一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人制造技术

本发明专利技术公开一种具有对称侧力感应功能的内窥镜胶囊机器人，能够感应胶囊型头部与外部环境之间的多侧交互接触力；包括：胶囊型头部、连接体、设置在胶囊型头部内的力感应模块和用于连接胶囊型头部和连接体的通道模块；力感应单元包括两个以上沿头部壳体的周向均匀分布的薄膜型压力传感器，压力传感器用于感知外部环境对胶囊型头部的压力数据，并将所感知的压力数据发给力数据输出单元，从而以无线方式传输到外部上位机。胶囊型头部在外部单磁场或多磁场的驱动下移动，从而能够检测胃肠较小腔体内壁或者小肠肠壁与胶囊型头部之间的交互接触力；该胶囊机器人除了胶囊型头部外，进入人体的通道管为柔性管，不会引起疼痛，并通过外部磁场进行移动控制，能够实现无痛、全方位的控制观察。

【技术实现步骤摘要】
一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人
本专利技术涉及一种胶囊机器人，具体涉及一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，属于医疗器械

技术介绍
内窥镜技术可以有效地防治胃肠疾病。目前市场上应用的传统内窥镜，由于其插入部刚度大，容易引起疼痛。胶囊机器人是一种新的内窥镜技术，能够有效地减少痛苦程度，是内窥镜技术的一个重要趋势。目前，已经推广应用的被动式胶囊，只能传输图像，无法进行活检取样及微小手术操作。区别于被动式胶囊，主动胶囊机器人在外部机器人的牵引下，能够自主运动，同时能够完成活检取样及微小手术操作。主动胶囊机器人运动过程中，多侧与胃肠壁进行对称接触与交互时，获得各个方向上的接触交互力的信息对于控制胶囊机器人沿着胃肠腔内的指定路径运动非常重要。经查阅相关文献资料，发现目前没有集成有力感应功能的主动胶囊机器人。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，该胶囊机器人安装有力感应模块，且力感应模块中的传感器在胶囊型头部壳体上呈对称分布，用于胶囊机器人与胃肠腔壁是多侧对称接触条件下的接触状态监控。所述的具有对称侧力感应功能的胶囊机器人包括：胶囊型头部、连接体、设置在胶囊型头部内的力感应模块和用于连接胶囊型头部和连接体的通道模块；所述胶囊型头部包括：头部壳体和安装在所述头部壳体内部的磁铁及集成有光源的相机模块；所述磁铁在外部磁场的驱动下，对所述胶囊型头部进行定位及运动控制；所述头部壳体内加工有磁铁安装槽、工具通道孔和相机线缆通道孔；所述头部壳体与通道模块连接端的相对端加工有与所述相机线缆通道孔连通的用于安装相机模块的安装槽；所述力感应模块用于感知所述胶囊机器人与外部环境为多侧对称接触条件下，各接触侧的压力数据，所述力感应模块包括：力感应单元和力数据输出单元；所述力感应单元包括两个以上沿头部壳体的周向均匀间隔分布的薄膜型压力传感器，所述压力传感器用于感知外部环境对所述胶囊型头部在其安装侧的压力数据，并将所感知的压力数据发给所述力数据输出单元，所述力数据输出单元将接收到的压力数据进行信号调理和模数转换后，以无线方式传输到外部上位机；所述通道模块包括：外部密封管和包裹在外部密封管内的相机线缆和工具通道管；所述连接体上设有工具通道接口和相机控制及电源接口；所述工具通道接口与所述通道模块中的工具通道管连通，所述相机线缆的一端通过所述头部壳体内部的相机线缆通道与所述相机模块相连，另一端通过连接体上的相机控制及电源接口与外部的电源及相机控制装置连接。所述通道模块还包括包裹在外部密封管内的水/气通道管，所述头部壳体内部加工有水/气通道孔，所述头部壳体与通道模块连接端的相对端加工有与所述水/气通道管连通的水/气喷嘴；所述连接体上设置有供水设备接口、供气设备接口；所述水/气通道管的一端通过所述水/气通道孔与所述水/气喷嘴连通，另一端分别与所述供水设备接口和供气设备接口连通。所述上位机获得外部环境对所述胶囊型头部各接触侧的压力数据后，将该压力数据作为两者之间的接触交互力对所述胶囊机器人进行安全监控，具体为：所述上位机内设置有各接触侧接触交互力的安全阈值，当某接触侧的压力传感器所感知的压力数据超过对应的安全阈值时，控制所述胶囊机器人停止运动或增大外部磁场与所述胶囊型头部之间的距离。