CN104027060B - 用于胃肠道的胶囊型内窥机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人，包括上壳体，视觉元件，第一驱动电机，第二驱动电机，微型电池，控制及无线收发模块和下壳体；所述上壳体内部空心、质轻，所述下壳体为实心、质重，所述上壳体和下壳体密封安装；所述视觉元件安装在下壳体前部，所述第一驱动电机和第二驱动电机安装在所述下壳体前段的左右两侧，所述微型电池安装在下壳体中部，所述控制及无线收发模块安装在下壳体的后部。本发明整体构件少、结构简单、体积小，而且采用左右两侧振动电机驱动，使得胶囊机器人运动灵活、可控制性强。胶囊机器人的外壳为椭球状，其与胃肠道的兼容性好，不易会对人体内腔造成伤害，实现人体微创、无创检查。

Description

用于胃肠道的胶囊型内窥机器人

技术领域

本发明涉及一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人。

背景技术

消化性溃疡是一种常见的消化道疾病，其发病率高达10%~20%，同时也是导致上消化道出血的常见因素。内窥设备可以帮助医护人员检查人体胃肠道情况，并进行对症治疗。然而，传统内窥镜、胃肠镜检查给病人带来诸多痛苦，传统胃肠镜通常是从口腔进入病人体内，而人体的消化道总长度达几米，这样的检查往往给病人的耐受能力带来考验，同时也存在着交叉感染的风险。

经过对现有技术的检索发现，专利文献号US20050171418A1，设计了一种胶囊型内窥镜系统。该机器人能够拍摄人体器官内部图像，也能够携带药物并在人体内释放，具备体积小的特点。但由于缺乏驱动元件，使得机器人无法在人体内自主运动，只能依靠肠胃蠕动来移动，这种被动驱动方法缺乏运动自主性。同时，该机器人的移动方式可能导致医护人员对人体内一些特定位置无法做到详细反复的检查。

中国专利CN101217912A公开了一种利用外磁场来引导内窥机器人的系统，包括一个产生磁场的外部磁场系统，一个磁式胶囊机器人。外部磁系统产生的磁场可对位于人或动物器官内的内窥镜机器人进行导航，同时，该系统也采用了障碍识别构件，保证机器人能够顺利移动到问题区域。但是由于外磁场产生的磁场强度与距离是非线性反比关系，导致机器人控制复杂，而且难以实现运动与动作的精确控制。

中国专利CN101188964A公开了一种胶囊式内窥机器人移动系统，包含至少一个臂，在向前移动时合拢，且在向后移动时展开接触器官壁。通过内部的线性马达实现内圆筒的纵向运动，带动臂旋转并展开或者收缩在机构中。当臂露出抵住器官内壁时，机器人整体前移，从而实现机器人前进的动作。但是由于运动需要，内窥机器人内有复杂的传动机构、减速机构，导致整体质量重、结构复杂、复杂转向动作难以控制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人，这是一种能在人体胃肠道主动移动的胶囊机器人，其外形为椭球形，无外伸支撑腿，更适合在胃肠道运动，同时不会对内腔器官造成损伤。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人，包括上壳体，视觉元件，第一驱动电机，第二驱动电机，微型电池，控制及无线收发模块和下壳体；所述上壳体内部空心、质轻，所述下壳体为实心、质重，所述上壳体和下壳体密封安装；所述视觉元件安装在下壳体前部，所述第一驱动电机和第二驱动电机安装在所述下壳体前段的左右两侧，所述微型电池安装在下壳体中部，所述控制及无线收发模块安装在下壳体的后部。

下壳体体积比上壳体体积小，但质量较大，以使胶囊机器人整体重心偏下，这样易于使机器人维持一个竖直平衡位置。当外力作用使其倾斜时，由于重力的作用，会使机器人产生一个恢复力矩，使其能恢复到原来平衡的位置。此机器人的椭球形外壳结构具有始终保持平衡的特性。

所述驱动电机为振动电机，其内部有偏心块，当电机高速旋转并带动偏心块旋转，产生径向的离心力，该离心力即为机器人运动的动力。二个振动电机控制机器人的运动方向：当只有左侧电机正向旋转时，机器人向左前方运动；当只有左侧电机反向旋转时，机器人向左后方运动；当只有右侧电机正向旋转时，机器人向右前方运动；当只有右侧电机反向旋转时，机器人向右后方运动；当二个电机同时正向旋转时，机器人向前方运动；当二个电机同时反向旋转时，机器人向后方运动。

所述视觉元件用于采集胃肠道内的图像和内腔检查。所述微型电池为驱动电机、视觉元件等提供电能。所述控制及无线收发模块用于接收体外控制器的控制指令，并为驱动电机发送驱动信号，以及接收视觉元件的视频信号，经过处理后发送给体外的接收器。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明利用振动电机的离心力驱动，省略了结构复杂的传动结构和减速结构，整体构件少、结构简单、体积小，而且采用左右两侧振动电机驱动，使得胶囊机器人运动灵活、可控制性强。胶囊机器人的外壳为椭球状，其与胃肠道的兼容性好，不易会对人体内腔造成伤害，实现人体微创、无创检查。

附图说明

图1为胶囊型内窥机器人的立体示意图。

图2为胶囊型内窥机器人的主视图。

图3为胶囊型内窥机器人的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

如图1所示，一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人，包括上壳体1，视觉元件2，第一驱动电机3，第二驱动电机4，微型电池5，控制及无线收发模块6和下壳体7；所述上壳体1内部空心、质轻，所述下壳体7为实心、质重，所述上壳体1和下壳体7密封安装；所述视觉元件2安装在下壳体7前部，所述第一驱动电机3和第二驱动电机4安装在所述下壳体7前段的左右两侧，所述微型电池5安装在下壳体7中部，所述控制及无线收发模块6安装在下壳体7的后部。

本实施例中，胶囊型内窥机器人的样机尺寸Ф20×40mm。所述控制及无线收发模块6选用Microchip公司的PIC24FJ32GA102芯片或SiliconLaboratories公司的Si4421芯片。

本发明的机器人运动过程如下：

当给第一驱动电机3提供电信号使其正向旋转时，机器人向左前方运动；当给第一驱动电机3提供电信号使其反向旋转时，机器人向左后方运动；当给第二驱动电机4提供电信号使其正向旋转时，机器人向右前方运动；当给第二驱动电机4提供电信号使其反向旋转时，机器人向右后方运动。当同时给第一驱动电机3和第二驱动电机4提供电信号使它们正向旋转时，机器人向前方运动；当同时给第一驱动电机3和第二驱动电机4提供电信号使它们反向旋转时，机器人向后方运动。

Claims (1)

1.一种用于胃肠道的胶囊型内窥机器人，其特征在于，包括上壳体（1），视觉元件（2），第一驱动电机（3），第二驱动电机（4），微型电池（5），控制及无线收发模块（6）和下壳体（7）；所述上壳体（1）内部空心、质轻，所述下壳体（7）为实心、质重，所述上壳体（1）和下壳体（7）密封安装；所述视觉元件（2）安装在下壳体（7）前部，所述第一驱动电机（3）和第二驱动电机（4）安装在所述下壳体（7）前段的左右两侧，所述微型电池（5）安装在下壳体（7）中部，所述控制及无线收发模块（6）安装在下壳体（7）的后部。