一种胶囊内窥镜控制系统及其控制方法与流程

本申请涉及胶囊内窥镜设备技术领域，尤其涉及一种胶囊内窥镜控制系统及其控制方法。

背景技术：

现阶段，使用胶囊内窥镜对人体消化道进行常规检查，是市场上较为先进的一种诊查手段。相较于插入传统电子内窥镜，吞服胶囊内窥镜不会引起检查者身体和心理上的不适，也减小交叉感染的可能性。

现有技术中，胶囊内窥镜控制系统包括三轴位移底座和连接于三轴位移底座的磁控装置，磁控装置具有两个自由度，胶囊内窥镜控制系统整体调节磁控装置可具有五个自由度，该三轴位移底座可带动磁控装置在三个方向上自由运动，其中，三轴位移底座设置有x轴平移组件、y轴平移组件和z轴平移组件，这无疑造成胶囊内窥镜系统整体体积较大，结构复杂组装繁琐，且价格比较昂贵。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种胶囊内窥镜控制系统及其控制方法，以简化整机结构，且可准确调节磁控装置位置。

上述目标和其他目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。

第一方面，本申请提供一种胶囊内窥镜控制系统，包括支架、悬臂、旋转组件和第一平移组件，悬臂连接于支架，悬臂上设置有磁控装置，旋转组件用于带动支架旋转，第一平移组件用于带动支架或磁控装置平移，胶囊内窥镜控制系统控制第一平移组件平移和/或旋转组件转动以调节磁控装置的二维空间位置。

本申请中，通过旋转组件实现了磁控装置在一定范围内的移动，避免了在底部需要搭建两套平移组件，而形成复杂的搭建结构，本申请仅通过一平移组件和旋转组件即可准确调节磁控装置的二维空间位置，使得整个系统成本低，精度高。

优选的，旋转组件包括座体、回转轴承和驱动部件，回转轴承安装于座体，支架连接于回转轴承，驱动部件驱动连接于回转轴承或支架，以使得支架带动磁控装置转动。

在上述方案中，使用回转轴承实现了磁控装置在一定范围内的移动，并且回转轴承结构简单，体积小，不占用空间，且安装方便，提高了胶囊内窥镜控制系统的性价比。

优选的，回转轴承包括内圈和外圈，内圈固定连接于座体，支架连接于外圈，驱动部件驱动连接于外圈，使得外圈带动支架转动。

具体的，驱动部件包括第一电机和连接于第一电机的蜗杆，外圈的外周面设有齿槽，蜗杆与外圈相啮合。

在上述方案中，第一电机驱动蜗杆转动，蜗杆驱动外圈转动，外圈带动支架转动，调节磁控装置的位置，该驱动结构相对于平移组件更加简单实用。

优选的，第一平移组件设于悬臂，磁控装置连接于第一平移组件，第一平移组件带动磁控装置沿悬臂的延伸方向平移。

在上述方案中，第一平移组件设置于悬臂，则不占用空间，旋转组件的底座可以直接固定于地板，不需要在地板上布置滑轨结构，节约了大量的空间。

优选的，悬臂包括避让条槽，第一平移组件沿避让条槽延伸设置，第一平移组件沿避让条槽延伸设置，磁控装置包括连接架和安装有磁体的壳部，连接架连接于第一平移组件，壳部连接于连接架，第一平移组件驱动连接架，以带动壳部沿悬臂平移。

