[0003] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种应用于血栓清除手术的自收束、自展开的具有具体清除血栓结构的微小机器人及其控制方法，通过将微小机器人技术与当前血管内手术技术相结合，在一定程度上降低了血管手术的风险。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 本发明一种应用于血栓清除手术的微小机器人，包括机器人操作端主体和外部控制传动端模块。所述的机器人操作端主体包括头部展开机构、前后端撑开机构、中部撑开机构、套筒、刀具组件和多层心轴。
[0006] 所述的头部展开机构包括固定轴、撑开件、热膨胀元件、支撑件和摆杆机构；所述的热膨胀元件和支撑件均与固定轴固定，支撑件与固定轴同轴设置；热膨胀元件内设有磁控元件；所述的撑开件固定在热膨胀元件一端；所述的摆杆机构包括摆杆和盖板；摆杆两端分别与撑开件和盖板中部铰接；盖板一端与支撑件铰接；三个以上摆杆机构沿撑开件周向均布，每相邻两个摆杆机构的盖板之间通过过滤网连接。
[0007] 所述的前后端撑开机构由连杆连接件一、连杆连接件二和三个以上连杆机构组成，所述的中部撑开机构由连杆连接件一、连杆连接件二和三个以上连杆机构组成；所述的连杆机构包括连杆一、连杆二、连杆三和表面撑开盖；连杆二和连杆三一端均铰接在连杆连接件二上，另一端均与表面撑开盖铰接；连杆二和连杆三长度相等，且平行设置；连杆一一端铰接在连杆连接件一上，另一端铰接在连杆三上；连杆连接件二与连杆连接件一构成沿连杆连接件一轴向的滑动副；前后端撑开机构设有两个，设置在前部的前后端撑开机构的连杆连接件一与套筒构成滑动副；设置在后部的前后端撑开机构的连杆连接件二与中部撑开机构的连杆连接件一固定。
[0008] 所述的刀具组件主要由刀具架、刀具和刀具架挡板组成；刀具架和中部撑开机构中连杆连接件二的相对面均固定有磁性材料；刀具架上的磁性材料与中部撑开机构中连杆连接件二上固定的磁性材料相互吸附；所述的刀具设有两个，每个刀具内端与铰接在刀具架上的一个刀具传动齿轮固定；刀具架背向多层心轴中第三层传动轴的一端设有限位肩，刀具架挡板与刀具架朝向多层心轴中第三层传动轴的一端固定；
[0009] 所述的多层心轴包括第一层传动心轴、第二层传动轴、第三层传动轴、第四层传动轴、第五层传动轴和第六层传动轴；所述的第一层传动心轴与头部展开机构的固定轴固定；所述的第二层传动轴套置在第一层传动心轴外，穿过设置在前部的前后端撑开机构的连杆连接件一，并与该前后端撑开机构的连杆连接件二构成螺旋副；所述的第三层传动轴套置在第二层传动轴外，并与套置在刀具组件外的套筒构成螺旋副；所述的第四层传动轴套置在第三层传动轴外，第四层传动轴的外圆面一端固定有两个齿条，每个齿条与刀具组件的一个刀具传动齿轮啮合；所述的第五层传动轴套置在第四层传动轴外，并穿过中部撑开机构的连杆连接件一与中部撑开机构的连杆连接件二构成螺旋副；所述的第六层传动轴套置在第五层传动轴外，穿过设置在后部的前后端撑开机构的连杆连接件一，并与设置在后部的前后端撑开机构的连杆连接件二构成螺旋副。所述的外部控制传动端模块驱动第一层传动心轴、第二层传动轴、第三层传动轴和第四层传动轴沿各自轴向平移，并驱动第二层传动轴、第三层传动轴、第四层传动轴、第五层传动轴和第六层传动轴绕各自中心轴线旋转。
[0010] 优选地，所述的热膨胀元件采用单向纤维强化复合材料。
[0011] 优选地，所述磁控元件的材料为铁或钢。
[0012] 优选地，所述刀具的外端面为曲面。
[0013] 优选地，所述的第一层传动心轴、第二层传动轴、第三层传动轴、第四层传动轴、第五层传动轴和第六层传动轴的材料均采用聚氨酯。
[0014] 优选地，所述的连杆一、连杆二、连杆三和表面撑开盖的材料均采用钛合金或钴基合金。
[0015] 优选地，所述的外部控制传动端模块包括导轨、滑动基座组件、固定基座、底座、伺服电机组件、驱动机构一、驱动机构二、驱动机构三、驱动机构四和驱动机构五。两根导轨平行固定于底座上；固定基座固定在底座上；所述的滑动基座组件包括滑动基座一和滑动基座二；滑动基座一和滑动基座二均与两根平行导轨构成滑动副；滑动基座一和滑动基座二侧面均固定有齿条；所述的伺服电机组件包括伺服电机一和伺服电机二；伺服电机一和伺服电机二的壳体均固定在底座上，伺服电机一和伺服电机二的输出轴上均固定有直齿轮一；滑动基座一和滑动基座二上的齿条分别与伺服电机一和伺服电机二输出轴上的直齿轮一啮合；第一层传动心轴与滑动基座一构成滑动副，第二层传动轴与滑动基座一构成转动副，第三层传动轴与滑动基座二构成转动副，第四层传动轴和第五层传动轴均与固定基座构成滑动副。