CN113080812B - 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳 - Google Patents

一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳 Download PDF

Info

Publication number
CN113080812B
CN113080812B CN202110382620.6A CN202110382620A CN113080812B CN 113080812 B CN113080812 B CN 113080812B CN 202110382620 A CN202110382620 A CN 202110382620A CN 113080812 B CN113080812 B CN 113080812B
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell
capsule endoscope
robot
permanent magnet
crawling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110382620.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113080812A (zh
Inventor
宋霜
芦宇琪
王焦乐
杨皓天
孟庆虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority to CN202110382620.6A priority Critical patent/CN113080812B/zh
Publication of CN113080812A publication Critical patent/CN113080812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113080812B publication Critical patent/CN113080812B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131—Accessories for endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00158—Holding or positioning arrangements using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/045—Control thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/273—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the upper alimentary canal, e.g. oesophagoscopes, gastroscopes
    • A61B1/2736—Gastroscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/07—Endoradiosondes
    • A61B5/073—Intestinal transmitters

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，包括固定模块、滑动模块和限位环，所述固定模块固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的尾端，所述限位环固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的头端，所述滑动模块与所述胶囊内窥镜机器人的外壳滑动配合，所述滑动模块设置在所述固定模块、限位环之间。本发明的有益效果是：本发明提供的磁驱动爬行外壳，可以为胶囊内窥镜机器人提供主动运动功能，无需电机驱动，可以安装在胶囊内窥镜机器人的外部。

