CN111657830B - 一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人，包括摄像机模块、锚定腿模块、磁驱动解耦模块、施药模块，所述磁驱动解耦模块能够将动力传输至所述锚定腿模块和所述施药模块，从而使所述施药模块进行药物释放、以及使锚定腿组件伸出或收回。本发明的有益效果是：该磁驱动肠道施药胶囊机器人能够在人体肠道内特定位置进行锚定从而抵抗肠道的自然蠕动带来的干扰，能够实现在肠道内部不同患病处定点定速定量的施药操作，能够有效提高肠道施药的效率和准确性。

Description

一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人。

背景技术

当前市场上销售的胶囊机器人大部分是被动设备，通常肠道被诊断出疾病后需要进行手术干预。胶囊机器人的未来不仅在于诊断疾病，还在于准确地治疗疾病，临床上需要治疗诸如消化道出血，克罗恩氏病和小肠肿瘤等病理性疾病。遥控胶囊的概念在1980年左右出现，它们主要用于对各种药物进行人体药物吸收的研究。胶囊机器人在肠道疾病诊断方面的成功启发了研究人员开发针对和治疗特定肠道疾病的施药胶囊机器人。精准施药是肠道疾病治疗中一项有效的手段，但由于肠道特殊复杂的生理环境和蠕动性，目前的施药方式难以做到在病患处实施精确施药。因此许多研究人员正在研发具有施药功能的胶囊机器人。

现有的肠道施药胶囊机器人大部分使用电机作为功能模块机构的驱动来源，但电机的使用不仅会消耗大量胶囊机器人负载电池的能量，而且会占用胶囊机器人内部大量的空间；且大部分胶囊机器人不具备在肠道特定位置的锚定功能，导致在肠道患病处释放的药物出现反流和偏移的情况，施药效果不理想。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人。

本发明提供了一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人，包括摄像机模块、锚定腿模块、磁驱动解耦模块、施药模块，所述锚定腿模块与所述摄像机模块固定相连，所述磁驱动解耦模块位于所述锚定腿模块和所述施药模块之间，且所述磁驱动解耦模块分别与所述锚定腿模块和所述施药模块固定相连，所述锚定腿模块包括至少2个锚定腿组件；所述磁驱动解耦模块能够将动力传输至所述锚定腿模块和所述施药模块，从而使所述施药模块进行药物释放、以及使锚定腿组件伸出或收回。

作为本发明的进一步改进，所述磁驱动解耦模块包括外壳、径向充磁圆柱形永磁铁、主传动轴、第一弹性棘爪轮组件、第二弹性棘爪轮组件、第一传动棘轮、第二传动棘轮、第一联轴器、第二联轴器，所述径向充磁圆柱形永磁铁具有N、S两极，所述径向充磁圆柱形永磁铁两端均设有所述主传动轴，所述径向充磁圆柱形永磁铁和所述主传动轴能够在所述外壳内进行转动；

所述第一弹性棘爪轮组件固定连接在主传动轴的右侧轴端，所述第一弹性棘爪轮组件由第一弹性棘爪和第一棘爪轮组成，所述第一弹性棘爪由弹性材料加工而成，所述第一弹性棘爪与所述第一棘爪轮固定连接；

所述第二弹性棘爪轮组件与所述第一弹性棘爪轮组件结构、材质相同，所述第二弹性棘爪轮组件固定连接在主传动轴的左侧轴端，所述第二弹性棘爪轮组件由第二弹性棘爪和第二棘爪轮组成，所述第二弹性棘爪由弹性材料加工而成，所述第二弹性棘爪与所述第二棘爪轮固定连接；

所述第二弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪的朝向相反；

所述第一传动棘轮由第一棘轮和第一传动轴组成，所述第一弹性棘爪与所述第一棘轮的棘齿啮合，当所述第一弹性棘爪顺时针转动时，所述第一棘轮与所述第一弹性棘爪同步转动，当所述第一弹性棘爪逆时针转动时，所述第一棘轮不转动；

所述第二传动棘轮由第二棘轮和第二传动轴组成，所述第二弹性棘爪与所述第二棘轮的棘齿啮合，当所述第二弹性棘爪逆时针转动时，所述第二棘轮与所述第二弹性棘爪同步转动，当所述第二弹性棘爪顺时针转动时，所述第二棘轮不转动；

所述第一联轴器一端与所述第一传动轴固定相连，所述第一联轴器另一端与所述锚定腿模块的输入轴相连；所述第二联轴器一端与所述第二传动棘轮的第二传动轴相连，所述第二联轴器另一端与所述施药模块的输入轴相连。

作为本发明的进一步改进，所述磁驱动解耦模块还包括第三弹性棘爪轮组件、限位棘轮壳体，所述第三弹性棘爪轮组件与第一传动轴固定连接，所述第三弹性棘爪轮组件由第三弹性棘爪和第三棘爪轮组成，所述第三弹性棘爪由弹性材料加工而成，所述第三弹性棘爪与所述第三棘爪轮固定连接；第三弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪的朝向相反，第一传动棘轮转动时将会带动第三弹性棘爪轮组件一起转动，所述第三弹性棘爪轮组件无法逆时针转动，只能够顺时针转动，所述第三弹性棘爪轮组件顺时针转动时，所述第三弹性棘爪发生弹性形变，进而从所述限位棘轮壳体上的棘齿上滑过，使得第一传动棘轮的输出只有顺时针的旋转运动。

作为本发明的进一步改进，所述施药模块包括储药容器、容器封盖、丝杆轴、密封滑片，施药模块的输入轴为丝杆轴，所述储药容器设有容器内空，所述储药容器底面设有通孔，容器封盖封闭于所述储药容器的开口位置处，所述密封滑片通过螺纹配合连接在所述丝杆轴上，所述丝杆轴能够在所述储药容器中转动，所述丝杆轴旋转进而带动与其螺纹配合的密封滑片向通孔一侧水平滑动，密封滑片的水平滑动使得储药容器的左侧容积减小、压力增大，进而将治疗药物从储药容器底部的通孔中挤压出去。

