CN106974613A - 一种微型胃肠道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型胃肠道机器人，包括壳体、前钳位机构、后钳位机构、内部能量接收系统、前电磁铁、后电磁铁、内部控制系统和外部能量发射系统；前钳位机构与壳体的内孔的前端滑动连接；后钳位机构固定在壳体的后端部；内部能量接收系统、前电磁铁、后电磁铁和内部控制系统均设置在壳体的内孔中；前电磁铁和后电磁铁分别固定在前钳位机构和后钳位机构上；内部能量接收系统的能量接收线圈与后电磁铁的线圈串联连接；内部控制系统为前钳位机构、后钳位机构和前电磁铁供电；外部能量发射系统与内部能量接收系统组成无线供能系统。本发明相比其他形式的胶囊机器人具有尺寸上的优势，长度只有40mm、直径最大处为16mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型胃肠道机器人。
背景技术
现在快节奏的生活导致人们的饮食没有规律，胃肠道疾病慢慢成为影响人体健康的主要疾病之一。通过实地的走访和调查，目前在各大医院针对胃肠道系统的检查主要采用的是传统推进式的内窥镜。受其结构限制，在检查时存在盲区。此方法在检查时会给病人带来较大的痛苦，导致很多病人不愿意去医院检查错过了最佳的治疗时间。另外内窥镜操作起来对医生的要求也较高。
某些医院也采用了胶囊型的机器人。病人吞下后依靠肠胃的蠕动使机器人前进。机器人的运动是被动的，此方法最大的问题在于存在漏检的情况，最后拍摄出的照片价值不大。无法对某一位置进行反复的检查，不利于医生的分析。其采用纽扣电池供电，存在电池电量不足的问题，无法完成整个检查过程。有些采用拖缆式设计，解决了供电的问题但是出现了新的麻烦。如：降低了机器人的灵活度，转弯时易给肠道带来伤害，给病人带来不必要的痛苦。
目前，市场上的胃肠道机器人，工作效率不高。不能全面的检查病人的胃肠道，加上其昂贵的价格使许多人望而却步。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作效率高、成本低的微型胃肠道机器人。
实现本发明目的的技术方案是：一种微型胃肠道机器人，包括壳体、前钳位机构、后钳位机构、内部能量接收系统、前电磁铁、后电磁铁、内部控制系统和外部能量发射系统；所述壳体设有轴向的内孔，内孔在壳体的前后端面上开口；所述前钳位机构与壳体的内孔的前端滑动连接；所述后钳位机构固定在壳体的后端部；所述前钳位机构的前端部设有摄像头和照明灯；所述前钳位机构和后钳位机构都设有能够向两侧伸出和缩回的钳位爪；所述内部能量接收系统、前电磁铁、后电磁铁和内部控制系统均设置在壳体的内孔中；所述前电磁铁和后电磁铁分别固定在前钳位机构和后钳位机构上；所述内部能量接收系统包括能量接收线圈，以及与能量接收线圈电连接的整流电路；所述内部能量接收系统的能量接收线圈与后电磁铁的线圈串联连接；所述整流电路与内部控制系统电连接，内部控制系统为前钳位机构、后钳位机构和前电磁铁供电；所述外部能量发射系统与内部能量接收系统组成无线供能系统；所述后钳位机构内安装有与外部能量发射系统的控制装置无线通信联接、并与内部控制系统电连接的无线信号收发装置。
所述壳体的外周面沿轴向均匀分布有四条沟槽，沟槽的长度方向与壳体的轴向平行。
所述前钳位机构包括滑动座、前钳位电机、前齿条定位板、前齿轮、前钳位爪和前端盖；所述滑动座的后端部与壳体的内孔的前端滑动连接，并与前电磁铁固定连接；所述前钳位电机固定在滑动座的前端面与前齿条定位板的后端面之间，前钳位电机的输出轴穿过前齿条定位板与前齿轮固定连接；所述前齿条定位板的前端面设有前定位滑槽；所述前齿轮和前钳位爪均设置在前定位滑槽内；所述前钳位爪设有两根，前钳位爪一侧设有啮齿，前钳位爪的一端设有圆形钳位脚；所述两根前钳位爪分别与前齿轮的两侧啮合，并分别与前定位滑槽的两侧壁滑动连接；所述两根前钳位爪的圆形钳位脚分别位于前定位滑槽的两端外部；所述前端盖固定在前齿条定位板的前端面上，前端盖上设有摄像头和照明灯。
所述后钳位机构包括后钳位电机、后齿条定位板、后齿轮、后钳位爪和后端盖；所述后齿条定位板前端面与壳体的后端部固定连接；所述后钳位电机固定在后齿条定位板的前端面上，并位于壳体的内孔中；所述内部能量接收系统的能量接收线圈环绕在后钳位电机外部；所述后电磁铁固定在后钳位电机上；所述后钳位电机的输出轴穿过后齿条定位板与后齿轮固定连接；所述后齿条定位板的后端面设有后定位滑槽；所述后齿轮和后钳位爪均设置在后定位滑槽内；所述后钳位爪设有两根，后钳位爪一侧设有啮齿，后钳位爪的一端设有圆形钳位脚；所述两根后钳位爪分别与后齿轮的两侧啮合，并分别与后定位滑槽的两侧壁滑动连接；所述两根后钳位爪的圆形钳位脚分别位于后定位滑槽的两端外部；所述后端盖固定在后齿条定位板后端面上；所述无线信号收发装置安装在后端盖内。
所述内部能量接收系统的能量接收线圈与后电磁铁的线圈为一个整体。
所述外部能量发射系统包括能量发射线圈、控制装置和固定装置；所述能量发射线圈和控制装置均安装在固定装置上，能量发射线圈与控制装置电连接；所述固定装置固定在被检测者身上；所述无线信号收发装置与外部能量发射系统的控制装置无线通信联接。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明基于电磁铁同极相互吸引、异极相互排斥原理，由于制造微小电磁铁的工艺相对简单，因此安装微小电磁铁即可大大减小机器人的体积，相比其他形式的胶囊机器人具有尺寸上的优势，长度只有40mm、直径最大处为16mm。
(2)本发明采用了无线供能技术使其可以自由的移动和定位，对肠道病变位置可以进行反复的观察。
(3)本发明的制造成本低，电磁铁之间的排斥、吸引现象明显，能实现稳定、高效率的胃肠道检查。
(4)本发明的壳体的外周面沿轴向均匀分布有四条沟槽，在运动的过程当中能够减小与肠道的摩擦力，可有效降低病人的不适感。
(5)本发明的前钳位机构和后钳位机构的钳位爪设置圆形钳位脚，能够避免给胃肠道带来伤害，进一步降低病人的不适感。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的爆炸示意图。
图2为本发明的结构示意图，图中未示出外部能量发射系统。
图3为本发明的壳体的结构示意图。
图4为本发明的前钳位机构的结构示意图，图中未示出前端盖。
图5为本发明的后钳位机构的结构示意图，图中未示出后端盖。
附图中的标号为：
壳体1、内孔11、沟槽12、前钳位机构2、滑动座21、前钳位电机22、前齿条定位板23、前齿轮24、前钳位爪25、前端盖26、后钳位机构3、后齿条定位板31、后齿轮32、后钳位爪33、后端盖34、内部能量接收系统4、前电磁铁5、后电磁铁6、外部能量发射系统7。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图5，本实施例的微型胃肠道机器人，包括壳体1、前钳位机构2、后钳位机构3、内部能量接收系统4、前电磁铁5、后电磁铁6、内部控制系统和外部能量发射系统7。
壳体1的外周面沿轴向均匀分布有四条沟槽12，沟槽12的长度方向与壳体1的轴向平行。壳体1设有轴向的内孔11，内孔11在壳体1的前后端面上开口。前钳位机构2与壳体1的内孔11的前端滑动连接。后钳位机构3固定在壳体1的后端部。前钳位机构2的前端部设有摄像头和照明灯。前钳位机构2和后钳位机构3都设有能够向两侧伸出和缩回的钳位爪。内部能量接收系统4、前电磁铁5、后电磁铁6和内部控制系统均设置在壳体1的内孔11中。前电磁铁5和后电磁铁6分别固定在前钳位机构2和后钳位机构3上。内部能量接收系统4包括能量接收线圈，以及与能量接收线圈电连接的整流电路。内部能量接收系统4的能量接收线圈与后电磁铁6的线圈串联连接，优选的方式是能量接收线圈与后电磁铁6的线圈为一个整体。整流电路与内部控制系统电连接，内部控制系统为前钳位机构2、后钳位机构3和前电磁铁5供电。外部能量发射系统7与内部能量接收系统4组成无线供能系统。后钳位机构3内安装有与外部能量发射系统7的控制装置无线通信联接、并与内部控制系统电连接的无线信号收发装置。
前钳位机构2包括滑动座21、前钳位电机22、前齿条定位板23、前齿轮24、前钳位爪25和前端盖26。滑动座21的后端部与壳体1的内孔11的前端滑动连接，并与前电磁铁5固定连接。前钳位电机22固定在滑动座21的前端面与前齿条定位板23的后端面之间，前钳位电机22的输出轴穿过前齿条定位板23与前齿轮24固定连接。前齿条定位板23的前端面设有前定位滑槽。前齿轮24和前钳位爪25均设置在前定位滑槽内。前钳位爪25设有两根，前钳位爪25一侧设有啮齿，前钳位爪25的一端设有圆形钳位脚。两根前钳位爪25分别与前齿轮24的两侧啮合，并分别与前定位滑槽的两侧壁滑动连接。两根前钳位爪25的圆形钳位脚分别位于前定位滑槽的两端外部。前端盖26固定在前齿条定位板23的前端面上，前端盖26上设有摄像头和照明灯。
后钳位机构3包括后钳位电机、后齿条定位板31、后齿轮32、后钳位爪33和后端盖34。后齿条定位板31前端面与壳体1的后端部固定连接。后钳位电机固定在后齿条定位板31的前端面上，并位于壳体1的内孔11中。内部能量接收系统4的能量接收线圈环绕在后钳位电机外部。后电磁铁6固定在后钳位电机上。后钳位电机的输出轴穿过后齿条定位板31与后齿轮32固定连接。后齿条定位板31的后端面设有后定位滑槽。后齿轮32和后钳位爪33均设置在后定位滑槽内。后钳位爪33设有两根，后钳位爪33一侧设有啮齿，后钳位爪33的一端设有圆形钳位脚。两根后钳位爪33分别与后齿轮32的两侧啮合，并分别与后定位滑槽的两侧壁滑动连接。两根后钳位爪33的圆形钳位脚分别位于后定位滑槽的两端外部。后端盖34固定在后齿条定位板31后端面上。无线信号收发装置安装在后端盖34内。
外部能量发射系统7包括能量发射线圈、控制装置和固定装置。能量发射线圈和控制装置均安装在固定装置上，能量发射线圈与控制装置电连接。固定装置固定在被检测者身上。无线信号收发装置与外部能量发射系统7的控制装置无线通信联接。
本实施例的微型胃肠道机器人的工作原理是：内部能量接收系统4的能量接收线圈与后电磁铁6的线圈为一个整体，其能量可由外部能量发射系统7的能量发射线圈直接提供，因此其电流方向不变磁场方向固定。而前电磁铁5的电流来自于内部控制系统，其电流方向由内部控制系统决定，也就是说其磁场方向是可以自由改变的。利用电磁铁同极相互吸引、异极相互排斥原理，再配合前钳位机构2和后钳位机构3的钳位爪的伸出和缩回，即可实现本实施例的微型胃肠道机器人在人体胃肠道中的行走。前钳位机构2的前端盖26上设有摄像头和照明灯，用于采集肠道中的图像，方便医生的分析提出合理的治疗方案。
本实施例的微型胃肠道机器人在行走时共有六个步态：
步态一：机器人驻留，前钳位机构2的前钳位电机22和后钳位机构3的后钳位电机均正向旋转分别带动前钳位爪25和后钳位爪33伸出，前钳位机构2和后钳位机构3打开，此时的摩擦力最大。
步态二：前钳位机构2的前钳位电机22反向旋转，前钳位机构2关闭，而后钳位机构3依旧处于打开状态，机器人还是停留在原处为跨步做好准备。
步态三：前电磁铁5与后电磁铁6相互排斥带动前钳位机构2向前移动完成一个跨步。
步态四：前钳位机构2的前钳位电机22正向旋转，前钳位机构2打开，使前钳位机构2停留在新的位置，此时的摩擦力也最大；
步态五：后钳位机构3的后钳位电机反向旋转，后钳位机构3闭合，为壳体1和后钳位机构3向前做好准备；
