的血管，清除血栓。介入診療機(jī)器人潛入人體的血管和器官進(jìn)行檢查和 治療將使原來需要進(jìn)行大型切開手術(shù)的病例實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)傷甚至無創(chuàng)傷化。同現(xiàn)有技 術(shù)比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本介入診療機(jī)器人外部包裹有雙層橡膠膜， 內(nèi)部充滿液態(tài)磁場控制功能材料，因此與管壁的接觸是軟接觸，用于體內(nèi)介入診 療對(duì)人體管腔無損傷；2)本介入診療機(jī)器人利用了在磁場作用下液態(tài)磁場控制 功能材料的流變特性變化實(shí)現(xiàn)摩擦力的控制一一控制電磁線圈的導(dǎo)通可以迅速 將液態(tài)磁場控制功能材料固化，使其與凹凸不平的管壁形成嚙合，從而提高機(jī)器 人的驅(qū)動(dòng)效率；撤銷磁場，則固化的磁場控制功能材料將液化。


圖1為介入診療機(jī)器人的外形圖。圖2為介入診療機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1.前艙單元，2.轉(zhuǎn)向單元，3.推進(jìn)單元，ll.前端蓋，12、32. 艙體，13.診療模塊，14.前艙磁控增阻模塊，15、 35.連接裝置，21.球鉸， 22.形狀記憶合金彈簧，23.聯(lián)接法蘭，24.密封波紋管，31.直線致動(dòng)模塊，33. 直線致動(dòng)器，34.推進(jìn)艙磁控增阻模塊，13a.醫(yī)療器械，13b.攝像裝置，13c. 藥品容器，14a、 34a.芯體，14b、 34b.磁場發(fā)生線圈，14c、 34c.雙層橡膠膜， 14d、 34d.磁場控制功能材料。
具體實(shí)施方式
一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，結(jié)構(gòu)如圖l、圖2所示，依 次由前艙單元l、轉(zhuǎn)向單元2、推進(jìn)單元3構(gòu)成。其中前艙單元1由前端蓋11、艙體12、診療模塊13、前艙磁控增阻模塊14、連接裝置15組成；其中診療模塊13封裝于艙體12內(nèi)部，診療模塊13由醫(yī)療器 械13a、攝像裝置13b及藥品容器13c組成；其中前艙磁控增阻模塊l4通過連 接裝置15固定在艙體12后端，由芯體14a、磁場發(fā)生線圏"b、雙層橡膠膜14c、 以及磁場控制功能材料14d組成，磁場發(fā)生線圈14b安裝在芯體14a上，裝有磁 場控制功能材料"d的雙層橡膠膜14c覆蓋在磁場發(fā)生線圈14b外表面，并高于 艙體12輪廓。其中推進(jìn)單元3由直線致動(dòng)模塊31、推進(jìn)艙磁控增阻模塊34和連接裝置35 組成；其中直線致動(dòng)模塊31包括艙體32及封裝在艙體32內(nèi)的直線致動(dòng)器33， 直線致動(dòng)器33主軸在前端伸出；其中推進(jìn)艙磁控增阻模塊34由連接裝置35與 艙體32相連，由芯體34a、磁場發(fā)生線圈34b、雙層橡膠膜34c以及磁場控制功 能材料34d組成，磁場發(fā)生線圈34b安裝在芯體34a上，裝有磁場控制功能材料 34d的雙層橡膠膜34c覆蓋在磁場發(fā)生線圈34b外表面，并高于艙體32輪廓。 其中，轉(zhuǎn)向單元2由球鉸21、圓周上對(duì)稱布置的三個(gè)形狀記憶合金彈簧22、聯(lián) 接法蘭23和密封波紋管24組成；其中，球鉸21—端連接在芯體14a上，另一 端固定在聯(lián)接法蘭上；聯(lián)接法蘭23中心開有螺紋孔，與直線致動(dòng)器33主軸輸出 端配合，將直線致動(dòng)模塊31與聯(lián)接法蘭23連接；形狀記憶合金彈簧22—端固 定在芯體14a的后端，另一端固定在聯(lián)接法蘭23前端，密封波紋管24將球鉸 21、形狀記憶合金彈簧22、聯(lián)接法蘭23和直線致動(dòng)器33密封起來；轉(zhuǎn)向單元2 通過連接裝置將前艙單元1和推進(jìn)單元3聯(lián)結(jié)為 一體,整個(gè)機(jī)器人除醫(yī)療器械外， 均與外圍環(huán)境隔絕，保證了系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中，磁場發(fā)生線圈14b、 34b,形狀記憶合金彈簧22以及直線致動(dòng)器33 通過外部電纜供能、控制與通訊。封裝說明機(jī)器人完成裝配后用一種具有生物兼容性的材料分別覆蓋前艙單元1、密封 波紋管24和推進(jìn)單元3的外表面。 