[发明专利]可驱动软体机器人及其制备方法、形状感知方法及系统

说明书

本发明公开了一种可驱动软体机器人及其制备方法、形状感知方法及系统，其中，该可驱动软体机器人包括：可驱动软管和形态感知模块，可驱动软管为混合有磁性材料的柔性聚合物制备而成的均匀连续结构；形状感知模块包括穿透所述可驱动软管中的N根单模传感光纤，N根单模传感光纤构成正N棱柱，正N棱柱的中心轴与可驱动软管的中心轴重叠，所述单模传感光纤用于接收光纤中光信号传播过程中的瑞利后向散射波段。可驱动软管内掺杂有磁性材料，可通过外部磁控装置灵活控制机器人各个部位的形变，具有全方位方向控制能力，可以减小在递送过程中对内部结构的损害。

技术领域

本发明属于小型机器人技术领域，更具体地，涉及一种可驱动软体机器人及其制备方法、形状感知方法及系统。

背景技术

在现有的医疗领域中，手术插管过程中普遍做法是依靠医学影像或其他灰度图像的监控和引导，其中超声成像清晰度低、分辨力有限，且受空气影响不易用于观察肺部、骨骼及头部；计算机断层扫描会导致患者面临极大的磁辐射，且无法多平面成像；造影成像则需要注入大量造影剂同时也会受到一定量的辐射，过程较复杂。而光纤重构技术具有无辐射、实时获取软体机器人的真实形态、不受电磁干扰等优势，因此，基于光纤重构的小型机器人被普遍适用于医疗领域。但是，现有机器人普遍是基于气动或液压驱动，机器人本身被严重束缚，驱动过程复杂且难以精确控制，这限制了它们在通常需要无束缚驱动的实际医疗应用中的使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可驱动软体机器人及其制备方法、形状感知方法及系统，其目的在于简化机器人的结构并提高驱动的可控性，由此解决驱动过程复杂且难以精确控制的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种可驱动软体机器人，其包括：

可驱动软管，为混合有磁性材料的柔性聚合物制备而成的均匀连续结构；

形状感知模块，包括穿透所述可驱动软管的N根单模传感光纤，N根单模传感光纤构成正N棱柱，正N棱柱的中心轴与可驱动软管的中心轴重叠，所述单模传感光纤用于接收光纤中光信号传播过程中的瑞利后向散射波段，N≥3。

在其中一些实施例中，所述柔性聚合物包括PDMS、TPU、SEBS、Ecoflex中的任一种，所述磁性材料包括磁性颗粒钕铁硼粉末或四氧化三铁粉末。

在其中一些实施例中，还包括：

功能性外壳模块，包覆于所述可驱动软管外表面，所述功能性外壳模块的材料包括丙烯酰胺、丙烯酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮中的任一种。

在其中一些实施例中，还包括：

磁控设备，用于控制所述可驱动软管各部分的自由运动。

按照本发明的第二个方面，提供了一种可驱动软体机器人制备方法，其包括：

将磁性材料和柔性聚合物混合，形成混合材料；

将所述混合材料倒入模具，制备可驱动软管，所述可驱动软管中预留有N个光纤输入孔；

对可驱动软管置于磁场中进行磁化；

将N根单模传感光纤分别嵌入对应的光纤输入孔，得到可驱动软体机器人，其中，N根单模传感光纤构成正N棱柱，正N棱柱的中心轴与可驱动软管的中心轴重叠，所述单模传感光纤用于接收光纤中光信号传播过程中的瑞利后向散射波段，N≥3。

按照本发明的第三个方面，提供了一种可驱动软体机器人的形状感知方法，其包括：

将可驱动软体机器人的一端作为固定端固定，另一端作为自由端送进目标对象内，所述可驱动软体机器人为上述任一项所述的可驱动软体机器人；