步态六：前电磁铁5与后电磁铁6吸合，带动壳体1和后钳位机构3向前，从而完成一个步距向前的运动。如此循环往复机器人便不断向前，反之机器人便向后。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种微型胃肠道机器人，其特征在于：包括壳体(1)、前钳位机构(2)、后钳位机构(3)、内部能量接收系统(4)、前电磁铁(5)、后电磁铁(6)、内部控制系统和外部能量发射系统(7)；所述壳体(1)设有轴向的内孔(11)，内孔(11)在壳体(1)的前后端面上开口；所述前钳位机构(2)与壳体(1)的内孔(11)的前端滑动连接；所述后钳位机构(3)固定在壳体(1)的后端部；所述前钳位机构(2)的前端部设有摄像头和照明灯；所述前钳位机构(2)和后钳位机构(3)都设有能够向两侧伸出和缩回的钳位爪；所述内部能量接收系统(4)、前电磁铁(5)、后电磁铁(6)和内部控制系统均设置在壳体(1)的内孔(11)中；所述前电磁铁(5)和后电磁铁(6)分别固定在前钳位机构(2)和后钳位机构(3)上；所述内部能量接收系统(4)包括能量接收线圈，以及与能量接收线圈电连接的整流电路；所述内部能量接收系统(4)的能量接收线圈与后电磁铁(6)的线圈串联连接；所述整流电路与内部控制系统电连接，内部控制系统为前钳位机构(2)、后钳位机构(3)和前电磁铁(5)供电；所述外部能量发射系统(7)与内部能量接收系统(4)组成无线供能系统；所述后钳位机构(3)内安装有与外部能量发射系统(7)的控制装置无线通信联接、并与内部控制系统电连接的无线信号收发装置。
2.根据权利要求1所述的一种微型胃肠道机器人，其特征在于：所述壳体(1)的外周面沿轴向均匀分布有四条沟槽(12)，沟槽(12)的长度方向与壳体(1)的轴向平行。
3.根据权利要求1所述的一种微型胃肠道机器人，其特征在于：所述前钳位机构(2)包括滑动座(21)、前钳位电机(22)、前齿条定位板(23)、前齿轮(24)、前钳位爪(25)和前端盖(26)；所述滑动座(21)的后端部与壳体(1)的内孔(11)的前端滑动连接，并与前电磁铁(5)固定连接；所述前钳位电机(22)固定在滑动座(21)的前端面与前齿条定位板(23)的后端面之间，前钳位电机(22)的输出轴穿过前齿条定位板(23)与前齿轮(24)固定连接；所述前齿条定位板(23)的前端面设有前定位滑槽；所述前齿轮(24)和前钳位爪(25)均设置在前定位滑槽内；所述前钳位爪(25)设有两根，前钳位爪(25)一侧设有啮齿，前钳位爪(25)的一端设有圆形钳位脚；所述两根前钳位爪(25)分别与前齿轮(24)的两侧啮合，并分别与前定位滑槽的两侧壁滑动连接；所述两根前钳位爪(25)的圆形钳位脚分别位于前定位滑槽的两端外部；所述前端盖(26)固定在前齿条定位板(23)的前端面上，前端盖(26)上设有摄像头和照明灯。
4.根据权利要求1所述的一种微型胃肠道机器人，其特征在于：所述后钳位机构(3)包括后钳位电机、后齿条定位板(31)、后齿轮(32)、后钳位爪(33)和后端盖(34)；所述后齿条定位板(31)前端面与壳体(1)的后端部固定连接；所述后钳位电机固定在后齿条定位板(31)的前端面上，并位于壳体(1)的内孔(11)中；所述内部能量接收系统(4)的能量接收线圈环绕在后钳位电机外部；所述后电磁铁(6)固定在后钳位电机上；所述后钳位电机的输出轴穿过后齿条定位板(31)与后齿轮(32)固定连接；所述后齿条定位板(31)的后端面设有后定位滑槽；所述后齿轮(32)和后钳位爪(33)均设置在后定位滑槽内；所述后钳位爪(33)设有两根，后钳位爪(33)一侧设有啮齿，后钳位爪(33)的一端设有圆形钳位脚；所述两根后钳位爪(33)分别与后齿轮(32)的两侧啮合，并分别与后定位滑槽的两侧壁滑动连接；所述两根后钳位爪(33)的圆形钳位脚分别位于后定位滑槽的两端外部；所述后端盖(34)固定在后齿条定位板(31)后端面上；所述无线信号收发装置安装在后端盖(34)内。
5.根据权利要求1所述的一种微型胃肠道机器人，其特征在于：所述内部能量接收系统(4)的能量接收线圈与后电磁铁(6)的线圈为一个整体。
6.根据权利要求4所述的一种微型胃肠道机器人，其特征在于：所述外部能量发射系统(7)包括能量发射线圈、控制装置和固定装置；所述能量发射线圈和控制装置均安装在固定装置上，能量发射线圈与控制装置电连接；所述固定装置固定在被检测者身上；所述无线信号收发装置与外部能量发射系统(7)的控制装置无线通信联接。
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