一种内窥镜牵引线的过载保护机构及过载保护方法与流程

本发明属于检测技术领域，尤其涉及一种内窥镜牵引线的过载保护机构及过载保护方法。

背景技术：

内窥镜在医疗领域和工业领域有着广泛应用。在医疗领域，内窥镜用于对胃肠道疾病的检查、胰腺和胆道疾病的检查、腹腔镜检查、呼吸道疾病检查以及泌尿道检查等。在工业领域，内窥镜用于对高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察，例如，汽轮机、发动机、汽车管道、压力容器和机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损可视检测。当内窥镜应用于工业领域时，内窥镜往往需要弯曲、转向才能到达需要检查的地方。

目前市场上现有的内窥镜中，驱动装置在驱动转动盘旋转，带动牵引线拉动摄像头转弯的过程中，会有摄像头弯曲到设定的角度或摄像头弯曲时被障碍物阻挡，驱动装置继续驱动转动盘转动导致钢丝绳被拉断的情况发生。因此，如何有效防止内窥镜牵引线过载断裂，成为一个亟待解决的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种内窥镜牵引线的过载保护机构及过载保护方法，旨在解决现有内窥镜在使用过程中，牵引线容易过载断裂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种内窥镜牵引线的过载保护机构，所述过载保护机构包括：插入管组件、连接于所述插入管组件的摄像头组件、至少一牵引线、压力传感器、转动盘、驱动组件和控制器；

所述转动盘侧面设有连接部；

所述牵引线的第一端穿过所述转动盘的连接部与所述压力传感器连接，第二端贯穿所述插入管组件、并与所述摄像头组件连接；所述牵引线的第一端在所述转动盘连接部的带动下使所述压力传感器与所述连接部抵接，第二端牵引所述摄像头组件朝对应侧弯曲；

所述驱动组件与所述转动盘连接，用于驱动所述转动盘转动；

所述控制器与所述驱动组件和所述压力传感器电性连接，用于控制所述驱动组件运行。

优选地，所述转动盘侧面设有滑槽，所述牵引线设置于所述滑槽内。

优选地，所述连接部为所述转动盘对称向外延伸的耳座，所述耳座上设有通孔，所述牵引线的第一端穿过所述通孔与所述压力传感器连接。

优选地，所述牵引线的第一端端部设有止挡件。

优选地，所述压力传感器设置在所述止挡件和该止档件对应的耳座之间。

优选地，所述插入管组件包括：耐磨管和弯曲管；所述耐磨管与所述弯曲管可拆卸式连接，所述弯曲管的一端与所述摄像头组件连接。

优选地，所述过载保护机构还包括：信号放大器，用以对所述压力传感器感测到的压力信号进行放大。

优选地，所述摄像头组件与所述插入管组件为可拆卸式连接。

本发明还提供一种内窥镜牵引线的过载保护方法，所述方法包括：

控制器接收压力传感器发送的待采样压力信号，对所述待采样压力信号进行采样，获取采样信号；

所述控制器对所述采样信号进行模数转换，获取对应的压力值；

所述控制器在检测到所述压力值超过预设压力阈值时，控制所述驱动组件停止驱动所述转动盘转动或控制所述驱动组件驱动所述转动盘反向转动。

优选地，所述控制器接收压力传感器发送的待采样压力信号，对所述待采样压力信号进行采样，获取采样信号之前，所述过载保护方法还包括：

压力传感器根据当前承载压力生成对应的压力信号，并将所述压力信息传输至信号放大器；

所述信号放大器对所述压力信号进行信号放大获得待采样压力信号，并将所述待采样压力信号发送至所述控制器。

优选地，所述控制器为单片机，相应地，所述控制器对所述采样信号进行模数转换，获取对应的压力值之后，所述过载保护方法还包括：

所述控制器根据获取到的压力值以及所述预设压力阈值，通过预设控制算法分析并生成控制指令；

所述控制器根据所述控制指令控制所述驱动组件驱动所述转动盘转动，所述预设算法包括模糊控制算法和比例积分导数控制算法。

本发明提供的内窥镜牵引线的过载保护机构通过压力传感器实时感测在牵引线带动下与转动盘连接部抵接时所承受的压力，并将测得的压力信号传递至用于控制驱动组件驱动转动盘转动的控制器，以使所述控制器根据压力传感器传递的压力信号获取对应的压力值，并在压力值超过预先设定的压力阈值时，控制驱动组件停止带动转动盘继续转动，从而实现对内窥镜牵引线的有效保护，防止其过载断裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的内窥镜牵引线的过载保护机构的结构示意图；

图2为本发明提供的内窥镜牵引线的过载保护机构工作状态的结构示意图；

图3为图1中a处的局部放大图；

图4为本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第一实施例的流程示意图；

图5为本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第二实施例的流程示意图；

图6为本发明内窥镜牵引线的过载保护机构中应变片对应的电路原理图；

图7为本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第三实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施例提供的内窥镜牵引线的过载保护机构可应用于一内窥镜上。

如图1所示，本实施例中，所述内窥镜牵引线的过载保护机构包括：插入管组件20、连接于所述插入管组件20的摄像头组件10、至少一牵引线3(本实施例中包括第一牵引线30和第二牵引线31)、压力传感器60、转动盘40、驱动组件(图中未示出)和控制器(图中未示出)；

由于本实施例提出的所述内窥镜牵引线的过载保护机构中，部分组件(如：连接部、压力传感器等)可对称设置，故此处以其中一侧为例对本实施例技术方案进行解释说明。

请参照图1，其中，所述转动盘40侧面设有连接部50；所述驱动组件与所述转动盘40连接，用于驱动所述转动盘40转动；所述控制器与所述驱动组件和所述压力传感器60电性连接，用于控制所述驱动组件的运行；所述第一牵引线30的第一端穿过所述转动盘40的连接部50与所述压力传感器60连接，第二端贯穿所述插入管组件20、并与所述摄像头组件10连接；所述第一牵引线30的第一端在所述转动盘40的连接部50的带动下使所述压力传感器60与所述连接部50抵接，第二端牵引所述摄像头组件10朝对应侧弯曲。

本实施例中，内窥镜牵引线的过载保护机构通过所述控制器控制所述驱动组件运行，所述驱动组件带动转动盘40顺时针或逆时针转动。转动盘40在转动时，转动盘40上设置的连接部50拉动第一牵引线30以控制插入管组件20的转向，从而带动与插入管组件20连接的摄像头组件10朝对应侧弯曲，以实现检测目的。第一牵引线30在所述转动盘40连接部50的带动下，通过设置在牵引线30第一端端部的止挡件70使压力传感器60与连接部50抵接，压力传感器60实时感测当前时刻承受的压力并生成压力信号，然后将所述压力信号反馈至所述控制器。

本实施例中，所述控制器可以是单片机，也可以是其它具有控制功能的装置或电路；所述驱动装置可以是驱动电机，例如伺服电机、舵机或其他能够驱动转动盘40转动的动力装置，本实施例对此不加以限制。

如图2所示，在实际应用中，驱动装置在控制器的控制下带动转动盘40朝预先设定的方向旋转，旋转过程中压力传感器60与连接部50抵接时，压力传感器60实时感测并向控制器反馈测得的压力信号，从而使控制器根据压力信号变化情况准确地控制驱动装置驱动转动盘40可继续朝预先设定的方向旋转、反向旋转或停止旋转等，以实现对内窥镜牵引线的保护，防止其断裂。在转动盘40朝预先设定的方向转动时，第二牵引线31由于其第一端端部设置的止挡件远离对应的连接部，因此第二牵引线31所对应的压力传感器(当该压力传感器设置在止挡件靠近转动盘连接部一侧时)也随之远离对应的连接部。

请参照图1和图3，图3为图1中a处的局部放大示意图。

如图3所示，本实施例中提供的内窥镜牵引线的过载保护机构1中转动盘40的侧面设有滑槽80，所述滑槽80用以防止第一牵引线30和第二牵引线31在随转动盘40转动的过程中发生侧向位移。所述连接部50可为所述转动盘40对称向外延伸的耳座，耳座上设有通孔(图中未示出)；所述第一牵引线30的第一端穿过所述通孔与所述压力传感器60连接。所述第一牵引线30的第一端安装有止挡件70，用以防止所述第一牵引线30从耳座上脱落，相应地，所述第二牵引线31的第一端也安装有止挡件，用以防止所述第二牵引线31从对应的耳座上脱落；所述压力传感器60设置在所述止挡件70和该止档件对应的耳座之间；所述止挡件70可以是具有紧固作用的固定扣，还可以是其它可以防止牵引线从耳座上脱落的紧固件；此外，考虑到内窥镜的使用环境一般多为汽轮机、发动机或汽车管道等，优选地，所述牵引线3采用钢丝绳。

进一步地，为了简化过载保护机构结构，降低生产成本。优选地，所述压力传感器60可选为锅仔片。由于锅仔片本身具有金属固定的电阻值，当其受到外部作用力的拉伸或压缩时，其对应的电阻值也相应发生变化，从而能够实现对所受压力的实时感测。在具体实现中，压力传感器60在对自身承受的压力(即牵引线受到的拉力)进行感测时，可将测得的压力信号传输至信号放大器，例如：lm2904通用型运算放大器，来对压力信号进行放大后传递至控制器，以防止压力信号过小控制器无法进行信号采样的情况发生；所述信号放大器与压力传感器60和控制器电连接。

