本發(fā)明涉及醫(yī)用儀器和裝置，具體而言，涉及一種醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)學(xué)科技的快速迅猛發(fā)展，疾病診斷、監(jiān)測、采樣和活體內(nèi)臨場手術(shù)處理越來越趨于微創(chuàng)和無創(chuàng)化，因此對體內(nèi)微創(chuàng)醫(yī)療機器人的要求越來越高，特別是在體積、質(zhì)量、功能上提出了更高的要求。

目前商用膠囊多是被動隨消化系統(tǒng)蠕動而無法控制其方位，在腸道狹窄和皺褶區(qū)域會發(fā)生嵌頓、滯留現(xiàn)象。應(yīng)用內(nèi)鏡運動機器人的運動裝置尚處于試驗階段且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有的裝置是利用外界磁場對體內(nèi)驅(qū)動裝置的相互作用力實現(xiàn)其蠕動的功能，由于外界磁場漏磁較大，如果要實現(xiàn)體外磁場與體內(nèi)磁場的相互作用，那么體外磁場的體積會很大，不利于病人臨床上的安放和限制病人自由活動。

另一種現(xiàn)有無外驅(qū)動磁場的自給式驅(qū)動裝置是通過機械設(shè)計，采用動量交換的原理，通過驅(qū)動裝置可動部件的相互撞擊，實現(xiàn)運動裝置的前行，由于這種裝置需要通過撞擊實現(xiàn)，必然會損失很大的能量，而且會產(chǎn)生較大的震動，不利于裝置在人體內(nèi)的準(zhǔn)確運動控制和節(jié)能。

還有一種現(xiàn)有小體積的內(nèi)鏡驅(qū)動運動裝置，其利用空心螺線管通電產(chǎn)生磁場的原理，與永磁體相互作用，加之機械限位裝置，實現(xiàn)蠕動裝置的運動，該裝置由于永磁體的存在，為了減小永磁體自身的漏磁影響，只能是空心螺線管通電產(chǎn)生磁場，由于沒有導(dǎo)磁體的存著，使得線圈通電產(chǎn)生的磁場較弱，與永磁體的作用力非常小，并且驅(qū)動裝置在運動中需要始終通電，因此大大增加了該裝置的功耗，故這種裝置發(fā)熱嚴(yán)重，也同樣限制了其在人體內(nèi)的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種便于驅(qū)動控制、體積小、不依賴復(fù)雜外驅(qū)動磁場、功耗低的軸向驅(qū)動運動裝置，例如一種醫(yī)學(xué)用自給式軸向驅(qū)動運動裝置，以克服現(xiàn)有內(nèi)鏡或顯微手術(shù)機器人裝置中驅(qū)動運動裝置體積大以及功耗高的缺陷。

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置，所述裝置包括軸向主動磁力裝置、軸向被動磁力裝置以及限位裝置，其中：

所述軸向主動磁力裝置包括第一可動部件和第二可動部件，其中所述第一可動部件包括線圈、第一導(dǎo)磁體和第一基座，所述第一基座由非導(dǎo)磁材料制成，所述線圈和第一導(dǎo)磁體位于所述第一基座的徑向外側(cè)，且連接在所述第一基座上；所述線圈通電后產(chǎn)生磁場，斷電后磁場消失；所述第二可動部件包括軸向相互連接的推力盤和第二基座，所述推力盤和第二基座由導(dǎo)磁材料制成，所述推力盤的軸向面之一朝向所述第一導(dǎo)磁體，另一軸向面與所述第二基座的軸向端之一連接；

所述軸向被動磁力裝置包括第三可動部件和第四可動部件，其中所述第三可動部件包括第一磁體和第二導(dǎo)磁體，兩者位于所述第一基座的徑向外側(cè)，且連接在所述第一基座上；所述第四可動部件包括軸向相互連接的第二磁體和止動裝置；其中，所述第一磁體和第二磁體軸向?qū)R，且充磁方向相反；

