專利名稱：螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及體內(nèi)醫(yī)療器械領(lǐng)域，更具體地涉及一種螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療器械中，醫(yī)用內(nèi)窺鏡近代發(fā)展起來(lái)的用于觀察人體腔道內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、病 灶的位置、大小、形態(tài)及性質(zhì)的重要醫(yī)療設(shè)備，因其直視、微創(chuàng)、客觀等優(yōu)勢(shì)，目前已廣泛應(yīng) 用于臨床各科的診斷和治療。無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡M2A于2000年在以色列Given Image公司 首先開發(fā)成功，并應(yīng)用于臨床。通過(guò)口服無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡完成胃腸道影像檢查，克服了傳統(tǒng) 的纜線式方法存在不能實(shí)現(xiàn)完整的小腸檢查和損傷內(nèi)腔組織等不足，并且避免了內(nèi)窺鏡檢 查給病人帶來(lái)的巨大痛苦。目前的膠囊內(nèi)窺鏡均利用消化道自然蠕動(dòng)來(lái)遍歷整個(gè)檢查區(qū)域，這個(gè)過(guò)程緩慢而 不可控。為實(shí)現(xiàn)無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡的功能擴(kuò)展，必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加入安全有效的驅(qū)動(dòng)控制。國(guó)內(nèi)外，膠囊內(nèi)窺鏡的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)與姿態(tài)調(diào)整控制研究剛剛起步，各研究機(jī)構(gòu)只 有一些驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)想和構(gòu)思。進(jìn)行這方面研究的主要有韓國(guó)科技大學(xué)微系統(tǒng)中心的 Byungkyu Kim等人的劃槳式游動(dòng)膠囊內(nèi)窺鏡，其前進(jìn)的效果不好，效率低；由意大利I^aolo Dario等人研制出來(lái)的有基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的腿的爬行膠囊機(jī)器人，能耗高效率低； 日本東北大學(xué)K. Ishiyama等人提出一種利用外場(chǎng)磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)方式.它是由類似三軸亥 姆霍茲線圈提供空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，控制加載電流以調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小及方向，以磁轉(zhuǎn)矩的 方式作用于膠囊內(nèi)嵌磁體，在膠囊表面螺旋紋推動(dòng)下旋進(jìn)，其控制過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜；浙江大學(xué) 的周銀生等人提出了雙圓柱螺旋內(nèi)窺鏡機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)理。通過(guò)微馬達(dá)使左右螺旋槽的圓 柱體旋轉(zhuǎn)，借助于動(dòng)壓效應(yīng)作用，使微型機(jī)器人處于懸浮狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)無(wú)損傷驅(qū)動(dòng)。這兩種方 式都需要使微型機(jī)器人的本體與周圍環(huán)境緊密接觸。但是，因?yàn)槠鞴俦诰哂姓硰椞匦裕o密 接觸受到限制，當(dāng)圓柱體螺旋肋與管壁的間隙太大時(shí)，液體動(dòng)壓薄膜會(huì)發(fā)生破裂，推進(jìn)力驟 減，推進(jìn)效果差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人。本 發(fā)明能在充滿大粘度固液介質(zhì)的柔彈性管壁環(huán)境內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可以體外操控的，在充滿大粘度 液體的封閉柔彈性管道內(nèi)主動(dòng)移動(dòng)及調(diào)整姿態(tài)，可前進(jìn)后退與加減速的膠囊機(jī)器人。這種 能主動(dòng)控制的膠囊機(jī)器人，為日后的微操作、檢測(cè)與治療等提供了很好的平臺(tái)。本發(fā)明的機(jī) 器人運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良，驅(qū)動(dòng)效率高，適用于柔彈性器官壁環(huán)境，具有可靠性和實(shí)用性，具體技 術(shù)方案如下。螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，包括前蓋、控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 外殼、密封圈、后蓋、柔性聯(lián)軸器和推進(jìn)螺桿，其連接關(guān)系為驅(qū)動(dòng)電機(jī)套合在外殼前腔內(nèi)； 電池位于電池座中，電池一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接觸，電池另一端與電池底座接觸；電池座底部 和控制與傳感器接觸；前蓋套合在外殼的一端并將控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)密閉于外殼前腔內(nèi)；密封圈置于外殼后腔內(nèi)；后蓋通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼的另一端， 與外殼形成后腔；柔性聯(lián)軸器的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸套緊連接，另一端與推進(jìn)螺桿的 柄端連接。