擴(kuò)展功能本機(jī)器人系統(tǒng)視功能需求不同，是可以被擴(kuò)充的可以視應(yīng)用需要增加多個(gè) 推進(jìn)單元；增加封裝有蓄電池的動(dòng)力模塊和具有無線通訊功能的控制模塊，則可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遙控及自主運(yùn)動(dòng)。下面結(jié)合附圖具體說明該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式1、 機(jī)器人的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制直線致動(dòng)器主軸33使其向外伸張，同時(shí)控制前艙磁控增阻模塊14中磁 場發(fā)生線圈14b斷電，推進(jìn)艙磁控增阻模塊34中的磁場發(fā)生線圈34b通電，則 磁場控制功能材料14d保持液態(tài)不變，芯體34a與雙層橡膠膜34c內(nèi)的磁場控制 功能材料34d形成封閉磁路，磁場控制功能材料34d固化，雙層橡膠膜34c外側(cè) 與管腔壁嚙合，推進(jìn)單元3與環(huán)境管道間摩擦力很大，因而隨著直線致動(dòng)器33 的伸張，機(jī)器人前艙單元l前移一段距離，推進(jìn)單元3保持不動(dòng)；控制直線致動(dòng) 器33的主軸，使其伸張量達(dá)到最大后收縮，同時(shí)控制磁場發(fā)生線圈l化通電而 磁場發(fā)生線圈34b斷電，則磁場控制功能材料14d固化，雙層橡膠膜14c外側(cè)與 管腔壁嚙合，前艙單元1與管腔壁間摩擦力很大，而固化的磁場控制功能材料 34d液化，雙層橡膠膜34c外側(cè)與管腔壁不再嚙合，隨著直線致動(dòng)器33的收縮， 前艙單元l保持不動(dòng)，而推進(jìn)單元3前進(jìn)一段距離，這樣機(jī)器人即完成一個(gè)周期 內(nèi)的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)。重復(fù)上述過程，則機(jī)器人將進(jìn)入下一個(gè)蠕動(dòng)周期。2、 機(jī)器人的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向單元2的形狀記憶合金彈簧22，在機(jī)器人直線蠕動(dòng)時(shí)，起到前艙單元l 與推進(jìn)單元3之間的柔性連接作用，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制某個(gè)或者某兩個(gè)形狀記 憶合金彈簧22，由于電熱效應(yīng)，形狀記憶合金彈簧22會(huì)變形，從而使前艙單元 1相對(duì)推進(jìn)單元3偏轉(zhuǎn)一定角度，轉(zhuǎn)向完成后斷開電源，形狀記憶合金彈簧22 恢復(fù)原形，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。3、 機(jī)器人的速度控制與后退控制單位時(shí)間內(nèi)輸入脈沖數(shù)，可改變直線致動(dòng)器33的伸縮速度，從而改變 蠕動(dòng)速度；改變前艙磁控增阻模塊14,推進(jìn)艙磁控增阻模塊34中磁場發(fā)生線圈14b、 34b導(dǎo)通與斷開次序，使機(jī)器人兩端摩擦力變化與前進(jìn)時(shí)候相反，則機(jī)器 人后退。
權(quán)利要求
1、一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人依次由前艙單元(1)、轉(zhuǎn)向單元(2)、推進(jìn)單元(3)構(gòu)成。其中前艙單元(1)包括診療模塊(13)和前艙磁控增阻模塊(14)；其中診療模塊(13)包括艙體(12)及封裝在艙體(12)內(nèi)的醫(yī)療器械(13a)或/和攝像裝置(13b)或/和藥品容器(13c)；其中前艙磁控增阻模塊(14)安裝在診療模塊(13)后端，由芯體(14a)、磁場發(fā)生線圈(14b)、雙層橡膠膜(14c)、以及磁場控制功能材料(14d)組成，磁場發(fā)生線圈(14b)安裝在芯體(14a)上，裝有磁場控制功能材料(14d)的雙層橡膠膜(14c)覆蓋在磁場發(fā)生線圈(14b)外表面，并高于艙體(12)輪廓。其中推進(jìn)單元(3)包括直線致動(dòng)模塊(31)和推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)；其中直線致動(dòng)模塊(31)包括艙體(32)及封裝在艙體(32)內(nèi)的直線致動(dòng)器(33)，直線致動(dòng)器(33)主軸在前端伸出；其中推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)安裝在直線致動(dòng)模塊(31)后端，由芯體(34a)、磁場發(fā)生線圈(34b)、雙層橡膠膜(34c)以及磁場控制功能材料(34d)組成，磁場發(fā)生線圈(34b)安裝在芯體(34a)上，裝有磁場控制功能材料(34d)的雙層橡膠膜(34c)覆蓋在磁場發(fā)生線圈(34b)外表面，并高于艙體(32)輪廓。其中轉(zhuǎn)向單元(2)兩端分別連接前艙單元(1)和推進(jìn)單元(3)，并且它由至少二個(gè)形狀記憶合金彈簧(22)、聯(lián)接法蘭(23)和密封波紋管(24)組成；其中聯(lián)接法蘭(23)中心開有螺紋孔，與推進(jìn)單元(3)的直線致動(dòng)器(33)主軸輸出端配合，形狀記憶合金彈簧(22)一端固定在前艙單元(1)后端，另一端固定在聯(lián)接法蘭(23)前端，密封波紋管(24)將形狀記憶合金彈簧(22)、聯(lián)接法蘭(23)和直線致動(dòng)器(33)密封起來。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于所述的磁場控制功能材料(14d、 34d)為磁粉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于所述的磁場控制功能材料(14d、 34d)為磁流變液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于所述的轉(zhuǎn)向單元(2)還包括球鉸(21),球鉸(21)—端連接在前艙磁控增 阻模塊(14)的芯體(14a)上，另 一端固定在聯(lián)接法蘭(23)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于所述的形狀記憶合金彈簧(22)呈圓周上對(duì)稱布置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于前艙單元(1)的艙體(12)外部為圓柱形或流線型。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于該機(jī)器人通過外部電纜供能、控制與通訊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人，其特 征在于該機(jī)器人封裝有帶蓄電池的動(dòng)力模塊和具有無線通訊功能的控制模塊， 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遙控及自主運(yùn)動(dòng)。
9、 一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方法，其特征在于 U)、利用磁場控制功能材料在磁場作用下流變特性的變化效應(yīng)，模擬腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中的分泌液的作用U)、由芯體("a)、磁場發(fā)生線圏("b)、雙層橡膠膜(14c)、以及磁場控 制功能材料(14d)組成的前艙磁控增阻模塊(14)模擬腹足動(dòng)物的腹足前部的運(yùn) 動(dòng)；(b)、由芯體(3化)、磁場發(fā)生線圈(3仆)、雙層橡膠膜(3牝)以及磁場控制 功能材料(34d)組成的推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)模擬腹足動(dòng)物的腹足后部的運(yùn) 動(dòng)；(B)、由至少二個(gè)形狀記憶合金彈簧(22)、聯(lián)接法蘭(23)和密封波紋管(24) 組成的轉(zhuǎn)向單元(2)模擬腹足動(dòng)物的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；利用直線致動(dòng)器(33)的直線伸縮 運(yùn)動(dòng)模擬腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中肌肉的軸向波動(dòng)(c)、機(jī)器人的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)前艙磁控增阻模塊(14)中磁場發(fā)生線圈(14b)斷電；推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)中的磁場發(fā)生線圈(34b)通電，則芯體(34a)與雙層 橡膠膜(34c)內(nèi)的磁場控制功能材料(34d)形成封閉磁路，磁場控制功能材料(34d) 固化，雙層橡膠膜(34c)外側(cè)與管腔壁嚙合，增大了摩擦力；直線致動(dòng)器(33)主軸向外伸張，使機(jī)器人前艙單元(1)向前移動(dòng)，而推進(jìn) 單元(3)保持不動(dòng)；直線致動(dòng)器(33)主軸伸張量最大后，前艙磁控增阻模塊(14)中磁場發(fā)生線圈 (14b)通電，同理使磁場控制功能材料(14d)固化，雙層橡膠膜(14c)外側(cè)與管腔 壁嚙合，增大了摩擦力；推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)中的磁場發(fā)生線圈(34b)斷電，則固化的磁場控制 功能材料(3化)液化，雙層橡膠膜(34c)外側(cè)與管腔壁不再咕合，減小了摩擦力；直線致動(dòng)器(33)主軸收縮，推進(jìn)單元(3)向前移動(dòng)，前艙單元(l)保持不動(dòng)， 直到直線致動(dòng)器主軸收縮到最短位置，機(jī)器人完成一個(gè)蠕動(dòng)周期；控制直線致動(dòng)器(33)及磁場發(fā)生線圈("b、 3仆)重復(fù)上述過程，則機(jī)器 人進(jìn)入下一個(gè)蠕動(dòng)周期；(D) 、機(jī)器人的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向單元(2)的形狀記憶合金彈簧(22),在機(jī)器人直線蠕動(dòng)時(shí)，起到前艙單元 (1)與推進(jìn)單元(3)之間的柔性連接作用，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制某個(gè)或者某兩個(gè)形 狀記憶合金彈簧(22),由于電熱效應(yīng)，形狀記憶合金彈簧(22)會(huì)變形，從而使前 艙單元(1)相對(duì)推進(jìn)單元(3)偏轉(zhuǎn)一定角度，轉(zhuǎn)向完成后斷開電源，形狀記憶合金 彈簧(22)恢復(fù)原形，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能；(E) 、機(jī)器人的速度控制與后退控制單位時(shí)間內(nèi)輸入脈沖數(shù)，可改變直線致動(dòng)器(33)的伸縮速度，從而改變 蠕動(dòng)速度；改變前艙磁控增阻模塊(M)及推進(jìn)艙磁控增阻模塊(34)中磁場發(fā)生線 圈(14b)、 (^b)導(dǎo)通與斷開次序，使機(jī)器人兩端摩擦力變化與前進(jìn)時(shí)候相反，則 機(jī)器人后退。
全文摘要
一種基于腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的介入診療機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)方法，屬于醫(yī)用微型機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。它利用磁場控制功能材料在磁場作用下流變特性的變化效應(yīng)，模擬腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中的分泌液的作用。由芯體、磁場發(fā)生線圈、雙層橡膠膜、以及磁場控制功能材料組成的磁控增阻模塊模擬腹足動(dòng)物的腹足前部和后部的運(yùn)動(dòng)；由形狀記憶合金彈簧、聯(lián)接法蘭和密封波紋管組成的轉(zhuǎn)向單元模擬腹足動(dòng)物的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；利用直線致動(dòng)器的直線伸縮運(yùn)動(dòng)模擬腹足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中肌肉的軸向波動(dòng)。該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、后退運(yùn)動(dòng)，具有良好的抗流體沖擊能力和運(yùn)動(dòng)的低損傷的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B1/00GK101214137SQ200810019100
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者蔣素榮, 趙大旭, 柏 陳, 筍 陳 申請人:南京航空航天大學(xué)