CN115089092B - 胶囊内窥镜运动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及胶囊内窥镜运动控制技术领域，提供一种胶囊内窥镜运动控制装置包括磁球体、座体以及驱动组件，座体具有的凹腔，磁球体滚动连接于凹腔内，并且，磁球体的部分露出于凹腔；驱动组件包括能够独立转动的至少两个输出轴以及连接于对应的输出轴上的转动件，各输出轴的中轴线的延长线相交，各转动件以各输出轴的中轴线的交点与磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个输出轴的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜夹角a≤120°，各转动件抵接于磁球体的外表面。本申请的胶囊内窥镜运动控制装置能够实现磁球体全方位旋转，控制精度更高，响应更加快速。

Description

胶囊内窥镜运动控制装置

技术领域

本发明涉及胶囊内窥镜运动控制技术领域，尤其提供一种胶囊内窥镜运动控制装置。

背景技术

当前，消化道疾病已成为最常见最多发的疾病之一。临床上常用的内窥镜检查都是使用插管的方式，但由于消化道狭窄曲折，长距离插入困难，小肠成为检查的“盲区”。另一方面，在检查过程中患者痛苦大，容易造成交叉感染，引起诸多并发症。

和传统内窥镜相比，胶囊内窥镜有诸多优点，其操作方便、易耐受、微创、小肠诊断率高、避免交叉感染、全胃肠道彩色图像、资料利于会诊、教学、保存。

目前，胶囊内窥镜分为被动式内窥镜和主动式内窥镜，其中，被动式内窥镜主要依靠消化道的蠕动来行进，很难实现对消化道全面观察或对特定位置的观察。而主动式内窥镜则是通过体外磁体系统驱动运动，即，在磁体系统产生的磁场作用下，运动至消化道的任意位置。然而，现有的体外磁体系统存在体积庞大，结构复杂，以及，控制精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种胶囊内窥镜运动控制装置，旨在解决现有的体外磁体系统控制内窥镜的行径轨迹精度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本申请的实施例提供一种胶囊内窥镜运动控制装置，用于调节胶囊内窥镜的运动方向和姿态，包括：

磁球体；

座体，所述座体具有与所述磁球体的外表面相适配的凹腔，所述磁球体滚动连接于所述凹腔内，并且，所述磁球体的部分露出于所述凹腔；

驱动组件，所述驱动组件包括能够独立转动的至少两个输出轴以及连接于对应的所述输出轴上的转动件，各所述输出轴的中轴线的延长线相交，各所述转动件以各所述输出轴的中轴线的交点与所述磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个所述输出轴的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜所述夹角a≤120°，各所述转动件抵接于所述磁球体的外表面，通过所述转动件与所述磁球体之间的摩檫力来驱动所述磁球体滚动。

本发明的有益效果：本发明的提供的胶囊内窥镜运动控制装置，利用座体的凹腔容置磁球体，为磁球体全角度旋转提供前提条件，驱动组件则为磁球体全角度旋转提供驱动力。具体地，该驱动组件包括能够独立绕轴转动的至少两个输出轴以及由输出轴带动绕轴转动的转动件，并且，各输出轴和转动件满足如下位置关系，各输出轴的中轴线的延长线相交，各转动件以各输出轴的中轴线的交点与磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个输出轴的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜夹角a＜120°。这样，当其中一个输出轴带动转动件绕轴转动时，磁球体则绕于与该输出轴的中轴线相平行的轴向转动，同理地，当另一输出轴带动转动件绕轴转动时，磁球体则绕于与当前的输出轴的中轴线相平行的轴向转，依次类推，通过控制各输出轴转动的次序，则可实现磁球体全方位旋转，具体地，转动件可以通过输出轴带动单个转动，也可以多个转动件由各输出轴带动同时转动，来实现对磁球体的任意方向驱动，那么，其对胶囊内窥镜的行径轨迹的控制精度更高，即，使得胶囊内窥镜的运动灵活度更高，并且，响应更加快速，即，能够在最短的时间内进行调整。

在一个实施例中，所述转动件具有与所述磁球体的外表面相抵接的抵接部，所述抵接部与所述磁球体之间为面接触。

在一个实施例中，所述驱动组件还包括固定件，各所述输出轴转动连接于所述固定件。

在一个实施例中，所述固定件包括基部以及设于所述基部上的若干个安装部，所述基部的中心点与各所述输出轴的中轴线的交点共线或重合，并且，各所述安装部以各所述输出轴的中轴线的交点与所述磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，各所述输出轴转动连接于对应的所述安装部。

在一个实施例中，所述胶囊内窥镜运动控制装置还包括第一支撑板以及若干个第一支撑件，所述第一支撑件的相对两端分别连接于所述第一支撑板和所述座体，所述基部固定于所述第一支撑板。

在一个实施例中，所述第一支撑件能够沿自身的轴向方向进行伸缩。在一个实施例中，所述驱动组件还包括若干个电机以及传动机构，所述电机的数量和所述传动机构的数量均与所述输出轴的数量相对应，各所述电机通过对应的所述传动机构连接于对应的所述输出轴。

在一个实施例中，所述传动机构为传动带。

在一个实施例中，所述胶囊内窥镜运动控制装置还包括第二支撑板以及若干个第二支撑件，所述第二支撑件的相对两端分别连接于所述第一支撑板和所述第二支撑板，各所述电机固定于所述第二支撑板。

在一个实施例中，所述第二支撑件能够沿自身的轴向方向进行伸缩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的输出轴、转动件以及磁球体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的爆炸图；

图4为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的固定件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的转动件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的胶囊内窥镜运动控制装置的座体的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10、磁球体；

20、座体；20a、凹腔；21、万向球轴承；

30、驱动组件；31、输出轴31；32、转动件；321、抵接部；33、固定件；331、基部；332、安装部；34、电机；35、传动机构；36、第一同步带轮；37、第二同步带轮；

41、第一支撑板；42、第一支撑件；

51、第二支撑板；52、第二支撑件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，主动式胶囊内窥镜的内部均设有磁性件或能够被磁吸的金属件，那么，体外运动控制系统也同时设有磁体，即，通过磁吸的方式，来控制主动式胶囊内窥镜的运动方向和姿态。然而，目前的体外运动控制系统采用单一自由度来控制磁体，例如，磁体一般获得绕轴转动自由度，这样，难以满足对主动式胶囊内窥镜多角度的运动方向和多方位的姿态要求。

针对上述问题，本申请提供一种胶囊内窥镜运动控制装置，能够提高主动式胶囊内窥镜的控制精度，请参见以下实施方式：

请参考图1至图3，本申请的胶囊内窥镜运动控制装置，用于调节胶囊内窥镜的运动方向和姿态，这样，胶囊内窥镜的运动方向包括前、后、上、下、左、右等；以及，胶囊内窥镜的运动姿态包括旋转、平移等。

该胶囊内窥镜运动控制装置包括磁球体10、座体20以及驱动组件30。磁球体10用于对胶囊内窥镜实施磁吸力，而，座体20和驱动组件30则用于调整磁球体10的旋转角度，从而调整对胶囊内窥镜磁吸力。

具体地，座体20具有与磁球体10的外表面相适配的凹腔20a。可以理解地，凹腔20a的内轮廓与磁球体10的外轮廓相适配，能够适应磁球体10在凹腔20a内以任意角度旋转。同时，磁球体10滚动连接于凹腔20a内，并且，磁球体10的部分露出于凹腔20a，这里，需要磁球体10部分露出于凹腔20a，以便驱动组件30驱动磁球体10旋转。

驱动组件30包括能够独立转动的至少两个输出轴31以及连接于对应的输出轴31上的转动件32。这里，输出轴31可由外部的机械动力源提供转矩，或者，由人工手动向输出轴31提供转矩。以及，转动件32为轮体结构，例如，转动件32可全向轮，或者，滚轮等，这里，对转动件32的具体结构不做限定。

各输出轴31的中轴线的延长线相交，各转动件32以各输出轴31的中轴线的交点与磁球体10的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个输出轴31的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜夹角≤120°，各转动件32抵接于磁球体10的外表面。可以理解地，各输出轴31形成类似雨伞的龙骨的结构置于磁球体10的上方，然后，由位于各输出轴31一端的转动件32与磁球体10相接触，利用摩擦力带动磁球体10旋转。以及，根据实际使用需求，夹角a为30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°等整数角度，以及，可为33.5°、55.6°、90.5°等分数角度。

示例地，当输出轴31的数量为两个，该两个输出轴31的夹角a为120°，以及，转动件32的数量也为两个，那么，在两个独立转动的输出轴31的带动下，磁球体10可绕于平行于任意一个输出轴31的中轴线的轴向转动；并且，通过控制各述输出轴31的绕轴转动的顺序来调节磁球体10的转动角度，进而，提升对胶囊内窥镜的运动灵活性。

或者，示例地，当输出轴31的数量为三个，该两个输出轴31的夹角a为90°，以及，转动件32的数量也为三个，那么，在三个独立转动的输出轴31的带动下，磁球体10可绕于平行于任意一个输出轴31的中轴线的轴向转动；并且，通过控制各述输出轴31的绕轴转动的顺序来调节磁球体10的转动角度，提升对胶囊内窥镜的运动灵活性。

综上，通过增加输出轴31和转动件32的数量，可在最短时间内将磁球体10调整到需要的旋转角度，以及，磁球体10的控制精度。

本发明的提供的胶囊内窥镜运动控制装置，利用座体20的凹腔20a容置磁球体10，为磁球体10全角度旋转提供前提条件，驱动组件30则为磁球体10全角度旋转提供驱动力。具体地，该驱动组件30包括能够独立绕轴转动的至少两个输出轴31以及由输出轴31带动绕轴转动的转动件32，并且，各输出轴31和转动件32满足如下位置关系，各输出轴31的中轴线的延长线相交，各转动件32以各输出轴31的中轴线的交点与磁球体10的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个输出轴31的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜夹角a＜120°。这样，当其中一个输出轴31带动转动件32绕轴转动时，磁球体10则绕于与该输出轴31的中轴线相平行的轴向转动，同理地，当另一输出轴31带动转动件32绕轴转动时，磁球体10则绕于与当前的输出轴31的中轴线相平行的轴向转，依次类推，通过控制各输出轴31转动的次序，则可实现磁球体10全方位旋转，具体地，转动件32可以通过输出轴31带动而单个转动，也可以多个转动件32由各输出轴31带动同时转动，来实现对磁球体10的任意方向驱动。那么，其对胶囊内窥镜的行径轨迹的控制精度更高，即，使得胶囊内窥镜的运动灵活度更高，并且，响应更加快速，即，能够在最短的时间内进行调整。

请参考图1、图3和图6，在一个实施例中，座体20的凹腔20a内设有若干个万向球轴承21。即，利用万向球轴承21来实现磁球体10在凹腔20a内进行全向转动。

请参考图2、图5，在一个实施例中，转动件32具有与磁球体10的外表面相抵接的抵接部321，抵接部321与磁球体10之间为面接触。可以理解地，抵接部321是绕于对应的输出轴31转动的部分，同时，抵接部321也是直接与磁球体10相接触部分。为了提高转动件32与磁球体10之间的力的传递，二者之间为面接触，即，在相同的正压力下，抵接部321与磁球体10之间的摩擦力。以及，考虑到传动时避免转动件32被磁化，转动件32为不易磁化的橡胶、铝合金、铜合金、不锈钢、塑料等材质。

示例地，转动件32为全向轮，全向轮的抵接部321呈筒状，并且，该抵接部321的周侧面与磁球体10的球面之间为面接触。

当然，转动件32的抵接部321还可与磁球体10之间还可为线接触或点接触，例如，转动件32为全向球，全向球的抵接部321呈球体状，并且，该抵接部321与磁球体10的球面之间为点接触。

请参考图1至图4，在一个实施例中，驱动组件30还包括固定件33，各输出轴31转动连接于固定件33。可以理解地，固定件33用于支撑各输出轴31，使得各输出轴31能够稳定绕轴转动。

示例地，固定件33具有多个安装面，且，各安装面满足对应的输出轴31的安装，以满足各输出轴31的中轴线的延长线相交于一点。

具体地，如图4所示，固定件33包括基部331以及设于基部331上的若干个安装部332，基部331的中心点与各输出轴31的中轴线的交点共线或重合，并且，各安装部332以各输出轴31的中轴线的交点与磁球体10的球心的连接线为对称中心呈对称设置，各输出轴31转动连接于对应的安装部332。

示例地，输出轴31的数量为三个时，固定件33的安装部332的数量也为三个，以及，在安装部332上开设安装孔，输出轴31通过轴承安装于安装孔。

请参考图1和图3，在一个实施例中，胶囊内窥镜运动控制装置还包括第一支撑板41以及若干个第一支撑件42，第一支撑件42的相对两端分别连接于第一支撑板41和座体20，基部331固定于第一支撑板41。可以理解地，第一支撑板41和各第一支撑件42形成支撑结构，用于固定各输出轴31和转动件32。

在一个实施例中，第一支撑件42能够沿自身的轴向方向进行伸缩。可以理解地，可伸缩的第一支撑件42用于调整第一支撑板41与座体20之间的间距，因此，适应不同尺寸大小的转动件32和磁球体10。以及，还可调节转动件32的抵接部321与磁球体10之间的压力，进而起到调节抵接部321与磁球体10之间的摩檫力大小。