上述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，所述外殼外圓周均勻間隔設(shè)有兩個(gè)或以上的鰭。上述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，所述推進(jìn)螺桿主體是外表面切有螺旋槽的圓 柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐，槽的剖面形狀是長(zhǎng)方形或梯形。上述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，前蓋前端為弧形且與涂敷有用于減小運(yùn)動(dòng)時(shí) 與器官摩擦的防附著涂劑。上述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，控制與傳感器包括攝像裝置、控制模塊和無(wú) 線通信裝置。上述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，柔性聯(lián)軸器采用用塑料軟管，直接緊套在驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與推進(jìn)螺桿的柄端上。本發(fā)明的動(dòng)力機(jī)構(gòu)是其后部的一個(gè)開不同參數(shù)有槽的螺桿，其由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋 轉(zhuǎn)時(shí)與器官里的黏液或混合物作用，形成向前或向后的推進(jìn)力以及與接觸面作用產(chǎn)生的軸 向摩擦牽引力形成總的推進(jìn)力。通過(guò)遙控，它能主動(dòng)地在覆蓋有黏液的器官壁上移動(dòng)，通過(guò) 對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，可進(jìn)行前進(jìn)后退停止與變速等操作。主體與后部驅(qū)動(dòng)機(jī)械之間是一 柔性連軸器，使得螺桿推進(jìn)器能適應(yīng)腸道等器官的彎曲而有效推進(jìn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)套合在外殼 前腔內(nèi)，電機(jī)機(jī)身與外殼內(nèi)腔為過(guò)盈配合有一作用是可以防止機(jī)器人工作環(huán)境中的液體等 進(jìn)行而影響電池、控制模塊等。電池在電池座中，而電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接觸；電池座底部與 控制與傳感器接觸。前蓋套合在外殼上，將控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)密閉于外 殼前腔內(nèi)；密封圈置于外殼后腔內(nèi)；后蓋通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼上，與外殼形成后腔。 柔性聯(lián)軸器一頭與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸套緊連接，一頭與推進(jìn)螺桿的柄端連接。柔性聯(lián)軸器 可直接用塑料軟管，直接緊套在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與推進(jìn)螺桿的柄端上，即可傳遞力矩。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)推進(jìn)螺桿時(shí)，產(chǎn)生反向的扭矩，使得機(jī)器人會(huì)發(fā)生自轉(zhuǎn)，影 響攝像及其它檢測(cè)或操作的效果，因此螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人的外殼圓周均布兩個(gè)或 以上的鰭，用于形成在旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，用以抵消反扭矩，以防止因反扭矩而形成的自轉(zhuǎn)。本發(fā)明的推進(jìn)螺桿的形狀參數(shù)可有不同。推進(jìn)螺桿主體是外表面切有螺旋槽的圓 柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐。槽的剖面形狀可以是長(zhǎng)方形或梯形等等，可以是一頭或多 頭的螺旋槽。這些參數(shù)與產(chǎn)生的推進(jìn)力大小及效果都有影響。
與現(xiàn)在有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果與益處本發(fā)明利用螺桿作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。螺桿由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)與器 官或黏液里的混合物作用，形成向前或向后的推進(jìn)力以及與接觸面作用產(chǎn)生的軸向摩擦牽 引力形成總的推進(jìn)力。通過(guò)遙控，它能主動(dòng)地在覆蓋有黏液的器官壁內(nèi)移動(dòng)，通過(guò)對(duì)其驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的控制，可進(jìn)行前進(jìn)后退停止與變速等操作。主體與后部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間是一柔性連軸 器，使得螺桿推進(jìn)器能適應(yīng)腸道等器官的彎曲而有效推進(jìn)。總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良，驅(qū)動(dòng)效率高，適用于柔彈性器官壁環(huán) 境，具有可靠性和實(shí)用性。由于結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，所以造價(jià)與使用成本低，具有廣闊的 市場(chǎng)前景。


圖1是螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人的裝配示意圖。圖2是螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)的仰視圖。圖3是螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)的剖視圖(圖2中的A-A方向剖視)。圖4是螺桿不同錐度形式的示意圖。圖5是螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人在腸道環(huán)境中前進(jìn)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于實(shí)施方式表述的范圍。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征為包括前蓋 01、控制與傳感器02、電池座03、電池04、驅(qū)動(dòng)電機(jī)05、外殼06、密封圈07、后蓋08、柔性聯(lián) 軸器09、推進(jìn)螺桿10。驅(qū)動(dòng)電機(jī)05套合在外殼06前腔內(nèi)，電機(jī)機(jī)身與外殼內(nèi)腔為過(guò)盈配合，過(guò)盈配合可 以防止機(jī)器人工作環(huán)境中的液體等進(jìn)入而影響電池、控制模塊等。電池04在電池座03中， 而電池04 —端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)05相接觸；電池04另一端與電池底座03接觸；電池座03底部 與控制與傳感器02接觸；電池04通過(guò)控制與傳感器02提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)05以電源。這里 的電池04，可用無(wú)線供電技術(shù)模塊來(lái)代替供電。前蓋01套合在外殼06的一端上，將控制與 傳感器02、電池座03、電池04、驅(qū)動(dòng)電機(jī)05密閉于外殼06前腔內(nèi)；密封圈07置于外殼06 后腔內(nèi)；后蓋08通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼06的另一端上，與外殼06形成后腔。柔性聯(lián) 軸器09 —頭與驅(qū)動(dòng)電機(jī)05的電機(jī)軸套緊連接，一頭與推進(jìn)螺桿10的柄端連接。柔性聯(lián)軸 器09可直接用塑料軟管，直接緊套在驅(qū)動(dòng)電機(jī)05的電機(jī)軸與推進(jìn)螺桿10的柄端上，即可 傳遞力矩。當(dāng)工作開始時(shí)，操作者通過(guò)無(wú)線搖控器(使用已有技術(shù))，發(fā)出前進(jìn)/后退信號(hào)到螺 桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人的控制與傳感器02的無(wú)線通信裝置，而無(wú)線通信裝置將接收到 的控制信號(hào)傳輸給控制與傳感器02的控制模塊，控制模塊輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)05。驅(qū)動(dòng) 電機(jī)05得到電池04電源，和正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的信號(hào)，而進(jìn)行正向啟動(dòng)或反向啟動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)05 通過(guò)柔性聯(lián)軸器09帶動(dòng)推進(jìn)螺桿10旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)螺桿10與器官里的黏液或混合物 作用，形成向前或向后的推進(jìn)力，以及與接觸面作用產(chǎn)生的軸向摩擦牽引力形成總的推進(jìn) 力。同樣地，當(dāng)需要讓螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人加速或減速或停止時(shí)，也可以通過(guò)遙控發(fā) 出控制信息進(jìn)行控制。如圖5所示，當(dāng)螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人遇到彎道時(shí)，因?yàn)槿嵝月?lián)軸器09可適 應(yīng)性地進(jìn)行彎曲，使得推進(jìn)螺桿10—方面能更好地與周圍壁面相作用，保持推進(jìn)力 ’另一 方面也不會(huì)受卡，讓前進(jìn)更順暢。如圖1所示，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)05旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)推進(jìn)螺桿10時(shí)，產(chǎn)生反向的扭矩，使得機(jī) 器人會(huì)發(fā)生自轉(zhuǎn)，影響攝像及其它檢測(cè)或操作的效果，因此螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人的 外殼圓周均布兩個(gè)或以上的鰭，用于形成在旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，用以抵消反扭矩，以防止因反扭 矩而形成的自轉(zhuǎn)。鰭與外殼06可一體加工成形，或分別加工完后，粘固在一起。
如圖3所示，為了防止環(huán)境中的液體等雜物進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，本機(jī)器人利用密封圈07 (0形圈)套于柔性聯(lián)軸器09上，以形成動(dòng)密封。后蓋是通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼06上， 可以通過(guò)調(diào)整后蓋在外殼上的旋進(jìn)量，對(duì)密封圈07 (0形圈)進(jìn)行壓緊或放松，以達(dá)到調(diào)整 密封圈07 (0形圈)與柔性聯(lián)軸器09的配合松緊，利于動(dòng)密封同時(shí)也可減少由于密封圈07 (0形圈)帶來(lái)的摩擦阻力。如圖4所示，本發(fā)明的推進(jìn)螺桿10的形狀參數(shù)可有不同。推進(jìn)螺桿10主體是外 表面切有螺旋槽的圓柱(螺桿IOa)或者切有錐面螺旋槽的圓錐(螺桿IOb和IOc)。槽的剖 面形狀可以是長(zhǎng)方形或梯形等等，可以是一頭或多頭的螺旋槽。這些參數(shù)與產(chǎn)生的推進(jìn)力 大小及效果都有影響。螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，前蓋01前端為弧形且與涂敷有用于減小運(yùn)動(dòng)時(shí)與 器官摩擦的防附著涂劑。控制與傳感器02是螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人包括包括攝像裝置、控制模塊(如 處理器)和無(wú)線通信裝置，用于實(shí)現(xiàn)攝像、處理、控制、通信等功能。本發(fā)明的動(dòng)力機(jī)構(gòu)是其后部的一個(gè)螺桿，螺桿由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)與器官或黏 液里的混合物作用，形成向前或向后的推進(jìn)力以及與接觸面作用產(chǎn)生的軸向摩擦牽引力形 成總的推進(jìn)力。通過(guò)遙控，它能主動(dòng)地在覆蓋有黏液的器官壁內(nèi)移動(dòng)，通過(guò)對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 控制，可進(jìn)行前進(jìn)后退停止與變速等操作。主體與后部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間是一柔性連軸器，使得 螺桿推進(jìn)器能適應(yīng)腸道等器官的彎曲而有效推進(jìn)。
權(quán)利要求
1.螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于包括前蓋、控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū) 動(dòng)電機(jī)、外殼、密封圈、后蓋、柔性聯(lián)軸器和推進(jìn)螺桿，其連接關(guān)系為驅(qū)動(dòng)電機(jī)套合在外殼 前腔內(nèi)；電池位于電池座中，電池一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接觸，電池另一端與電池底座接觸；電 池座底部和控制與傳感器接觸；前蓋套合在外殼的一端并將控制與傳感器、電池座、電池、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)密閉于外殼前腔內(nèi)；密封圈置于外殼后腔內(nèi)；后蓋通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼的 另一端，與外殼形成后腔；柔性聯(lián)軸器的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸套緊連接，另一端與推進(jìn) 螺桿的柄端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于所述外殼外圓周均 勻間隔設(shè)有兩個(gè)或以上的鰭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于所述推進(jìn)螺桿主體 是外表面切有螺旋槽的圓柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐，槽的剖面形狀是長(zhǎng)方形或梯形。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于前蓋前端為弧形且與 涂敷有用于減小運(yùn)動(dòng)時(shí)與器官摩擦的防附著涂劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于控制與 傳感器包括攝像裝置、控制模塊和無(wú)線通信裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其特征在于柔性聯(lián)軸器采用用 塑料軟管，直接緊套在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與推進(jìn)螺桿的柄端上。
全文摘要
本發(fā)明提供了螺桿式主動(dòng)推進(jìn)膠囊機(jī)器人，其包括前蓋、控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、外殼、密封圈、后蓋、柔性聯(lián)軸器和推進(jìn)螺桿，其連接關(guān)系為驅(qū)動(dòng)電機(jī)套合在外殼前腔內(nèi)；電池位于電池座中，電池一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接觸，電池另一端與電池底座接觸；電池座底部與控制與傳感器接觸；前蓋套合在外殼的一端并將控制與傳感器、電池座、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)密閉于外殼前腔內(nèi)；密封圈置于外殼后腔內(nèi)；后蓋通過(guò)過(guò)盈或螺紋配合在外殼的另一端，與外殼形成后腔；柔性聯(lián)軸器的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸套緊連接，另一端與推進(jìn)螺桿的柄端連接。本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良，驅(qū)動(dòng)效率高，適用于柔彈性器官壁環(huán)境，具有可靠性和實(shí)用性。
文檔編號(hào)A61B1/00GK102048517SQ20111000101
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者張宏, 張憲民, 梁華錦, 管貽生, 胡超 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)