一种磁控主动运动活检胶囊机器人制造技术

一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于它包括三轴亥姆霍兹线圈和胶囊机器人部分，所述胶囊机器人放置于三轴亥姆霍兹线圈的几何中心；所述三轴亥姆霍兹线圈发出驱动和控制信号，控制胶囊机器人部分的动作。本实用新型专利技术在不增加胶囊机器人额外能耗的前提下将外磁场与胶囊机器人内置磁铁耦合产生的磁力矩转变为活检切削力，可以通过外磁场同时控制磁控主动运动活检胶囊机器人运动模式和功能模式的激活与闭合，操作方便，检测与治疗手段更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控主动运动活检胶囊机器人
本技术涉及工业、医疗设备
，主要适用于由于胃肠道疾病的活检技术，尤其是一种磁控主动运动活检胶囊机器人。
技术介绍
当代生活节奏的加快和人类饮食习惯的改变，消化道疾病日益成为严重威胁我们身体健康的主要因素。传统内窥镜作为消化道临床检查的重要方法，但是可达性差，疼痛不适感会造成病人对医学治疗的恐惧，而且功能单一，运动依靠消化道的蠕动被动运动。活检作为临床的最后诊断对绝大多数送检病例都能做出明确的组织病理学诊断。整个活检过程需确保准确稳定，避免对患者造成伤害的同时保证取样部位的正确性。现有的活检机制如何在不增加能耗的前提下完成组织取样并且有效停止仍然是一项挑战的工作。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种磁控主动运动活检胶囊机器人，它能够解决现有技术的不足，锚定机构和活检机构通过磁开关控制，能够旋转和采样多次，磁开关是通过外部磁场控制的，这意味着消除了能量方面的限制，操作简单具有广阔的应用前景。本技术的技术方案是：一种磁控主动运动活检胶囊机器人，它包括三轴亥姆霍兹线圈和胶囊机器人部分，所述胶囊机器人放置于三轴亥姆霍兹线圈的几何中心；所述三轴亥姆霍兹线圈发出驱动和控制信号，控制胶囊机器人部分的动作；所述三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场或空间万向旋转磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收直流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收交流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场；所述胶囊机器人部分包括磁开关、可活动主体部分、不可活动主体部分、锚定机构、活检机构、胶囊型头部；所述磁开关安装于可活动主体部分与不可活动主体部分连接构成的机器人主体内部，所述磁开关为与机器人主体同轴的径向磁化的环形铷铁硼永磁铁,包括能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁，和能够径向旋转但是不能够轴向运动的磁铁；所述能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁安装在可活动主体部分内，与锚定机构连接；所述能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁安装在不可活动主体部分内，与活检机构连接；所述锚定机构与可活动主体部分及胶囊型头部连接；所述胶囊型头部的底部为通过可活动主体部分及能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁的内孔的轴，轴的另一端固定于活检机构的顶部。所述径向旋转即为磁铁以机器人主体的中心轴为轴旋转，所述轴向运动即为磁铁沿机器人主体的中心轴方向运动。所述可活动主体部分和不可活动主体部分的外表面设置螺旋凹槽，三轴亥姆霍兹线圈产生的旋转磁场的方向和螺旋凹槽的螺旋方向共同决定胶囊机器人的运动方向。所述能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁安装在直径小于磁铁内环直径的不可活动主体部分的固定轴上，磁铁能够围绕固定轴旋转。所述锚定机构由若干个伞状锚定结构与机器人主体同轴心周向排列组成；所述锚定结构包括保护壳和连杆，保护壳通过连杆分别与可活动主体部分及胶囊型头部连接；所述保护壳与机器人主体同轴心周向排列，保护壳在闭合状态下的外直径等于所诉胶囊机器人主体的外直径。所述保护壳的内层设计有固定支架，通过轴连接将固定支架的孔和两个连杆的一端连接，其中一个连杆的另一端与胶囊型头部的固定架轴连接，另一个连杆的另一端与可活动主体部分的固定支架轴连接。所述活检机构由密封舱、偏心曲柄滑块机构、齿条、齿轮和两个活检钳构成；偏心曲柄滑块机构与能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁连接；所述密封舱、齿条、齿轮、活检钳、偏心曲柄滑块机构内置于不可活动主体部分；所述齿轮通过轴安装在不可活动主体部分上，活检钳安装在齿轮上，齿轮与齿条啮合，齿条安装在偏心曲柄滑块机构上；所述密封舱是由活检钳闭合状态下组成的封闭空间。所述偏心曲柄滑块机构通过磁铁盖子与能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁连接；所述磁铁盖子固定在能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁的上表面，偏心曲柄滑块机构安装在磁铁盖子上。所述偏心曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块组成；所述曲柄与磁铁盖子轴连接，曲柄与连杆轴连接，滑块与连杆连接；所述齿条固定在滑块上；所述滑块限制在不可活动主体部分的导路内做直线运动。所述活检机构的顶部安装活检机构盖子，胶囊型头部的轴固定于活检机构盖子的凹槽内。所述胶囊型头部的头端即胶囊机器人的头端为弧面的胶囊型；所述不可活动主体部分的尾部即胶囊机器人的尾部为平面型。所述三轴亥姆霍兹线圈由空间内相互正交的三组半径等于各组线圈中心之间距离的圆形线圈组成。所述磁控主动运动活检胶囊机器人的工作方法，包括以下步骤：（1）向三轴亥姆霍兹线圈输入直流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场；此方向磁场作用于磁铁的磁力矩大于磁开关的内部磁铁之间的相互作用力，能够径向旋转但是不能够轴向运动的磁铁相对于外磁场表现为相同的极性发生旋转；所述磁开关的内部磁铁之间的相对极性发生转变，相互作用力由吸引力转变为排斥力，能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁轴向运动，磁开关的内部磁铁由于磁极作用分开，磁开关激活；（2）停止向三轴亥姆霍兹线圈输入直流信号时，此时不存在方向磁场，磁开关的内部磁铁之间的相互作用力由排斥力转变为吸引力，磁开关闭合；（3）所述磁开关激活或闭合过程中，可轴向运动不能够径向旋转的磁铁表现出轴线运动，带动磁控主动运动多功能胶囊机器人可活动主体部分运动；进一步带动与所述磁控主动运动活检机器人的可活动主体部分轴连接在一起的锚定机构运动；进一步带动与所述胶囊型头部运动；（4）所述磁开关激活或闭合的过程中，能够径向旋转但是不能够轴向运动的磁铁旋转带动带动偏心曲柄滑块机构转动；进一步偏心曲柄滑块机构将磁铁的旋转运动转变为偏心曲柄滑块机构滑块的直线运动；进一步带动所述齿条做直线运动；进一步带动一个齿轮顺时针或逆时针旋转，另一个齿轮逆时针或顺时针旋转；进一步带动所述活检钳打开或闭合；（5）三轴亥姆霍兹线圈接收交流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场；胶囊机器人根据输入旋转磁场的方向与所述主动运动活检机器人可活动主体部分和不可活动主体部分螺旋凹槽方向继续向前或向后运动。本技术的有益效果是：1.本技术能够通过外磁场主动控制胶囊机器人运动方向；2.本技术能够通过外磁场主动控制胶囊机器人活检功能的激活与闭合；3.所述磁开关能够同时控制胶囊机器人的运动方向和锚定活检功能模块的激活与闭合；4.本技术利用偏心曲柄滑块机构将外磁场与磁控主动运动活检胶囊机器人内置磁铁耦合产生的磁力矩转变为活检切削力；5.本技术所有的控制通过磁控制，不增加胶囊机器人额外能耗；6.本技术操作方便，能够使检测与治疗手段更加灵活。附图说明图1为本技术所涉的整体控制方法示意图。图2为本技术所涉的三轴亥姆霍兹线圈示意图。图3为本技术所涉的磁控主动运动活检胶囊机器人未激活状态结构示意图。图4为本技术所涉的磁控主动运动活检胶囊机器人可活动部分示意图。图5为本技术所涉的磁控主动运动活检胶囊机器人头部部分示意图。图6为本技术所涉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于它包括三轴亥姆霍兹线圈和胶囊机器人部分，所述胶囊机器人放置于三轴亥姆霍兹线圈的几何中心；所述三轴亥姆霍兹线圈发出驱动和控制信号，控制胶囊机器人部分的动作；/n所述三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场或空间万向旋转磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收直流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收交流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场；/n所述胶囊机器人部分包括磁开关、可活动主体部分、不可活动主体部分、锚定机构、活检机构、胶囊型头部；所述磁开关安装于可活动主体部分与不可活动主体部分连接构成的机器人主体内部，所述磁开关为与机器人主体同轴的径向磁化的环形铷铁硼永磁铁,包括能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁，和能够径向旋转但是不能够轴向运动的磁铁；所述能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁安装在可活动主体部分内，与锚定机构连接；所述能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁安装在不可活动主体部分内，与活检机构连接；所述锚定机构与可活动主体部分及胶囊型头部连接；所述胶囊型头部的底部为通过可活动主体部分及能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁的内孔的轴，轴的另一端固定于活检机构的顶部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于它包括三轴亥姆霍兹线圈和胶囊机器人部分，所述胶囊机器人放置于三轴亥姆霍兹线圈的几何中心；所述三轴亥姆霍兹线圈发出驱动和控制信号，控制胶囊机器人部分的动作；
所述三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场或空间万向旋转磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收直流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生方向磁场；三轴亥姆霍兹线圈接收交流信号时，三轴亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场；
所述胶囊机器人部分包括磁开关、可活动主体部分、不可活动主体部分、锚定机构、活检机构、胶囊型头部；所述磁开关安装于可活动主体部分与不可活动主体部分连接构成的机器人主体内部，所述磁开关为与机器人主体同轴的径向磁化的环形铷铁硼永磁铁,包括能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁，和能够径向旋转但是不能够轴向运动的磁铁；所述能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁安装在可活动主体部分内，与锚定机构连接；所述能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁安装在不可活动主体部分内，与活检机构连接；所述锚定机构与可活动主体部分及胶囊型头部连接；所述胶囊型头部的底部为通过可活动主体部分及能够轴向运动而不能够径向旋转的磁铁的内孔的轴，轴的另一端固定于活检机构的顶部。


2.根据权利要求1所述一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于所述可活动主体部分和不可活动主体部分的外表面设置螺旋凹槽，三轴亥姆霍兹线圈产生的旋转磁场的方向和螺旋凹槽的螺旋方向共同决定胶囊机器人的运动方向。


3.根据权利要求1所述一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于所述能够径向旋转但是不能够轴向运动磁铁安装在直径小于磁铁内环直径的不可活动主体部分的固定轴上，磁铁能够围绕固定轴旋转。


4.根据权利要求1所述一种磁控主动运动活检胶囊机器人，其特征在于所述锚定机构由若干个伞状锚定结构与机器人主体同轴心周向排列组成；所述锚定结构包括保护壳和连杆，保护壳通过连杆分别与可活动主体部分及胶囊型头部连接；所述保护壳与机器人主体同轴心周向排列...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，郭书祥，黄芳，付强，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：新型
国别省市：天津;12