作为本发明的进一步改进，所述锚定腿模块还包括底座、移动件、偏心凸轮，所述锚定腿组件包括第一锚定腿组件和第二锚定腿组件，所述锚定腿模块的输入轴为偏心凸轮轴；

所述底座设有滑槽，所述移动件嵌套在所述滑槽中，两者之间构成一个移动副；所述移动件设有移动件内空，所述偏心凸轮嵌套在所述移动件内空中，两者之间构成一个接触直线副；所述偏心凸轮设有偏心凸轮轴，所述偏心凸轮轴从所述底座的孔中伸出后与所述第一联轴器另一端相连，所述偏心凸轮能够在所述移动件内空中转动；当所述偏心凸轮轴接收到所述第一联轴器提供的旋转动力时，所述移动件将会在所述底座的滑槽中做往复直线运动；

所述第一锚定腿组件包括第一锚定腿、第一连接棍，所述第一连接棍与所述第一锚定腿为活动连接；所述第二锚定腿组件包括第二锚定腿、第二连接棍，所述第二连接棍与所述第二锚定腿为活动连接；

所述第一连接棍与所述移动件相连，所述第二连接棍与所述移动件相连。

本发明的有益效果是：该磁驱动肠道施药胶囊机器人能够在人体肠道内特定位置进行锚定从而抵抗肠道的自然蠕动带来的干扰，能够实现在肠道内部不同患病处定点定速定量的施药操作，能够有效提高肠道施药的效率和准确性。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的拆分结构透视图；

图3是本发明的整体结构剖视图；

图4a是锚定腿模块处于收回状态的结构示意图；

图4b是锚定腿模块处于伸出状态的结构示意图；

图5是本发明的锚定腿模块的三维爆炸视图；

图6a-e是本发明的锚定腿模块的机构运动过程图；

图7是磁驱动解耦模块的三维爆炸视图；

图8是磁驱动解耦模块的装配体剖视图；

图9a是第一弹性棘爪轮组件和第一传动棘轮的配合示意图，顺时针转动；

图9b是第一弹性棘爪轮组件和第一传动棘轮的配合示意图，逆时针转动；

图10是施药模块的三维爆炸视图；

图11是施药模块的装配体剖视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明公开了一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人，包括摄像机模块1、锚定腿模块2、磁驱动解耦模块3、施药模块4。本发明的磁驱动肠道施药胶囊机器人简称为胶囊机器人，摄像机模块1位于胶囊机器人的头部，用于肠道内部图像的采集。

如图3所示，所述锚定腿模块2与所述摄像机模块1固定相连，所述磁驱动解耦模块3位于所述锚定腿模块2和所述施药模块4之间，且所述磁驱动解耦模块3分别与所述锚定腿模块2和所述施药模块4固定相连，所述锚定腿模块2包括2个锚定腿组件；所述磁驱动解耦模块3能够将动力传输至所述锚定腿模块2和所述施药模块4，从而使所述施药模块4进行药物释放、以及使2个锚定腿组件伸出或收回。

锚定腿组件呈T形，在输入旋转动力的情况下伸出和收回圆弧状的锚定腿组件，辅助胶囊机器人锚定在肠道特定位置，更好地进行施药操作。

施药模块4能够在输入旋转动力的情况下驱动内部的丝杆轴404，进而实现药物的释放。

磁驱动解耦模块3通过第一联轴器317、第二联轴器318将第一传动棘轮308和第二传动棘轮310分别与偏心凸轮轴203和丝杆轴404连接，从而实现对锚定腿模块2和施药模块4的旋转动力传输。

如图7、8所示，所述磁驱动解耦模块3包括外壳、径向充磁圆柱形永磁铁303、主传动轴304、第一弹性棘爪轮组件307、第二弹性棘爪轮组件309、第一传动棘轮308、第二传动棘轮310、第一联轴器317、第二联轴器318，所述径向充磁圆柱形永磁铁303具有N、S两极，所述径向充磁圆柱形永磁铁303两端均设有所述主传动轴304，所述径向充磁圆柱形永磁铁303和所述主传动轴304能够在所述外壳内进行转动。

所述第一弹性棘爪轮组件307通过轴孔配合固定连接在主传动轴304的右侧轴端，所述第一弹性棘爪轮组件307由第一弹性棘爪3071和第一棘爪轮3072组成，所述第一弹性棘爪3071由弹性材料加工而成，能够发生一定限度的弹性形变并恢复原状。所述第一弹性棘爪3071与所述第一棘爪轮3072固定连接。

所述第二弹性棘爪轮组件309与所述第一弹性棘爪轮组件307结构、材质相同，所述第二弹性棘爪轮组件309通过轴孔配合固定连接在主传动轴304的左侧轴端，所述第二弹性棘爪轮组件309由第二弹性棘爪和第二棘爪轮组成，所述第二弹性棘爪由弹性材料加工而成，能够发生一定限度的弹性形变并恢复原状。所述第二弹性棘爪与所述第二棘爪轮固定连接。

所述第二弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪3071的朝向相反；当在径向充磁圆柱形永磁铁303周围施加匀强旋转磁场时，径向充磁圆柱形永磁铁303将会带动主传动轴304一起转动，进而带动固定在主传动轴304两侧的第一弹性棘爪轮组件307和第二弹性棘爪轮组件309一起转动。

所述第一传动棘轮308由第一棘轮3081和第一传动轴3082组成，所述第一弹性棘爪3071与所述第一棘轮3081的棘齿啮合，当所述第一弹性棘爪3071顺时针转动时，所述第一棘轮3081与所述第一弹性棘爪3071同步转动，当所述第一弹性棘爪3071逆时针转动时，所述第一棘轮3081不转动。

