CN110393500A - 一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消化道诊查胶囊机器人，具体是一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人。本发明解决了现有消化道诊查胶囊机器人应用范围受限的问题。一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人，包括中心导杆、前圆环形永磁体、后圆环形永磁体、前圆环形挡板、后圆环形挡板、前电磁铁、后电磁铁、前传动圆筒、后传动圆筒、前圆筒形保护罩、后圆筒形保护罩、连接耳座、连接臂板、弧槽形接触板；其中，前圆环形永磁体固定装配于中心导杆的侧面前端；后圆环形永磁体固定装配于中心导杆的侧面后端。本发明适用于消化道疾病的无创诊查。

Description

一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人

技术领域

本发明涉及消化道诊查胶囊机器人，具体是一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人。

背景技术

消化道诊查胶囊机器人是一种能够在消化道中主动运动的胶囊机器人，其被认为是实现消化道疾病无创诊查最具前景的器件。在现有技术条件下，消化道诊查胶囊机器人主要分为两种：第一种是磁控式胶囊机器人。此种胶囊机器人依靠人体外部可控永磁体提供的磁牵引力来实现三维运动，适合对胃腔进行诊查，其存在的问题是：由于磁牵引力很小，导致其不足以克服肠道的摩擦力，由此导致其难以在肠道内实现有效运动，从而导致其无法应用于肠道诊查。第二种是电机驱动式胶囊机器人。此种胶囊机器人能够产生很大的牵引力，适合对肠道进行诊查，其存在的问题是：由于胃腔空间很大，导致其难以在胃腔内找到着力点，由此导致其难以在胃腔内实现有效运动，从而导致其无法应用于胃腔诊查。基于此，有必要发明一种全新的消化道诊查胶囊机器人，以解决现有消化道诊查胶囊机器人应用范围受限的问题。

发明内容

本发明为了解决现有消化道诊查胶囊机器人应用范围受限的问题，提供了一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人，包括中心导杆、前圆环形永磁体、后圆环形永磁体、前圆环形挡板、后圆环形挡板、前电磁铁、后电磁铁、前传动圆筒、后传动圆筒、前圆筒形保护罩、后圆筒形保护罩、连接耳座、连接臂板、弧槽形接触板；

其中，前圆环形永磁体固定装配于中心导杆的侧面前端；后圆环形永磁体固定装配于中心导杆的侧面后端；前圆环形永磁体的前端面和后圆环形永磁体的后端面互为极性相反的磁极面；前圆环形挡板滑动装配于中心导杆的侧面前部，且前圆环形挡板的外径大于前圆环形永磁体的外径；后圆环形挡板滑动装配于中心导杆的侧面后部，且后圆环形挡板的外径大于后圆环形永磁体的外径；前电磁铁滑动装配于中心导杆的侧面前部，且前电磁铁的前端面与前圆环形挡板的后端面内边缘固定；后电磁铁滑动装配于中心导杆的侧面后部，且后电磁铁的后端面与后圆环形挡板的前端面内边缘固定；

前传动圆筒滑动装配于中心导杆的侧面前部，且前传动圆筒的前端面内边缘与前电磁铁的后端面固定；前传动圆筒的外侧面延伸设置有三对前铰接耳板；每对前铰接耳板均相互正对，且每对前铰接耳板的外端面均与前圆环形挡板的外侧面齐平；每对前铰接耳板均围成一个槽口向外的前纵向铰接凹槽，且三个前纵向铰接凹槽围绕前传动圆筒的轴线等距排列；后传动圆筒滑动装配于中心导杆的侧面后部，且后传动圆筒的后端面内边缘与后电磁铁的前端面固定；后传动圆筒的外侧面延伸设置有三对后铰接耳板；每对后铰接耳板均相互正对，且每对后铰接耳板的外端面均与后圆环形挡板的外侧面齐平；每对后铰接耳板均围成一个槽口向外的后纵向铰接凹槽，且三个后纵向铰接凹槽围绕后传动圆筒的轴线等距排列；

前圆筒形保护罩的内侧面前端与前圆环形挡板的外侧面固定配合；前圆筒形保护罩的内侧面后端分别与三对前铰接耳板的外端面固定配合，且前圆筒形保护罩的内侧面、三对前铰接耳板的外侧面、前传动圆筒的外侧面共同围成三个前扇环形空腔；前圆筒形保护罩的内侧面后端延伸设置有三个前扇环形挡板，且三个前扇环形挡板围绕前圆筒形保护罩的轴线等距排列；三个前扇环形挡板一一对应地密封嵌设于三个前扇环形空腔内；前传动圆筒的侧面后端开设有三个内外贯通的前豁口，且三个前豁口与三个前纵向铰接凹槽的槽口一一正对；后圆筒形保护罩的内侧面后端与后圆环形挡板的外侧面固定配合；后圆筒形保护罩的内侧面前端分别与三对后铰接耳板的外端面固定配合，且后圆筒形保护罩的内侧面、三对后铰接耳板的外侧面、后传动圆筒的外侧面共同围成三个后扇环形空腔；后圆筒形保护罩的内侧面前端延伸设置有三个后扇环形挡板，且三个后扇环形挡板围绕后圆筒形保护罩的轴线等距排列；三个后扇环形挡板一一对应地密封嵌设于三个后扇环形空腔内；后传动圆筒的侧面前端开设有三个内外贯通的后豁口，且三个后豁口与三个后纵向铰接凹槽的槽口一一正对；

连接耳座的数目为三个；每个连接耳座的外底面中部均延伸设置有一个连接耳板，且三个连接耳板一一对应地铰接于三个前纵向铰接凹槽内；连接臂板的数目为三个；三个连接臂板的前端一一对应地铰接于三个连接耳座内；三个连接臂板的后端一一对应地铰接于三个后纵向铰接凹槽内；弧槽形接触板的数目为三个；每个弧槽形接触板均呈纵向设置，且每个弧槽形接触板的内侧面均延伸设置有一对纵向安装耳板；每对纵向安装耳板均相互正对；三对纵向安装耳板一一对应地铰接于三个连接耳座的两侧。

工作时，人体外设置有可控永磁体和无线电能发射线圈。本发明上集成有无线电能接收线圈、控制电路、前驱动电路、后驱动电路。无线电能发射线圈和无线电能接收线圈共同组成无线电能传输系统。无线电能传输系统的输出端分别与控制电路的电源端、前驱动电路的电源端、后驱动电路的电源端连接。控制电路的输出端分别与前驱动电路的控制端、后驱动电路的控制端连接。前驱动电路的输出端与前电磁铁的输入端连接。后驱动电路的输出端与后电磁铁的输入端连接。具体工作过程如下：一、在胃腔内实现有效运动：本发明被吞咽后进入胃腔。如图11、图12所示：首先，人体平躺在诊查台表面，本发明在重力的作用下停留在下胃壁。此时，在人体背部下方设置可控永磁体（该可控永磁体可在三维方向进行平移和旋转），在可控永磁体的磁场作用下，前圆环形永磁体和后圆环形永磁体沿着下胃壁进行翻滚运动，由此实现对下胃壁的诊查。然后，人体平趴在诊查台表面，本发明在重力的作用下停留在上胃壁。此时，在人体腹部下方设置可控永磁体（该可控永磁体可在三维方向进行平移和旋转），在可控永磁体的磁场作用下，前圆环形永磁体和后圆环形永磁体沿着上胃壁进行翻滚运动，由此实现对上胃壁的诊查，从而实现对胃腔的全面诊查。二、在肠道内实现有效运动：胃腔诊查完毕后，本发明进入肠道。如图13、图14所示：无线电能传输系统分别向控制电路、前驱动电路、后驱动电路供电，控制电路分别向前驱动电路、后驱动电路发送控制信号，由此使得前驱动电路向前电磁铁通入正向或反向电流、后驱动电路向后电磁铁通入正向或反向电流，从而使得本发明循环执行四个步态，具体执行过程如下：a.执行初始步态：前驱动电路向前电磁铁通入正向电流，后驱动电路向后电磁铁通入正向电流，前电磁铁与前圆环形永磁体之间、后电磁铁与后圆环形永磁体之间均产生吸力。此时，前圆环形挡板紧贴前圆环形永磁体，后圆环形挡板紧贴后圆环形永磁体，三个连接耳座和三个连接臂板均处于收缩状态，三个弧槽形接触板均离开肠壁。b.执行第一步态：前驱动电路向前电磁铁通入正向电流，后驱动电路向后电磁铁通入反向电流，前电磁铁与前圆环形永磁体之间产生吸力，后电磁铁与后圆环形永磁体之间产生斥力。此时，前圆环形挡板保持静止，后圆环形挡板向前运动并离开后圆环形永磁体，三个连接耳座和三个连接臂板均变为扩张状态，三个弧槽形接触板均紧贴肠壁。c.执行第二步态：前驱动电路向前电磁铁通入反向电流，后驱动电路向后电磁铁通入正向电流，前电磁铁与前圆环形永磁体之间产生斥力，后电磁铁与后圆环形永磁体之间产生吸力。此时，在三个弧槽形接触板与肠壁之间的静摩擦力作用下，前圆环形挡板和后圆环形挡板均保持静止，前圆环形永磁体向前运动并离开前圆环形挡板，后圆环形永磁体向前运动并紧贴后圆环形挡板，三个连接耳座和三个连接臂板均保持扩张状态，三个弧槽形接触板均紧贴肠壁。d.执行第三步态：前驱动电路向前电磁铁通入正向电流，后驱动电路向后电磁铁通入正向电流，前电磁铁与前圆环形永磁体之间、后电磁铁与后圆环形永磁体之间均产生吸力。此时，后圆环形挡板保持静止，前圆环形挡板向前运动并紧贴前圆环形永磁体，三个连接耳座和三个连接臂板均变为收缩状态，三个弧槽形接触板均离开肠壁。通过执行上述四个步态，本发明即可沿着肠道进行双向运动，从而在肠道内实现有效运动，进而实现对肠道的全面诊查。

