CN111467037B - 一种用于软镜机器人的控制器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗器械领域，并具体公开了一种用于软镜机器人的控制器及其应用。该控制器包括铜片、外壳、旋转组件、电源和拨片，其中：铜片首尾依次连接构成铜环，每个铜片的内部分别与软镜机器人的一组电流输入端连接；旋转组件包括转轴和控制把手，转轴设置在外壳的内部，采用导体材料制成；控制把手与转轴的一端连接，用于带动转轴旋转，其采用绝缘材料制成；电源与转轴的两端连接，用于对转轴施加电压；拨片采用导体材料制成，该拨片与转轴固定连接，以利用转轴带动拨片旋转，并将电流从转轴传到拨片。本发明利用电压调控的方式实现偏转方向与角度的调控，具有控制方式简单、直观的优点，能够有效提高软镜机器人的控制精度和控制效率。

Description

一种用于软镜机器人的控制器及其应用
技术领域
本发明属于医疗器械领域，更具体地，涉及一种用于软镜机器人的控制器及其应用。
背景技术
内窥镜作为一种医疗检测仪器，能够经天然孔道进入体内，看到X射线不能显示的病变，有利于医生做出准确诊断。但是现有的内窥镜多为刚性结构，具有弯曲角度单一、曲率受限、成本高、顺应性差等缺点，容易对人体的软组织造成伤害，极大地影响了手术效率和操作舒适度。
软镜机器人因具有良好的柔性，在微创诊疗中得到了广泛关注。CN201220372825.2公开了电子内窥镜，其镜管包括相互连接的插入部、软质弯曲部和先端部，其中软质弯曲部可以通过拉线的方式进行驱动。现有的软镜机器人大多采用拉线驱动，并在控制端采用旋钮绕线操控，存在操纵力大、劳动强度大、误差远端放大等缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于软镜机器人的控制器及其应用，其中该控制器利用电压调控的方式实现偏转方向与角度的调控，具有控制方式简单、直观的优点，能够有效提高软镜机器人的控制精度和控制效率；避免了拉线驱动存在的操作力大、误差严重的问题，方便对软镜机器人进行全空间操控。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于软镜机器人的控制器，该控制器包括铜片、外壳、旋转组件、电源和拨片，其中：
预设数量的所述铜片首尾依次连接构成铜环，嵌合安装在所述外壳的一端，每个所述铜片的内部分别与软镜机器人的一组电流输入端连接；
所述旋转组件包括转轴和控制把手，所述转轴设置在所述外壳的内部，采用导体材料制成；所述控制把手与所述转轴的一端连接，用于带动所述转轴旋转，该控制把手采用绝缘材料制成；
所述电源与所述转轴的两端连接，用于对所述转轴施加电压，使得所述转轴内部产生电流；
所述拨片采用导体材料制成，该拨片与所述转轴固定连接，以此利用所述转轴带动所述拨片旋转，并将电流从所述转轴传到所述拨片；工作时，利用所述控制把手带动所述转轴和拨片转动，使得与所述拨片接触的铜片产生电流，进而通过其对应的所述电流输入端为所述软镜机器人提供电流，以此调节所述软镜机器人的弯曲角度。
作为进一步优选地，所述用于软镜机器人的控制器还包括电压调节组件，该电压调节组件采用与所述转轴和电源串联连接的滑动变阻器，以此控制所述转轴上电流的通断和大小，以此控制所述软镜机器人的弯曲程度。
作为进一步优选地，所述拨片呈扇形并且其外圆半径大于所述铜片的外圆半径。
作为进一步优选地，所述铜片的数量为四个，分别对应所述软镜机器人的上下左右四个方向。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述用于软镜机器人的控制器在电磁驱动软镜机器人中的应用。
作为进一步优选地，所述电磁驱动软镜机器人包括前端挠性单元和末端柔性执行单元，同时还包括设置在所述前端挠性单元和末端柔性执行单元内部的检测单元，其中：
