RU2469752C1

RU2469752C1 - Medical microrobot

Info

Publication number: RU2469752C1
Application number: RU2011120517/14A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Агапов; Андрей Емельянович Городецкий; Андрей Юрьевич Кучмин; Елена Николаевна Селиванова
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт проблем машиноведения
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-20

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: device contains flexible case jacket 1, flexible strands 2 of propeller mechanism, piezoelectric rotary electric drive 3 of propeller mechanism, power unit 4, control unit 5, unit of image obtaining and transmission 6, container for transportation of medicinal substances 7 with controllable valve 8, strand 9 of propelling agent with piezoelectric engine 10, tripod mechanisms 11 with bars 12 and actuators 13 on linear electric drives, bars 14 of platforms of tripods 11 with actuators 15 on linear electric drives.

EFFECT: increased efficiency of medication delivery into hard to reach areas of the organism due to increase of load capacity and flexibility of construction.

2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинским микророботам и предназначено для транспортировки лекарственных препаратов по венам живого организма.The invention relates to medical microrobots and is intended for the transport of drugs through the veins of a living organism.

Известен спиральный плавающий микроробот, содержащий искусственные "хвостики" - свитые в спирали плоские ленточки, связанные с магнитной головкой, управляемой внешним магнитным полем. Длина лент составляет от 25 до 75 микрометров, толщина равна 27-42 нанометрам, ширина - менее 2 микрометров, а диаметр спирали - около 3 мкм. Недостатками этого устройства являются высокая сложность управления, требующая применения специальных средств визуализации положения микроробота в живом организме, низкая точность позиционирования и сильная зависимость от внешних электромагнитных полей (Appl. Phys. Lett. 94, 064107 (2009); Artificial bacterial flagella: Fabrication and magnetic control, Li Zhang 1, Jake J. Abbott 1, 2, Lixin Dong 1, 3, Bradley E. Kratochvill, Dominik Belli, and Bradley J. Nelson 1).Known spiral floating microrobot containing artificial "ponytails" - flat ribbons twisted into spirals associated with a magnetic head controlled by an external magnetic field. The length of the tapes is from 25 to 75 micrometers, the thickness is 27-42 nanometers, the width is less than 2 micrometers, and the diameter of the spiral is about 3 microns. The disadvantages of this device are the high complexity of control, which requires the use of special means of visualizing the position of the microrobot in a living organism, low positioning accuracy and a strong dependence on external electromagnetic fields (Appl. Phys. Lett. 94, 064107 (2009); Artificial bacterial flagella: Fabrication and magnetic control, Li Zhang 1, Jake J. Abbott 1, 2, Lixin Dong 1, 3, Bradley E. Kratochvill, Dominik Belli, and Bradley J. Nelson 1).

Наиболее близким к заявляемому является устройство внутритрубного миниатюрного робота перемещения, предназначенного для диагностики труб малого диаметра. Робот имеет жесткий корпус, внутри которого последовательно по ходу движения робота расположены электрически связанные между собой блок питания, блок управления и гребной механизм, содержащий электрический привод, шток которого соединен посредством гибкой связи с модулем, содержащим скользящие группы лепестковых упоров (Gradetsky V., Solovtsov V., Kniazkov M., Rizzotto G., Amato P. Modular design of electro-magnetic mechatronic microrobots // Proceedings of the 6-th International Conference CLAWAR 2003, Catania, Italy, 2003. P.651-658).Closest to the claimed device is an in-tube miniature robot for moving, intended for the diagnosis of pipes of small diameter. The robot has a rigid body, inside of which, in parallel with the movement of the robot, a power supply unit, a control unit and a rowing mechanism containing an electric drive are located, the rod of which is connected via flexible coupling to a module containing sliding groups of lug stops (Gradetsky V., Solovtsov V., Kniazkov M., Rizzotto G., Amato P. Modular design of electro-magnetic mechatronic microrobots // Proceedings of the 6th International Conference CLAWAR 2003, Catania, Italy, 2003. P.651-658).