Description

一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳
技术领域
本发明涉及胶囊内窥镜机器人，尤其涉及一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳。
背景技术
现如今，胃肠道疾病发病率极高，是临床中的多发病，严重影响着人们的身体健康，如何针对性的对疾病进行有效的检查与预防是我们所关注的问题，传统的检查方式是采用肠镜、胃镜机械式的插入来进行检查，在检查过程中患者会有极大的痛苦，于是无创无痛无麻醉的胶囊内窥镜应运而生。胶囊内窥镜是一种口服式的检查设备，用于检查人体消化道内的健康状况，因其带给患者的痛苦较小、操作简单，其具有良好的市场前景，目前国内外均在突破胶囊内窥镜领实际应用方面取得了重大突破与成果，但仍然存在一些技术难题。一方面，大部分胶囊内窥镜机器人无法进行主动运动，其在体内的移动依赖于胃肠道的蠕动和收缩，更无法控制其进行拍照的角度与位置，同时也无法满足定点施药、采样等功能要求。另一方面，即使是目前提出的一些主动运动型胶囊机器人，其驱动方式大部分为电机驱动，会产生续航不足的问题，且驱动装置位于胶囊内部，会增大胶囊整体体积，导致胶囊结构复杂、散热困难等问题。因此，在现有胶囊内窥镜机器人的基础上在其外部增加一种模块化的、能够为其提供主动运动功能的磁驱动爬行外壳能够很好解决现有胶囊内窥镜机器人存在的弊端。一方面，使得只能依赖消化道蠕动而移动的胶囊内窥镜机器人有了主动运动的功能，另一方面，在现有胶囊内窥镜机器人的外部增加结构，不增加原有胶囊机器人的结构复杂性。因此，设计一种磁驱动爬行外壳，可以为胶囊内窥镜机器人提供主动运动功能，在利用胶囊内窥镜机器人完成临床检查上有着显著的现实意义以及迫切的市场需求。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳。
本发明提供了一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，包括固定模块、滑动模块和限位环，所述固定模块固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的尾端，所述限位环固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的头端，所述滑动模块与所述胶囊内窥镜机器人的外壳滑动配合，所述滑动模块设置在所述固定模块、限位环之间。
作为本发明的进一步改进，所述固定模块包括第一封装环、第一永磁体和第一腔体外壳，所述第一永磁体安装在所述第一腔体外壳之内，所述第一封装环固定在所述第一腔体外壳的开口处，用来封装所述第一永磁体。
作为本发明的进一步改进，所述滑动模块包括第二封装环、第二永磁体和第二腔体外壳，所述第二永磁体安装在所述第二腔体外壳之内，所述第二封装环固定在所述第二腔体外壳的开口处，用来封装所述第二永磁体。
作为本发明的进一步改进，所述第一永磁体和第二永磁体呈圆环形状，采用径向充磁的方式制造。其磁化方向为半径方向，S级和N级分别位于两个半圆环处，并非沿轴线方向，在圆环形永磁体的轴线方向磁极不变。第一永磁体为固定不动永磁体，第二永磁体负责旋转与滑动。当施加外部均匀磁场时，第二永磁体相对第一永磁体转动，使得两个永磁体S级和S级相对，N级和N级相对，由相互吸引状态变为相互排斥状态，同时在斥力作用下第二永磁体远离第一永磁体，在所述圆柱外壳上产生相对滑动，所述磁驱动爬行外壳呈现伸展状态。当撤去外部均匀磁场时，第一永磁体仍固定不动，第二永磁体受到吸引力作用下产生相对转动与相对滑动，S级和N级相对，两永磁体相互吸引，所述磁驱动爬行外壳呈现收缩状态。
作为本发明的进一步改进，所述限位环采用生物相容性材料制成，用于限制负责旋转与移动的第二永磁体在所述圆柱外壳上的相对位置，防止第二永磁体滑脱所述圆柱外壳。
作为本发明的进一步改进，所述第一腔体外壳、第二腔体外壳均采用生物兼容性材料制成，负责利用前进后退时的摩擦力不同，使得爬行外壳的主动运动功能得以实现，其前进产生的摩擦力小、后退产生的摩擦力大，由此产生差异摩擦力是的胶囊机器人整体向前运动。
作为本发明的进一步改进，所述第一腔体外壳、第二腔体外壳采用仿生纤毛结构，其包裹在圆环形永磁体上，每根纤毛都呈一定的角度分布，前进时摩擦力小，后退时纤毛形如倒刺，摩擦力大。以上两种结构均可以产生差异摩擦力来达到主动运动的目的。
作为本发明的进一步改进，所述第一腔体外壳、第二腔体外壳均采用圆台形结构，并且，从头部到尾部圆台半径逐渐增大，分别采用不同的生物兼容性材料使得圆台侧面部分摩擦力小，圆台底部摩擦力大。
作为本发明的进一步改进，所述胶囊内窥镜机器人的外壳为圆柱外壳。
本发明的有益效果是：本发明提供的磁驱动爬行外壳，可以为胶囊内窥镜机器人提供主动运动功能，无需电机驱动，可以安装在胶囊内窥镜机器人的外部。
附图说明
图1是装有磁驱动爬行外壳的胶囊内窥镜机器人的分解示意图。
图2是本发明选用的一种胶囊内窥镜机器人的外形图。
图3是磁驱动爬行外壳的分解示意图。
图4是磁驱动爬行外壳与胶囊内窥镜机器人的整体装配图。
图5是本发明磁驱动爬行原理示意图。
图6是磁驱动爬行外壳的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，是装有磁驱动爬行外壳的胶囊内窥镜机器人的分解示意图，本发明公开了一种用于为胶囊内窥镜机器人1提供主动运动功能的磁驱动爬行外壳。该磁驱动爬行外壳由固定模块2、滑动模块3和限位环4组成。
如图2所示，是本发明选用的一种胶囊内窥镜机器人1的外形图，该胶囊机器人1外壳均采用生物兼容性材料制成，内部装有功能件以达到图像采集功能。大体分为三个部分，头部101、尾部103和连接头部和尾部的圆柱外壳102，头部101装有摄像头进行图像采集。
如图3所示，是所述磁驱动爬行外壳的分解结构示意图，由固定模块2、滑动模块3和限位环4组成。固定模块2包括封装环201、第一永磁体202和腔体外壳203。滑动模块3包括封装环301、第二永磁体302和腔体外壳303。
如图4所示，是磁驱动爬行外壳与胶囊内窥镜机器人的整体装配图，所述磁驱动爬行外壳安装在胶囊内窥镜机器人的外表面。固定模块2固定在圆柱形外壳102的尾端，第一永磁体202固定在腔体外壳203内，封装环201固定在腔体外壳203开口处，用来封装第一永磁体202。滑动模块3安装在固定模块2前面，可以沿圆柱外壳102轴向滑动，第二永磁体302安装在腔体外壳303内，可以绕圆柱外壳102轴线旋转，封装环301固定在腔体外壳303开口处，用来封装第二永磁体302。腔体外壳203、303一方面负责包裹永磁体202、203，使其不暴露于人体内部环境中，另一方面负责提供前进与后退的差异摩擦力推动胶囊内窥镜机器人1向前运动。限位环4固定在圆柱外壳102前端，用来限制滑动模块2的滑动范围，保证滑动模块2在固定模块3和限位环4之间滑动。
下面结合图5、图6来说明磁驱动爬行的原理。在不施加外部匀强磁场的自然状态下，第一永磁体202的N级和S级分别对应第二永磁体302的S级和N级，所述两个永磁体相互吸引（如图5中的(a)所示），此时所述磁驱动爬行外壳处于收缩状态（如图6中的(a)所示）。施加一个外部匀强磁场后，第二永磁体302绕圆柱外壳102轴线旋转，第二永磁体302的N级和S级分别转向第一永磁体202的N级和S级，所述两个永磁体之间产生排斥力，使第二永磁体302与第一永磁体202相互远离（如图5中的(b)所示），由于腔体外壳203和303的前进方向的摩擦力小，后退方向的摩擦力大，使得胶囊内窥镜机器人1和固定模块2保持静止，滑动模块3向前滑动距离L，此时所述磁驱动爬行外壳处于伸展状态（如图6中的(b)所示）。撤去所述外部匀强磁场后，在第一永磁体202的磁场作用下，第二永磁体302绕圆柱外壳102轴线转动，第二永磁体302的N级和S级分别转向第一永磁体202的S级和N级，所述两个永磁体之间吸引力，使第二永磁体302和第一永磁体202相互靠近（如图5中的(a)所示），由于腔体外壳203和303的前进方向的摩擦力小，后退方向的摩擦力大，滑动模块3保持静止，胶囊内窥镜机器人1和固定模块2向前滑动距离L，此时所述磁驱动爬行外壳恢复收缩状态（如图6中的(a)所示），完成一个爬行周期,一个周期内的爬行距离即L。交替施加和撤去外部匀强磁场即可实现胶囊机器人的向前爬行运动。
本发明提供的种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，具有以下优点：
（1）可以使现有的胶囊内窥镜机器人具有主动运动功能,能够实现运动与停止，达到在指定位置进行检查的目的。
（2）该磁驱动爬行外壳使用两个永磁体做驱动，可以通过在患者体外施加磁场的方式驱动两磁铁的相对转动与平动，利用磁驱动实现胶囊内窥镜机器人的主动运动，无需在胶囊机器人内部配置供能装置，驱动力来自外磁场，无需消耗胶囊内窥镜机器人本身的能量。
（3）该磁驱动爬行外壳结构简单，零件少，易于制造，可以降低制造成本。
（4）现有的胶囊内窥镜机器人达到主动运动的功能主要依靠内部驱动，而本发明创新性的提出了在外部增加一种模块化的结构来达到主动运动的功能，不增加原有胶囊内窥镜机器人的结构复杂性，且后续还可以作为一种模块化结构应用在各种现有的胶囊内窥镜机器人上，应用范围广泛，市场前景广阔。
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 (6)

