具有吸附能力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具有吸附能力的柔性内窥镜机器人，吸附装置设置在插入组件外周面，流体排给组件通过流体管道与吸盘装置相连接；插入组件由软质硅胶制成，其内部嵌有若干绳线、硬质固定节以及流体管道，内嵌绳线的第一端与硬质固定节相连接，第二端与驱动组件固定连接。内嵌绳线的拉拽以及导管的推送由驱动组件控制，流体排给部件内的排给单元通过流体管道控制每个吸附装置的吸附。本发明专利技术降低了导管硬度，使得导管主体柔软易形变；同时，吸附装置的固定作用配合上绳线的拉拽，使得插入组件能够产生多自由度的弯曲形变。此外，通过不同形态间的交替转换，插入组件还能够产生类似蠕动的特殊动作，以扩大组织间空隙，保证推进的进行。

【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，具体是一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人。
技术介绍
在医学领域，通过内窥镜进行医疗诊断已经十分广泛。一般的，内窥镜产品包括插入组件与操作组件，其中插入组件又分为软质部分与弯曲部分。其中，软质部分为从操作组件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。弯曲部分最前端一般嵌有CCD等图像传感装置，可在病人体内获取图像并在外接显示器上实时显示。目前，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，内窥镜随着腔道环境被动形变。由于软质部分无法主动弯曲，推进过程中，当导管遇到狭小、弯曲等复杂环境时，外部推力一旦解除，插入部分会因组织反推力被推回。组织这一柔韧性也导致了插入部分末端位姿难以精确控制，精细操作时可能需要操作者反复调整，长时间易疲劳。为解决上述困难，球囊式内窥镜及球囊插入辅助工具被提出，例如，日本专利公报特开昭59-181121号、日本专利公报特开平8-299261号等。此类球囊式内窥镜主要利用球囊组件在腔内膨胀以与组织相对固定，现有实例中球囊部件大多固定在插入部分的前端，或仅能够在前端小范围内移动，插入导管的后半段依然不可控。此外，球囊组件在非圆形腔道等不规则环境中固定效果并不理想，长时间膨胀、过分挤压某些组织器官甚至会对人体造成一定危害。 为进一步改善内窥镜性能，减轻患者痛苦，降低操作者工作强度，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，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，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，临床使用可能存在一定安全隐患；另一方面，与传统内窥镜相似，系统插入部分难以与人体组织相对固定，在复杂的组织环境中，摩擦大与推进难等常见问题依然不同程度的存在。在此基础上，美国卡内基梅陇大学研制出利用微型吸盘进行爬行的内窥镜机器人系统一HeartLander,该系统插入部分最前端设有两个微型吸盘,通过两吸盘间交替吸附与放松实现其在组织光滑处的爬行。类似的，日本千叶大学也研制出利用吸盘爬行的内窥镜机器人系统。该类吸盘式内窥镜系统虽然能与组织相对固定，但与球囊式内窥镜类似的，吸盘仅位于插入部分最前端，其后的插入部分主体仅能随组织被动弯曲、无法主动控制，因此插入部分在拥挤、弯曲等复杂环境中与组织的摩擦仍会较大，外部推送时顶端吸盘实际可达的步长较小，操作效果不佳。上述系统现有实例中，吸盘数量偏少，大小也受到一定限制，导致系统在组织非平滑处固定能力不足，每次吸附可能需要反复尝试，操作效率低。此外，系统中所有吸盘均面向同一方向，无法充分利用组织环境完成吸附，实际中需要不断调整吸盘朝向，进一步增加了操作量。
技术实现思路
