本发明专利技术公开了一种棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置与方法，涉及内窥镜微型胶囊机器人。它包括胶囊壳体、驱动电机、丝杠螺母机构、导向机构、可展机构。所述驱动电机带动丝杠转动，驱动螺母沿导向杆移动，使可展机构收、放，实现机器人驻停定位，或丝杠带动螺母，相对已展开、在肠道中定位的可展机构转动，带动胶囊功能仓绕轴线回转，实现其位姿的调整。所述胶囊壳体与覆盖在可展机构外的弹性蒙皮将整个胶囊内镜机器人围合成密封腔体。本发明专利技术的有益效果是:采用了欠驱动的方式使装置结构简单，解决了胶囊内镜机器人体积大，不易吞服和在肠道中蠕动困难的问题；通过定点驻停和位姿调整，实现对患者胃肠道进行全方位诊疗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备领域，尤其涉及棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置与方法。
技术介绍
胶囊内窥镜是一种做成胶囊形状的内窥镜，它是用来检查人体胃肠道健康状况的医疗仪器。胶囊内窥镜机器人则以主、被动驱动控制方式，在人体胃肠道中运动，窥探人体肠胃和食道部位的健康状况，进而帮助医生对病人进行诊断甚或治疗。 医疗内窥镜的发展按其实现方式的改变可分为两个阶段:线缆式内窥镜和无线胶囊型内窥镜。 传统的线缆式内窥镜自问世以来经过不断的变化和改进，现己成为当今医疗检查的重要器具。但这种方法使用过程中会给病人带来一定的不适，并且在使用内窥镜导入和观察的过程中，所需的时间长而且容易对人体内部产生损害。另外，对医护人员的操作水平要求也较高。 国内外，无线胶囊型内窥镜己经获得一定的研究成果，以色列Given Imaging 公司开发了M2ATM 胶囊机器人；美国RF系统实验室研制出的Sayka胶囊内窥镜；日本的RF System Lab.公司研制的不使用电池的胶囊内窥镜；我国重庆金山科技(集团)有限公司研制的“OMOM胶囊内窥镜”等。 目前已投入到商业应用的胶囊机器人在人体内部运行的过程主要采用被动驱动的方法，即需要利用器官蠕动或器官内部流动的流体的带动下实现遍历人体各器官的任务。医生无法有效控制胶囊内镜至需观察部位，更无法控制胶囊内镜在疑似病灶处进行细致观察。 一些专利文献中提出的一些主动驱动胶囊机器人结构，如专利文献号 US8, 322,469B2，公开的Bidirectional moving micro robot system（双向移动微型机器人系统），采用“爬行”的方式在肠道中进、退；专利文献号EP188323公开的Capsule type micro-robot moving system （胶囊型微型机器人系统），采用了“划桨”的方式前进；专利文献号CN200910273058.3中公开了一种磁导航式运动控制系统，通过内外部永磁体的相互作用拖动行走。上述这些主动控制装置，虽可实现对肠道状况反复观察，但很难准确驻停于肠道中某一位置，更谈不上周向位姿的调整，不便于帮助医生对病人进行诊断、治疗。 综上所述，现阶段急需一种能够有效地在胃肠道内爬行，同时还能够在运动过程中驻停及位姿调整的装置，以实现在尽可能减少对人体造成创伤的前提下对患者胃肠道进行全方位诊疗。
技术实现思路
本专利技术提供一种结构简单并且能够以欠驱动的方式实现胶囊内镜机器人驻停及位姿调整的操控装置。为实现上述目的，本专利技术胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置可采用如下技术方案：一种棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置，安装于胶囊机器人的头部，其特征在于：包括电机安装板、驱动电机、丝杆、导向杆、下盘螺母、上盘、n个短杆、n个长杆、弹性蒙皮；所述丝杆具有第一端和第二端，并且丝杆上靠近第一端为外螺纹段，采用左旋螺纹结构，靠近第二端为光杆段；所述下盘螺母内部为与所述丝杆配合的螺纹，外部周向均布了棘轮凹槽； 其中电机安装板固定于胶囊机器人上，驱动电机固定于电机安装板上，且驱动电机的输出轴与胶囊机器人的中轴线重合，丝杆的第一端通过连接套与驱动电机的输出轴同轴固定连接；导向杆固定于电机安装板上并与丝杆平行；下盘螺母安装在丝杆和导向杆上，且下盘螺母的内螺纹与丝杆的外螺纹段正好配合；上述导向杆轴线位于上述棘轮凹槽内；上述导向杆末端安装有棘爪，棘爪与限位销、弹簧销、复位压簧、棘爪轴及上述下盘螺母一起构成棘轮机构；其中棘爪轴、弹簧销、限位销均固定于导向杆端部，且其回转轴均与导向杆平行，棘爪套在棘爪轴上可绕其摆动，沿着导向杆端部平面的负法线方向看，以棘爪轴为中心，限位销、棘爪爪尖、弹簧销三者沿顺时针方向布置，且棘爪爪尖指向丝杆轴侧，棘爪具有顺时针旋向；复位压簧一端套在弹簧销上，另一端固定在棘爪凹侧，用于棘爪复位，而限位销则用于压簧具有最大伸长，棘爪逆时针摆动时的限位； 所述丝杆的螺纹段长度是要求当下盘螺母旋至螺纹段极限位置，即接触至丝杆光杆段时，安装于导向杆末端的棘爪且好处于下盘螺母的棘轮凹槽中； 上盘通过轴承安装于丝杆的第二端，n个长杆和短杆沿胶囊机器人的中轴线对称分布，其中长杆第一端与上盘铰接，短杆的第一端与下盘螺母铰接，短杆的第二端与长杆中间铰接；胶囊机器人周向设有环形槽，上述弹性蒙皮覆盖于长杆外侧，弹性蒙皮边缘通过安装于上述环形槽内的滑环与胶囊机器人连接。所述的棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置的工作方式，其特征在于包括以下过程：定义：以从丝杆向驱动电机的方向看，丝杆逆时针转动为正转、丝杆顺时针转动为反转；胶囊机器人驻停：当胶囊机器需要停留时，控制驱动电机输出轴正转，带动丝杆同向转动，由于下盘螺母受导向杆的限制，只能沿丝杆轴向第二端方向移动，带动铰接在螺母上短杆摆动、短杆带动长杆向外侧展开，从而撑开弹性蒙皮，弹性蒙皮作用在肠道内壁上实现驻停；胶囊机器人驻停后的位姿调整：控制驱动电机继续正转，使丝杆带动下盘螺母旋至丝杆丝扣末端，弹性蒙皮完全撑开，下盘螺母脱开导向杆的限制，下盘螺母不再轴向移动而随丝杆正转；此时棘爪凸面与下盘螺母的外侧周面相对滑动，棘爪不起限位防转作用；此时，由于弹性蒙皮已撑开作用在四周壁面上与四周壁面相对静止，所以丝杆和下盘螺母也与四周壁面相对静止；当驱动电机继续工作时，由于接连套的作用反而造成驱动电机机身带动胶囊体反转，实现其周向位置的调整；胶囊机器人驻停或完成姿态调整后的弹性蒙皮收回：控制驱动电机输出轴反转，由于弹性蒙皮已撑开作用在四周壁面上与四周壁面相对静止，所以丝杆和下盘螺母也与四周壁面相对静止；当驱动电机工作时，由于接连套的作用反而造成驱动电机机身带动胶囊体正转，导向杆也正转并带动棘爪卡在下盘螺母的棘轮凹槽中，棘爪受到下盘螺母的限制使胶囊体不再转动，此后，驱动电机输出轴反转将带动丝杆反转，使得下盘螺母先经棘爪滑向导向杆，再由导向杆导向，沿丝杆轴向第一端方向移动，带动短杆摆动、短杆带动长杆向内侧回收；下盘螺母对短杆的拉动加上肠道内壁弹性回复力的共同作用，使弹性蒙皮逐步回收而最终从四周壁面脱离，弹性蒙皮收回包裹于胶囊体侧，胶囊机器人可继续行进。与
技术介绍
相比，本专利技术胶囊内镜机器人驻停及位姿调整装置结构紧凑、体积小，便于患者吞服，能够做到在驻停过程中对消化道壁微损伤乃至无损伤，能够实现定点诊疗，对患者进行全方位观察，并且结构简单，工作安全可靠。本专利技术为棘爪复位式胶囊内镜机器人驻停及位姿调整装置与方法。胶囊内镜机器人先通过口服等方式进入人体消化道，并随肠胃的蠕动接近病变区域；此后，胶囊内镜机器人切换为主动运动模式，通过外部电磁场驱动自主运动到目标点；当机器人在某个位置出现“卡死”现象时，通过体内点刺激消化道壁，干预消化道蠕动，实现机器人的主被动协同控制；到达目标点后，通过本专利技术装置，控制驱动电机使可展机构撑开，实现胶囊内镜机器人在肠胃环境内驻停；调整给药舱或采样探针位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置，安装于胶囊机器人的头部，其特征在于：包括电机安装板（21）、驱动电机（22）、丝杆（31）、导向杆（41）、下盘螺母（32）、上盘（53）、n个短杆（51）、n个长杆（52）、弹性蒙皮（12）；所述丝杆（31）具有第一端和第二端，并且丝杆（31）上靠近第一端为外螺纹段，采用左旋螺纹结构，靠近第二端为光杆段；所述下盘螺母（32）内部为与所述丝杆（31）配合的螺纹，外部周向均布了棘轮凹槽（321）； 其中电机安装板（21）固定于胶囊机器人上，驱动电机（22）固定于电机安装板（21）上，且驱动电机（22）的输出轴与胶囊机器人的中轴线重合，丝杆（31）的第一端通过连接套（23）与驱动电机（22）的输出轴同轴固定连接；导向杆（41）固定于电机安装板（21）上并与丝杆（31）平行；下盘螺母（32）安装在丝杆（31）和导向杆（41）上，且下盘螺母（32）的内螺纹与丝杆（31）的外螺纹段正好配合；上述导向杆轴线位于上述棘轮凹槽（321）内；上述导向杆末端安装有棘爪（42），棘爪（42）与限位销（43）、弹簧销（44）、复位压簧（45）、棘爪轴（46）及上述下盘螺母（32）一起构成棘轮机构；其中棘爪轴（46）、弹簧销（44）、限位销（43）均固定于导向杆端部，且其回转轴均与导向杆平行，棘爪（42）套在棘爪轴（46）上可绕其摆动，沿着导向杆端部平面的负法线方向看，以棘爪轴（46）为中心，限位销（43）、棘爪爪尖、弹簧销（44）三者沿顺时针方向布置，且棘爪爪尖指向丝杆轴侧，棘爪具有顺时针旋向；复位压簧（45）一端套在弹簧销（44）上，另一端固定在棘爪（42）凹侧，用于棘爪（42）复位，而限位销（43）则用于压簧（45）具有最大伸长，棘爪（42）逆时针摆动时的限位； 所述丝杆（31）的螺纹段长度是要求当下盘螺母（32）旋至螺纹段极限位置，即接触至丝杆光杆段时，安装于导向杆（41）末端的棘爪且好处于下盘螺母（32）的棘轮凹槽（321）中； 上盘（53）通过轴承安装于丝杆（31）的第二端，n个长杆（52）和短杆（51）沿胶囊机器人的中轴线对称分布，其中长杆（52）第一端与上盘（53）铰接，短杆（51）的第一端与下盘螺母（32）铰接，短杆（51）的第二端与长杆（55）中间铰接；胶囊机器人周向设有环形槽（111），上述弹性蒙皮（12）覆盖于长杆（52）外侧，弹性蒙皮（12）边缘通过安装于上述环形槽（111）内的滑环（13）与胶囊机器人连接。...
【技术特征摘要】
1.一种棘爪复位式胶囊內镜机器人驻停及位姿调整装置，安装于胶囊机器人的头部，其特征在于：
包括电机安装板（21）、驱动电机（22）、丝杆（31）、导向杆（41）、下盘螺母（32）、上盘（53）、n个短杆（51）、n个长杆（52）、弹性蒙皮（12）；
所述丝杆（31）具有第一端和第二端，并且丝杆（31）上靠近第一端为外螺纹段，采用左旋螺纹结构，靠近第二端为光杆段；
所述下盘螺母（32）内部为与所述丝杆（31）配合的螺纹，外部周向均布了棘轮凹槽（321）；
其中电机安装板（21）固定于胶囊机器人上，驱动电机（22）固定于电机安装板（21）上，且驱动电机（22）的输出轴与胶囊机器人的中轴线重合，丝杆（31）的第一端通过连接套（23）与驱动电机（22）的输出轴同轴固定连接；导向杆（41）固定于电机安装板（21）上并与丝杆（31）平行；下盘螺母（32）安装在丝杆（31）和导向杆（41）上，且下盘螺母（32）的内螺纹与丝杆（31）的外螺纹段正好配合；上述导向杆轴线位于上述棘轮凹槽（321）内；
上述导向杆末端安装有棘爪（42），棘爪（42）与限位销（43）、弹簧销（44）、复位压簧（45）、棘爪轴（46）及上述下盘螺母（32）一起构成棘轮机构；其中棘爪轴（46）、弹簧销（44）、限位销（43）均固定于导向杆端部，且其回转轴均与导向杆平行，棘爪（42）套在棘爪轴（46）上可绕其摆动，沿着导向杆端部平面的负法线方向看，以棘爪轴（46）为中心，限位销（43）、棘爪爪尖、弹簧销（44）三者沿顺时针方向布置，且棘爪爪尖指向丝杆轴侧，棘爪具有顺时针旋向；复位压簧（45）一端套在弹簧销（44）上，另一端固定在棘爪（42）凹侧，用于棘爪（42）复位，而限位销（43）则用于压簧（45）具有最大伸长，棘爪（42）逆时针摆动时的限位；
所述丝杆（31）的螺纹段长度是要求当下盘螺母（32）旋至螺纹段极限位置，即接触至丝杆光杆段时，安装于导向杆（41）末端的棘爪且好处于下盘螺母（32）的棘轮凹槽（321）中；
上盘（53）通过轴承安装于丝杆（31）的第二端，n个长杆（52）和短杆（51）沿胶囊机器人的中轴线对称分布，其中长杆（52）第一端与上盘（53）铰接，短杆（51）的第一端与下盘螺母（32）铰接，短杆（51）的第二端与长杆（55）中间铰接；
胶囊机器人周向设有环形槽（111），上述弹性蒙皮（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪群华，陈柏，王扬威，吴洪涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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