示例地，第一支撑件42由多个同轴设置的套管套设而成，通过拉升或缩短对应的套管来实现第一支撑件42的整体长度的增加或减小。

示例地，第一支撑件42由多个折叠的杆体组成，相邻两个杆体通过铰接的方式连接，并且，通过折叠伸缩的方式来实现第一支撑件42的整体长度的增加或减小。

请参考图1和图3，在一个实施例中，驱动组件30还包括若干个电机34以及传动机构35，电机34的数量和传动机构35的数量均与输出轴31的数量相对应，各电机34通过对应的传动机构35连接于对应的输出轴31。这里，在本实施例中，电机34作为转动件32的绕轴转动的动力源。而传动机构35可为同步带传动、齿轮传动以及万向节传动等。

具体地，如图1、图3所示，传动机构35为传动带。可以理解地，为了实现转矩的传递，在电机34的输出端设有第一同步带轮36，在输出轴31上设有第二同步带轮37，传动带则分别绕于第一同步带轮36和第二同步带轮37。并且，考虑到传动时避免转动件32被磁化，第一同步带轮36和第二同步带轮37为不易磁化的橡胶、铝合金、铜合金、不锈钢、塑料等材质。

示例地，如图1、图3所示，电机34的数量为三个，以及，传动机构35的数量也为三个。

请参考图1和图3，在一个实施例中，胶囊内窥镜运动控制装置还包括第二支撑板51以及若干个第二支撑件52，第二支撑件52的相对两端分别连接于第一支撑板41和第二支撑板51，各电机34固定于第二支撑板51。可以理解地，第二支撑板51和各第二支撑件52形成支撑结构，用于固定各电机34。

在一个实施例中，第二支撑件52能够沿自身的轴向方向进行伸缩。可以理解地，可伸缩的第二支撑件52用于调整第二支撑板51与第一支撑板41之间的间距，因此，适应不同尺寸大小的转动件32和磁球体10。

示例地，第二支撑件52由多个同轴设置的套管套设而成，通过拉升或缩短对应的套管来实现第二支撑件52的整体长度的增加或减小。

示例地，第二支撑件52由多个折叠的杆体组成，相邻两个杆体通过铰接的方式连接，并且，通过折叠伸缩的方式来实现第二支撑件52的整体长度的增加或减小。

以上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 (10)

1.一种胶囊内窥镜运动控制装置，用于调节胶囊内窥镜的运动方向和姿态，其特征在于，包括：

磁球体；

座体，所述座体具有与所述磁球体的外表面相适配的凹腔，所述磁球体滚动连接于所述凹腔内，并且，所述磁球体的部分露出于所述凹腔；

驱动组件，所述驱动组件包括能够独立转动的至少两个输出轴以及连接于对应的所述输出轴上的转动件，各所述输出轴的中轴线的延长线相交，各所述转动件以各所述输出轴的中轴线的交点与所述磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，任意相邻两个所述输出轴的中轴线的夹角a均相等，并且，0°＜所述夹角a≤120°，各所述转动件抵接于所述磁球体的外表面，通过所述转动件与所述磁球体之间的摩檫力来驱动所述磁球体滚动。

2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述转动件具有与所述磁球体的外表面相抵接的抵接部，所述抵接部与所述磁球体之间为面接触。

3.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述驱动组件还包括固定件，各所述输出轴转动连接于所述固定件。

4.根据权利要求3所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述固定件包括基部以及设于所述基部上的若干个安装部，所述基部的中心点与各所述输出轴的中轴线的交点共线或重合，并且，各所述安装部以各所述输出轴的中轴线的交点与所述磁球体的球心的连接线为对称中心呈对称设置，各所述输出轴转动连接于对应的所述安装部。

5.根据权利要求4所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述胶囊内窥镜运动控制装置还包括第一支撑板以及若干个第一支撑件，所述第一支撑件的相对两端分别连接于所述第一支撑板和所述座体，所述基部固定于所述第一支撑板。

6.根据权利要求5所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述第一支撑件能够沿自身的轴向方向进行伸缩。

7.根据权利要求5所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述驱动组件还包括若干个电机以及传动机构，所述电机的数量和所述传动机构的数量均与所述输出轴的数量相对应，各所述电机通过对应的所述传动机构连接于对应的所述输出轴。

8.根据权利要求7所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述传动机构为传动带。

9.根据权利要求7所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述胶囊内窥镜运动控制装置还包括第二支撑板以及若干个第二支撑件，所述第二支撑件的相对两端分别连接于所述第一支撑板和所述第二支撑板，各所述电机固定于所述第二支撑板。

10.根据权利要求9所述的胶囊内窥镜运动控制装置，其特征在于：所述第二支撑件能够沿自身的轴向方向进行伸缩。

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