本实施例中，插入管组件20包括：耐磨管21和弯曲管22，插入管组件20还可套设一层钨丝网及防水膜，钨丝网用于保护插入管组件20避免其磨损；防水膜能够防止水粉进入插入管组件20内部。耐磨管21与弯曲管22连接，弯曲管22的一端与摄像头组件10连接，摄像头组件10与插入管组件20为可拆卸式连接，拆卸方便，便于根据实际需要更换不同型号和规格的摄像头组件10，弯曲管22可在第一牵引线30或第二牵引线31的带动下实现360°任意向弯曲。耐磨管21与弯曲管22可拆卸式连接，便于在其中任意一根管损坏时进行更换。

当然，本实施例中上述耐磨管21的钨丝网外还可套设一层缓冲软管，用于保护耐磨管21防止其在作业中被折断，延长耐磨管21的使用寿命。

实际情况中，所述弯曲管22能够弯曲的角度可根据管内设置的关节环而定，所述关节环的多少可以根据实际情况配置。耐磨管21的弯曲半径大，用于将弯曲管22和摄像头组件10送至待测部位，所述弯曲管22的弯曲半径小，用于在第一牵引线30的带动下控制摄像头组件10的方向和角度。

需要说明的是，本发明中牵引线的根数也可根据实际情况选定，可以为1根，也可以为多根。可以理解的是，当所述牵引线的根数为多根时，可通过额外增加转动盘和驱动新增的转动盘转动的驱动装置，新增的驱动装置与控制器电性连接。

当然，所述过载保护机构还可以包括：显示组件，所述显示组件用于显示所述摄像头组件采集的图像，以使用户能够根据所述摄像头组件10实时采集的图像来即时调整摄像头组件10对应的检测部位。

本实施例提供的内窥镜牵引线的过载保护机构通过压力传感器实时感测与转动盘连接部抵接时所承受的压力，并将测得的压力信号传递至用于控制驱动组件驱动转动盘转动的控制器，以使所述控制器根据压力传感器传递的压力信号获取对应的压力值，并在压力值超过预先设定的压力阈值时，控制驱动组件停止带动转动盘继续转动，从而实现对内窥镜牵引线的有效保护，防止其过载断裂。

基于上述硬件结构，提出本发明内窥镜牵引线的过载保护方法实施例。

参照图4，提出本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第一实施例。

在本实施例中，所述内窥镜牵引线的过载保护方法包括以下步骤：

步骤s10：控制器接收压力传感器发送的待采样压力信号，对所述待采样压力信号进行采样，获取采样信号；

需要说明的是，本实施例方法的执行主体为控制器，所述控制机可以是能够控制驱动装置运行的控制设备，例如单片机等；相应地，所述驱动装置可以是驱动电机，例如伺服电机或其他能够驱动转动盘转动的动力装置，本实施例对此不加以限制。

在具体实现中，所述控制器实时接收设置在转动盘连接部位置处的压力传感器感测到的压力信号，并对该压力信号(即所述待采样压力信号)进行信号采样，获取采样信号

步骤s20：所述控制器对所述采样信号进行模数转换，获取对应的压力值；

可理解的是，一般情况下，所述控制器采样获得的压力信号需要进行模数转换才能进行处理，其具体实现方式可以是通过a/d转换器来实现，所述控制器对所述采样信号进行模数转换后，获取对应的压力数字信号，根据所述压力数字信号就可以获得所述压力传感器感测到的压力信号对应的压力值，进而获得当前时刻牵引线承受的拉力值。

步骤s30：所述控制器在检测到所述压力值超过预设压力阈值时，控制所述驱动组件停止驱动所述转动盘转动或控制所述驱动组件驱动所述转动盘反向转动。

可以理解的是，为了防止牵引线承受的拉力值超过其可承受的极限拉力值而断裂，可预先设定一个比所述极限拉力值小的拉力阈值来防止牵引线过载断裂，例如：当牵引线受到的拉力超过190n时会被拉断，为了防止此类情况的发生，则可将所述拉力阈值(也即所述预设压力阈值)设置为150n，以使控制器在根据压力传感器感测的压力信号得到的压力值超过150n时，立即控制所述驱动组件停止驱动所述转动盘转动或控制所述驱动组件驱动所述转动盘反向转动，从而避免牵引线被拉断。

本实施例中，控制器通过获取压力传感器在牵引线带动下与转动盘连接部抵接时所承受的压力信号，根据压力信号计算出对应的压力值，在压力值超过预先设定的压力阈值时，生成驱动控制指令以控制驱动组件停止带动转动盘继续转动或控制驱动组件驱动转动盘反向转动，从而实现对内窥镜牵引线的有效保护，防止其过载断裂。

参考图5，图5为本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，本实施例提出的本发明内窥镜牵引线的过载保护方法在步骤s10之前，还包括：

步骤s01：压力传感器根据当前承载压力生成对应的压力信号，并将所述压力信息传输至信号放大器；

步骤s02：所述信号放大器对所述压力信号进行信号放大获得待采样压力信号，并将所述待采样压力信号发送至所述控制器。

需要说明的是，为了简化过载保护机构结构，降低生产成本。本实施例中所述压力传感器选用金属材质的应变片或锅仔片，本实施例中，所述应变片本身具有金属固定的电阻值，一旦受到外部作用力的拉伸或压缩，其电阻值亦随之增大或减少，此外所述应变片的数量可根据实际情况而定，本实施例对此不加以限制。

本实施例中，所述应变片对应的电路原理图如图6所示，其中，所述应变片可包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；为了提高应变片感测压力信号的灵敏度，本实施例采用对臂电桥接法，即第一电阻r1的第一端与第四电阻r4的第一端连接；第二电阻r2的第一端与第一电阻r1的第二端连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第二端连接；第三电阻r3的第一端与第四电阻r4的第二端连接；第一电阻r1的第一端和第二电阻r2的第二端为电压输入端u；第一电阻r1的第二端和第三电阻r3的第一端为电压输出端。其中，感测压力信号的应变片对应所述第一电阻r1和第三电阻r3；所述第二电阻r2和第四电阻r4为温度补偿片，以使上述四个电阻处于同一个温度场，排除温度对电阻阻值的影响，是检测结果更加精确。

应理解的是，本实施例中虽然应变片采用了对臂电桥的连接方式但其输出电压信号(即压力信号)可能是比较小的，因此我们可采用信号放大器90，例如lm2904通用型运算放大器，来对应变片输出的电压信号进行放大，获得所述待采样压力信号，此时所述待采样压力信号已经足够可以让控制器采样了。

本实施例中压力传感器根据当前承载压力生成对应的压力信号，并将所述压力信息传输至信号放大器；所述信号放大器对所述压力信号进行信号放大获得待采样压力信号，并将所述待采样压力信号发送至所述控制器。从而能够保证控制器对压力信号的采样，避免了压力传感器感测的压力信号较小导致控制器无法采样的情况的发生。

参考图7，图7为本发明内窥镜牵引线的过载保护方法第三实施例的流程示意图。

基于上述各实施例，本实施例提出的本发明内窥镜牵引线的过载保护方法在步骤s20之后，还包括：

步骤s201：所述控制器根据获取到的压力值以及所述预设压力阈值，通过预设控制算法分析并生成控制指令；

步骤s202：所述控制器根据所述控制指令控制所述驱动组件驱动所述转动盘转动，所述预设算法包括模糊控制算法和比例积分导数控制算法。

可理解的是，所述模糊控制算法是一种非线性基于规则的控制算法，其特点既有系统化的理论又有实际应用背景。在机器人控制、汽车驾驶、自动扶梯等领域都有广泛的应用。模糊控制控制算法是直接采用语言型控制规则，根据现场操作人员的控制经验，并没有一个精确的数学模型，因而使得控制机制易于接受和理解，设计简单，便于应用。所述比例积分导数(proportionintegralderivative，pid)控制算法中，p(比例)，就是输入偏差乘以一个常数；i(积分)，就是对输入偏差进行积分运算；d(微分)，对输入偏差进行微分运算。所述比例积分导数算法具体分两种：一种是位置式的，一种是增量式的。位置式的pid控制算法的计算量非常大，需要对每一次的控制误差进行累加，输出与过去的所有状态有关。因此，本实施例中选用的增量式的pid控制算法。

需要说明的是，考虑到单片机具有体积小、质量轻、价格便宜等特点，本实施例中所述控制器选用单片机。同时，为了保护牵引线不被拉断又不影响所述过载保护机构的灵敏度，本实施例先采用模糊控制算法控制驱动组件驱动转动盘带动牵引线快速拉动摄像头组件弯曲，以使牵引线对应的拉力值迅速接近预设的拉力阈值(即所述预设压力阈值)，且在所述牵引线对应的拉力值靠近所述拉力阈值时，再采用pid控制算法精确控制牵引线的位置。

本实施例中控制器根据获取到的压力值以及所述预设压力阈值，通过预设控制算法分析并生成控制指令，并所述控制指令控制所述驱动组件驱动所述转动盘转动，从而能够实现对牵引线的精确控制，提高了检测过程中的用户体验。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。