所述限位裝置連接在所述第二基座的徑向外側(cè)，用于限制所述可動部件進(jìn)行單向軸向運動；其中，所述第四可動部件中的第二磁體相對于所述止動裝置的另一軸向端，連接在所述第二可動部件中的第二基座相對于所述推力盤的另一端，且所述第二可動部件和第四可動部件作為整體與所述第一基座間隙配合，且能夠相對于所述第一基座沿軸向滑動。

在其中一個實施例中，所述第一導(dǎo)磁體為第一殼體，所述第一殼體由導(dǎo)磁材料制成并具有空腔，所述線圈纏繞在所述第一殼體的空腔內(nèi)。

在其中一個實施例中，所述限位裝置為楔形截面結(jié)構(gòu)。

在其中一個實施例中，所述第一磁體和第二磁體均為徑向充磁或均為軸向充磁。

在其中一個實施例中，所述第一基座為第一套筒，所述第一套筒與所述第 一殼體過盈配合。

在其中一個實施例中，所述第二導(dǎo)磁體為第二殼體，所述第二殼體分別與所述第一套筒和所述第一磁體過盈配合。

在其中一個實施例中，所述第一可動部件和第二可動部件之間的軸向氣隙為1.5mm～2.5mm，所述第三可動部件和第四可動部件之間存在徑向氣隙，所述徑向氣隙為2～4mm。

在其中一個實施例中，所述限位裝置與所述第二基座之間的連接方式為膠粘接、銷連接或鍵連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供所述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置的使用方法，包括以下步驟：

a.對所述線圈通電從而產(chǎn)生磁場，所述第一導(dǎo)磁體在磁場作用下，吸引所述第二可動部件的推力盤，從而令相互連接的所述第二可動部件和第四可動部件共同朝所述第一導(dǎo)磁體的方向軸向運動，由此令所述第三可動部件中的第一磁體和第四可動部件中的第二磁體之間產(chǎn)生軸向錯位；

b.對所述線圈斷電從而停止產(chǎn)生磁場，所述限位裝置限制所述可動部件進(jìn)行單向軸向運動，由此所述第三可動部件在所述第一磁體和第二磁體的磁偏拉力相互作用下，朝所述第四可動部件軸向運動，同時帶動所述第一可動部件朝相同方向軸向運動；

c.所述第三可動部件的第一磁體與所述第四可動部件的第二磁體軸向?qū)R，磁偏拉力消失，所述第三可動部件的軸向運動停止；

d.重復(fù)以上步驟一次或多次，由此所述第一可動部件和第三可動部件與所述第二可動部件和第四可動部件輪流產(chǎn)生單方向軸向運動，令所述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置連續(xù)單向運動。

在其中一個實施例中，所述裝置的運動步長為1mm～2mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明采用線圈通電實現(xiàn)主動運動、同時利用第三可動部件和第四可動部件中磁體的自身回復(fù)力實現(xiàn)了相同方向的運動、限位裝置保證了該軸向驅(qū)動裝置的單方向運動，所述裝置體積很小，不需要體外磁場驅(qū)動裝置而完全自給式運動，由于在驅(qū)動運動過程中，線圈僅在 運動過程中的一半時間內(nèi)通電，而另一半時間內(nèi)是通過永磁體之間的吸引力實現(xiàn)了同方向的運動，因此大大減小了裝置的功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的其中一些實施例中的醫(yī)學(xué)用軸向驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實施方式。為簡便期間，下文的描述說明中省略了對屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)容的詳細(xì)說明描述。

如圖1所示，是本發(fā)明的軸向驅(qū)動裝置，例如一種醫(yī)學(xué)用自給式軸向驅(qū)動運動裝置。該裝置主要包括軸向主動磁力裝置、軸向被動磁力裝置以及限位裝置(6)。所述軸向主動磁力裝置包括第一可動部件和第二可動部件。其中，所述第一可動部件包括線圈(2)、第一導(dǎo)磁體(1)和第一基座(3)。在本實施例中，線圈(2)可以是例如導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干制成的線圈。所述線圈通電后產(chǎn)生磁場，斷電后磁場消失；第一導(dǎo)磁體(1)為第一殼體，以導(dǎo)磁材料制成并具有空腔；第一基座(3)為第一套筒，以非導(dǎo)磁材料制成。線圈纏繞在所述第一殼體的空腔內(nèi)，第一殼體位于第一套筒的徑向外側(cè)，且與所述第一殼體過盈配合。