所述第二传动棘轮310由第二棘轮和第二传动轴组成，所述第二弹性棘爪与所述第二棘轮的棘齿啮合，当所述第二弹性棘爪逆时针转动时，所述第二棘轮与所述第二弹性棘爪同步转动，当所述第二弹性棘爪顺时针转动时，所述第二棘轮不转动。

所述第一联轴器317一端与所述第一传动轴3082固定相连，所述第一联轴器317另一端与所述锚定腿模块2的输入轴相连，为锚定腿模块2提供旋转动力；所述第二联轴器318一端与所述第二传动棘轮310的第二传动轴相连，所述第二联轴器318另一端与所述施药模块4的输入轴相连，为施药模块4提供旋转动力；锚定腿模块2的输入轴为偏心凸轮轴203，施药模块4的输入轴为丝杆轴404。

所述外壳由壳体301和壳体盖302组成，所述壳壳体301和壳体盖302固定相连构成腔体，所述径向充磁圆柱形永磁铁303位于所述腔体内。

所述磁驱动解耦模块3还包括第一主传动轴轴承305和第二主传动轴轴承306，所述第一主传动轴轴承305固定嵌套在所述壳体301的中心圆孔中，所述第二主传动轴轴承306固定嵌套在所述壳体盖302的中心圆孔中，所述主传动轴304两端嵌套于所述第一主传动轴轴承305内和第二主传动轴轴承306内，所述主传动轴304在第一主传动轴轴承305和第二主传动轴轴承306的支撑作用下嵌套在所述壳体301内部。

所述磁驱动解耦模块3还包括第一传动棘轮底座311，所述第一传动棘轮底座311安装有第一传动棘轮轴承313，所述第一传动棘轮308的第一传动轴3082通过轴孔配合嵌套在第一传动棘轮轴承313中，使所述第一传动棘轮308嵌套在所述第一传动棘轮底座311的圆柱形内空3111中，并绕其中心轴转动；所述第一传动棘轮底座311与所述壳体301固定相连。

所述磁驱动解耦模块3还包括第二传动棘轮底座312，所述第二传动棘轮底座312安装有第二传动棘轮轴承314，所述第二传动棘轮310的第二传动轴通过轴孔配合嵌套在第二传动棘轮轴承314中，使所述第二传动棘轮310嵌套在所述第二传动棘轮底座312的圆柱形内空中，并绕其中心轴转动；所述第二传动棘轮底座312与所述壳体301固定相连。

所述壳体盖302设有第一凹槽3021，所述壳体301设有第一凸台3011，所述第一凸台3011嵌入所述第一凹槽3021内，使所述壳体盖302与所述壳体301固定连接。

所述径向充磁圆柱形永磁铁303具有开孔，所述主传动轴304嵌套固定在所述径向充磁圆柱形永磁铁303的开孔内，且所述主传动轴304两端从所述径向充磁圆柱形永磁铁303的开孔中伸出。

所述第一传动棘轮底座311的凹槽和所述壳体301上的第一凸台3011嵌套配合，使第一传动棘轮底座311与壳体301固定连接。

第二传动棘轮底座312的凹槽和壳体盖302的凸台嵌套配合，使第二传动棘轮底座312与壳体盖302固定连接。

所述磁驱动解耦模块3还包括第三弹性棘爪轮组件315、限位棘轮壳体316，第三弹性棘爪轮组件315和第一弹性棘爪轮组件307结构相同，所述第三弹性棘爪轮组件315通过轴孔配合与第一传动轴3082固定连接，所述第三弹性棘爪轮组件315由第三弹性棘爪和第三棘爪轮组成，所述第三弹性棘爪由弹性材料加工而成，能够发生一定限度的弹性形变并恢复原状。所述第三弹性棘爪与所述第三棘爪轮固定连接；第三弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪3071的朝向相反，第一传动棘轮308转动时将会带动第三弹性棘爪轮组件315一起转动，所述第三弹性棘爪轮组件315无法逆时针转动，只能够顺时针转动，所述第三弹性棘爪轮组件315顺时针转动时，所述第三弹性棘爪发生弹性形变，进而从所述限位棘轮壳体316上的棘齿上滑过，使得第一传动棘轮308的输出只有顺时针的旋转运动，限位棘轮壳体316通过其上的方形凹槽和第一传动棘轮底座311上的方形凸台的嵌套配合，与第一传动棘轮底座311固定连接。

图7和图8中的圆圈标号1为第一弹性棘爪轮组件307和第一传动棘轮308的传动配合，圆圈标号3处为第二弹性棘爪轮组件309与第二传动棘轮310的传动配合，圆圈标号2处为第三弹性棘爪轮组件315与限位棘轮壳体316的配合，以上三处圆圈标号的弹性棘爪轮和棘轮的传动原理相同，以下将结合图9a和图9b，以第一弹性棘爪轮组件307和第一传动棘轮308的传动配合为例做进一步说明。图9a和图9b中的黑色粗线标记用于表达第一传动棘轮组件307的转动情况。如图9a所示，第一弹性棘爪轮组件307上的第一弹性棘爪3071啮合在第一棘轮3081的棘齿上。当第一弹性棘爪轮组件307顺时针转动时，它将带动第一传动棘轮308顺时针转动。如图9b所示，当第一弹性棘爪轮组件307逆时针转动时，第一弹性棘爪3071的末端将接触到第一棘轮3081的棘齿表面并受到压力发生弹性形变。当第一弹性棘爪轮组件307的转动存在阻抗力矩时，第一弹性棘爪3071能够从第一棘轮3081的棘齿表面滑过而不带动第一弹性棘爪轮组件307转动，并恢复原状。