所述的驱动机构一、驱动机构二、驱动机构三、驱动机构四和驱动机构五的结构完全相同，均包括减速电机、直齿轮二、直齿轮三、齿轮轴、锥齿轮一和锥齿轮二；减速电机的输出轴与锥齿轮二固定；锥齿轮二与固定在齿轮轴上的锥齿轮一啮合；齿轮轴上还固定有直齿轮三，直齿轮三与直齿轮二啮合；驱动机构一和驱动机构二中减速电机的壳体均固定在滑动基座一上，驱动机构三中减速电机的壳体固定在滑动基座二上，驱动机构四和驱动机构五中减速电机的壳体均固定在固定基座上；驱动机构一和驱动机构二的齿轮轴均与滑动基座一构成转动副，驱动机构三的齿轮轴与滑动基座二构成转动副，驱动机构四和驱动机构五的齿轮轴与固定基座构成转动副；驱动机构一、驱动机构二、驱动机构三、驱动机构四和驱动机构五的直齿轮二分别与第二层传动轴、第三层传动轴、第四层传动轴、第五层传动轴和第六层传动轴固定。
[0016] 优选地，所述的外部交变磁场、伺服电机一、伺服电机二和减速电机均由外部控制器控制。
[0017] 该应用于血栓清除手术的微小机器人的控制方法，具体步骤如下：
[0018] 1)伺服电机一经直齿轮一和齿条驱动滑动基座一水平移动，从而带动头部展开机构和设置在前部的前后端撑开机构向前轴向运动；
[0019] 2)驱动机构二驱动第三层传动轴转动，使得套筒向前移动，给刀具组件的展开腾出空间；
[0020] 3)驱动机构一驱动第二层传动轴转动，驱动机构五驱动第六层传动轴转动，使得两个前后端撑开机构的连杆连接件二向前轴向运动，此时两个前后端撑开机构的连杆连接件一均保持不动，从而带动两个前后端撑开机构的连杆一、连杆二和连杆三，使得两个前后端撑开机构上各连杆机构的表面撑开盖向外展开，实现两个前后端撑开机构的展开；
[0021] 4)驱动机构四驱动第五层传动轴转动，使得中部撑开机构的连杆连接件二和刀具组件同步向后轴向运动，此时中部撑开机构的连杆连接件一保持不动，从而带动中部撑开机构的连杆一、连杆二和连杆三，使得中部撑开机构上各连杆机构的表面撑开盖向外展开，实现中部撑开机构的展开；
[0022] 5)外部交磁场使头部展开机构内的磁控元件产生感应电流发热，热膨胀元件受热膨胀后推动撑开件向前轴向移动，使得各摆杆机构的盖板展开，进而过滤网张开；
[0023] 6)伺服电机二经直齿轮一和齿条驱动滑动基座二水平移动，由于刀具架上的磁性材料与中部撑开机构中连杆连接件二上的磁性材料吸附力作用，刀具架不动，而第四层传动轴上的齿条与刀具的刀具传动齿轮啮合，第四层传动轴的轴向运动转换为刀具的旋转运动，实现刀具展开；刀具展开到与刀具架的限位肩接触后，伺服电机二驱动滑动基座二水平移动和滑动基座二上驱动机构三驱动第四层传动轴转动共同进行，第四层传动轴向前轴向运动的同时具有旋转运动，此时，由于刀具受刀具架的限位肩作用下大于刀具架上的磁性材料与中部撑开机构中连杆连接件二上的磁性材料吸附力，刀具架与中部撑开机构的连杆连接件二脱离，实现刀具旋转运动和轴向运动的组合运动；
[0024] 7)伺服电机二和驱动机构三的减速电机均反转，刀具组件向后运动，刀具架上的磁性材料与中部撑开机构中连杆连接件二上的磁性材料重新吸附，然后驱动机构三的减速电机停转，刀具在伺服电机二驱动下收拢；
[0025] 8)撤去外部交变磁场，热膨胀元件降温使得撑开件复位，进而过滤网收回到各摆杆机构的盖板之间；
[0026] 9)驱动机构四的减速电机反转，中部撑开机构收拢；
[0027] 10)驱动机构一和驱动机构五的减速电机均反转，两个前后端撑开机构收拢；
[0028] 11)驱动机构二的减速电机二反转，使得套筒向后移动复位；
[0029] 12)伺服电机一反转，头部展开机构和设置在前部的前后端撑开机构向后轴向运动复位；至此，整个机器人操作端主体收束为最初的圆柱形，以便退出人体血管。
[0030] 本发明具有的有益效果：
[0031] 本发明是一种依靠外部动力传递，实现内部微小结构运动作业的微小机器人；是一种具有多层传动轴并独立控制的微小机器人；是一种可以根据手术实际需要完成自收束、自展开过程的微小机器人；是一种适用于血管内血栓清除手术的微小医学机器人。特别地，刀具在微小机器人运动过程中收拢，达到血栓位置后能展开，并能实现刀具沿血管方向前进和旋转运动同时进行，从而实现机械性清除血栓的目的，而且刀具外端面为曲面，防止对血管内壁造成伤害。另外，过滤网能单独控制收拢或展开，实现过滤网在微小机器人运动过程中收拢，达到血栓位置后展开收集被清除的血栓，收集完毕后再收拢。