基于上述过程，与现有消化道诊查胶囊机器人相比，本发明所述的一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，与磁控式胶囊机器人相比，本发明能够在肠道内实现有效运动，因此其能够应用于肠道诊查。其二，与电机驱动式胶囊机器人相比，本发明能够在胃腔内实现有效运动，因此其能够应用于胃腔诊查。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有消化道诊查胶囊机器人应用范围受限的问题，适用于消化道疾病的无创诊查。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的部分结构示意图。

图3是本发明中前圆环形挡板、前电磁铁、前传动圆筒、前铰接耳板的结构示意图。

图4是本发明中后圆环形挡板、后电磁铁、后传动圆筒、后铰接耳板的结构示意图。

图5是本发明中前圆筒形保护罩、前扇环形挡板、前豁口、前传动圆筒、前铰接耳板的结构示意图。

图6是本发明中后圆筒形保护罩、后扇环形挡板、后豁口、后传动圆筒、后铰接耳板的结构示意图。

图7是本发明中前圆筒形保护罩、前扇环形挡板、前豁口的结构示意图。

图8是本发明中后圆筒形保护罩、后扇环形挡板、后豁口的结构示意图。

图9是本发明中弧槽形接触板、纵向安装耳板、连接耳座、连接耳板、连接臂板的结构示意图。

图10是本发明中弧槽形接触板、纵向安装耳板的结构示意图。

图11是本发明在胃腔内实现有效运动的受力示意图。

图12是本发明在胃腔内实现有效运动的运动过程示意图。

图13是本发明在肠道内实现有效运动的控制原理示意图。

图14是本发明在肠道内实现有效运动的运动过程示意图。

图中：1-中心导杆，2a-前圆环形永磁体，2b-后圆环形永磁体，3a-前圆环形挡板，3b-后圆环形挡板，4a-前电磁铁，4b-后电磁铁，5a-前传动圆筒，5b-后传动圆筒，6a-前圆筒形保护罩，6b-后圆筒形保护罩，7-连接耳座，8-连接臂板，9-弧槽形接触板，10a-前铰接耳板，10b-后铰接耳板，11a-前扇环形挡板，11b-后扇环形挡板，12a-前豁口，12b-后豁口，13-连接耳板，14-纵向安装耳板，15a-前圆形套环。

具体实施方式

一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人，包括中心导杆1、前圆环形永磁体2a、后圆环形永磁体2b、前圆环形挡板3a、后圆环形挡板3b、前电磁铁4a、后电磁铁4b、前传动圆筒5a、后传动圆筒5b、前圆筒形保护罩6a、后圆筒形保护罩6b、连接耳座7、连接臂板8、弧槽形接触板9；

其中，前圆环形永磁体2a固定装配于中心导杆1的侧面前端；后圆环形永磁体2b固定装配于中心导杆1的侧面后端；前圆环形永磁体2a的前端面和后圆环形永磁体2b的后端面互为极性相反的磁极面；前圆环形挡板3a滑动装配于中心导杆1的侧面前部，且前圆环形挡板3a的外径大于前圆环形永磁体2a的外径；后圆环形挡板3b滑动装配于中心导杆1的侧面后部，且后圆环形挡板3b的外径大于后圆环形永磁体2b的外径；前电磁铁4a滑动装配于中心导杆1的侧面前部，且前电磁铁4a的前端面与前圆环形挡板3a的后端面内边缘固定；后电磁铁4b滑动装配于中心导杆1的侧面后部，且后电磁铁4b的后端面与后圆环形挡板3b的前端面内边缘固定；

前传动圆筒5a滑动装配于中心导杆1的侧面前部，且前传动圆筒5a的前端面内边缘与前电磁铁4a的后端面固定；前传动圆筒5a的外侧面延伸设置有三对前铰接耳板10a；每对前铰接耳板10a均相互正对，且每对前铰接耳板10a的外端面均与前圆环形挡板3a的外侧面齐平；每对前铰接耳板10a均围成一个槽口向外的前纵向铰接凹槽，且三个前纵向铰接凹槽围绕前传动圆筒5a的轴线等距排列；后传动圆筒5b滑动装配于中心导杆1的侧面后部，且后传动圆筒5b的后端面内边缘与后电磁铁4b的前端面固定；后传动圆筒5b的外侧面延伸设置有三对后铰接耳板10b；每对后铰接耳板10b均相互正对，且每对后铰接耳板10b的外端面均与后圆环形挡板3b的外侧面齐平；每对后铰接耳板10b均围成一个槽口向外的后纵向铰接凹槽，且三个后纵向铰接凹槽围绕后传动圆筒5b的轴线等距排列；

前圆筒形保护罩6a的内侧面前端与前圆环形挡板3a的外侧面固定配合；前圆筒形保护罩6a的内侧面后端分别与三对前铰接耳板10a的外端面固定配合，且前圆筒形保护罩6a的内侧面、三对前铰接耳板10a的外侧面、前传动圆筒5a的外侧面共同围成三个前扇环形空腔；前圆筒形保护罩6a的内侧面后端延伸设置有三个前扇环形挡板11a，且三个前扇环形挡板11a围绕前圆筒形保护罩6a的轴线等距排列；三个前扇环形挡板11a一一对应地密封嵌设于三个前扇环形空腔内；前传动圆筒5a的侧面后端开设有三个内外贯通的前豁口12a，且三个前豁口12a与三个前纵向铰接凹槽的槽口一一正对；后圆筒形保护罩6b的内侧面后端与后圆环形挡板3b的外侧面固定配合；后圆筒形保护罩6b的内侧面前端分别与三对后铰接耳板10b的外端面固定配合，且后圆筒形保护罩6b的内侧面、三对后铰接耳板10b的外侧面、后传动圆筒5b的外侧面共同围成三个后扇环形空腔；后圆筒形保护罩6b的内侧面前端延伸设置有三个后扇环形挡板11b，且三个后扇环形挡板11b围绕后圆筒形保护罩6b的轴线等距排列；三个后扇环形挡板11b一一对应地密封嵌设于三个后扇环形空腔内；后传动圆筒5b的侧面前端开设有三个内外贯通的后豁口12b，且三个后豁口12b与三个后纵向铰接凹槽的槽口一一正对；

连接耳座7的数目为三个；每个连接耳座7的外底面中部均延伸设置有一个连接耳板13，且三个连接耳板13一一对应地铰接于三个前纵向铰接凹槽内；连接臂板8的数目为三个；三个连接臂板8的前端一一对应地铰接于三个连接耳座7内；三个连接臂板8的后端一一对应地铰接于三个后纵向铰接凹槽内；弧槽形接触板9的数目为三个；每个弧槽形接触板9均呈纵向设置，且每个弧槽形接触板9的内侧面均延伸设置有一对纵向安装耳板14；每对纵向安装耳板14均相互正对；三对纵向安装耳板14一一对应地铰接于三个连接耳座7的两侧。

具体实施时，前圆环形永磁体2a通过前圆形套环15a固定装配于中心导杆1的侧面前端；后圆环形永磁体2b通过后圆形套环固定装配于中心导杆1的侧面后端。

Claims (2)

1.一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人，其特征在于：包括中心导杆（1）、前圆环形永磁体（2a）、后圆环形永磁体（2b）、前圆环形挡板（3a）、后圆环形挡板（3b）、前电磁铁（4a）、后电磁铁（4b）、前传动圆筒（5a）、后传动圆筒（5b）、前圆筒形保护罩（6a）、后圆筒形保护罩（6b）、连接耳座（7）、连接臂板（8）、弧槽形接触板（9）；

其中，前圆环形永磁体（2a）固定装配于中心导杆（1）的侧面前端；后圆环形永磁体（2b）固定装配于中心导杆（1）的侧面后端；前圆环形永磁体（2a）的前端面和后圆环形永磁体（2b）的后端面互为极性相反的磁极面；前圆环形挡板（3a）滑动装配于中心导杆（1）的侧面前部，且前圆环形挡板（3a）的外径大于前圆环形永磁体（2a）的外径；后圆环形挡板（3b）滑动装配于中心导杆（1）的侧面后部，且后圆环形挡板（3b）的外径大于后圆环形永磁体（2b）的外径；前电磁铁（4a）滑动装配于中心导杆（1）的侧面前部，且前电磁铁（4a）的前端面与前圆环形挡板（3a）的后端面内边缘固定；后电磁铁（4b）滑动装配于中心导杆（1）的侧面后部，且后电磁铁（4b）的后端面与后圆环形挡板（3b）的前端面内边缘固定；

前传动圆筒（5a）滑动装配于中心导杆（1）的侧面前部，且前传动圆筒（5a）的前端面内边缘与前电磁铁（4a）的后端面固定；前传动圆筒（5a）的外侧面延伸设置有三对前铰接耳板（10a）；每对前铰接耳板（10a）均相互正对，且每对前铰接耳板（10a）的外端面均与前圆环形挡板（3a）的外侧面齐平；每对前铰接耳板（10a）均围成一个槽口向外的前纵向铰接凹槽，且三个前纵向铰接凹槽围绕前传动圆筒（5a）的轴线等距排列；后传动圆筒（5b）滑动装配于中心导杆（1）的侧面后部，且后传动圆筒（5b）的后端面内边缘与后电磁铁（4b）的前端面固定；后传动圆筒（5b）的外侧面延伸设置有三对后铰接耳板（10b）；每对后铰接耳板（10b）均相互正对，且每对后铰接耳板（10b）的外端面均与后圆环形挡板（3b）的外侧面齐平；每对后铰接耳板（10b）均围成一个槽口向外的后纵向铰接凹槽，且三个后纵向铰接凹槽围绕后传动圆筒（5b）的轴线等距排列；

前圆筒形保护罩（6a）的内侧面前端与前圆环形挡板（3a）的外侧面固定配合；前圆筒形保护罩（6a）的内侧面后端分别与三对前铰接耳板（10a）的外端面固定配合，且前圆筒形保护罩（6a）的内侧面、三对前铰接耳板（10a）的外侧面、前传动圆筒（5a）的外侧面共同围成三个前扇环形空腔；前圆筒形保护罩（6a）的内侧面后端延伸设置有三个前扇环形挡板（11a），且三个前扇环形挡板（11a）围绕前圆筒形保护罩（6a）的轴线等距排列；三个前扇环形挡板（11a）一一对应地密封嵌设于三个前扇环形空腔内；前传动圆筒（5a）的侧面后端开设有三个内外贯通的前豁口（12a），且三个前豁口（12a）与三个前纵向铰接凹槽的槽口一一正对；后圆筒形保护罩（6b）的内侧面后端与后圆环形挡板（3b）的外侧面固定配合；后圆筒形保护罩（6b）的内侧面前端分别与三对后铰接耳板（10b）的外端面固定配合，且后圆筒形保护罩（6b）的内侧面、三对后铰接耳板（10b）的外侧面、后传动圆筒（5b）的外侧面共同围成三个后扇环形空腔；后圆筒形保护罩（6b）的内侧面前端延伸设置有三个后扇环形挡板（11b），且三个后扇环形挡板（11b）围绕后圆筒形保护罩（6b）的轴线等距排列；三个后扇环形挡板（11b）一一对应地密封嵌设于三个后扇环形空腔内；后传动圆筒（5b）的侧面前端开设有三个内外贯通的后豁口（12b），且三个后豁口（12b）与三个后纵向铰接凹槽的槽口一一正对；

连接耳座（7）的数目为三个；每个连接耳座（7）的外底面中部均延伸设置有一个连接耳板（13），且三个连接耳板（13）一一对应地铰接于三个前纵向铰接凹槽内；连接臂板（8）的数目为三个；三个连接臂板（8）的前端一一对应地铰接于三个连接耳座（7）内；三个连接臂板（8）的后端一一对应地铰接于三个后纵向铰接凹槽内；弧槽形接触板（9）的数目为三个；每个弧槽形接触板（9）均呈纵向设置，且每个弧槽形接触板（9）的内侧面均延伸设置有一对纵向安装耳板（14）；每对纵向安装耳板（14）均相互正对；三对纵向安装耳板（14）一一对应地铰接于三个连接耳座（7）的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于全消化道诊查的电磁机械复合式胶囊机器人，其特征在于：前圆环形永磁体（2a）通过前圆形套环（15a）固定装配于中心导杆（1）的侧面前端；后圆环形永磁体（2b）通过后圆形套环固定装配于中心导杆（1）的侧面后端。