一种医学用自给式主动径向驱动装置制造方法及图纸

一种医学用自给式主动径向驱动装置，包括：壳体、轴体、安装座对、至少一对径向位移传感器组件对、至少一对径向磁轴承组件对和保护块对；每对径向位移传感器组件对中的两个径向位移传感器组件相互对称地分别设置在壳体内部的左右两端，包括传感器定子、传感器探头和检测环，传感器定子的传感器探头与检测环形成探测间隙；每对径向磁轴承组件对中的两个径向磁轴承组件比径向位移传感器组件更靠内地相互对称地分别设置在壳体的两端，包括径向磁轴承定子、线圈和径向磁轴承转子，径向磁轴承定子和径向磁轴承转子之间形成磁间隙，线圈缠绕在径向磁轴承定子的每个磁极上。整个装置可实现轴体的径向方向的精确悬浮以及沿径向方向的偏转控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗设备领域，特别是涉及一种医学用自给式主动径向驱动装置，其可作为内镜或显微手术机器人装置的运动机构。
技术介绍
随着医学科技的快速迅猛发展，疾病诊断、监测、采样和活体内临床手术处理越来越趋于微创和无创化，因此对在体内进行微创或无创医疗检测的机器人，例如，主动引导内窥镜的蠕动式机器人，的需求越来越大，要求也越来越高，特别是对这种机器人的体积、质量、功能上提出了更高的要求。目前商用胶囊机器人，例如，用于自动拍摄消化道内的图片的胶囊内镜，多是被动随消化系统蠕动而无法控制其方位，在肠道狭窄和皱褶区域会发生嵌顿、滞留现象。而应用内镜运动机器人的运动装置尚处于试验阶段且结构比较复杂，其中，有的装置是利用外界磁场与进入体内的蠕动式机器人的相互作用力实现该蠕动式机器人的自主蠕动功能，然而，由于外界磁场漏磁较大，如果要实现体外磁场与体内磁场的相互作用，那么体外磁场的体积会很大，不利于病人临床上的安放和限制病人自由活动。此外，现有的蠕动式机器人的自给式蠕动装置无法实现轴的精确控制，导致实际应用时误差很大，而且现有的自给式蠕动装置只能实现单一自由度的出力，无法实现各个自由度上的出力。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有内镜或显微手术机器人中蠕动运动装置体积大以及功耗高的问题，提供一种医学用自给式主动径向驱动装置，其不依赖复杂的外界磁场驱动，便于精确的蠕动控制，具有体积小、功耗低的特点。本专利技术提供了一种医学用自给式主动径向驱动装置，包括：壳体，该壳体为中空圆筒状，包括相对的左右两个开口；轴体，该轴体横向设置在所述壳体的所述两个开口之间；安装座对，该安装座对中的两个安装座分别设置在所述壳体的所述两个开口上，与所述壳体固定连接；至少一对径向位移传感器组件对，每对径向位移传感器组件对中的两个径向位移传感器组件相互对称地分别设置在所述壳体内部的左右两端，每个径向位移传感器组件包括传感器定子和检测环，所述传感器定子外表面连接在所述壳体上，所述检测环位于所述传感器定子内并安装在所述轴体上；至少一对径向磁轴承组件对，该至少一对径向磁轴承组件对位于所述壳体内，每对径向磁轴承组件对中的两个径向磁轴承组件相对所述径向位移传感器组件更靠内地相互对称地分别设置在所述轴体的两端，每个所述径向磁轴承组件包括径向磁轴承定子、线圈和径向磁轴承转子，所述径向磁轴承定子外表面连接在所述壳体上，所述径向磁轴承转子位于所述径向磁轴承定子内并安装在所述轴体上，所述径向磁轴承定子和所述径向磁轴承转子之间形成磁间隙；以及保护块对，该保护块对中的两个保护块相对所述径向位移传感器组件更靠外地分别设置在所述轴体的最外两端，与所述径向位移传感器组件的检测环连接，并与同侧的所述安装座在在径向方向上形成保护间隙；其中，设置在所述壳体同一端的所述径向位移传感器组件的传感器定子与所述径向磁轴承组件的径向磁轴承定子在轴向方向上相邻，所述径向位移传感器组件的检测环位于所述径向磁轴承组件的径向磁轴承转子的侧面；所述径向磁轴承组件的径向磁轴承定子包括周向上均匀地间隔设置在所述径向磁轴承定子上的多个磁极，所述径向磁轴承组件的线圈缠绕在所述多个磁极中的每个磁极上；所述径向位移传感器组件还包括周向上均匀地间隔设置在所述传感器定子上的多个传感器探头，所述至少多个传感器探头中的每个传感器探头与所述检测环形成探测间隙。在其中一个实施例中，单独对所述径向磁轴承组件中的所述线圈中的电流进行控制。在其中一个实施例中，所述径向磁轴承组件中的所述径向磁轴承定子和所述径向磁轴承转子均为实心结构，由饱和磁密高的软磁材料制成，该软磁材料包括1J50、1J22和硅钢DW270。在其中一个实施例中，所述径向位移传感器组件中的所述传感器定子和所述检测环由高磁导率的材料制成，该高磁导率的材料包括1J85、1J50、1J79和40Cr。