Маршевый электродвигатель привода осуществляет выдвижение нужной группы лепестков упора, ориентированных под определенным углом к поверхности трубы, что позволяет роботу двигаться в желаемом направлении. Скользящие упоры в данной конструкции позволяют перемещаться со скоростью до 7 см/с в резонансном режиме работы маршевого двигателя и при этом не повреждают стенки трубопровода. При периодическом включении и выключении обмотки соленоида маршевого двигателя происходит втягивание штока, выталкиваемого пружиной. Продвижение робота происходит в том направлении, в котором наклонены лепестки упоров.The marching electric drive motor extends the desired group of stop lobes oriented at a certain angle to the pipe surface, which allows the robot to move in the desired direction. The sliding stops in this design allow you to move at a speed of up to 7 cm / s in the resonant mode of operation of the mid-flight engine and do not damage the walls of the pipeline. When the winding of the main engine solenoid is periodically turned on and off, the rod is retracted by the spring. The robot advances in the direction in which the petals of the stops are tilted.

Основными недостатками такого устройства являются малая грузоподъемность, так как его тяга определяется анизотропностью трения при движении робота, и малая гибкость конструкции, снижающая его проходимость в сложных профилях окружающей поверхности.The main disadvantages of such a device are its low carrying capacity, since its thrust is determined by the anisotropic friction during the movement of the robot, and its low design flexibility, which reduces its throughput in complex profiles of the surrounding surface.

Задачей изобретения является повышение грузоподъемности и гибкости конструкции.The objective of the invention is to increase the carrying capacity and design flexibility.

Технический результат от повышения грузоподъемности и гибкости конструкции состоит в повышении эффективности доставки лекарственных препаратов в требуемые трудно доступные участки организма.The technical result of increasing the carrying capacity and design flexibility is to increase the efficiency of drug delivery to the required difficult to reach areas of the body.

Указанная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, как и принятое за прототип, имеет жесткий корпус, внутри которого последовательно по ходу движения робота расположены электрически связанные между собой блок питания, блок управления и гребной механизм.This problem is solved due to the fact that the proposed device, like the one taken as a prototype, has a rigid case, inside of which, in parallel with the movement of the robot, a power supply unit, a control unit and a rowing mechanism are electrically connected.

Однако, в отличие от известного, в предлагаемое устройство введены установленный перед блоком питания блок получения и передачи изображения, электрически связанный с блоками питания и управления, установленный за блоком питания контейнер для транспортировки лекарственных веществ с управляемой заслонкой и установленный за гребным механизмом винтовой, либо жгутиковый движитель с пьезоэлектрическим двигателем, электрически соединенным с блоками управления и питания, а корпус выполнен в виде гибкого чехла, надетого на систему трех соединенных между собой со сдвигом в 120 градусов в плоскости поперечного сечения триподных механизмов, каждый из которых содержит триподы, последовательно соединенные таким образом, что верхняя платформа одного трипода является нижней платформой последующего, при этом платформы выполнены в виде образующих треугольник штанг, состоящих из двух частей, между которыми расположены актуаторы с линейными электроприводами, электрически связанными с блоками управления и питания, а гребные механизмы установлены в узлах крепления штанг платформ и содержат гибкие жгутики, связанные с пьезоэлектрическими поворотными электроприводами, электрически связанными с блоками управления и питания.However, unlike the known device, the image acquisition and transmission unit installed in front of the power supply unit, electrically connected to the power supply and control units, a container for transporting medicinal substances with a controlled shutter and installed behind the propeller screw or flagellar, is installed in the proposed device mover with a piezoelectric motor electrically connected to the control and power units, and the body is made in the form of a flexible cover worn on a system of three connections interconnected with a shift of 120 degrees in the plane of the cross section of the tripod mechanisms, each of which contains tripods, connected in series so that the upper platform of one tripod is the lower platform of the subsequent one, while the platforms are made in the form of two-part triangles between which there are actuators with linear electric drives electrically connected to control and power units, and rowing mechanisms are installed in the attachment points of the platform rods and with hold flexible flagella associated with rotary piezoelectric actuators, electrically connected with the control and supply units.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, а на фиг.2 изображена схема расположения триподных механизмов.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device, and Fig.2 shows a layout of tripod mechanisms.

На чертежах приняты следующие обозначения: гибкий чехол корпуса 1, гибкие жгутики 2 гребного механизма, пьезоэлектрические поворотные электроприводы 3 гребного механизма, блок питания 4, блок управления 5, блок получения и передачи изображения 6, контейнер для транспортировки лекарственных веществ 7 с управляемой заслонкой 8, жгутик 9 движителя с пьезоэлектрическим двигателем 10, триподные механизмы 11 со штангами 12 и актуаторами 13 на линейных электроприводах, штанги 14 платформ триподов 11 с актуаторами 15 на линейных электроприводах.The following notations are used in the drawings: a flexible case cover 1, flexible flagella 2 of a propeller, piezoelectric rotary electric drives 3 of a propeller, a power supply 4, a control unit 5, an image receiving and transmitting unit 6, a container for transporting drugs 7 with a controlled shutter 8, flagellum 9 of a mover with a piezoelectric motor 10, tripod mechanisms 11 with rods 12 and actuators 13 on linear electric drives, rods 14 of tripod platforms 11 with actuators 15 on linear electric drives.

Работа устройства.The operation of the device.

После введения медицинского микроробота в вену (сосуд) включается блок питания 4, затем блок управления 5 и блок получения и передачи изображения 6. Блок получения и передачи изображения 6 передает изображение внутренних стенок сосуда перед роботом оператору и блоку управления 5. Блок управления 5 анализирует полученное изображение и подает сигнал управления на линейные электродвигатели актуаторов 15, изменяющих размер штанг 14 и соответственно толщину робота в зависимости от текущей величины сечения сосуда. Одновременно блок управления 5 подает управляющее напряжение на актуаторы 13 штанг 12 триподов 11, изменяющих положение их платформ и соответственно изгибающих тело робота в соответствии с текущим изгибом внутренних стенок сосуда. Кроме того, блок управления 5 подает управляющее напряжение на пьезоэлектрический двигатель 10, вращающий жгутик 9 для обеспечения продвижения робота вдоль сосуда, и на пьезоэлектрические поворотные приводы 3 гребного механизма, создающего гребные движения жгутиков 2. Благодаря гребным движениям жгутиков 2 обеспечивается большая проходимость робота в трудно доступных участках и, кроме того, гребные движения жгутиков 2 могут создавать эффект чистки внутренней поверхности сосуда. Также улучшение проходимости робота достигается за счет поворотов робота и изменения его толщины. После прибытия робота к месту назначения блок управления 5 подает команду на открытие управляемой заслонки 8 контейнера 7 и происходит выгрузка находящихся в нем лекарственных веществ.After the medical micro-robot is inserted into the vein (vessel), the power supply unit 4 is turned on, then the control unit 5 and the image receiving and transmitting unit 6. The image receiving and transmitting unit 6 transmits the image of the inner walls of the vessel in front of the robot to the operator and control unit 5. The control unit 5 analyzes the received image and provides a control signal to the linear motors of the actuators 15, changing the size of the rods 14 and, accordingly, the thickness of the robot, depending on the current value of the cross section of the vessel. At the same time, the control unit 5 supplies the control voltage to the actuators 13 of the rods 12 of the tripods 11, which change the position of their platforms and accordingly bend the body of the robot in accordance with the current bend of the inner walls of the vessel. In addition, the control unit 5 supplies a control voltage to the piezoelectric motor 10, the rotating flagellum 9 to ensure the robot moves along the vessel, and to the piezoelectric rotary actuators 3 of the rowing mechanism that generates the rowing movements of the flagella 2. Thanks to the rowing movements of the flagella 2, the robot is more difficult to pass through accessible areas and, in addition, the rowing movements of the flagella 2 can create the effect of cleaning the inner surface of the vessel. Also, the robot’s cross-country ability is improved by turning the robot and changing its thickness. After the robot arrives at its destination, the control unit 5 gives a command to open the controlled shutter 8 of the container 7 and the unloading of medicinal substances in it takes place.

Таким образом, производится доставка лекарственных веществ в трудно доступные места живого организма с высокой эффективностью.Thus, the delivery of drugs to difficult to access places of a living organism with high efficiency.

Claims

A medical micro-robot containing a case, inside of which, in parallel with the movement of the robot, a power supply unit, a control unit and a rowing mechanism are arranged, characterized in that the image receiving and transmitting unit installed in front of the power supply unit is electrically connected to the power supply units and control box, a container for transporting drugs with a controlled shutter installed behind the power supply unit and a screw or flagellar movement mounted behind the propeller mechanism an object with a piezoelectric motor electrically connected to control and power units, and the housing is made in the form of a flexible cover worn on a system of three connected to each other with a shift of 120 ° in the cross-sectional plane of the tripod mechanisms, each of which contains tripods connected in series, while the upper platform of one tripod is the lower platform of the subsequent one, and the platforms are made in the form of a triangle forming rods, consisting of two parts, between which there are actuators with linear electric ktroprivodami electrically connected with the control and supply units; rowing mechanisms installed in the attachment points of the platform rods contain flexible flagella associated with piezoelectric rotary electric drives electrically connected to control and power units.