用于胃腸道微型機(jī)器人的鉗位機(jī)構(gòu)及其徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療器械領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于胃腸道微型機(jī)器人的 鉗位機(jī)構(gòu)及其徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的不斷提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)不斷豐富，但是工作壓力驟增，消化道 疾病患者也越來(lái)越多。根據(jù)《全國(guó)第三次死因回顧抽樣調(diào)查報(bào)告》，消化系統(tǒng)疾病死亡率 為16. 78/10萬(wàn)，占死亡總數(shù)的2. 67%，位居第六位；消化系統(tǒng)惡性腫瘤死亡占全部惡性腫 瘤死亡的40. 61%。在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中，按粗死亡率高低排序，胃癌（24. 71/10萬(wàn)，占 18. 19% )、食道癌（15. 17/10萬(wàn)，占11. 19% )和結(jié)直腸癌（7. 25/10萬(wàn)，占5. 23% )位列第 三、第四和第五位。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外對(duì)消化道疾病的診斷和治療，多使用內(nèi)窺鏡等檢查工具，但其診斷時(shí) 間長(zhǎng)，病人普遍有痛苦和不適感，甚至有時(shí)檢查需在麻醉下進(jìn)行，還有可能引起諸多并發(fā) 癥。傳統(tǒng)的電子內(nèi)窺鏡采用柔軟靈活的光纖進(jìn)入腸道，能對(duì)食道、胃、結(jié)腸和前端部分小腸 進(jìn)行檢查，引起的創(chuàng)傷較小，普遍為人所接受。但由于腸道曲折及長(zhǎng)度較長(zhǎng)，仍有很大一部 分腸道內(nèi)窺鏡難以進(jìn)入，尤其是小腸，因其直徑小也更易引起傷痛。
[0004] 為減輕人體痛苦以及解決檢測(cè)受限問(wèn)題，膠囊內(nèi)窺鏡作為替代傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的檢查 裝置，具有體積小的特點(diǎn)，可被人體吞服，隨著腸道蠕動(dòng)最終被排出體外，對(duì)人體幾乎無(wú)傷 害。但由于使用紐扣電池供電，能量供應(yīng)有限，檢測(cè)視頻信號(hào)無(wú)法以高幀頻率傳輸；同時(shí)由 于其被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，膠囊自身的攝像頭并不能有效監(jiān)測(cè)腸道的各個(gè)部分，特別是腸道的褶 皺部分，在臨床上存在漏檢問(wèn)題。
[0005] 而微型主動(dòng)式腸道機(jī)器人能夠自主在腸道中運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)駐停，可進(jìn)行定點(diǎn)檢 測(cè)；采用無(wú)線供能技術(shù)，能量供應(yīng)充足。在集成膠囊內(nèi)窺鏡的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)解決其存在的問(wèn) 題，其必將成為內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。微型腸道診療機(jī)器人具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊 的應(yīng)用前景，已成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)療器械領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)之一。
[0006] 就現(xiàn)有研宄而言，對(duì)于微型主動(dòng)式胃腸道機(jī)器人的研宄主要針對(duì)小腸部分，小腸 直徑一般在15~25mm之間，為保證生物安全性對(duì)機(jī)器人的直徑要求為不大于15mm?；?這一要求，國(guó)內(nèi)外研宄的機(jī)器人初始尺寸均小于1315mm，最大徑向擴(kuò)展尺寸不超過(guò)E130mm， 即變徑比不超過(guò)2。但對(duì)于直徑較大的大腸如結(jié)腸而言，其直徑往往大于30_，徑向的擴(kuò)展 尺寸不能達(dá)到有效鉗位。
[0007] 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN10312664B，公開日2014. 12. 31， 公開了一種用于胃腸道機(jī)器人的微型鉗位機(jī)構(gòu)，包括：擋板組件以及設(shè)置于其內(nèi)部的磁條 組件、機(jī)械臂組件和轉(zhuǎn)子組件，其中：擋板組件和磁條組件構(gòu)成腔體，轉(zhuǎn)子組件位于腔體內(nèi) 部，機(jī)械臂組件活動(dòng)設(shè)置于腔體的外部且與擋板組件相連，以實(shí)現(xiàn)沿軸向的往復(fù)旋轉(zhuǎn)。該技 術(shù)變徑比小于2,初始尺寸為E14.4mm，僅適用于小腸內(nèi)鉗位，對(duì)于結(jié)腸的鉗位，其徑向擴(kuò)展 尺寸還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；活動(dòng)機(jī)械臂的中間連接部為兩條機(jī)械臂端部上下疊加，在機(jī)械臂解除鉗 位狀態(tài)時(shí)，腸道有受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于胃腸道微型機(jī)器人的鉗位機(jī) 構(gòu)及其徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，通過(guò)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在減小機(jī)器人初始 直徑的同時(shí)增大鉗位機(jī)構(gòu)的徑向擴(kuò)展直徑，以適應(yīng)不同直徑腸道的檢查。
[0009] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明涉及一種用于胃腸道微型機(jī)器人的鉗位機(jī)構(gòu)，包括若干個(gè)相同且在軸向上 彼此分隔開的弧形件和與相應(yīng)弧形件相連的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)，各轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)在徑向上沿圓周均 勻分布，通過(guò)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)相反轉(zhuǎn)向。
[0011] 所述的弧形件包括：兩個(gè)串聯(lián)的圓弧形從動(dòng)桿和兩個(gè)圓弧形主動(dòng)桿，其中：兩個(gè) 主動(dòng)桿的一端分別與兩個(gè)串聯(lián)的從動(dòng)桿的兩端相連，另一端與相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。
[0012] 所述的從動(dòng)桿圓弧半徑大于主動(dòng)桿的圓弧半徑，從動(dòng)桿的圓弧和主動(dòng)桿的圓弧均 為轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)所確定的圓周的同心圓的一部分，且主動(dòng)桿的圓弧對(duì)應(yīng)的扇形與從動(dòng)桿的圓弧 對(duì)應(yīng)的扇形重疊，在增加徑向擴(kuò)張直徑的同時(shí)減小空間占有率，另外可使機(jī)器人在與腸壁 相互作用時(shí)具有相對(duì)較大的接觸面積和受力點(diǎn)，增加機(jī)器人鉗位的穩(wěn)定性。
[0013] 本發(fā)明涉及一種用于胃腸道微型機(jī)器人的徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)，包括：鉗位機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、固定擋板組、齒輪減速器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、依次同軸布置且直徑相同的前端擋板、擋板和 后端擋板，其中：齒輪減速器的輸入端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，輸出端與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入端相 連，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端與鉗位機(jī)構(gòu)相連，前端擋板和后端擋板固定在徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)的兩 端；擋板的一側(cè)為齒輪減速器與鉗位機(jī)構(gòu)，另一側(cè)為齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0014] 所述的齒輪減速器包括：四個(gè)逐次分層嚙合的減速件、與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的減速輸 入齒輪和與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的減速輸出齒輪，其中：減速件與一個(gè)固定軸或一個(gè)輸出軸 相連并通過(guò)輸出軸與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定連接，減速輸入齒輪與第一減速件嚙合，減速輸出 齒輪與第四減速件嚙合，形成五級(jí)減速，在利用軸向空間的同時(shí)減小徑向空間的占用。
[0015] 所述的減速件包括：相互嗤合的一對(duì)大、小齒輪，小齒輪同軸嵌入齒形相同的大齒 輪中。
[0016] 所述的小齒輪端面厚度是大齒輪的兩倍。
[0017] 所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：三個(gè)相同的沿圓周均勻布置的齒輪傳動(dòng)件和一個(gè)中心 齒輪，其中：中心齒輪通過(guò)三個(gè)相同的齒輪分別與相應(yīng)的齒輪傳動(dòng)件嚙合。
[0018] 所述的齒輪傳動(dòng)件包括：兩個(gè)齒數(shù)相同并互相嚙合的輸出齒，每個(gè)輸出齒與所述 的鉗位機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。
[0019] 所述的中心齒輪與輸出齒的齒數(shù)相同，保證三個(gè)齒輪傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向一致。
[0020] 所述的中心齒輪與齒輪減速器的輸出軸固定連接。
[0021] 所述的齒輪減速器與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封在相應(yīng)的密封件中，密封件由固定擋板組 固定，防止腸液和腸道內(nèi)部雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)器人機(jī)構(gòu)內(nèi)影響機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0022] 徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)齒輪減速器減速后達(dá)到所需的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 矩，傳送到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，弧形件中的兩個(gè)主動(dòng)桿得到相反轉(zhuǎn)向，從而帶動(dòng)從動(dòng)桿向圓周外展 開，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的仿生蠕動(dòng)。 技術(shù)效果
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用四個(gè)圓弧形桿連接而成的弧形件，使鉗位機(jī)構(gòu)與腸 道接觸部位設(shè)計(jì)為封閉式，減小對(duì)腸道的傷害，同時(shí)擁有可根據(jù)需要調(diào)整的大變徑比，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，易于控制。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為鉗位機(jī)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為弧形件結(jié)構(gòu)示意圖：
[0026] (a)為閉合狀態(tài)，（b)為完全展開狀態(tài)；
[0027] 圖3為徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4為徑向擴(kuò)張機(jī)構(gòu)分解示意圖；
[0029] 圖5為齒輪減速器示意圖：
[0030] (a)為齒輪減速器結(jié)構(gòu)，（b)為減速件；
[0031]