[发明专利]机器人装置

说明书

本发明提供了一种机动式机器人装置(1)，该机器人装置能够向前和向后驱动自身，从而位于管状结构(200)(例如，人的结肠或包括两个相对壁(202、204)的任何结构)内时锚固和操纵自身。在这方面，该装置由覆盖在弹性材料中并由内部致动机构驱动的两个节段或三个节段(102，104，106)制成。所有这些节段(102，104，106)都具有使得能够进行缩短和伸长运动的六角手风琴构造。除长度收缩和伸展之外，端部节段(102，106)中的至少一者能够以一定角度背离纵向轴线弯曲，使得它变成楔入在或卡在管状结构(200)的壁(202，204)之间。也就是说，端部节段(102，106)既能够进行弯曲动作又能够进行收缩和伸展动作。该装置(1)通过以下方式进行移动：交替地将节段(102，104，106)卡在管状结构(200)的壁(202，204)之间，然后收缩或伸展这些节段(102，104，106)，以通过更有效的机动动作使装置(1)向前缓慢移动。如此，本发明提供了一种简化的设计，该设计对于恶劣或不洁的环境来说更加稳健，同时仍然保持该装置所需的性能水平。

技术领域

本发明涉及一种具有自适应锚固的机动式自转向机器人装置。具体地说，本发明涉及一种多节段机动式装置，该多节段机动式装置进行分段弯曲锚固以便用于探测具有相当长度、高度曲折和/或顺应性并且现有技术努力有效操纵的小管状结构(特别是难以到达位置的那些结构)。

背景技术

存在许多包含较小管状结构的天然的或人造的结构。自然界中出现的这种结构的示例是人体，人体具有诸如肠道和食道这样的管状结构。人造结构的示例可以是具有管道工程丝网络的建筑物。通常必须在原位勘察管状结构的内部。然而，在管状结构非常长和/或曲折并因此难以到达的情况下，或者在诸如必须尽可能创伤微小的人体这样的情况下，需要可以容易地在受外部控制的同时沿着管状结构的内部进行操纵的装置。

这种装置的示例是常用于筛查结肠癌或胃癌的内窥镜(诸如，图1中示出的内窥镜)。内窥镜还可以被用于执行活检以测试可疑组织或者将肿瘤或息肉全部一起去除。典型的内窥镜是纤细的长柔性器械，其远端带有摄像头和灯，这种内窥镜具有用于引入柔性器械的工作通道¹。为了贯穿人体结肠移动，由内窥镜医师手动推动该装置。装置的远端可以转向，从而允许对移动方向进行某种控制。主体的其余部分是能被动屈伸的。当内窥镜医师推动内窥镜的端部以使内窥镜前进时，内窥镜的能被动屈伸的部分会造成结肠显著变形。结果，诸如结肠镜检查这样的过程对于患者来说可能是非常不舒服的。有证据²表明，对这种不适感的恐惧是患者逃避定期筛查的主要原因之一，因此是结直肠癌病例数量的重要影响因素。

尽管这些内窥镜的柔性使其能够被推动，但它们的柔性使其能够容易地在人体内部行进，这种完全一样的柔性可能是各种困难的根源。例如，当将柔性内窥镜穿过肠道前进时，内窥镜医师从一端推动。然后，柔性轴在结肠内部的部分对肠道壁施加力。另外，因为内窥镜的主体具有如此柔性，所以结肠内部的阻力也有可能防止远端在被推动时前进。结果，柔性轴的部分可能自身向回环绕，从而再次引起肠道大幅变形。这两种情形都会给患者带来极大的不适。³

双球囊肠镜(推拉式肠镜)是允许在小肠中进行完全可视化、活检和治疗的新方法⁴。双球囊肠镜使用两个球囊行进通过肠道；一个球囊在管外的端部而另一个球囊附接到内窥镜的端部⁵。通过利用两个球囊与肠壁的界面的摩擦，可以将肠镜进一步插入小肠中，而没有形成不必要的环。

胶囊内窥镜检查涉及患者吞咽小的其内安装有摄像头的药丸形装置。然后，该装置像食物一样被动地移动穿过整个消化道，沿途捕获图像并且将它们传输到外部视图屏幕^5，6。这种装置的问题在于，它无法被控制并因此产生必须被彻底检查以进行诊断的数个小时的影片。倘若发现可疑区域，也无法重新定位摄像头进行更详细的检查。