CN103166394B - 用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器 - Google Patents

Abstract

一种线圈系统的电动机领域的用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器，包括：辐射形定子机构以及套接于定子机构外部且同轴设置的复合转子机构；所述的复合转子机构包括：输出轴以及与之同轴设置的第一转子和第二转子，其中：第一转子活动设置于第二转子的内部，第二转子分别与定子机构和/或第一转子相接触。本发明使胃肠道机器人进一步小型化，提高其空间利用率，且在胃肠道环境下能有效动作。

Description

用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器

技术领域

本发明涉及的是一种内窥镜类仪器技术领域的装置，具体是一种用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器。

背景技术

现代快速的生活节奏改变了传统饮食结构，更加之环境污染、食品安全等一系列问题的出现，世界上胃肠道疾病的发病率正以每年2%的速度上升，而我国胃肠道疾病的发病率增速是世界水平的两倍。胃肠道的肿瘤与癌症是因消化道疾病死亡的主要原因，从临床角度来看，肿瘤与癌症在早期呈现出血与息肉征兆，其早期治愈率较高。因此，针对胃肠道进行早期肿瘤与癌症筛查有重大意义。

现阶段对消化道进行检查的主要工具是内窥镜。内窥镜主要用于获取消化道内壁图像。但由于其结构限制，内窥镜无法深入到小肠的某些部分，并且对可及部分存在一定的诊断盲区。虽然内窥镜检查方式直接，但病人在检查时因生理反射有较大的不适感。临床上虽然有借助麻醉的无痛内窥镜检查，但无法应用于对麻醉剂过敏的患者，且麻醉手段本身具有一定程度的危险性。同时，内窥镜检查也部分伴随有并发症出现。

胶囊内窥镜是传统内窥镜的“替代方案”。胶囊内窥镜作为一种可吞服被动式消化道诊断装置，具有胶囊级的微小体积，并能够无线传输体内消化道图像，最后通过人体肠道的生理蠕动排出体外。与传统内窥镜相比，其诊断过程无需医生手动操控，全程实现了微创诊断；但是，胶囊内窥镜的运动过程依赖肠道自然蠕动，无法对可疑病变部位实现静止观察，对遗漏的病灶部位也不能实现回退诊断；此外，临床上应用的胶囊内窥镜多为一次性产品，单次诊断成本较高。因此现阶段只能作为一种辅助诊断手段。

传统插入式内窥镜和胶囊内镜都有上述缺点和局限性。而微型人体胃肠道机器人可弥补传统插入式内窥镜和胶囊内镜存在的缺陷，该微型机器人可自主进入人体胃肠道，并且能够适应柔软、弯曲、狭小的人体胃肠道环境，携带工具完成所设定的微/无创诊疗。

目前胃肠道机器人主要分为仿生式胃肠道机器人和胶囊旋转式胃肠道机器人。仿生式胃肠道机器人有仿尺蛞式、仿蚯蚓式、仿鱼式以及仿多足昆虫式等。仿生式胃肠道机器人一般采用普通微型电机或特殊材料（SMA或EP）进行驱动，通过机械臂、机构外壁与胃肠道内壁相互作用，使仿生机器人在胃肠道内有效运动，但这对胃肠道有一定损伤，且缺点明显：普通微型电机驱动的仿生机器人外形尺寸较大，进一步小型化困难，空间利用率不高；特殊材料驱动的仿生机器人运动性能不够理想，存在驱动力太小或者动作响应频率低的问题。胶囊旋转式胃肠道机器人通过胶囊外壁螺纹或胶囊尾部的螺旋状构件与胃肠道内粘液、绒毛作用，从而推动胃肠道机器人运动。胶囊旋转式胃肠道机器人有普通微型电机驱动、体外磁场驱动两种。普通微型电机驱动的胶囊旋转式胃肠道机器人缺点主要在于驱动方式效率低下，而且其在运动过程中，无有效钳位机构，较难实现对病炤点稳定检测；体外磁场驱动的胶囊旋转式胃肠道机器人虽可对病炤点稳点检测，机构小型化，但驱动器机构和胶囊的控制过程都很复杂，不便于实际应用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101622773，公开日2010-01-06，记载了一种磁驱动器、磁驱动器的工作方法及采用该磁驱动器的胶囊型内窥镜，其磁驱动器包括:外壳、设置在外壳内的旋转移动磁体及固定磁体、配置在外壳外的线圈、设置在外壳内的感应区域。旋转移动磁体及固定磁体能够在包含磁化方向的平面内进行相对旋转。线圈产生使旋转移动磁体向使旋转移动磁体及固定磁体互相产生斥力的方向进行相对旋转的磁场。旋转移动磁体利用感应区域控制其因产生的斥力进行相对移动的方向。但该现有技术控制方式复杂，驱动方式效率低下，且无有效钳位机构，不能实现在病炤点的稳定检测。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器，使胃肠道机器人进一步小型化，提高其空间利用率，且在胃肠道环境下能有效动作。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：辐射形定子机构以及套接于定子机构外部且同轴设置的复合转子机构。

所述的同轴连接通过设置于第一转子中心的D字形中心孔以及径向横截面为D字形的输出轴实现。

所述的复合转子机构包括：输出轴以及由内而外依次套接的第一转子和第二转子，其中：第一转子活动设置于第二转子的内部并与输出轴同轴连接，第二转子分别与定子机构和/或第一转子相接触。

所述的辐射形定子机构包括：中心对称的若干带有线圈的定子臂，该定子臂的外端与复合转子机构相接触。

所述的第二转子包括：导磁的限位部分和导磁的传动部分，其中：第二转子的传动部分与所述定子臂的外端通过啮合方式实现接触，当定子臂上线圈的通电状态依次改变时，限位部分与第一转子相互吸引且传动部分与不同的定子臂依次相互啮合。

所述的限位部分设有与第一转子形状相匹配的限位孔。

所述的传动部分的内径与定子机构的外径之差等于第二转子限位部分限位孔直径与第一转子直径之差。

所述的第一转子为圆形或中心对称的多边形结构。

所述的输出轴的两端分别设置有相互闭合的上盖和圆底板，其中：上盖包裹于第二转子的外部。

技术效果

与现有技术相比，本发明可以实现胃肠道机器人在胃肠道环境下的有效动作，有利于胃肠道机器人实现小型化。本发明体积小，结构简单，控制方便，成本低，性能可靠，可以替代现有的胃肠道机器人中使用的普通电机，有利于提高胃肠道机器人空间利用率，使胃肠道机器人可以携带药物或者微型手术工具，极大地增强胃肠道机器人的功能。本发明也适用于安装空间受限，适用于电机驱动的场合。

附图说明

图1为本发明的外部结构立体图；

图2为定子和内齿圈结构立体图；

图3为第一转子和第二转子结构立体图；

图4为本发明底部结构立体图；

图5为第二转子结构示意图；

图6为本发明的结构爆炸图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图6所示，本实施例包括：辐射形定子机构以及套接于定子机构外部且同轴设置的复合转子机构。

如图2所示，所述的辐射形定子机构包括：中心对称的若干带有线圈8a、8b、8c的定子臂a、b、c，该定子臂的外端与复合转子机构相接触。

所述的复合转子机构包括：输出轴3以及与之同轴设置的第一转子4和第二转子11。

如图5所示，所述的第二转子11包括：导磁的限位部分5和导磁的传动部分6，其中：输出轴3依次穿过定子7和第一转子4中心且由第一转子4带动转动；传动部分6与所述定子臂a、b、c的外端通过啮合方式实现接触，当定子臂a、b、c上线圈8a、8b、8c的通电状态依次改变时，限位部分5与第一转子4相互吸引且传动部分与不同的定子臂a、b、c依次相互啮合。

本实施例中传动部分6的结构为内齿圈结构，定子7位于传动部分6的内圈且侧面有与传动部分6的内齿相啮合的齿结构，若干线圈8分别绕制于定子7上且均匀分布；传动部分6与限位部分5连接或者为一体化使得两者同步运动；第一转子4位于限位部分5中心开设的与第一转子4的形状相适应的限位孔内，两者之间存在间隙使得限位部分5相对第一转子4作向心运动。

所述的第一转子4为均匀分布的三臂结构，各条臂之间的夹角为120°。

所述的定子7的结构与第一转子4的结构相对应。

所述的输出轴3的两端分别设置有相互闭合的上盖10和圆底板1，其中：上盖10包裹于第二转子11的外部。

所述的输出轴3的两端分别由第一轴承2和第二轴承9与上盖10和圆底板1配合设置。

如图4所示，所述的上盖10与圆底板1为同心结构，上盖10下表面和圆底板1上表面密封连接。

所述的线圈8数量为3个，分别为绕置于定子臂a、定子臂b和定子臂c上的线圈8a、线圈8b和线圈8c。

本实施例逆时针转动的具体过程如下：

当定子臂a上所绕制的线圈8a通电时，由于磁场作用，限位部分5和传动部分6整体向定子臂a端移动，传动部分6内表面和定子臂a顶端齿轮面相互紧密啮合，此时，限位部分5和传动部分6整体只沿定子臂a对称线做向心运动，无切向位移，故与第一转子4无相互作用，第一转子4不动作，无转动输出。

待第一转子4和传动部分6整体动作稳定后，定子臂b上所绕制的线圈8b通电，而定子臂a上所绕制的线圈8a保持通电，由于磁场的作用，限位部分5和传动部分6整体在保持与臂a紧密啮合的同时，限位部分5和传动部分6整体逆时针做向心运动和切向运动复合的移动，直至传动部分6内表面和定子臂b顶端齿轮面相啮合，由于两者存在切向运动，第一转子4和限位部分5限位孔相互作用，第一转子4逆时针随之转过一定角度，转动经输出轴3逆时针输出。此运动过程后，第一转子4紧靠限位部分5限位孔。

定子臂a上所绕制的线圈8a断电的同时，定子臂c上所绕制的线圈8c通电，此时，定子臂b上所绕制的线圈8b仍保持通电，与上一过程类似，由于磁场作用，限位部分5和传动部分6整体在保持与臂b紧密啮合的同时，限位部分5和传动部分6整体逆时针做向心运动和切向运动复合的移动，直至传动部分6内表面和定子臂c顶端齿轮面相啮合。由于限位部分5和传动部分6整体存在切向运动，第一转子4和限位部分5限位孔相互作用，第一转子4将逆时针继续转动，第一转子4转动通过输出轴3逆时针输出。

当输出轴3停止转动时，定子臂b上所绕制的线圈8b断电，同时定子臂a上所绕制的线圈8a通电，而定子臂c上所绕制的线圈8c继续保持通电。定子臂c端顶端齿轮面继续和传动部分6啮合，限位部分5和传动部分6整体逆时针做向心运动和切向运动复合的运动，直至定子臂a顶端齿轮面和传动部分6相啮合。限位部分5和传动部分6存在切向运动，第一转子4和限位部分5限位孔相互作用，第一转子4将逆时针转动一定角度，第一转子4转动通过输出轴3逆时针输出。

当输出轴3动作完成后，即可重复上述定子7上绕制的线圈8a、b、c交替通电的过程，输出轴3就能逆时针将转动输出，偏心电磁驱动器逆时针旋转。

当需要顺时针转动时，其操作过程与逆时针转动时类似，即在对定子7上绕制线圈8a、b、c交替通电过程中，对定子7上绕制的线圈8a、b、c顺时针交替通电，输出轴3就能顺时针转动，偏心电磁驱动器顺时针旋转。

Claims (1)

1.一种用于胃肠道机器人的偏心电磁驱动器，其特征在于，包括：辐射形定子机构以及套接于定子机构外部且同轴设置的复合转子机构；

所述的复合转子机构包括：输出轴以及由内而外依次套接的第一转子和第二转子，其中：第一转子活动设置于第二转子的内部并与输出轴同轴连接，第二转子分别与定子机构或第一转子相接触；

所述的辐射形定子机构包括：中心对称的若干带有线圈的定子臂，该定子臂的外端与复合转子机构相接触；

所述的第二转子包括：导磁的限位部分和导磁的传动部分，其中：第二转子的传动部分与所述定子臂的外端通过啮合方式实现接触，当定子臂上线圈的通电状态依次改变时，限位部分与第一转子相互吸引且传动部分与不同的定子臂依次相互啮合；

所述的限位部分设有与第一转子形状相匹配的限位孔；

所述的传动部分的内径与定子机构的外径之差等于第二转子限位部分限位孔直径与第一转子直径之差；

所述的输出轴的两端分别设置有相互闭合的上盖和圆底板，其中：上盖包裹于第二转子的外部；

所述的同轴连接通过设置于第一转子中心的D字形中心孔以及径向横截面为D字形的输出轴实现；

所述的第一转子为圆形或中心对称的多边形结构。