刚度可变的柔性内窥镜机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种刚度可变的柔性内窥镜机器人，导管部件的一端与驱动部件相连接，球囊部件设置在导管部件自由端的端部，流体供给部件通过流体用管与球囊部件相连接；，导管部件由软质硅胶制成，其内部设有若干内嵌绳线以及硬质固定节，内嵌绳线的第一端与硬质固定节相连接，内嵌绳线的第二端与驱动部件固定连接。内嵌绳线的拉拽以及导管的推送由驱动部件控制，球囊部件可拆卸的安装在导管部件上并可沿其外周面大范围移动，流体供给部件通过流体导管向球囊部件排给流体以控制其膨胀和收缩。本发明专利技术一方面能可控的改变导管刚度，减少其与人体组织间作用，降低患者不适感；另一方面能较精确的控制导管末端位姿，降低操作者工作强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗内窥镜
的内窥镜机器人系统，具体是一种刚度可变的柔性内窥镜机器人。
技术介绍
一般地，内窥镜由操作部分与插入部分构成，插入部分又分为软质部分与弯曲部分。其中，软质部分为从操作部分延伸出来的细长软管，具有挠性；弯曲部分位于软质部分顶端，相对较短，通过操作部分可控制其在一个或两个方向上弯曲。目前，医用内窥镜的插入部分相对于人体组织较为坚硬，插入体腔的主要方法为在患者体外施力推进。推进过程中，当插入的导管在体腔深处遇到狭小、弯曲等复杂环境 时，一方面由于软质部分无法主动弯曲，与人体组织间作用较大，患者不适感较强烈；另一方面，由于人体组织的柔韧性，外部推力一旦解除，插入部分会因组织反推力被推回，推进效果不佳。这些也导致了操作者难以精确控制导管末端位姿，在目标区域精细操作时可能需要反复调整，长时间工作易疲劳。为了解决上述问题，球囊式内窥镜及球囊插入辅助工具相继被提出，例如，日本专利公报特开昭59-181121号提出的，通过内窥镜器械通道插入一球囊装置至最前段，并可在远近方向上移动。该球囊装置能够在一定程度上减少推进中阻力，但由于球囊必须通过器械通道，实际可使用的球囊较小。另外，如日本专利公报特开平8-299261号所述的内窥镜，在插入部分外周安置有一气囊，通过管内的丝杠进给结构可在远近方向上移动气囊。虽然该装置中气囊体积有所增加，但其进退量依赖于丝杠结构的开孔大小，实际可移动量小，操作也比较费时。此外，还有如日本专利公报特开2002-301019号提出的一种双气囊式内窥镜装置，通过插入部及其外套管上的两气囊在腔内交替膨胀、收缩，实现了二者的交替固定、推进。在上述内窥镜及现有产品实例中，球囊辅助部件大多数都固定在插入导管前端，或仅能够在前端小范围内移动，作用区域十分有限，而且也仍无法控制软质部分的刚度。摩擦大、推进难、操作繁琐等内窥镜常见的问题依然不同程度的存在。因此，为进一步改善内窥镜性能，降低操作者工作强度，减轻患者痛苦，自主式或半自主式内窥镜逐渐成为生物医疗器械行业竞相研究和开发的重点。如我国上海交通大学研制的，国内专利申请号为200410054206. 9的主动式肠道内窥镜机器人系统，利用仿生学原理，采用直线电磁驱动方式，使机器人在肠道中蠕动。又如哈尔滨工业大学研制的，国内专利申请号为200910072751.3的连续体型半自主式内窥镜机器人，通过多个关节万向节环串联，采用钢丝与弹簧配合驱动，可实现十个自由度的复合弯曲运动以适应肠道复杂状况。此外，日本Tohoku大学利用记忆合金驱动，研制成适于肠道或血管环境的蛇形驱动装置；美国加州理工学院研制出气动型内窥镜机器人系统，通过气体压力的增大和减小来控制机体的前进与倒退。上述几种内窥镜机器人系统，相对于传统内窥镜可控自由度明显增多，但现有实例中几乎全部采用了传统硬质材料，装置刚度均不可变。而且，大部分系统都采用形状记忆合金或者气流进行驱动。一方面，进行腔内操作的医疗器械采用硬质材料会存在一定的安全隐患，也会给患者带来一定不适感；另一方面，记忆合金或气流驱动的方式都难以精确控制，实用性较差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种刚度可变的柔性内窥镜机器人。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种刚度可变的柔性内窥镜机器人，包括导管部件、驱动部件、流体供给部件以及球囊部件，其中，所述导管部件的一端与驱动部件相连接，所述球囊部件设置在导管部件自 由端的端部，所述流体供给部件通过流体用管与球囊部件相连接；所述导管部件由软质硅胶制成，其内部设有若干内嵌绳线以及硬质固定节，所述内嵌绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述内嵌绳线的第二端与驱动部件固定连接。所述导管部件内部还设有工作通道和转向通道，其中，所述工作通道位于中心部位，并轴向贯穿整个导管部件；所述若干转向通道分布于工作通道径向的外侧，用于放置内嵌绳线，所述硬质固定节为若干个，其中一个内嵌于导管部件顶端部位，其余根据需要灵活设置在导管部件内部的不同位置；所述内嵌绳线的数量与硬质固定节的数量相适配。所述转向通道等角度圆周分布于工作通道径向的外侧。所述工作通道包括器械通道和光纤通道，其中，所述器械通道用于插置各类器械工具，所述光纤通道内嵌微型摄像头，其顶端设有照明部件，其末端与图像采集装置相连接；所述若干硬质固定节均为环状，所述器械通道和光纤通道从硬质固定节的中心通孔处穿过；所述转向通道包括顶端转向通道和中部转向通道，所述顶端转向通道和中部转向通道等角度圆周分布于导管部件内部。所述球囊部件为中空结构，其可拆卸地安装在导管部件上，并可沿导管部件外周面移动；所述球囊部件包括可缩胀部件，所述可缩胀部件的两端设有固定部件，所述球囊部件侧壁内设有轴向设置的球囊流体通道和径向设置的吸盘流体通道，所述球囊部件的前端内嵌定型机构，所述球囊部件在与导管部件相接触处嵌有吸盘装置。所述驱动部件包括丝杠底座、丝杠滑块、微型电机、绕线轮盘、推进底座以及导管固定件，其中，所述微型电机固定在推进底座上，所述推进底座与丝杠滑块相对固定；所述导管固定件与推进底座相接触，其接触部分设有用于内嵌绳线与流体用管穿过的孔径；所述丝杠底座通过其内部安置的电机带动螺杆控制丝杠滑块直线运动；所述内嵌绳线的第二端与绕线盘轮固定连接，所述微型电机通过带动绕线轮盘完成对内嵌绳线的收放。所述流体供给部件包括球囊供给用结构和吸盘供给结构，所述球囊供给结构和吸盘供给结构均通过流体用管与球囊部件相连接，用于控制球囊部件膨胀和收缩。所述导管部件端部与球囊部件之间设有用于防止球囊部件脱离导管部件的限位结构。所述任一内嵌绳线外表面设有一层用于保护导管部件的软质硅胶细管。本专利技术降低了导管硬度，使得导管插入部分柔软易形变；同时，通过在其不同部位内嵌绳线，导管部件可以通过拉拽某一根或多根绳线来灵活调节自身刚度，并产生多自由度的弯曲形变。因此，本专利技术减小了插入部分与人体组织间相互作用，以减轻患者不适感；此外，球囊部件与导管部件相对独立，球囊可运动范围大，不再仅限于前端，增强了其在推进过程中的作用范围；球囊部件膨胀后如基座般固定于腔内，位于球囊部件前的一部分导管仍可以弯曲，使得导管末端弯曲时精确可控。附图说明图1是本专利技术装置的整体结构概略图；图2是图1中区域A的局部放大图；图3是图1中导管部件的纵剖面视图； 图4是图1中导管部件的俯视图；图5是图1中导管部件的左视图；图6是图3的A—A剖视图；图7是图3的C—C剖视图；图8是图3的D—D剖视图；图9是图3的E—E剖视图；图10是图3中区域B的局部放大图；图11是图3中区域F的局部放大图；图12是图1中球囊部件的立体图；图13是图12球囊收缩时的示意图；图14是图12球囊膨胀时的示意图；图15是图12球囊的左视图；图16是图15中区域C的局部放大图；图17是图15的A—A剖视图；图18是图15的B—B剖视图；图19是图18中区域F的局部放大图；图20是图1中驱动部件的内部结构概略图；图21是本专利技术实施例中内窥镜刚进入腔内的示意图；图22是本专利技术实施例中内窥镜遇到狭窄环境时的示意图；图23是本专利技术实施例中内窥镜遇到拐角时的示意图；图24是本专利技术实施例中内窥镜先后遇到两个拐角时的示意图；图25是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刚度可变的柔性内窥镜机器人，包括导管部件、驱动部件、流体供给部件以及球囊部件，其中，所述导管部件的一端与驱动部件相连接，所述球囊部件设置在导管部件自由端的端部，所述流体供给部件通过流体用管与球囊部件相连接；其特征在于，所述导管部件由软质硅胶制成，其内部设有内嵌绳线以及硬质固定节，所述内嵌绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述内嵌绳线的第二端与驱动部件固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种刚度可变的柔性内窥镜机器人，包括导管部件、驱动部件、流体供给部件以及球囊部件，其中，所述导管部件的一端与驱动部件相连接，所述球囊部件设置在导管部件自由端的端部，所述流体供给部件通过流体用管与球囊部件相连接；其特征在于，所述导管部件由软质硅胶制成，其内部设有内嵌绳线以及硬质固定节，所述内嵌绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述内嵌绳线的第二端与驱动部件固定连接。2.根据权利要求1所述的刚度可变的柔性内窥镜机器人，其特征在于，所述导管部件内部设有工作通道和转向通道，其中，所述工作通道位于中心部位，并轴向贯穿整个导管部件；所述若干转向通道分布于工作通道径向的外侧，用于放置内嵌绳线，所述硬质固定节为若干个，其中一个内嵌于导管部件顶端部位，其余则任意设置在导管部件内部的不同位置；所述内嵌绳线的数量与硬质固定节的数量相适配。3.根据权利要求2所述的刚度可变的柔性内窥镜机器人，其特征在于，所述转向通道等角度圆周分布于工作通道径向的外侧。4.根据权利要求2所述的刚度可变的柔性内窥镜机器人，其特征在于，所述工作通道包括器械通道和光纤通道，其中，所述器械通道用于插置各类器械工具，所述光纤通道内嵌微型摄像头，其顶端设有照明部件，其末端与图像采集装置相连接；所述若干硬质固定节均为环状，所述器械通道和光纤通道从硬质固定节的中心通孔处穿过；所述转向通道包括顶端转向通道和中部转向通道，所述顶端转向通道和中部转向通道等角度圆周分布于导管部件内部。5.根据权利要求1所述的刚度可变的柔性内窥镜机器人，其特征在于，所述球囊部件为中空结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫东，邓韬，王贺升，王晓舟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：