一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜及其操作方法，包括摄像头、胶囊头部、头部摆动系统、柔性包覆材料、胶囊本体。其中头部摆动系统包括底座固定架、第一柔性底座、第一定子、第一压电陶瓷、球转子、第二柔性底座、第二定子、第二压电陶瓷、第三柔性底座、第三定子、第三压电陶瓷。当不同的定子分别通电时可以实现胶囊头部绕不同的定子轴线摆动。这种紧凑的并联结构形式可以实现胶囊内窥镜镜头摆动，扩大镜头视角，实现镜头精确定位。

A multi degree of freedom ultrasonic motor direct drive capsule endoscope and its operation method

The invention discloses a capsule endoscope for the direct drive of a multi degree of freedom ultrasonic motor and its operation method, including a camera, a capsule head, a head swinging system, a flexible coating material and a capsule body. The head swinging system includes a base frame, a first flexible base, a first stator, a first piezoelectric ceramic, a ball rotor, a second flexible base, a second stator, a second piezoelectric ceramic, a third flexible base, a third stator, and third piezoelectric ceramics. When the different stator is energized, the head of the capsule can be swung around the different stator axes. This compact parallel structure can realize the swing of capsule endoscope lens, enlarge the lens angle of view, and realize the precise positioning of lens.

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜及其操作方法
本专利技术属于微创诊疗机器人
，涉及一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜及其操作方法，具体地说，涉及一种基于球面接触副的多自由度超声电机直驱的镜头可摆动的胶囊内窥镜系统及其操作方法。
技术介绍
目前胶囊内窥镜的镜头基本都是固定的，视野非常有限，同时肠道崎岖多变、蠕动和肠液也会导致镜头视野局限，无法精确定位，很难准确捕捉病灶部位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜及其操作方法，以多自由度超声电机为致动器，驱动实现胶囊内窥镜镜头结构实现多自由度摆动和精准定位。其技术方案如下：一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜，包括摄像头1、胶囊头部2、头部摆动系统3、柔性包覆材料4、胶囊本体5，其中，摄像头1与胶囊头部2固定连接，胶囊头部2与头部摆动系统3固定连接，头部摆动系统3与胶囊本体5固定连接。进一步，所述头部摆动系统3包括底座固定架6、第一柔性底座7、第一定子8、第一压电陶瓷9、球转子10、第二柔性底座11、第二定子12、第二压电陶瓷13、第三柔性底座14、第三定子15、第三压电陶瓷16；其中，底座固定架6分别与第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14固定连接；其中第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14分别与第一定子8、第二定子12、第三定子15、通过螺纹连接。其中第一压电陶瓷9、第二压电陶瓷13、第三压电陶瓷16分别与第一定子8、第二定子12、第三定子15通过环氧胶粘结。进一步，所述第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14均包含柔性变形环面部分17和螺纹连接部分18。进一步，所述球转子10表面分别与第一定子8、第二定子12、第三定子15接触摩擦。本专利技术所述多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜的操作方法，包括以下步骤：当不同的定子组合通电时可以实现胶囊头部2不同方向的摆动。当第一定子8通电，第二定子12和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第一定子8的定轴19实现方向22的摆动；当第二定子12通电，第一定子8和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第二定子12的定轴20实现方向23的摆动。当第三定子15通电，第一定子8和第二定子12不通电时，胶囊头部2可绕第三定子15的定轴21实现方向24的摆动。本专利技术的有益效果：本专利技术涉及到的基于球面接触副的多自由度超声电机直驱的镜头可摆动的胶囊内窥镜系统，分别给三个定子通电，可实现胶囊内窥镜镜头绕着三个定子轴线摆动，从而扩大了胶囊内窥镜的视角范围，解决了目前胶囊内窥镜镜头均不可以摆动的问题。本专利技术采用超声电机结构简单，反应灵敏，便于二次开发。以其为基础搭建的多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜镜头摆动系统彻底解决了目前胶囊内窥镜镜头无法摆动，视角小，胶囊系统传动机构复杂等诸多问题，实现结构紧凑、传动环节少、体积小、重量轻，灵敏度高，分辨率高的特点。附图说明图1为本专利技术多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜的结构示意图；图2为本专利技术头部摆动系统的结构示意图；图3为第一柔性底座的结构示意图；图4为不同的定子通电时胶囊头部不同方向的摆动示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1，一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜，包括摄像头1、胶囊头部2、头部摆动系统3、柔性包覆材料4、胶囊本体5。其中摄像头1与胶囊头部2固定连接，胶囊头部2与头部摆动系统3固定连接，头部摆动系统3与胶囊本体5固定连接。参照图2，头部摆动系统3包括底座固定架6、第一柔性底座7、第一定子8、第一压电陶瓷9、球转子10、第二柔性底座11、第二定子12、第二压电陶瓷13、第三柔性底座14、第三定子15、第三压电陶瓷16。其中底座固定架6分别与第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14固定连接，三者之间呈120度分布；其中第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14分别与第一定子8、第二定子12、第三定子15、通过螺纹连接。其中第一压电陶瓷9、第二压电陶瓷13、第三压电陶瓷16分别与第一定子8、第二定子12、第三定子15通过环氧胶粘结；参考图3，所述第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14均包含柔性变形环面部分17和螺纹连接部分18。在第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14受到力的作用时，柔性变形环面部分17会发生相应的变形，保证第一定子8、第二定子12、第三定子15的内部圆弧型凹面与球转子10表面贴合。如图4所示，本专利技术操作流程：当第一定子8通电，第二定子12和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第一定子8的定轴19实现方向22的摆动；当第二定子12通电，第一定子8和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第二定子12的定轴20实现方向23的摆动。当第三定子15通电，第一定子8和第二定子12不通电时，胶囊头部2可绕第三定子15的定轴21实现方向24的摆动。这种紧凑的并联结构形式应用于胶囊内窥镜系统内可减少传动链，缩小机构体积，增加机械系统精度。结构及操作特点：1、如图3所示，所述第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14均包含柔性变形环面部分17和螺纹连接部分18。在第一柔性底座7、第二柔性底座11、和第三柔性底座14受到力的作用时，柔性变形环面部分17会发生相应的变形，保证第一定子8、第二定子12、第三定子15的内部圆弧型凹面与球转子10表面贴合。3、该多自由度关节会通过通电方式的不同产生不同的运动形式。三个定子单独通电，胶囊头部2会产生三种运动。当第一定子8通电，第二定子12和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第一定子8的定轴19实现方向22的摆动；当第二定子12通电，第一定子8和第三定子15不通电时，胶囊头部2可绕第二定子12的定轴20实现方向23的摆动。当第三定子15通电，第一定子8和第二定子12不通电时，胶囊头部2可绕第三定子15的定轴21实现方向24的摆动。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，本专利技术的保护范围不限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜，其特征在于：包括摄像头(1)、胶囊头部(2)、头部摆动系统(3)、柔性包覆材料(4)、胶囊本体(5)，其中，摄像头(1)与胶囊头部(2)固定连接，胶囊头部(2)与头部摆动系统(3)固定连接，头部摆动系统(3)与胶囊本体(5)固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜，其特征在于：包括摄像头(1)、胶囊头部(2)、头部摆动系统(3)、柔性包覆材料(4)、胶囊本体(5)，其中，摄像头(1)与胶囊头部(2)固定连接，胶囊头部(2)与头部摆动系统(3)固定连接，头部摆动系统(3)与胶囊本体(5)固定连接。2.根据权利要求1所述的多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜，其特征在于：所述头部摆动系统(3)包括底座固定架(6)、第一柔性底座(7)、第一定子(8)、第一压电陶瓷(9)、球转子(10)、第二柔性底座(11)、第二定子(12)、第二压电陶瓷(13)、第三柔性底座(14)、第三定子(15)、第三压电陶瓷(16)；其中，底座固定架(6)分别与第一柔性底座(7)、第二柔性底座(11)、和第三柔性底座(14)固定连接；其中第一柔性底座(7)、第二柔性底座(11)、和第三柔性底座(14)分别与第一定子(8)、第二定子(12)、第三定子(15)、通过螺纹连接；其中第一压电陶瓷(9)、第二压电陶瓷(13)、第三压电陶瓷(16)分别与第一定子(8)、第二定子(12)、第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛子杰，崔永杰，高硕，曹朋飞，杨家威，李宇华，唐林，江琳，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61