所述前端挠性单元具有被动顺应性，其包括从外到内依次设置的外皮、前导线组和传输通道组，预设数量的所述前导线组沿圆周交错分布在所述前端挠性单元的内部，并作为电流输入端与所述铜片连接；所述传输通道组用于为所述检测单元提供安装通道；
所述末端柔性执行单元具有主动顺应性，其包括从外到内依次设置的表皮、电磁铁组、后导线组和感知通道组，预设数量的所述电磁铁组沿圆周交错分布在所述末端柔性执行单元的内部，每个所述电磁铁组由预设数量的电磁铁通过所述后导线组串联而成，并且所述后导线组通过触点组与所述前导线组连接，使得同组所述前导线组、后导线组和电磁铁组构成闭合回路；所述感知通道组用于为所述检测单元提供安装通道；所述检测单元用于获取图像并进行传输，以此完成检测工作；
工作时，利用所述旋转组件带动所述拨片转动，使得与所述拨片接触的铜片产生电流，并通过与其连接的所述电流输入端输入对应的所述闭合回路，使得该闭合回路中的电磁铁组产生磁性，进而使得该电磁铁组中相邻的电磁铁相吸，实现所述末端柔性执行单元向某一方向的弯曲。
作为进一步优选地，所述末端柔性执行单元还包括感知组件，所述感知组件设置在所述末端柔性执行单元的底端，用于对周围环境进行感知。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明利用电压调控的方式实现偏转方向与角度的调控，具有控制方式简单、直观的优点，能够有效提高软镜机器人的控制精度和控制效率；避免了拉线驱动存在的操作力大、误差严重的问题，方便对软镜机器人进行全空间操控；
2.尤其是，本发明通过设置电压调节组件，用于控制转轴上电流的通断和大小，能够进一步提高对软镜机器人的控制精度和控制效率；
3.此外，将本发明提供的控制器应用于电磁驱动软镜机器人中，能够较好地贴合电磁驱动软镜机器人响应精度高、响应速度快、可全方位大曲率灵活弯曲的特点，有效提高了电磁驱动软镜机器人的工作效率。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的用于软镜机器人的控制器的结构示意图；
图2是按照本发明优选实施例构建的用于软镜机器人的控制器的剖面图；
图3是本发明优选实施例提供的电磁驱动软镜机器人的主视图；
图4是本发明优选实施例提供的电磁驱动软镜机器人的主视全剖图；
图5是本发明优选实施例提供的电磁驱动软镜机器人的右视全剖图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-外壳，2-拨片，3-控制把手，4-转轴，5-铜片，6-电压调节组件，7-电流输入端，8-前端挠性单元，9-末端柔性执行单元，10-感知组件，11-触点组，12-电磁铁，13-表皮，14-外皮，15-前导线组，16-后导线组，17-电磁铁组，18-照明光纤，19-图传组件，20-光纤器械。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～2所示，本发明实施例提供了一种用于软镜机器人的控制器，该控制器包括铜片5、外壳1、旋转组件、电源和拨片2，其中：
预设数量的铜片5首尾依次连接构成铜环，嵌合安装在外壳1的一端，每个铜片5的内部分别与软镜机器人的一组电流输入端7连接；
旋转组件包括转轴4和控制把手3，转轴4设置在外壳1的内部，采用导体材料制成；控制把手3与转轴4的一端连接，用于带动转轴4旋转，并且该控制把手3采用绝缘材料制成；
电源与转轴4连接，用于对转轴4的两端施加电压，使得转轴4内部产生电流；
拨片2采用导体材料制成，该拨片2与转轴4固定连接，以此利用转轴4带动拨片2旋转，并将电流从转轴4传到拨片2；拨片2呈扇形并且其外圆半径大于铜片5的外圆半径，拨片2与铜片5相接触时，可完全只与其中一块铜片5相接触，最多可与两块铜片5相接触；
