利用ＳＭＡ特性驱动的肠道机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种利用ＳＭＡ特性驱动的肠道机器人，包括运动部，运动部包括至少两节蠕动段，每节蠕动段均包括两个固定环架，两个固定环架相对布置且固定环架之间通过ＳＭＡ弹性件相连接，在多节蠕动段之间，前一节蠕动段后部的固定环架与后一节蠕动段前部的固定环架相连接，形成首尾相接的结构，在两者的连接处设置有沿圆周方向的绝缘环圈Ｉ，相邻绝缘环圈Ｉ之间设置有多根柔性丝撑，本发明专利技术的肠道机器人采用ＳＭＡ驱动的方式，达到让机器人按指定要求运动的效果，在人体肠道内进行无损伤、无刺激的长距离检测，相比电磁驱动、压电驱动、微电机驱动的机器人结构而言，其结构更为简单紧凑；相比于以生物为载体的机器人而言，其运动精度更高，操作更简单，风险更小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程机器人
，特别涉及一种利用了 SMA的特性，在人体肠道 内实现移动、完成检测目的的肠道机器人。
技术介绍
传统的插入式内窥镜在插入操作过程中会给患者带来不舒适感甚至创伤，也很难 进入肠道深部。随着微创、无创成为消化道疾病诊疗的发展方向，肠道机器人的专利技术势在必 行。目前已经存在一些肠道机器人的专利技术构想，从驱动的角度来说，包括有电磁驱动、压电 驱动、微电机驱动、以生物为载体的生物体本身的运动等。如申请号为201010127993. 0的 中国专利技术专利“一种肠道诊疗机器人系统”中，就公开了一种采用黄鳝或者通过生物技术改 良后的黄鳝作为生物体，通过摄像装置采集肠道内的图像，经指定刺激电极对生物体进行 刺激以控制其前进、后退和停止，并且在肠道患处定点释药，实现进入肠道深部定点释药和 完成释药后主动退回到体外的系统。该系统具有以主动驱动的方式进入肠道定点释药、较 高的能量效率、以无创的体表刺激控制生物体运动的特点，但是由于该种方式是采用活的 生物体进入人体内部来实现，一旦生物体失控，其造成的后果将非常严重，因此存在风险性 较高的弊端，同时其实施成本也较为昂贵。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种利用SMA特性驱动的肠道机器人，该肠道机器人结 构简单、驱动灵活、具有较高的运动精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的该利用SMA特性驱动的肠道机器人，包括运动部，所述运动部包括至少两节蠕动段，依 次为第一蠕动段至第N蠕动段，N为大于1的整数；每节蠕动段均包括两个固定环架，两个固定环架相对布置且固定环架之间通过SMA弹 性件相连接，所述SMA弹性件的弹性应力方向沿两个固定环架的中心点连接线朝向蠕动段 的两端部；在多节蠕动段之间，前一节蠕动段后部的固定环架与后一节蠕动段前部的固定环架相 连接，形成首尾相接的结构，在两者的连接处设置有沿圆周方向的绝缘环圈I，相邻绝缘环 圈I之间设置有多根柔性丝撑，所述柔性丝撑的前、后端分别固定于相邻的绝缘环圈I上且 沿两个固定环架之间的环形面均勻分布，柔性丝撑的轴线与两个固定环架的中心点连接线 相平行；每节蠕动段均通过独立的供电回路为该节蠕动段上的SMA弹性件供电，通电时，所述 SMA弹性件沿轴向内收，分布于该蠕动段上的柔性丝撑形成向外部扩张的弓形结构，以顶住 肠道实现固定。进一步，所述肠道机器人还包括导向部，所述导向部与运动部首尾相接，形成条状 结构；所述导向部包括前固定环架、后固定环架和弹性件，所述弹性件连接在前固定环架和后固定环架之间，所述弹性件的弹性应力方向沿前、后固定环架的中心点连接线朝向导向 段的两端部，所述导向部通过后固定环架与第一蠕动段前部的固定环架相连接，所述前固 定环架上设置有绝缘环圈II，所述绝缘环圈II与其相邻的运动部上的绝缘环圈I之间设置 有多个SMA导向丝撑，所述SMA导向丝撑的前、后端分别固定于绝缘环圈II和与其相邻的 绝缘环圈I上且沿绝缘环圈II和绝缘环圈I的圆周方向均勻分布，所述SMA导向丝撑的轴 线与运动部的中轴线相平行；每根SMA导向丝撑均通过独立的供电回路进行供电，通过控制不同SMA导向丝撑电源 通断，实现前进角度的改变；进一步，所述导向部的整体为流线形的子弹状，由前固定环架至端部之间为截面逐渐 减小的圆滑过渡段；进一步，所述肠道机器人采用内置电池供电的方式，该内置电池可以为蓄电池或生物 电池，设置在运动部的内部空间内，所述柔性丝撑至少有部分可以作为导线使用，该部分可 作为导线使用的柔性丝撑与所在蠕动段上的SMA弹性件共同组成通电回路； 进一步，所述运动部包括三节首尾依次相接的蠕动段；进一步，所述每节蠕动段上的柔性丝撑为四根，相邻柔性丝撑之间间隔的圆心角为 90° ；进一步，所述SMA丝撑上均包裹有一层硅橡胶涂层；进一步，所述SMA弹性件为利用SMA丝制成的压缩弹簧；所述SMA导向丝撑为细径的 SMA丝制成的压缩弹簧；进一步，在该圆滑过渡段的端部设置有检测装置，所述肠道机器人的尾部设置有给药 装置；当然，所述肠道机器人还可以通过无线供电方式为各节蠕动段供电，该无线供电方式 是由设置在外部的电源，通过无线微波的方式将能量传递至肠道机器人内部的能量接收装 置中，由能量接收装置转换为电能。本专利技术的有益效果是1.肠道机器人采用SMA驱动的方式，该驱动方式利用SMA(ShapeMemory Alloy，形状记 忆合金)在不同温度下发生一定的形变的原理，达到让机器人按指定要求运动的效果，通过 类似蚯蚓蠕动的仿生学运动，在人体肠道内进行无损伤、无刺激的长距离检测，利用SMA驱 动的肠道机器人相比电磁驱动、压电驱动、微电机驱动的机器人结构而言，其结构更为简单 紧凑；相比于以生物为载体的机器人而言，其运动精度更高，操作更为简单，风险也更小；2.该肠道机器人内部的柔性丝撑不仅可以起到支撑的作用，另外还可以作为导线使 用，从而减少了装置的布线量，降低了制作的难度，减少了成本，使结构更为简洁；3.通过在SMA丝撑的表面覆盖一层硅橡胶涂层，能够增加SMA丝撑与人体肠道内膜的 相容性，大大降低了人体的不舒适感。4.本专利技术的肠道机器人还可以采用无线给电控制的方式，从而避免了因为内部电 池用尽导致操作无法进行的情况。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。 附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进 一步的详细描述，其中图1为本专利技术结构示意图； 图2为本专利技术沿A向示意图； 图3为蠕动段内部的柔性丝撑导线连接示意图； 图4为本专利技术的各段电路连接示意图； 图5为第一蠕动段SMA弹性件的通电形变状态示意图； 图6为本专利技术的肠道机器人运动状态下的运动简图。具体实施例方式以下将参照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，该肠道机器人主要包括了检测装置8和运动部，作为进一步的 改进，本实施例中还增加了与运动部相连接的导向部；运动部包括了三节蠕动段，依次为第一蠕动段至第三蠕动段，当然，该蠕动段的数目可 以根据实际需要进行调整，一般而言，该数目应该控制在2 10的范围内。每节蠕动段均包括两个固定环架2，两个固定环架2相对布置且固定环架2之间通 过SMA弹性件4相连接，SMA弹性件的弹性应力方向沿两个固定环架的中心点连接线朝向 蠕动段的两端部；本实施例中，SMA弹性件4为利用SMA丝制成的压缩弹簧。在多节蠕动段之间，前一节蠕动段后部的固定环架与后一节蠕动段前部的固定环 架相连接，形成首尾相接的结构，在两者的连接处设置有沿圆周方向的绝缘环圈I 11，相邻 绝缘环圈I 11之间设置有多根柔性丝撑(相邻绝缘环圈I 11上的柔性丝撑也可以认为是 属于该节蠕动段上的柔性丝撑)，柔性丝撑3的前、后端分别固定于相邻的绝缘环圈I 11上 且沿两个固定环架2的圆周方向均勻分布，柔性丝撑3的轴线与两个固定环架2的中心点 连接线相平行，本实施例中，每节蠕本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用ＳＭＡ特性驱动的肠道机器人，其特征在于：所述肠道机器人包括运动部，所述运动部包括至少两节蠕动段，依次为第一蠕动段至第Ｎ蠕动段，Ｎ为大于１的整数；每节蠕动段均包括两个固定环架（２），两个固定环架（２）相对布置且固定环架（２）之间通过ＳＭＡ弹性件（４）相连接，所述ＳＭＡ弹性件（４）的弹性应力方向沿两个固定环架的中心点连接线朝向蠕动段的两端部；在多节蠕动段之间，前一节蠕动段后部的固定环架与后一节蠕动段前部的固定环架相连接，形成首尾相接的结构，在两者的连接处设置有沿圆周方向的绝缘环圈Ⅰ（１１），相邻绝缘环圈Ⅰ（１１）之间设置有多根柔性丝撑，所述柔性丝撑（３）的前、后端分别固定于相邻的绝缘环圈Ⅰ（１１）上且沿两个固定环架（２）之间的环形面均匀分布，柔性丝撑（３）的轴线与两个固定环架（２）的中心点连接线相平行；每节蠕动段均通过独立的供电回路为该节蠕动段上的ＳＭＡ弹性件（４）供电，通电时，所述ＳＭＡ弹性件（４）沿轴向内收，分布于该蠕动段上的柔性丝撑（３）形成向外部扩张的弓形结构，以顶住肠道实现固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗洪艳，廖彦剑，高翾，郑小林，杨军，侯文生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[]