假定图7中圆圈标号1处的第一弹性棘爪3071是朝向右侧的，与之对应的第一传动棘轮308上的棘齿也是朝向右侧的。则第一弹性棘爪轮组件307顺时针转动时能够带动第一传动棘轮308顺时针转动，而逆时针转动时不能够带动第一传动棘轮308逆时针转动。则圆圈标号3处的第二弹性棘爪轮组件309逆时针转动时才能带动第二传动棘轮310逆时针转动。因此，通过弹性棘爪轮组件与传动棘轮的配合，实现了主传动轴304的驱动解耦，使得其顺、逆时针运动能够分别控制第一传动棘轮308和第二传动棘轮310进行顺、逆时针转动，再通过第一联轴器317和第二联轴器318将旋转动力传递给锚定腿模块2和施药模块4。结合前面图9a和图9b中的说明，当圆圈标号1处的第一弹性棘爪轮组件307逆时针转动时，第一弹性棘爪3071与第一棘轮3081上的棘齿将会发生滑动接触，进而产生滑动摩擦力。该滑动摩擦力将会对第一传动棘轮308产生一个转动力矩，以下称之为干扰转矩。该干扰转矩将有可能会使得传动棘轮1 308发生逆时针的抖动甚至转动。对此为了解决这一问题，所以设计了圆圈标号2处的第三弹性棘爪轮组件315和限位棘轮壳体316。第三弹性棘爪轮组件315上的第三弹性棘爪是朝向左侧的，对应的限位棘轮壳体316上的棘齿也是朝向左侧的。但由于限位棘轮壳体316是与第一传动棘轮底座311固定连接的，所以第三弹性棘爪轮组件315无法逆时针转动，只能够顺时针转动。第三弹性棘爪轮组件315顺时针转动时，其上的第三弹性棘爪发生弹性形变，进而从限位棘轮壳体316上的棘齿上滑过。总结来说，圆圈标号2处的第三弹性棘爪轮组件315和限位棘轮壳体316的配合将会抵消作用在第一传动棘轮308上的逆时针干扰转矩，使得该磁驱动解耦模块3中第一传动棘轮308的输出只有顺时针的旋转运动。当接收传动棘轮旋转运动的功能模块具备一定抵抗干扰转矩的能力时，类似圆圈标号2处的第三弹性棘爪轮组件315和限位棘轮壳体316结构可以省略，如圆圈标号3处所示。所以，当在径向充磁圆柱形永磁铁303周围施加的匀强旋转磁场是顺时针旋转时，主传动轴304将发生顺时针转动，此时第二联轴器318不发生转动或者发生轻微抖动，第一联轴器317发生顺时针转动，进而将顺时针的旋转动力传递给与其相连接的功能模块。当在径向充磁圆柱形永磁铁303周围施加的匀强旋转磁场是逆时针旋转时，主传动轴304将发生逆时针转动，此时第一联轴器317不发生转动，第二联轴器318发生逆时针转动，进而将逆时针的旋转动力传递给与其相连接的功能模块。

如图4a、图4b、图5所示，所述锚定腿模块2还包括底座201、移动件202、偏心凸轮203，所述锚定腿组件包括第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206，所述锚定腿模块2的输入轴为偏心凸轮轴203。

所述底座201设有滑槽2013，所述移动件202嵌套在所述滑槽2013中，两者之间构成一个移动副；所述移动件202设有移动件内空2022，所述偏心凸轮203嵌套在所述移动件内空2022中，两者之间构成一个接触直线副；所述偏心凸轮203设有偏心凸轮轴2031，所述偏心凸轮轴2031从所述底座201的孔中伸出后与所述第一联轴器317另一端相连，所述偏心凸轮203能够在所述移动件内空2022中转动；当所述偏心凸轮轴2031接收到所述第一联轴器317提供的旋转动力时，所述移动件202将会在所述底座201的滑槽2013中做往复直线运动；

所述第一锚定腿组件205包括第一锚定腿2051、第一连接棍2053，所述第一连接棍2053与所述第一锚定腿2051为活动连接；所述第二锚定腿组件206包括第二锚定腿、第二连接棍，所述第二连接棍与所述第二锚定腿为活动连接；

所述第一连接棍2053与所述移动件202相连，所述第二连接棍与所述移动件202相连。

所述锚定腿模块2还包括支撑垫片207、轨迹垫片208和封盖垫片209，所述支撑垫片207安装在所述底座201上方，所述轨迹垫片208安装在所述支撑垫片207上方，所述第一锚定腿组件205位于所述轨迹垫片208和所述支撑垫片207之间；所述封盖垫片209安装在所述轨迹垫片208上方，所述第二锚定腿组件206位于所述封盖垫片209和所述轨迹垫片208之间。

所述轨迹垫片208底面设有第一轨迹限位槽2081，所述第一锚定腿组件205设有第一连接凸台2054，所述第一连接凸台2054嵌套在所述第一轨迹限位槽2081内，从而实现第一锚定腿2051的轨迹限位。

所述轨迹垫片208顶面设有第二轨迹限位槽，所述第二轨迹限位槽与所述第一轨迹限位槽2081为镜像对称设置，所述第二锚定腿组件206设有第二连接凸台，所述第二连接凸台嵌套在所述第二轨迹限位槽内，从而实现第二锚定腿的轨迹限位。

所述锚定腿模块2还包括偏心凸轮轴承204，所述偏心凸轮轴承204固定安装在所述底座201的孔中，所述偏心凸轮轴2031嵌套在所述偏心凸轮轴承204中，两者之间构成一个旋转副。

所述第一锚定腿组件205和所述第二锚定腿组件206为上下错位排布。

所述支撑垫片207设有支撑垫片槽2073，所述底座201的台阶上设有底座凸台2012，所述底座凸台2012嵌入所述支撑垫片槽2073内，从而使所述支撑垫片207与所述底座201固定安装在一起。

所述第一锚定腿组件205还包括第一连接棍轴承2052，所述第一锚定腿2051一端外表面呈圆弧状，所述第一连接棍轴承2052固定嵌套在所述第一锚定腿2051的孔中，所述第一连接棍2053固定嵌套在所述第一连接棍轴承2052的孔中，所述第一锚定腿2051能够绕着第一连接棍2053转动。

第一锚定腿组件206结构与第一锚定腿组件205结构相同，所述第二锚定腿组件206还包括第二连接棍轴承，所述第二锚定腿一端外表面呈圆弧状，所述第二连接棍轴承固定嵌套在所述第二锚定腿的孔中，所述第二连接棍固定嵌套在所述第二连接棍轴承的孔中，所述第二锚定腿能够绕着第二连接棍转动。

所述轨迹垫片208底面设有第一轨迹垫片凹槽2083、第二轨迹垫片凹槽2084，所述轨迹垫片208顶面设有第三轨迹垫片凹槽、第四轨迹垫片凹槽，所述第一轨迹垫片凹槽2083和第三轨迹垫片凹槽为镜像对称设置，所述第二轨迹垫片凹槽2084和所述第四轨迹垫片凹槽为镜像对称设置，所述轨迹垫片208还设有轨迹垫片通孔2082。

所述支撑垫片207设有支撑垫片通孔2071、第一支撑垫片凸台2072、第二支撑垫片凸台2074，所述支撑垫片通孔2071为两个，所述第一支撑垫片凸台2072嵌入所述第一轨迹垫片凹槽2083内，所述第二支撑垫片凸台2074嵌入所述第二轨迹垫片凹槽2084内，从而使所述支撑垫片207与所述轨迹垫片208连接固定；所述移动件202设有两个移动件孔2021，所述第一连接棍2053穿过其中一个支撑垫片通孔2071插入到其中一个移动件孔2021中，从而实现移动件202与第一锚定腿组件205间的运动传递。

所述第二连接棍依次穿过所述轨迹垫片通孔2082和另一个支撑垫片通孔2071插入到另一个移动件孔2021中，从而实现移动件202与第二锚定腿组件206间的运动传递。

所述封盖垫片209设有第一封盖垫片凸台2091和第二封盖垫片凸台2092，所述第一封盖垫片凸台2091嵌入所述第三轨迹垫片凹槽内，所述第二封盖垫片凸台2092嵌入所述第四轨迹垫片凹槽内，从而使所述封盖垫片209与所述轨迹垫片208连接固定。

底座201设有底座凹槽2011，磁驱动解耦模块3设有凸起，磁驱动解耦模块3的凸起嵌入凹槽2011内，从而使磁驱动解耦模块3和锚定腿模块2安装在一起。

结合图6a-e说明锚定腿模块2的机构运动原理，为方便说明，其中部分零件进行了隐藏和透明化处理。图6a-e中的左侧图为偏心凸轮203旋转时，带动移动件202做往复直线运动的过程图。图6a-e中的右侧图为移动件202带动第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206沿轨迹垫片208上的轨迹限位槽2081运动的过程图。如图6a-e所示建立XOY坐标系，坐标系原点O位于偏心凸轮轴2031的圆心，X轴水平向右，Y轴为偏心凸轮轴2031圆心O指向偏心凸轮203圆心O’，设定X轴与Y轴间的夹角为偏心凸轮203的旋转角度θ，旋转方向为顺时针(当旋转方向为逆时针时，该锚定腿模块2的运动原理类似)。在图6a中，偏心凸轮203的旋转角度θ为0度，此时移动件202没有发生直线移动，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206处于收回的状态。在图6b中，偏心凸轮203的旋转角度θ为90度，相比于旋转角度θ为0度时，此时移动件202向左移动一段直线距离，同时带动第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206向左移动。由于第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206上的圆柱连接凸台嵌套在轨迹垫片208的轨迹限位槽2081中，所以第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206整体沿着轨迹限位槽2081运动的同时整体发生旋转向外展开，其中第二锚定腿组件206整体顺时针旋转，第一锚定腿组件205整体逆时针旋转。随着偏心凸轮203的旋转角度θ逐渐增加，移动件202逐渐向左直线移动，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206逐渐向外伸展。当偏心凸轮203的旋转角度θ为180度时，移动件202达到最左极限位置，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206达到最大展开位置，如图6c所示。偏心凸轮203继续旋转，此后的旋转角度θ将大于180度，移动件202将逐渐向右直线移动，进而带动第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206逐渐收回。如图6d所示，此时的偏心凸轮203的旋转角度θ为270度，相比于旋转角度θ为180度时，移动件202向右移动了一段直线距离，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206向内部分收回。随着偏心凸轮203的旋转角度θ逐渐增加，移动件202逐渐向右直线移动，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206逐渐向内收回。直至偏心凸轮203的旋转角度θ达到360度时，移动件202返回到最右初始位置，第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206完全收回。

如图10、11所示，所述施药模块4包括储药容器401、容器封盖402、丝杆轴404、密封滑片405，施药模块4的输入轴为丝杆轴404，所述储药容器401设有容器内空4011，所述储药容器401底面设有四个小通孔4012，容器封盖402封闭于所述储药容器401的开口位置处，所述密封滑片405通过螺纹配合连接在所述丝杆轴404上，所述丝杆轴404能够在所述储药容器401中转动。

所述施药模块4还包括丝杆轴承403，所述容器封盖402通过其上的凹槽与所述储药容器401上的凸台进行嵌套配合，使所述容器封盖402与所述储药容器401固定连接，所述丝杆轴承403通过轴孔配合嵌套在所述容器封盖402的孔中；所述丝杆轴404一端通过轴孔配合嵌套在丝杆轴承403中，所述丝杆轴404另一端通过轴孔配合嵌套在所述储药容器401的孔中。

施药模块4上的丝杆轴404能够接收来自磁驱动解耦模块3的旋转动力，丝杆轴404旋转进而带动与其螺纹配合的密封滑片405向通孔4012一侧水平滑动。密封滑片405的水平滑动使得储药容器401的左侧容积减小，压力增大，进而将治疗药物从储药容器401底部的通孔4012中挤压出去，释放到肠道里。施药模块4释放药物的速度和体积大小取决于施加在丝杆轴404上旋转动力的转动速度和转动圈数。

当胶囊机器人进入人体肠道内部之后，在肠道的蠕动下运动前进。胶囊机器人通过摄像机模块1进行肠道内部图像的采集。当胶囊机器人发现了肠道内部的患部组织，则首先在胶囊机器人周围施加顺时针的匀强旋转磁场，则胶囊机器人中的磁驱动解耦模块3将通过第一联轴器317将顺时针的旋转动力传递给锚定腿模块3的偏心凸轮203。偏心凸轮203旋转进而驱动锚定腿模块3中的第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206逐渐向外展开，直至T形锚定腿接触撑开肠道内壁。在T形锚定腿展开的情况下，胶囊机器人受到肠道壁的摩擦力将大大增加，进而抵抗肠道的自然蠕动力，使得胶囊机器人能够稳定锚定在肠道内部的特定位置。随后在胶囊机器人周围施加逆时针的匀强旋转磁场，则胶囊机器人中的磁驱动解耦模块3将通过第二联轴器318将逆时针的旋转动力传递给施药模块4中的丝杆轴404。丝杆轴404旋转带动密封滑片405水平滑动，进而将治疗药物从储药容器401底部的通孔4012中挤压出去，完成施药过程。最后，再在胶囊机器人周围施加顺时针的匀强旋转磁场，则胶囊机器人中的磁驱动解耦模块3将通过第一联轴器317将顺时针的旋转动力传递给锚定腿模块3的偏心凸轮203。偏心凸轮203旋转进而驱动锚定腿模块3中的第一锚定腿组件205和第二锚定腿组件206逐渐外内收回，直至T形锚定腿完全收回胶囊内部。此后，胶囊机器人在肠道的自然蠕动下继续前进，直至发现肠道内部下一个患病处，重复以上的操作过程实现精确定点施药操作。

本发明的有益效果是：

1.胶囊机器人结构简单紧凑，通过内置一个径向充磁圆环形永磁铁303作为驱动动力源，能够实现无线远程供能，实现无线远程控制胶囊机器人内部机构运动。

2.胶囊机器人的锚定腿模块2中的锚定腿组件的第一锚定腿2051和第二锚定腿一端外表面是圆弧状的，与肠道内壁的接触面积大，能够有效防止对病人肠道内部造成损伤；且锚定腿(第一锚定腿2051、第二锚定腿)完全伸出后，胶囊机器人的外径接近达到初始状态的两倍，能够为胶囊机器人提供足够的摩擦力，进而抵抗肠道的蠕动，有助于提高胶囊机器人定点施药的准确性。

3.胶囊机器人的施药模块4能够实现多次施药，且每次施药的速度和剂量能够定量控制，能够很好的完成肠道内部的多点施药治疗任务。

4.胶囊机器人利用棘轮机构实现了锚定腿模块2和施药模块4间的解耦，使得一个磁驱动解耦模块3能够分时独立驱动两个功能模块，对于提高胶囊机器人内部空间利用率和进一步缩小胶囊机器人的尺寸具有重大意义。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有锚定功能的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：包括摄像机模块（1）、锚定腿模块（2）、磁驱动解耦模块（3）、施药模块（4），所述锚定腿模块（2）与所述摄像机模块（1）固定相连，所述磁驱动解耦模块（3）位于所述锚定腿模块（2）和所述施药模块（4）之间，且所述磁驱动解耦模块（3）分别与所述锚定腿模块（2）和所述施药模块（4）固定相连，所述锚定腿模块（2）包括至少2个锚定腿组件；所述磁驱动解耦模块（3）能够将动力传输至所述锚定腿模块（2）和所述施药模块（4），从而使所述施药模块（4）进行药物释放、以及使锚定腿组件伸出或收回；

所述磁驱动解耦模块（3）包括外壳、径向充磁圆柱形永磁铁（303）、主传动轴（304）、第一弹性棘爪轮组件（307）、第二弹性棘爪轮组件（309）、第一传动棘轮（308）、第二传动棘轮（310）、第一联轴器（317）、第二联轴器（318），所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）具有N、S两极，所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）两端均设有所述主传动轴（304），所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）和所述主传动轴（304）能够在所述外壳内进行转动；

所述第一弹性棘爪轮组件（307）固定连接在主传动轴（304）的右侧轴端，所述第一弹性棘爪轮组件（307）由第一弹性棘爪（3071）和第一棘爪轮（3072）组成，所述第一弹性棘爪（3071）由弹性材料加工而成，所述第一弹性棘爪（3071）与所述第一棘爪轮（3072）固定连接；

所述第二弹性棘爪轮组件（309）与所述第一弹性棘爪轮组件（307）结构、材质相同，所述第二弹性棘爪轮组件（309）固定连接在主传动轴（304）的左侧轴端，所述第二弹性棘爪轮组件（309）由第二弹性棘爪和第二棘爪轮组成，所述第二弹性棘爪由弹性材料加工而成，所述第二弹性棘爪与所述第二棘爪轮固定连接；

所述第二弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪（3071）的朝向相反；

所述第一传动棘轮（308）由第一棘轮（3081）和第一传动轴（3082）组成，所述第一弹性棘爪（3071）与所述第一棘轮（3081）的棘齿啮合，当所述第一弹性棘爪（3071）顺时针转动时，所述第一棘轮（3081）与所述第一弹性棘爪（3071）同步转动，当所述第一弹性棘爪（3071）逆时针转动时，所述第一棘轮（3081）不转动；