工作时，利用控制把手3带动转轴4和拨片2转动，使得与拨片2接触的铜片5产生电流，进而通过其对应的电流输入端7为软镜机器人提供电流，通过控制把手3的旋转控制不同方向上电流的通断与大小，以此调节软镜机器人的弯曲角度。
进一步，用于软镜机器人的控制器还包括电压调节组件6，该电压调节组件6采用与转轴4和电源串联连接的滑动变阻器，用于控制转轴4上电流的通断和大小，以此控制软镜机器人的弯曲程度。电压调节组件6可与电子设备连接，进而根据实验参数进行更精确的控制。
进一步，铜片5的数量为四个，单个铜片的外形为四分之一同心圆环，分别对应软镜机器人的上下左右四个基本方向。另外，基本方向可设置更多，比如将铜片5的数量选择八个，以此对应8个基本方向。
本发明提供的用于软镜机器人的控制器适用于电磁原理驱动的软镜机器人，还适用于其他原理的软镜机器人。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述用于软镜机器人的控制器在电磁驱动软镜机器人中的应用。
如图3～5所示，该电磁驱动软镜机器人包括前端挠性单元8和末端柔性执行单元9，同时还包括设置在前端挠性单元8和末端柔性执行单元9内部的检测单元，其中：
前端挠性单元8具有被动顺应性，其包括从外到内依次设置的外皮14、前导线组15和传输通道组，预设数量的前导线组15沿圆周交错分布在前端挠性单元的内部，并作为电流输入端7与铜片5连接；传输通道组用于为检测单元提供安装通道；
末端柔性执行单元9具有主动顺应性，其包括从外到内依次设置的表皮13、电磁铁组17、后导线组16和感知通道组，预设数量的电磁铁组17沿圆周交错分布在末端柔性执行单元的内部，每个电磁铁组17由预设数量的电磁铁12通过后导线组16串联而成，并且后导线组16通过触点组11与前导线组15连接，使得同组前导线组15、后导线组16和电磁铁组17构成闭合回路；感知通道组用于为检测单元提供安装通道；
检测单元用于获取图像并进行传输，以此完成检测工作，具体包括照明光纤18、图传组件19和光纤器械20，照明光纤18用于提供照明，图传组件19用于获取图像并进行传输，光纤器械20用于传输激光；
工作时，利用旋转组件带动拨片2转动，使得与拨片2接触的铜片5产生电流，并通过与其连接的电流输入端7输入对应的闭合回路，使得该闭合回路中的电磁铁组17产生磁性，进而使得该电磁铁组17中相邻的电磁铁12相吸，实现末端柔性执行单元向某一方向的弯曲。
本发明提供的用于软镜机器人的控制器可通过拨片2的旋转调整拨片2与铜环的接触位置，实现对不同铜片对应导线的导通，从而激活不同方位的电磁铁组17，使末端柔性执行单元朝不同方向弯曲；通过拨片2的旋转，还可调节拨片2与单个铜片5的接触面积，从而实现对电阻的调整，以此改变电流的大小，进而改变末端柔性执行单元对应方向上的弯曲程度。由于通入端电压相同，接触面积大的一侧可以通入更大的电流，从而实现该方向上更大的弯曲。控制把手3也通过与转轴4的配合固连于转轴4上，控制把手3本身为绝缘材料。通过摇动控制把手3上的手柄可以带动转轴4旋转从而带动拨片2旋转，以此控制电流的通入方向和比例。由于以平面上两个不相互平行的向量为基向量可以组合成平面中任意一个向量，因此通过对四个基本方向的调控可以使软镜机器人实现全方位的转向。四片铜片5对应控制过程中四个基本的方向，拨片2在旋转的过程当中可与一个对应方向上的铜片5完全重合，实现单方向的弯曲，在继续旋转的过程中拨片2最多与两个对应方向上的铜片5分别部分重合，可通过调节两个方向的重合配比实现两个弯曲方向上弯曲程度的比例调配，进而实现不同方向的弯曲。
进一步，末端柔性执行单元9还包括感知组件10，感知组件10设置在末端柔性执行单元9的底端，用于对周围环境进行感知。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于软镜机器人的控制器，其特征在于，该控制器包括铜片(5)、外壳(1)、旋转组件、电源和拨片(2)，其中：