有益效果：(1)该胶囊机器人设置有具有对称侧力感应功能的力感应模块，适用于对胃肠区域中的小直径空腔检查时，胶囊机器人与胃肠腔壁是多侧对称接触条件下的接触状态监控，通过力感应模块感知胶囊机器人与胃肠腔壁的接触力现象，可以判断胶囊当前的位姿与指定路径之间的偏差，从而实现基于力数据信息的路径规划，可以更好地进行运动控制并保证安全性。(2)同时该胶囊机器人适用于多个驱动磁场在胶囊机器人周围对称分布时，胶囊机器人与所处的检查环境是多侧的对称接触条件下的路径跟踪控制。附图说明图1为实施例1的结构示意图；图2为实施例1中胶囊型头部的结构示意图；图3为实施例1中头部壳体的结构组成图；图4为实施例1中胶囊型头部的剖视图；图5为实施例1中力数据输出单元的结构示意图；图6为实施例2中胶囊型头部的结构示意图；图7为实施例2中头部壳体的结构组成图及隔板的结构图；图8为实施例2中胶囊型头部的剖视图；图9为实施例2中力数据输出单元的结构示意图；图10为实施例3中胶囊型头部的结构示意图；图11为实施例3中头部壳体的结构组成示意图；图12为实施例3中胶囊型头部的剖视图；图13为实施例3中力数据输出单元的结构示意图；图14为实施例4中胶囊型头部的结构示意图；图15为实施例4中头部壳体的结构组成示意图及隔板的结构图；图16为实施例4中胶囊型头部的剖视图；图17为实施例4中力数据输出单元的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细描述。实施例1：本实施例提供一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，参见附图1，包括：胶囊型头部1、力感应模块、通道模块2和连接体3，其中力感应模块安装于胶囊型头部1中，通道模块2的一端与胶囊型头部1相连，另一端与连接体3相连。通道模块2包括：外部密封管和包裹在外部密封管内的相机线缆11、工具通道管13和水/气通道管15；上述部件均采用对人体无毒无害，不会释放有毒物质或气体的医用高分子材料制成，且均为柔性管。参见附图2-4，胶囊型头部1包括：头部壳体5、设置在头部壳体5两端的头部端盖A4、头部端盖B8和安装在头部壳体5内部的圆环形磁铁10和相机单元12。头部壳体5安装头部端盖B8的一端与通道模块2相连。头部壳体5为圆柱形壳体，其内部与头部端盖B8相连的一端具有用于安装圆环形磁铁10的圆柱腔，圆柱腔的轴线与圆柱形壳体的轴线重合。头部壳体5远离通道模块2的一端加工有与相机线缆通道孔连通的相机单元安装孔和与水/气通道孔连通的水/气喷嘴；头部壳体5内部加工有水/气通道孔、工具通道孔和相机线缆通道孔；为尽量缩小胶囊型头部1的体积，水/气通道孔、工具通道孔和相机线缆通道孔均在安装圆环形磁铁10的中心孔的包络面积内，即水/气通道孔、工具通道孔和相机线缆通道孔分别与圆环形磁铁10的中心孔贯通，由此水/气通道管15依次穿过圆环形磁铁10的中心孔、水/气通道孔后与水/气喷嘴连通，相机线缆11依次穿过圆环形磁铁10的中心孔、相机线缆通道孔后与安装在相机单元安装孔内的相机单元12相连。相机单元12具有防水功能，保证在进出人体过程中，不会出现故障；且相机单元12内集成有用于照明的光源，保证内窥镜能够在黑暗环境中正常工作。参见附图4-5，力感应模块包括：力感应单元和力数据输出单元，力感应单元包括六个传感器触杆9和三个薄膜型压力传感器14，每个压力传感器14对应两个传感器触杆9，传感器触杆9用于感知压力并将感知的压力传递至压力传感器14。力数据输出单元包括三个电路板，三个电路板分别为电路板A16、电路板B17和电路板C18；三个电路板沿头部壳体5的周向均匀间隔分布，以尽量缩小所占用的体积。电路板C18上集成有电池20，电路板B17上集成有无线发送模块21，电路板A16上集成有运放电路22和模数转换模块23；电路板C18分别与电路板A16、电路板B17通过线缆19连接，线缆19中包括供电线缆和数据传输线缆，电路板C18通过供电线缆为电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，其特征在于，包括：胶囊型头部(1)、连接体(3)、设置在胶囊型头部(1)内的力感应模块和用于连接胶囊型头部(1)和连接体(3)的通道模块(2)；所述胶囊型头部(1)包括：头部壳体(5)和安装在所述头部壳体(5)内部的磁铁及集成有光源的相机模块(12)；所述磁铁在外部磁场的驱动下，对所述胶囊型头部(1)进行定位及运动控制；所述头部壳体(5)内加工有磁铁安装槽、工具通道孔和相机线缆通道孔；所述头部壳体(5)与通道模块(2)连接端的相对端加工有与所述相机线缆通道孔连通的用于安装相机模块(12)的安装槽；所述力感应模块用于感知所述胶囊机器人与外部环境为多侧对称接触条件下，各接触侧的压力数据，所述力感应模块包括：力感应单元和力数据输出单元；所述力感应单元包括两个以上沿头部壳体(5)的周向均匀间隔分布的薄膜型压力传感器(14)，所述压力传感器(14)用于感知外部环境对所述胶囊型头部(1)在其安装侧的压力数据，并将所感知的压力数据发给所述力数据输出单元，所述力数据输出单元将接收到的压力数据进行信号调理和模数转换后，以无线方式传输到外部上位机；所述通道模块(2)包括：外部密封管和包裹在外部密封管内的相机线缆(11)和工具通道管(13)；所述连接体(3)上设有工具通道接口(3‑3)和相机控制及电源接口(3‑4)；所述工具通道接口(3‑3)与所述通道模块(2)中的工具通道管(13)连通，所述相机线缆(11)的一端通过所述头部壳体(5)内部的相机线缆通道与所述相机模块(12)相连，另一端通过连接体(3)上的相机控制及电源接口(3‑4)与外部的电源及相机控制装置连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，其特征在于，包括：胶囊型头部(1)、连接体(3)、设置在胶囊型头部(1)内的力感应模块和用于连接胶囊型头部(1)和连接体(3)的通道模块(2)；所述胶囊型头部(1)包括：头部壳体(5)和安装在所述头部壳体(5)内部的磁铁及集成有光源的相机模块(12)；所述磁铁在外部磁场的驱动下，对所述胶囊型头部(1)进行定位及运动控制；所述头部壳体(5)内加工有磁铁安装槽、工具通道孔和相机线缆通道孔；所述头部壳体(5)与通道模块(2)连接端的相对端加工有与所述相机线缆通道孔连通的用于安装相机模块(12)的安装槽；所述力感应模块用于感知所述胶囊机器人与外部环境为多侧对称接触条件下，各接触侧的压力数据，所述力感应模块包括：力感应单元和力数据输出单元；所述力感应单元包括两个以上沿头部壳体(5)的周向均匀间隔分布的薄膜型压力传感器(14)，所述压力传感器(14)用于感知外部环境对所述胶囊型头部(1)在其安装侧的压力数据，并将所感知的压力数据发给所述力数据输出单元，所述力数据输出单元将接收到的压力数据进行信号调理和模数转换后，以无线方式传输到外部上位机；所述通道模块(2)包括：外部密封管和包裹在外部密封管内的相机线缆(11)和工具通道管(13)；所述连接体(3)上设有工具通道接口(3-3)和相机控制及电源接口(3-4)；所述工具通道接口(3-3)与所述通道模块(2)中的工具通道管(13)连通，所述相机线缆(11)的一端通过所述头部壳体(5)内部的相机线缆通道与所述相机模块(12)相连，另一端通过连接体(3)上的相机控制及电源接口(3-4)与外部的电源及相机控制装置连接。2.如权利要求1所述的具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，其特征在于，所述通道模块(2)还包括包裹在外部密封管内的水/气通道管(15)，所述头部壳体(5)内部加工有水/气通道孔，所述头部壳体(5)与通道模块(2)连接端的相对端加工有与所述水/气通道管(15)连通的水/气喷嘴；所述连接体(3)上设置有供水设备接口(3-1)、供气设备接口(3-2)；所述水/气通道管(15)的一端通过所述水/气通道孔与所述水/气喷嘴连通，另一端分别与所述供水设备接口(3-1)和供气设备接口(3-2)连通。3.如权利要求1所述的具有对称侧力感应功能的胶囊机器人，其特征在于，所述上位机获得外部环境对所述胶囊型头部(1)各接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬，周龙，黄强，周基阳，吴磊，徐磊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11