本专利技术针对现有内窥镜系统中存在的上述不足，特别是上述吸盘式内窥镜系统吸附能力不佳、吸盘适用范围有限以及可控自由度低等几点不足，提供了一种具有吸附能力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。一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人，包括插入组件、驱动组件以及流体排给组件，其中，所述插入组件由软质硅胶制成，插入组件的外周面阵列有若干吸附装置，所述流体排给组件通过流体管道与吸附装置相连接，插入组件的内部嵌有绳线以及硬质固定节，所述绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述绳线的第二端与驱动组件固定连接。所述插入组件内部设有各自独立的工作通道和驱动通道，其中，所述工作通道位于中心部位，并轴向贯穿整个插入组件；若干所述驱动通道分布于工作通道径向的外侧，用于放置绳线；所述硬质固定节为若干个，其中一个内嵌于插入组件顶端部位，其余则任意设置在插入组件内部的不同位置；所述绳线的数量与硬质固定节的数量相适配。所述工作 通道包括器械通道和信号传输通道，其中，所述器械通道用于插置各类手术器械，所述信号传输通道内嵌图像采集与信号传输装置，图像采集及信号传输装置的末端与图像显示装置连接；信号传输通道的顶端设有照明装置；所述器械通道和信号传输通道从硬质固定节的中心通孔处穿过。所述驱动组件包括驱动底座、直线滑块、微型电机、绕线轮盘、推进底座以及导管固定件，其中，所述驱动底座通过其内部机械结构带动直线滑块做直线运动；所述推进底座与直线滑块相对固定，所述微型电机固定在推进底座上；所述导管固定件与推进底座相接触，两者的接触部分设有用于绳线与流体管道穿过的孔径；所述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绳线的收放。所述流体排给组件包括若干独立的流体供给单元,所述流体供给单元通过流体管道与吸附装置相连接，用于控制吸附装置的吸附，所述流体供给单元内含压强传感装置，用于判断吸附装置吸附状态。所述流体管道的一部分内嵌于插入组件，所述插入组件包括工作通道，内嵌于插入组件的流体管道部分位于工作通道径向的外侧；所述流体管道的数量与吸附装置数量相适配。所述任一吸附装置为一体成型的吸盘结构，所述任一吸附装置为一体成型的吸盘结构，所述吸盘结构包括微型吸盘以及吸盘过滤装置，所述吸盘过滤装置设置在微型吸盘的盘面上。所述任一绳线外表面设有一层用于保护插入组件的软质中空细管。本专利技术提供的具有吸附能力的柔性内窥镜机器人，降低了导管硬度，使得导管插入部分柔软易形变。同时，吸附装置阵列于插入部分外周面，与组织接触范围大大增加，吸附能力得以增强；配合上拉拽特定的绳线，本系统插入部分刚度可变、后半段可单独控制，还能产生多自由度的弯曲形变。此外，插入组件通过不同形态间的交替转换，能够产生类似蠕动的特殊动作，可与组织主动作用扩大行进空间，以减小摩擦保证推进的完成。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中插入组件的俯视图；图4是图3中插入组件B方向视图；图5是图4中C—C剖视图；图6是图4中D—D剖视图；图7是图2中微型吸盘的示意图；图8是图1中驱动组件内部结构的概略图；图9是本专利技术实施例1中内窥镜刚进入腔内的示意图；图10是本专利技术实施例1中内窥镜主动弯曲的示意 图11是本专利技术实施例1中内窥镜先后遇到两个拐角时的示意图；图12是本专利技术实施例1中内窥镜在目标区域精细操作的示意图；图中，I为插入组件，2为驱动组件，3为流体排给组件，4为器械通道，5为信号传输通道，6为微型吸盘，7为吸盘滤网，8为顶端固定节，9为中部固定节，10为第一流体管道，11为第二流体管道，18为第三流体管道，12为顶端驱动通道，13为中部驱动通道，14为驱动底座，15为直线滑块，16为绕线轮盘，17为微型电机，19为推进底座，20为导管固定件。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人，其特征在于，包括插入组件、驱动组件以及流体排给组件，其中，所述插入组件由软质硅胶制成，插入组件的外周面阵列有若干吸附装置，所述流体排给组件通过流体管道与吸附装置相连接，插入组件的内部嵌有绳线以及硬质固定节，所述绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述绳线的第二端与驱动组件固定连接。

【技术特征摘要】

【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：