所述第二传动棘轮（310）由第二棘轮和第二传动轴组成，所述第二弹性棘爪与所述第二棘轮的棘齿啮合，当所述第二弹性棘爪逆时针转动时，所述第二棘轮与所述第二弹性棘爪同步转动，当所述第二弹性棘爪顺时针转动时，所述第二棘轮不转动；

所述第一联轴器（317）一端与所述第一传动轴（3082）固定相连，所述第一联轴器（317）另一端与所述锚定腿模块（2）的输入轴相连；所述第二联轴器（318）一端与所述第二传动棘轮（310）的第二传动轴相连，所述第二联轴器（318）另一端与所述施药模块（4）的输入轴相连。

2.根据权利要求1所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述外壳由壳体（301）和壳体盖（302）组成，所述壳体（301）和壳体盖（302）固定相连构成腔体，所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）位于所述腔体内；

所述磁驱动解耦模块（3）还包括第一主传动轴轴承（305）和第二主传动轴轴承（306），所述第一主传动轴轴承（305）固定嵌套在所述壳体（301）的中心圆孔中，所述第二主传动轴轴承（306）固定嵌套在所述壳体盖（302）的中心圆孔中，所述主传动轴（304）两端嵌套于所述第一主传动轴轴承（305）内和第二主传动轴轴承（306）内，所述主传动轴（304）在第一主传动轴轴承（305）和第二主传动轴轴承（306）的支撑作用下嵌套在所述壳体（301）内部；

所述磁驱动解耦模块（3）还包括第一传动棘轮底座（311），所述第一传动棘轮底座（311）安装有第一传动棘轮轴承（313），所述第一传动棘轮（308）的第一传动轴（3082）嵌套在第一传动棘轮轴承（313）中，使所述第一传动棘轮（308）嵌套在所述第一传动棘轮底座（311）的内空（3111）中，并绕其中心轴转动；所述第一传动棘轮底座（311）与所述壳体（301）固定相连；

所述磁驱动解耦模块（3）还包括第二传动棘轮底座（312），所述第二传动棘轮底座（312）安装有第二传动棘轮轴承（314），所述第二传动棘轮（310）的第二传动轴嵌套在第二传动棘轮轴承（314）中，使所述第二传动棘轮（310）嵌套在所述第二传动棘轮底座（312）的内空中，并绕其中心轴转动；所述第二传动棘轮底座（312）与所述壳体（301）固定相连。

3.根据权利要求2所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述壳体盖（302）设有第一凹槽（3021），所述壳体（301）设有第一凸台（3011），所述第一凸台（3011）嵌入所述第一凹槽（3021）内，使所述壳体盖（302）与所述壳体（301）固定连接；

所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）具有开孔，所述主传动轴（304）嵌套固定在所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）的开孔内，且所述主传动轴（304）两端从所述径向充磁圆柱形永磁铁（303）的开孔中伸出；

所述第一传动棘轮底座（311）的凹槽和所述壳体（301）上的第一凸台（3011）嵌套配合，使第一传动棘轮底座（311）与壳体（301）固定连接；

第二传动棘轮底座（312）的凹槽和壳体盖（302）的凸台嵌套配合，使第二传动棘轮底座（312）与壳体盖（302）固定连接。

4.根据权利要求1所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述磁驱动解耦模块（3）还包括第三弹性棘爪轮组件（315）、限位棘轮壳体（316），所述第三弹性棘爪轮组件（315）与第一传动轴（3082）固定连接，所述第三弹性棘爪轮组件（315）由第三弹性棘爪和第三棘爪轮组成，所述第三弹性棘爪由弹性材料加工而成，所述第三弹性棘爪与所述第三棘爪轮固定连接；第三弹性棘爪的朝向与所述第一弹性棘爪（3071）的朝向相反，第一传动棘轮（308）转动时将会带动第三弹性棘爪轮组件（315）一起转动，所述第三弹性棘爪轮组件（315）无法逆时针转动，只能够顺时针转动，所述第三弹性棘爪轮组件（315）顺时针转动时，所述第三弹性棘爪发生弹性形变，进而从所述限位棘轮壳体（316）上的棘齿上滑过，使得第一传动棘轮（308）的输出只有顺时针的旋转运动。

5.根据权利要求1所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述施药模块（4）包括储药容器（401）、容器封盖（402）、丝杆轴（404）、密封滑片（405），施药模块（4）的输入轴为丝杆轴（404），所述储药容器（401）设有容器内空（4011），所述储药容器（401）底面设有通孔（4012），容器封盖（402）封闭于所述储药容器（401）的开口位置处，所述密封滑片（405）通过螺纹配合连接在所述丝杆轴（404）上，所述丝杆轴（404）能够在所述储药容器（401）中转动，所述丝杆轴（404）旋转进而带动与其螺纹配合的密封滑片（405）向通孔（4012）一侧水平滑动，密封滑片（405）的水平滑动使得储药容器（401）的左侧容积减小、压力增大，进而将治疗药物从储药容器（401）底部的通孔（4012）中挤压出去。

6.根据权利要求5所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述施药模块（4）还包括丝杆轴承（403），所述容器封盖(402)通过其上的凹槽与所述储药容器（401）上的凸台进行嵌套配合，使所述容器封盖(402)与所述储药容器（401）固定连接，所述丝杆轴承（403）通过轴孔配合嵌套在所述容器封盖（402）的孔中；所述丝杆轴（404）一端通过轴孔配合嵌套在丝杆轴承（403）中，所述丝杆轴（404）另一端通过轴孔配合嵌套在所述储药容器（401）的孔中。

7.根据权利要求1所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述锚定腿模块（2）还包括底座（201）、移动件（202）、偏心凸轮（203），所述锚定腿组件包括第一锚定腿组件（205）和第二锚定腿组件（206），所述锚定腿模块（2）的输入轴为偏心凸轮轴（2031）；

所述底座（201）设有滑槽（2013），所述移动件（202）嵌套在所述滑槽（2013）中，两者之间构成一个移动副；所述移动件（202）设有移动件内空（2022），所述偏心凸轮（203）嵌套在所述移动件内空（2022）中，两者之间构成一个接触直线副；所述偏心凸轮（203）设有偏心凸轮轴（2031），所述偏心凸轮轴（2031）从所述底座（201）的孔中伸出后与所述第一联轴器（317）另一端相连，所述偏心凸轮（203）能够在所述移动件内空（2022）中转动；当所述偏心凸轮轴（2031）接收到所述第一联轴器（317）提供的旋转动力时，所述移动件（202）将会在所述底座（201）的滑槽（2013）中做往复直线运动；

所述第一锚定腿组件（205）包括第一锚定腿（2051）、第一连接棍（2053），所述第一连接棍（2053）与所述第一锚定腿（2051）为活动连接；所述第二锚定腿组件（206）包括第二锚定腿、第二连接棍，所述第二连接棍与所述第二锚定腿为活动连接；

所述第一连接棍（2053）与所述移动件（202）相连，所述第二连接棍与所述移动件（202）相连。

8.根据权利要求7所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述锚定腿模块（2）还包括支撑垫片（207）、轨迹垫片（208）和封盖垫片（209），所述支撑垫片（207）安装在所述底座（201）上方，所述轨迹垫片（208）安装在所述支撑垫片（207）上方，所述第一锚定腿组件（205）位于所述轨迹垫片（208）和所述支撑垫片（207）之间；所述封盖垫片（209）安装在所述轨迹垫片（208）上方，所述第二锚定腿组件（206）位于所述封盖垫片（209）和所述轨迹垫片（208）之间；

所述轨迹垫片（208）底面设有第一轨迹限位槽（2081），所述第一锚定腿组件（205）设有第一连接凸台（2054），所述第一连接凸台（2054）嵌套在所述第一轨迹限位槽（2081）内，从而实现第一锚定腿（2051）的轨迹限位；

所述轨迹垫片（208）顶面设有第二轨迹限位槽，所述第二轨迹限位槽与所述第一轨迹限位槽（2081）为镜像对称设置，所述第二锚定腿组件（206）设有第二连接凸台，所述第二连接凸台嵌套在所述第二轨迹限位槽内，从而实现第二锚定腿的轨迹限位。

9.根据权利要求8所述的磁驱动肠道施药胶囊机器人，其特征在于：所述锚定腿模块（2）还包括偏心凸轮轴承（204），所述偏心凸轮轴承（204）固定安装在所述底座（201）的孔中，所述偏心凸轮轴（2031）嵌套在所述偏心凸轮轴承（204）中，两者之间构成一个旋转副；

所述第一锚定腿组件（205）和所述第二锚定腿组件（206）为上下错位排布；

所述支撑垫片（207）设有支撑垫片槽（2073），所述底座（201）的台阶上设有底座凸台（2012），所述底座凸台（2012）嵌入所述支撑垫片槽（2073）内，从而使所述支撑垫片（207）与所述底座（201）固定安装在一起；

所述第一锚定腿组件（205）还包括第一连接棍轴承（2052），所述第一锚定腿（2051）一端外表面呈圆弧状，所述第一连接棍轴承（2052）固定嵌套在所述第一锚定腿（2051）的孔中，所述第一连接棍（2053）固定嵌套在所述第一连接棍轴承（2052）的孔中，所述第一锚定腿（2051）能够绕着第一连接棍（2053）转动；

所述第二锚定腿组件（206）还包括第二连接棍轴承，所述第二锚定腿一端外表面呈圆弧状，所述第二连接棍轴承固定嵌套在所述第二锚定腿的孔中，所述第二连接棍固定嵌套在所述第二连接棍轴承的孔中，所述第二锚定腿能够绕着第二连接棍转动；

所述轨迹垫片（208）底面设有第一轨迹垫片凹槽（2083）、第二轨迹垫片凹槽（2084），所述轨迹垫片（208）顶面设有第三轨迹垫片凹槽、第四轨迹垫片凹槽，所述第一轨迹垫片凹槽（2083）和第三轨迹垫片凹槽为镜像对称设置，所述第二轨迹垫片凹槽（2084）和所述第四轨迹垫片凹槽为镜像对称设置，所述轨迹垫片（208）还设有轨迹垫片通孔（2082）；

所述支撑垫片（207）设有支撑垫片通孔（2071）、第一支撑垫片凸台（2072）、第二支撑垫片凸台（2074），所述支撑垫片通孔（2071）为两个，所述第一支撑垫片凸台（2072）嵌入所述第一轨迹垫片凹槽（2083）内，所述第二支撑垫片凸台（2074）嵌入所述第二轨迹垫片凹槽（2084）内，从而使所述支撑垫片（207）与所述轨迹垫片（208）连接固定；所述移动件（202）设有两个移动件孔（2021），所述第一连接棍（2053）穿过其中一个支撑垫片通孔（2071）插入到其中一个移动件孔（2021）中，从而实现移动件（202）与第一锚定腿组件（205）间的运动传递；

所述第二连接棍依次穿过所述轨迹垫片通孔（2082）和另一个支撑垫片通孔（2071）插入到另一个移动件孔（2021）中，从而实现移动件（202）与第二锚定腿组件（206）间的运动传递；

所述封盖垫片（209）设有第一封盖垫片凸台（2091）和第二封盖垫片凸台（2092），所述第一封盖垫片凸台（2091）嵌入所述第三轨迹垫片凹槽内，所述第二封盖垫片凸台（2092）嵌入所述第四轨迹垫片凹槽内，从而使所述封盖垫片（209）与所述轨迹垫片（208）连接固定。

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