1.一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：包括固定模块、滑动模块和限位环，所述固定模块固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的尾端，所述限位环固定在胶囊内窥镜机器人的外壳的头端，所述滑动模块与所述胶囊内窥镜机器人的外壳滑动配合，所述滑动模块设置在所述固定模块、限位环之间，所述固定模块包括第一封装环、第一永磁体和第一腔体外壳，所述第一永磁体安装在所述第一腔体外壳之内，所述第一封装环固定在所述第一腔体外壳的开口处，用来封装所述第一永磁体，所述滑动模块包括第二封装环、第二永磁体和第二腔体外壳，所述第二永磁体安装在所述第二腔体外壳之内，所述第二封装环固定在所述第二腔体外壳的开口处，用来封装所述第二永磁体，所述第一腔体外壳、第二腔体外壳均采用圆台形结构，并且，从头部到尾部圆台半径逐渐增大，所述磁驱动爬行外壳，为胶囊内窥镜机器人提供主动运动功能，无需电机驱动，安装在胶囊内窥镜机器人的外部。
2.根据权利要求1所述的用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：所述第一永磁体和第二永磁体呈圆环形状，采用径向充磁的方式制造。
3.根据权利要求1所述的用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：所述限位环采用生物相容性材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：所述第一腔体外壳、第二腔体外壳均采用生物兼容性材料制成。
5.根据权利要求1所述的用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：所述第一腔体外壳、第二腔体外壳的均采用仿生纤毛结构。
6.根据权利要求1所述的用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳，其特征在于：所述胶囊内窥镜机器人的外壳为圆柱外壳。
CN202110382620.6A 2021-04-09 2021-04-09 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳 Active CN113080812B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110382620.6A CN113080812B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110382620.6A CN113080812B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113080812A CN113080812A (zh) 2021-07-09
CN113080812B true CN113080812B (zh) 2022-08-16

Family

ID=76675626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110382620.6A Active CN113080812B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113080812B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115089092B (zh) * 2022-06-20 2023-03-24 元化智能科技(深圳)有限公司 胶囊内窥镜运动控制装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5000099B2 (ja) * 2005-04-28 2012-08-15 学校法人東京電機大学 外側に可動部を持たない小型ロボット
CN101622773B (zh) * 2007-02-26 2012-05-23 奥林巴斯医疗株式会社 磁驱动器、磁驱动器的工作方法及采用该磁驱动器的胶囊型内窥镜
KR20110056438A (ko) * 2009-11-14 2011-05-30 김한식 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇
TWI463965B (zh) * 2012-03-05 2014-12-11 Gi Shih Lien 膠囊內視鏡磁控系統
CN208339488U (zh) * 2017-10-11 2019-01-08 杨杰 一种手持式主动控制磁性胶囊膀胱镜
CN110403565B (zh) * 2018-04-27 2022-02-11 西安交通大学医学院第一附属医院 一种胶囊内窥镜磁与麦芒仿生双驱动装置
CN111956169B (zh) * 2020-07-28 2022-09-27 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于磁驱动的主动运动胶囊内窥镜机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN113080812A (zh) 2021-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104398230B (zh) 胃肠道机器人机构
CN103251369B (zh) 一种用于消化道内窥镜检查的胶囊机器人及其控制系统
CN111956169B (zh) 一种基于磁驱动的主动运动胶囊内窥镜机器人
CN111588335B (zh) 一种具有径向活检采样功能的磁驱动胶囊内窥镜机器人
JP2003275170A5 (zh)
CN113080812B (zh) 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁驱动爬行外壳
CN1332629C (zh) 主动式肠道内窥镜机器人系统
CN111568347B (zh) 一种具有施药功能的磁驱动胶囊内窥镜机器人
CN113081075A (zh) 一种具有主动式活检与施药功能的磁控胶囊
ITFI20080195A1 (it) Capsula endoscopica telecomandata a locomozione attiva ibrida
Wang et al. A locomotion mechanism with external magnetic guidance for active capsule endoscope
CN109497917A (zh) 消化道采样胶囊
CN111772688A (zh) 一种磁控主动运动活检胶囊机器人及其工作方法
CN103393389B (zh) 内窥镜微型胶囊机器人
Simi et al. Magnetic mechanism for wireless capsule biopsy
Ye et al. Magnetically driven wireless capsule robot with targeting biopsy function
JP2017158603A (ja) カプセル型薬剤投与器
KR20150022206A (ko) 생검장치를 갖는 캡슐장치
Zhang et al. Design of a novel biopsy capsule robot with anchoring function for intestinal tract
CN102871632B (zh) 自组装模块化机器人系统及其连接器
EP4373379A1 (en) Inspection robot
KR20110056438A (ko) 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇
CN113080811B (zh) 一种用于胶囊内窥镜机器人的磁控施药外壳
Menciassi et al. Wireless steering mechanism with magnetic actuation for an endoscopic capsule
CN209678461U (zh) 消化道采样胶囊

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant