本发明专利技术涉及一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜及其驱动方法，胶囊内窥镜包括胶囊前盖，胶囊主体结构，胶囊尾部结构，在胶囊主体结构外侧以及胶囊尾部结构沿胶囊轴向方向设置有若干片状IPMC。胶囊内窥镜正常运动状态下，胶囊主体结构外侧的片状IPMC可沿胶囊收拢，当施加控制信号后可向外张开，用于实现减速或钳位功能；当分别对外侧的片状IPMC控制时，可以实现胶囊的姿态调整。胶囊尾端可以安装一片或两片IPMC，用于主动驱动功能。本发明专利技术利用具有良好生物相容性的IPMC人工肌肉智能材料，实现胶囊内窥镜在人体内运动的运动和姿态控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及胶囊内窥镜，属于智能驱动
技术介绍
随着我国经济水平和医疗条件的提高，人性化的微创/无创诊疗技术越来越受到青睐。被医学界誉为“消化道疾病诊断的第四个里程碑”的胶囊内窥镜作为一种消化道疾病的可视化诊断设备2001年已经诞生。但是胶囊内窥镜作为一种消化道疾病的可视化诊断新型设备，其功能并不十分完善。内窥镜胶囊在人体内是随消化道的蠕动向前运动，摄取的消化道图像具有随机性，镜头角度不能控制，无法对可疑病灶进行多角度重复的观察，易造成图像遗漏、失真和对焦不准，在消化道疾病检查与诊断中具有一定的被动性和局限性。目前有不少胶囊内窥镜主动驱动机制的探索研宄，主要方式有蠕动式(KimB，Park S，Jee C Y，et al.An earthworm-1 ike locomotive mechanism for capsuleendoscopes.1ntelligent Robots and Systems,2005.(IROS 2005).2005IEEE/RSJInternat1nal Conference on.1EEE，2005:2997-3002.)、微型电机式(De Falco I，Tortora G，Dar1 P，et al.An Integrated System for Wireless Capsule Endoscopy ina liquid-distended Stomach.2014.)和电磁驱动式(Leon-Rodriguez H，Lee C，HaL V，et al.Conceptual design of micro-hydraulics system for active and b1psycapsule endoscope robot.B1medical Robotics and B1mechatronics.2014 5thIEEE RAS&EMBS Internat1nal Conference on.1EEE，2014:1068-1072.)等，除此之外还有采用特殊材料:如压电陶瓷材料(Kim B，ParkS，Jee C Y，et al.An earthworm-likelocomotive mechanism for capsule endoscopes.1ntelligent Robots andSystems,2005.(IROS 2005).2005IEEE/RSJ Internat1nal Conference on.1EEE,2005:2997-3002.)，磁致伸缩材料，记忆合金式材料等。但是，上述主动控制驱动机制还不能满足消化道检查的要求，比如蠕动式运动效率低、体积大，有可能阻塞病人的消化道；多足式多采用钩挂划动的方式，结构复杂，控制起来难度大且容易对肠道带来二次伤害；微电机式驱动耗能大，特别是基于螺旋原理的驱动方式容易损伤肠道内壁；形状记忆合金工作温度较高，不适用于肠道内检测；磁导式在运动控制上较为便捷，但是不易实现镜头角度控制，不能从根本上解决对于胶囊内窥镜在治疗功能的拓展。为了改善传统消化系统及人体微管道检查的不便以及难于实现对目标点位的观察，对于胶囊内窥镜的移动及镜头姿态的主动控制已成为消化系统检测技术发展的趋势。出于对消化道内部管壁的保护，传统机械驱动已不能满足于胶囊内窥镜机器人主动式控制的需求，因此需要设计对人体无损伤、微型化的驱动机制。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术，提出一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜及其驱动方法，实现胶囊内窥镜机器人在人体消化道内的前进、减速、定点钳位和姿态控制的功能。技术方案:一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜，包括胶囊前盖、胶囊主体结构、胶囊尾部结构，在所述胶囊主体结构外侧以及所述胶囊尾部结构沿胶囊轴向方向设置有若干片状IPMC，所述若干片状IPMC的一端与胶囊固定，所述若干片状IPMC的另一端为自由端，所述胶囊主体结构内部设有用于控制所述若干片状IPMC的控制模块。进一步的，所述胶囊内窥镜外部包裹可溶性膜。进一步的，所述胶囊主体结构的外侧沿胶囊四周均匀设有三个或四个凹槽，所述每个凹槽对应容纳一片所述片状IPMC，每片所述片状IPMC的固定端位于凹槽内靠近胶囊尾部结构的一端。进一步的，所述胶囊尾部结构中间位置设置一片所述片状IPMC。进一步的，所述胶囊尾部结构平行设置两片所述片状IPMC，所述两片片状IPMC的控制信号相位差为180°。进一步的，所述胶囊尾部结构的每一片所述片状IPMC的自由端还连接有鱼尾形状的柔性薄膜。一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜的驱动方法，包括胶囊加速步骤，胶囊减速步骤，胶囊定点钳位步骤以及胶囊姿态调整步骤；所述胶囊加速步骤为:胶囊主体结构内部的控制模块控制所述胶囊主体结构外侧的所有片状IPMC收拢到凹槽内，并控制胶囊尾部结构的片状IPMC往复摆动，实现胶囊的加速运动；所述胶囊减速步骤为:胶囊主体结构内部的控制模块控制所述胶囊主体结构外侧的所有片状IPMC的自由端向外张开，并控制胶囊尾部结构的片状IPMC停止摆动，实现胶囊减速运动；其中，所述IPMC的自由端向外张开的角度可控并小于最大值；所述胶囊定点钳位步骤为:完成所述胶囊减速步骤后，胶囊主体结构内部的控制模块控制所述胶囊主体结构外侧的所有片状IPMC的自由端向外张开到最大角度，所述胶囊主体结构外侧的所有片状IPMC的自由端与检测部位接触，使胶囊停止运动，实现胶囊定点钳位；所述胶囊姿态调整步骤为:胶囊主体结构内部的控制模块控制所述胶囊主体结构外侧的一片或多片IPMC的自由端向外张开，从而改变胶囊的倾斜角度，实现胶囊姿态调整。有益效果:本专利技术的一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜，胶囊体外侧的片状IPMCdonic Polymer-metal Composites，离子聚合物金属复合材料)在控制信号的作用下完成张开和收拢动作，其中胶囊内窥镜加速前进时片状IPMC收拢，在胶囊内窥镜机器人减速停止时片状IPMC张开，通过与壳体外侧的片状IPMC的控制配合实现在肠道内加速前进、减速、定点钳位、姿态调整等动作。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:1.采用具有柔性和良好生物相容性的IPMC人工肌肉作为驱动材料，IPMC材料在其两侧电极上施加低电压(约3V)可产生较大的弯曲变形，且可以在潮湿环境或水环境下正常工作；利用IPMC材料的这些特性制备的胶囊内窥镜，在体内运动不会给肠道的有机组织造成伤害，同时胶囊内窥镜外部包裹可溶性膜，容易被患者吞服，不会给病人带来不适，达到对病人无损的目的。2.通过各片IPMC的协同作用，胶囊内窥镜可以在肠道内实现加速、减速、姿态调整和定点钳位运动。胶囊内窥镜的加速运动可以实现快速消化道遍历检查；已投入到商业应用的胶囊内窥镜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，这样每次检查的速度是不可控的；而胶囊内窥镜机器人可以通过对IPMC的控制实现胶囊在人体内运动速度的控制，快速对患者进行消化道遍历检查。胶囊主体结构外侧的各片IPMC可以单独控制张开端顶点的高度，通过对其姿态调整运动的主动控制，可以改变胶囊的倾斜角度，实现胶囊内窥镜在人体内姿态的控制，方便摄像头本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜，包括胶囊前盖(1)、胶囊主体结构(2)、胶囊尾部结构(3)，其特征在于：在所述胶囊主体结构(2)外侧以及所述胶囊尾部结构(3)沿胶囊轴向方向设置有若干片状IPMC，所述若干片状IPMC的一端与胶囊固定，所述若干片状IPMC的另一端为自由端，所述胶囊主体结构(2)内部设有用于控制所述若干片状IPMC的控制模块。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：于敏，张梦，汪磊，何青松，杨旭，戴振东，
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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