预设数量的所述铜片(5)首尾依次连接构成铜环，嵌合安装在所述外壳(1)的一端，每个所述铜片(5)的内部分别与软镜机器人的一组电流输入端(7)连接；
所述旋转组件包括转轴(4)和控制把手(3)，所述转轴(4)设置在所述外壳(1)的内部，采用导体材料制成；所述控制把手(3)与所述转轴(4)的一端连接，用于带动所述转轴(4)旋转，该控制把手(3)采用绝缘材料制成；
所述电源与所述转轴(4)的两端连接，用于对所述转轴(4)施加电压，使得所述转轴(4)内部产生电流；
所述拨片(2)采用导体材料制成，该拨片(2)与所述转轴(4)固定连接，以此利用所述转轴(4)带动所述拨片(2)旋转，并将电流从所述转轴(4)传到所述拨片(2)；工作时，利用所述控制把手(3)带动所述转轴(4)和拨片(2)转动，使得与所述拨片(2)接触的铜片(5)产生电流，进而通过其对应的所述电流输入端(7)为所述软镜机器人提供电流，以此调节所述软镜机器人的弯曲角度；
所述用于软镜机器人的控制器还包括电压调节组件(6)，该电压调节组件(6)采用与所述转轴(4)和电源串联连接的滑动变阻器，以此控制所述转轴(4)上电流的通断和大小，进而控制所述软镜机器人的弯曲程度。
2.如权利要求1所述的用于软镜机器人的控制器，其特征在于，所述拨片(2)呈扇形并且其外圆半径大于所述铜片(5)的外圆半径。
3.如权利要求1或2所述的用于软镜机器人的控制器，其特征在于，所述铜片(5)的数量为四个，分别对应所述软镜机器人的上下左右四个方向。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的用于软镜机器人的控制器在电磁驱动软镜机器人中的应用。
5.如权利要求4所述的用于软镜机器人的控制器在电磁驱动软镜机器人中的应用，其特征在于，所述电磁驱动软镜机器人包括前端挠性单元(8)和末端柔性执行单元(9)，同时还包括设置在所述前端挠性单元(8)和末端柔性执行单元(9)内部的检测单元，其中：
所述前端挠性单元(8)具有被动顺应性，其包括从外到内依次设置的外皮(14)、前导线组(15)和传输通道组，预设数量的所述前导线组(15)沿圆周交错分布在所述前端挠性单元的内部，并作为电流输入端(7)与所述铜片(5)连接；所述传输通道组用于为所述检测单元提供安装通道；
所述末端柔性执行单元(9)具有主动顺应性，其包括从外到内依次设置的表皮(13)、电磁铁组(17)、后导线组(16)和感知通道组，预设数量的所述电磁铁组(17)沿圆周交错分布在所述末端柔性执行单元的内部，每个所述电磁铁组(17)由预设数量的电磁铁(12)通过所述后导线组(16)串联而成，并且所述后导线组(16)通过触点组(11)与所述前导线组(15)连接，使得同组所述前导线组(15)、后导线组(16)和电磁铁组(17)构成闭合回路；所述感知通道组用于为所述检测单元提供安装通道；所述检测单元用于获取图像并进行传输，以此完成检测工作；
工作时，利用所述旋转组件带动所述拨片(2)转动，使得与所述拨片(2)接触的铜片产生电流，并通过与其连接的所述电流输入端(7)输入对应的所述闭合回路，使得该闭合回路中的电磁铁组(17)产生磁性，进而使得该电磁铁组(17)中相邻的电磁铁(12)相吸，实现所述末端柔性执行单元向某一方向的弯曲。
6.如权利要求5所述的用于软镜机器人的控制器在电磁驱动软镜机器人中的应用，其特征在于，所述末端柔性执行单元(9)还包括感知组件(10)，所述感知组件(10)设置在所述末端柔性执行单元(9)的底端，用于对周围环境进行感知。
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