所述第二可動部件包括以導(dǎo)磁材料制成的推力盤(4)和第二基座(5)，兩者軸向相互連接，例如粘接。在本實施例中，第二基座(5)為第二套筒，推力盤(4)的軸向面之一朝向第一套筒，另一軸向面與第二套筒的軸向端之一連接。

所述軸向被動磁力裝置包括第三可動部件和第四可動部件，其中：

所述第三可動部件包括第一磁體(10)和第二導(dǎo)磁體(8)。在本實施例中，第一磁體(10)為永磁體，第二導(dǎo)磁體(8)為第二殼體，兩者位于第一套筒的徑向外側(cè)，且第二殼體分別與第一套筒和第一磁體(10)過盈配合。

所述第四可動部件包括軸向相互連接的第二磁體(9)和止動裝置(7)；在 本實施例中，第二磁體(9)為永磁體，止動裝置(7)為擋環(huán)，例如螺紋鋁環(huán)。

本實施例的所述第三和第四可動部件中，所述第一磁體(10)和第二磁體(9)的材料可以是永磁體釹鐵硼N50UH、N30SH。第一磁體(10)和第二磁體(9)軸向?qū)R，且充磁方向相反，均為徑向充磁或均為軸向充磁。

所述限位裝置(6)連接在所述第二套筒的徑向外側(cè)，用于限制所述可動部件進(jìn)行單向軸向運動。在本實施例中，所述限位裝置(6)為楔形截面結(jié)構(gòu)。利用楔形體與接觸表面的相對角度不同，實現(xiàn)正反方向摩擦力的控制，即正向運動時摩擦力遠(yuǎn)小于磁驅(qū)動力而實現(xiàn)前進(jìn)，反向時摩擦力遠(yuǎn)大于磁驅(qū)動力而產(chǎn)生反向運動自鎖從而限位，由此，有助于實現(xiàn)單方向軸向運動。

所述第四可動部件中的第二磁體(9)相對于所述止動裝置(7)的另一軸向端，連接在所述第二可動部件中的第二套筒相對于所述推力盤(4)的另一端，且所述第二可動部件和第四可動部件作為整體與所述第一套筒間隙配合，例如軸向氣隙為1.5mm～2.5mm，且相對于所述第一基座(3)可軸向滑動。

本發(fā)明中，第一可動部件的所述第一導(dǎo)磁體(1)、第二可動部件的第二基座(5)，以及第三可動部件的第二導(dǎo)磁體(8)可以采用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，例如，采用電工純鐵、碳素鋼、鑄鐵、鑄鋼、合金鋼、1J50、1J79中一種或幾種的組合制成實體。所述第一基座(3)的材料為銅、鋁、聚酰亞胺、聚砜中一種或幾種的組合。

為了保證推力盤(4)、第二基座(5)和第二磁體(9)以及止動裝置(7)作為整體與第一基座(3)之間的間隙配合，第一可動部件中的第一基座(3)可以采用不導(dǎo)磁材料制成，如銅環(huán)、鋁環(huán)、聚酰亞胺環(huán)或聚砜環(huán)。

下面將結(jié)合附圖和上述實施例，說明本發(fā)明的一些實施例中的軸向驅(qū)動裝置的原理和使用方法。

如圖1所示的軸向驅(qū)動裝置實施例，其使用方法包括如下步驟：

a.對所述線圈(2)通電從而產(chǎn)生磁場，所述第一導(dǎo)磁體(1)在磁場作用下，吸引所述第二可動部件的推力盤(4)，從而令相互連接的所述第二可動部件和第四可動部件共同朝所述第一導(dǎo)磁體(1)的方向軸向運動，由此令所述第三可動部件中的第一磁體(10)和第四可動部件中的第二磁體(9)之間產(chǎn)生軸 向錯位；

在本實施例中，當(dāng)?shù)谝豢蓜硬考械木€圈通電后，第一可動部件的第一殼體(即第一導(dǎo)磁體(1))對第二可動部件的推力盤(4)產(chǎn)生吸引力的作用，由于第二可動部件與第四可動部件和第一可動部件的第一套筒之間為間隙配合，使得第二可動部件以及第四可動部件沿軸向向左(即第一殼體所在方向)運動，由此令所述第三可動部件中的第一磁體(10)和第四可動部件中的第二磁體(9)之間產(chǎn)生軸向錯位。

b.對所述線圈(2)斷電從而停止產(chǎn)生磁場，所述限位裝置(6)使得所述可動部件僅單向運動，在本實施例中，其限制所述第四可動部件向所述第三可動部件的軸向運動，由此所述第三可動部件在所述第一磁體(10)和第二磁體(9)的磁偏拉力相互作用下，朝所述第四可動部件軸向運動，同時帶動所述第一可動部件朝相同方向軸向運動；

在本實施例中，可以在例如當(dāng)?shù)谝豢蓜硬考牡谝粴んw(即第一導(dǎo)磁體(1))與第二可動部件的推力盤(4)接觸時，給第一可動部件的第一殼體中的線圈(即磁場發(fā)生器(2))斷電，令其停止產(chǎn)生磁場，此時，由于第三可動部件中的第一磁體(10)和第四可動部件中的第二磁體(9)存在軸向錯位，因此磁體之間產(chǎn)生力的作用，即磁偏拉力；同時，由于限位裝置(6)的存在，第四可動部件無法向右運動，那么根據(jù)作用力反作用力的原理，只能是第三可動部件沿左側(cè)運動；

c.所述第三可動部件的第一磁體(10)與所述第四可動部件的第二磁體(9)軸向?qū)R，磁偏拉力消失，所述第三可動部件的軸向運動停止；

在本實施例中，當(dāng)?shù)谌蓜硬考牡谝淮朋w(10)與第四可動部件的第二磁體(9)在軸向方向上對齊時，磁體之間作用力(磁偏拉力)消失，所述第三可動部件的軸向運動停止；

d.重復(fù)以上步驟一次或多次，由此所述第一可動部件和第三可動部件與所述第二可動部件和第四可動部件輪流產(chǎn)生單方向軸向運動，令所述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置連續(xù)單向運動。

在本實施例中，所述裝置的運動步長為1mm～2mm，通過重復(fù)上述步驟，第一 可動部件和第三可動部件與第二可動部件和第四可動部件輪流產(chǎn)生單方向軸向運動，周而復(fù)始，整個裝置便形成了連續(xù)向左運動的功能。

需要說明的是，由于第一可動部件和第三可動部件為過盈連接，因此上述描述中，凡是提及第一可動部件運動或第三可動部件運動，均指的是兩者同時運動，同理，由于第二可動部件與第四可動部件通過膠粘接，因此上述描述中，凡是提及第二可動部件運動或第四可動部件運動，均指的是兩者同時運動。

本發(fā)明的其中一些實施例中，還提供包含上述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置的內(nèi)鏡或顯微手術(shù)機器人裝置。例如，所述的內(nèi)鏡或顯微手術(shù)機器人裝置包含：上述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置；通訊裝置，用于與外部裝置進(jìn)行信號傳遞；感應(yīng)器裝置；和/或控制裝置，用于控制所述驅(qū)動裝置、通訊裝置和感應(yīng)器裝置中的一種或多種。

本發(fā)明的其中一些實施例中，上述醫(yī)用自給式軸向驅(qū)動裝置、內(nèi)鏡或顯微手術(shù)機器人裝置或使用方法可以用于體內(nèi)監(jiān)測、采樣、手術(shù)處理、診斷等醫(yī)學(xué)用途。

本發(fā)明采用線圈通電實現(xiàn)主動運動、同時利用第三可動部件和第四可動部件中磁體的自身回復(fù)力實現(xiàn)了相同方向的運動、限位裝置保證了該軸向驅(qū)動裝置的單方向運動，所述裝置體積很小，不需要體外磁場驅(qū)動裝置而完全自給式運動，由于在驅(qū)動運動過程中，線圈僅在運動過程中的一半時間內(nèi)通電，而另一半時間內(nèi)是通過磁體之間的吸引力實現(xiàn)了同方向的運動，因此大大減小了裝置的功耗。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。