在其中一个实施例中，所述径向磁轴承定子与所述径向磁轴承转子之间形成的所述磁间隙的大小为0.15mm～0.3mm。在其中一个实施例中，所述径向位移传感器定子与所述检测环之间形成的所述探测间隙的大小为0.5mm～1mm。在其中一个实施例中，所述安装座与同侧的所述保护块之间形成的所述保护间隙大小为0.1mm～0.15mm。在其中一个实施例中，所述医学用自给式主动径向驱动装置仅包括一对所述径向位移传感器组件对和一对所述径向磁轴承组件对，其中，该径向位移传感器组件对中的每个径向位移传感器组件配置为包括分别按照+x、-x、+y、-y方向设置在所述传感器定子上的四个传感器探头,x方向上的传感器探头和y方向上的传感器探头互相垂直；该径向磁轴承组件对中的每个径向磁轴承组件包括分别按照+x、-x、+y、-y方向设置在所述径向磁轴承定子上的四个磁极，x方向上的磁极和y方向上的磁极相互垂直。优选地，为了减小整个装置在径向方向上的体积，所述医学用自给式主动径向驱动装置可以包括两对所述径向位移传感器组件对，这两对所述径向位移传感器组件对包括第一径向位移传感器组件对和第二径向位移传感器组件对，其中，所述第一径向位移传感器组件对中的每个径向位移传感器组件配置为包括分别按照+x、-x方向设置在所述传感器定子上的两个传感器探头，所述第二径向位移传感器组件对中的每个径向位移传感器组件配置为包括分别按照+y、-y方向设置在所述传感器定子上的两个传感器探头，x方向上的传感器探头和y方向上的传感器探头相互垂直，所述第一径向位移传感器组件对利用分别按照+x和-x方向设置的传感器探头检测所述轴体沿x方向的平动和绕y方向的转动，所述第二径向位移传感器组件对利用分别按照+y和-y方向设置的传感器探头检测所述轴体沿y方向的平动和绕x方向的转动。优选地，为了减小整个装置在径向方向上的体积，所述医学用自给式主动径向驱动装置还可以包括两对所述径向磁轴承组件对，这两对所述径向磁轴承组件对包括第一径向磁轴承组件对和第二径向位径向磁轴承组件对，其中，所述第一径向磁轴承组件对中的每个径向磁轴承组件配置为包括分别按照+x、-x方向设置在所述径向磁轴承定子上的两个磁极，第二径向磁轴承组件对中的每个径向磁轴承组件配置为包括分别按照+y、-y方向设置在所述径向磁轴承定子上的两个磁极，x方向上的磁极和y方向上的磁极相互垂直，所述第一径向磁轴承组件对利用分别按照+x和-x方向设置的磁极实现所述轴体沿x方向的平动和绕y方向的转动，所述第二径向磁轴承组件对利用分别按照+y和-y方向设置的磁极实现所述轴体沿y方向的平动和绕x方向的转动。本专利技术根据径向位移传感器组件对于轴体的位置的检测，可以单独对径向磁轴承组件中的线圈的电流进行控制，从而实现各个自由度上的力的输出。此外，为了减小装置的径向方向上的体积，可以在装置的每一端采用两个径向位移传感器组件和两个径向磁轴承组件，其中一个径向位移传感器组件采用x方向上的两个传感器探头，另外一个径向位移传感器组件则采用y方向上的两个传感器探头，而其中一个径向磁轴承组件采用x方向上的两个磁极，另外一个径向磁轴承组件则采用y方向上的两个磁极。通过这种方式，两端的具有两个x方向传感器探头的径向位移传感器组件共同作用，利用两端x方向上检测位移的和实现轴体的x方向的平动检测，利用其检测位移的差作为轴体的绕y方向偏转方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医学用自给式主动径向驱动装置，包括：壳体(6)，该壳体(6)为中空圆筒状，包括相对的左右两个开口；轴体(4)，该轴体(4)横向设置在所述壳体(6)的所述两个开口之间；安装座对，该安装座对中的两个安装座(1、1’)分别设置在所述壳体(6)的所述两个开口上，与所述壳体(6)固定连接；至少一对径向位移传感器组件对，每对径向位移传感器组件对中的两个径向位移传感器组件(2、2’)相互对称地分别设置在所述壳体(6)内部的左右两端，每个径向位移传感器组件(2、2’)包括传感器定子(21)和检测环(23)，所述传感器定子(21)外表面连接在所述壳体(6)上，所述检测环(23)位于所述传感器定子(21)内并安装在所述轴体(4)上；至少一对径向磁轴承组件对，该至少一对径向磁轴承组件对位于所述壳体(6)内，每对径向磁轴承组件对中的两个径向磁轴承组件(3、3’)相对所述径向位移传感器组件(2、2’)更靠内地相互对称地分别设置在所述壳体(6)的两端，每个所述径向磁轴承组件(3、3’)包括径向磁轴承定子(31)、线圈(32)和径向磁轴承转子(33)，所述径向磁轴承定子(31)的外表面连接在所述壳体(6)上，所述径向磁轴承转子(33)位于所述径向磁轴承定子(31)内并安装在所述轴体(4)上，所述径向磁轴承定子(31)和所述径向磁轴承转子(33)之间形成磁间隙(34)；以及保护块对，该保护块对中的两个保护块(5、5’)相对所述径向位移传感器组件(2、2’)更靠外地分别设置在所述轴体(4)的最外两端，与所述径向位移传感器组件(2、2’)的检测环(23)连接，并与同侧的所述安装座(1、1’)在径向方向上形成保护间隙；其中，设置在所述壳体(6)同一端的所述径向位移传感器组件的传感器定子(21)与所述径向磁轴承组件的径向磁轴承定子(31)在轴向方向上相邻，所述径向位移传感器组件(2、2’)的检测环(23)位于所述径向磁轴承组件(3、3’)的径向磁轴承转子(33)的侧面；所述径向磁轴承组件(3、3’)的径向磁轴承定子(31)包括周向上均匀地间隔设置在所述径向磁轴承定子(31)上的多个磁极，所述径向磁轴承组件(3、3’)的线圈(32)缠绕在所述多个磁极中的每个磁极上；所述径向位移传感器组件(2、2’)还包括周向上均匀地间隔设置在所述传感器定子(21)上的多个传感器探头，所述多个传感器探头中的每个传感器探头(22)与所述检测环(23)形成探测间隙(24)。...

【技术特征摘要】
1.一种医学用自给式主动径向驱动装置，包括：壳体(6)，该壳体(6)为中空圆筒状，包括相对的左右两个开口；轴体(4)，该轴体(4)横向设置在所述壳体(6)的所述两个开口之间；安装座对，该安装座对中的两个安装座(1、1’)分别设置在所述壳体(6)的所述两个开口上，与所述壳体(6)固定连接；至少一对径向位移传感器组件对，每对径向位移传感器组件对中的两个径向位移传感器组件(2、2’)相互对称地分别设置在所述壳体(6)内部的左右两端，每个径向位移传感器组件(2、2’)包括传感器定子(21)和检测环(23)，所述传感器定子(21)外表面连接在所述壳体(6)上，所述检测环(23)位于所述传感器定子(21)内并安装在所述轴体(4)上；至少一对径向磁轴承组件对，该至少一对径向磁轴承组件对位于所述壳体(6)内，每对径向磁轴承组件对中的两个径向磁轴承组件(3、3’)相对所述径向位移传感器组件(2、2’)更靠内地相互对称地分别设置在所述壳体(6)的两端，每个所述径向磁轴承组件(3、3’)包括径向磁轴承定子(31)、线圈(32)和径向磁轴承转子(33)，所述径向磁轴承定子(31)的外表面连接在所述壳体(6)上，所述径向磁轴承转子(33)位于所述径向磁轴承定子(31)内并安装在所述轴体(4)上，所述径向磁轴承定子(31)和所述径向磁轴承转子(33)之间形成磁间隙(34)；以及保护块对，该保护块对中的两个保护块(5、5’)相对所述径向位移传感器组件(2、2’)更靠外地分别设置在所述轴体(4)的最外两端，与所述径向位移传感器组件(2、2’)的检测环(23)连接，并与同侧的所述安装座(1、1’)在径向方向上形成保护间隙；其中，设置在所述壳体(6)同一端的所述径向位移传感器组件的传感器定子(21)与所述径向磁轴承组件的径向磁轴承定子(31)在轴向方向上相邻，所述径向位移传感器组件(2、2’)的检测环(23)位于所述径向磁轴承组件(3、3’)的径向磁轴承转子(33)的侧面；所述径向磁轴承组件(3、3’)的径向磁轴承定子(31)包括周向上均匀地间隔设置在所述径向磁轴承定子(31)上的多个磁极，所述径向磁轴承组件(3、3’)的线圈(32)缠绕在所述多个磁极中的每个磁极上；所述径向位移传感器组件(2、2’)还包括周向上均匀地间隔设置在所述传感器定子(21)上的多个传感器探头，所述多个传感器探头中的每个传感器探头(22)与所述检测环(23)形成探测间隙(24)。2.根据权利要求1所述的医学用自给式主动径向驱动装置，其特征在于，单独对所述径向磁轴承组件(3、3’)中的所述线圈(32)中的电流进行控制。3.根据权利要求1所述的医学用自给式主动径向驱动装置，其特征在于，所述径向磁轴承组件(3、3’)中的所述径向磁轴承定子(31)和所述径向磁轴承转子(33)均为实心结构，由饱和磁密高的软磁材料制成，该软磁材料包括1J50、1J22和硅钢DW270。4.根据权利要求1所述的医学用自给式主动径向驱动装置，其特征在于，所述径向位移传感器组件(2、2’)中的所述传感器定子(21)和所述检测环(23)由高磁导...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪亮，孙津济，武可雨，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，苏州工业园区新国大研究院，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG