[发明专利]一种柔顺型尺蠖蠕动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，更具体的说，涉及一种基于柔性传动原理的柔顺型尺蠖蠕动机器人，拥有较少驱动电机和较短体长。属于机、电技术和仿生学领域。

背景技术

传统内窥镜由于创伤性大、操作不便等原因限制了在临床上的使用率，这是导致胃肠道恶性肿瘤发现晚的重要原因之一。具有无创介入特征的无线胶囊内窥镜是一种重要的技术进步，但是由于其不能被操控，不能停留在医生感兴趣的地方，也不能反复观察，所以临床上漏检率高、存在盲区。主动式可操控微型机器人系统体积微小，能够主动进入肠道完成特定任务，具有无创介入、易于操作、主动可控、无盲区的显著特点，有望成为内窥镜更新换代的技术。

在胃肠道的肌性管道内实现有效安全运动是机器人内窥镜的关键，受到蠕虫爬行原理的启发，一般采用蚯蚓或者尺蠖虫的蠕动原理，另外也有一些基于螺旋推动原理的。例如，颜国正等人提出了一种使用压电微驱动器的多关节仿蚯蚓蠕动机器人。Dario等人提出的使用真空吸盘的仿尺蠖气动机器人，这个研究团队还提出了基于支撑腿的可控胶囊式内镜。何斌等人提出的基于螺旋机构的介入人体肠道的微型机器人。就牵引原理来说，蚯蚓原理需要至少三个驱动单元，依靠运动单元和静止单元之间的摩擦力差来保证运动不打滑。由于这种摩擦力差很小，也很容易被环境所影响，所以运动的适应性较差。尺蠖方式也至少需要三个驱动单元，依靠前后两个单元交替固定在运动表面与中间单元的伸缩实现运动。固定在运动表面的方法依次有机械卡咬法、真空法、气囊膨胀支撑法、腿式支撑法等数种。固定法提高了机器人对运动表面的固着力，能够有效避免打滑，但是安全性、微型化、密封性等一直是关注的热点。中间单元的伸缩一般采用丝杆螺母副、气动人工筋等。丝杆螺母副的缺点是丝杆系刚性器件，它可以实现伸缩，但是机构本身是刚性的。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种柔顺型尺蠖蠕动机器人，依靠柔性传动杆传递转矩，使得两个泊位节公用一个电机，在应用中机器人具有高柔顺性、体积小等特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种柔顺型尺蠖蠕动机器人，包括蠕动机器人头舱、尾舱、牵引舱、两个电机、头舱支撑架和尾舱支撑架构成的一对支撑腿、由子传动轴和母传动轴构成的相互配合的柔性传动装置、波纹管、弹簧、牵引绳以及一系列齿轮系传动。

头舱中安装一电机，柔性传动装置的子传动轴的一部分伸入头舱中，与电机的传动轴通过齿轮啮合，另一部分伸入牵引舱中的柔性传动装置的母传动轴中，母传动轴通过牵引舱伸至尾舱中。

牵引舱中安装弹簧，安装在尾舱中的另一个电机的传动轴伸入牵引舱中，电机传动轴上安装有一锥齿轮，与牵引舱中的竖直杆上的锥齿轮啮合，将电机的传动方向改变为垂直传动，竖直杆上下部分各绕制有牵引绳，牵引绳上下部分的另一端固定在头舱上，通过电机的转动控制牵引绳的缠绕和释放缠绕，弹簧相应被压缩和恢复，形成机器人一张一弛步态；

尾舱中安装尾舱传动轴，尾舱传动轴上安装尾舱支撑架，尾舱支撑架的绕向与头舱支撑架绕向相反，以保证二者不是同步收缩和伸展，柔性传动装置的母传动轴与尾舱传动轴之间齿轮啮合，在机器人通过弯曲狭窄的肠道时，母传动轴在弯曲状态下也能够传递电机的转矩，形成尾舱支撑架收缩与伸展。

头舱支撑架和尾舱支撑架由柔性可弯曲材料构成。

头舱包括密封舱和非密封舱，为了加工方便，头舱分为三个部分，包括头舱舱体外端盖，头舱密封舱端盖以及头舱密封舱壁，头舱舱体外端盖和头舱密封舱端盖通过螺钉连接构成非密封舱，头舱密封舱端盖和头舱密封舱壁通过螺钉连接且中间加上一层密封圈构成密封舱。其中密封舱中安装电机，电机传动轴伸出非密封舱中的部分安装有三个柔性的头舱支撑架，通过电机的正转或反转，可以控制头舱支撑架在头舱体外的长度，密封圈保证密封舱和非密封舱的隔离，密封舱中电机传动轴上安装有一个圆柱直齿齿轮，通过安装在柔性传动装置上子传动轴的齿轮啮合传动，使子传动轴传递转矩。

子传动轴一头为了平滑传动，截面为圆柱形，另一头为了传递转矩，伸入母传动轴的一部分截面为非圆形的规则或不规则形状，比如方形。母传动轴一部分在中间牵引舱中，一部分在尾舱中，通过前述传动，并且经过齿轮系的变换，将转矩传递与尾舱中的尾舱支撑架。