在上述方案中，通过设置避让条槽，使得连接架可安装于悬臂上，而壳部则至少部分位于悬臂下方，并设置有磁体，利于驱动带有磁铁的胶囊内窥镜运动。

优选的，第一平移组件包括丝杠和第二电机；丝杠沿悬臂的臂长方向延伸设置，丝杠与连接架螺纹连接；第二电机驱动连接于丝杠。

在上述方案中，第二电机驱动丝杠转动，丝杠驱动上部壳体沿着避让条槽的延伸方向移动，调节磁控装置内部磁体的位置，结构简单，传动稳定性高。

在另一方案中，第一平移组件包括传送带和第二电机；传送带沿悬臂的臂长方向延伸设置；连接架连接于传送带；第二电机驱动连接传送带。

该方案中，第二电机驱动传送带运行，而上部壳体固定连接于传送带，传送带带动磁控装置沿着悬臂移动。

优选的，悬臂包括导轨，导轨沿悬臂的臂长方向延伸设置，磁控装置滑动连接于导轨。

在上述方案中，避让条槽的两侧可以设置导轨，连接架可滑动连接于导轨。上部壳体可滑动设置于导轨，悬臂对上部壳体具有支撑作用，且上部壳体与悬臂可滑动配合，在沿着悬臂移动过程中，摩擦力小，降低了平移组件的压力。

优选的，第一平移组件包括滑轨、丝杠和第三电机；旋转组件滑动安装于滑轨，丝杠与旋转组件螺纹连接，第三电机驱动连接丝杠；支架连接于旋转组件；丝杠驱动旋转组件移动，以带动支架平移。

在该方案中，第一平移组件可安装于地板上，靠近检查床设置，仅占用较小的空间。

第二方面，本申请还提供上述胶囊内窥镜控制系统的控制方法，包括：胶囊内窥镜控制系统控制第一平移组件平移和/或控制旋转组件转动，调节磁控装置的二维空间位置。

优选的，胶囊内窥镜控制系统控制旋转组件转动过程中，根据旋转组件转动的角度确定磁控装置的运动位移；

胶囊内窥镜控制系统通过以下公式计算磁控装置的运动位移；

磁控装置第一方向的移动距离△x＝l*sinα；

磁控装置第二方向的移动距离△y＝l*cosα-l；

其中，α为旋转组件转动的角度，l为磁控装置距离支架的距离，第一方向与第二方向相垂直。

在上述方案中，胶囊内窥镜控制系统可根据旋转组件的转动角度自动计算出磁控装置的运动位移，精确控制磁控装置的位置。

优选的，胶囊内窥镜控制系统还根据旋转组件转动的角度，对磁控装置的磁体进行角度补偿；

对磁控装置的磁体进行角度补偿包括：检测旋转组件的转动角度，并控制磁控装置驱动磁体转动相应的角度，补偿磁体偏转的角度。

在上述方案中，在旋转组件转动过程中，磁控装置上的磁体会相应的有一定偏转角度，因此胶囊内窥镜控制系统需要修正该偏转角度，确保精确控制带有磁铁的胶囊内窥镜。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请中，胶囊内窥镜控制系统包括支架、悬臂、旋转组件和第一平移组件，悬臂连接于支架，悬臂上设置有磁控装置，旋转组件用于带动支架旋转，第一平移组件用于带动支架或磁控装置平移，第一平移组件和旋转组件能配合调节磁控装置的二维空间位置。本申请中，通过旋转组件实现了磁控装置在一定范围内的移动，避免了在底部需要搭建两套平移组件，而形成复杂的搭建结构，本申请仅通过一平移组件和旋转组件即可准确调节磁控装置的二维空间位置，使得整个系统成本低，精度高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的胶囊内窥镜控制系统的第一种立体结构示意图；

图2为图1中下支撑件和旋转组件的装配结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图3中a-a向剖视示意图；

图5为图1中悬臂的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的胶囊内窥镜控制系统的第二种立体结构示意图；

图7为本申请实施例提供的胶囊内窥镜控制系统中旋转组件转动过程中磁控装置的位置变化示意图。

附图标记：

100-胶囊内窥镜控制系统；

1-支架；

11-上组合件；

12-下支撑件；

13-第二平移组件；

2-悬臂；

21-避让条槽；

22-导轨；

3-磁控装置；

31-连接架；

32-壳部；

4-旋转组件；

41-座体；

42-回转轴承；

421-内圈；

422-外圈；

43-驱动部件；

431-第一电机；

432-蜗杆；

5-第一平移组件；

51-丝杠；

52-第二电机；

53-滑轨；

6-检查床；

7-控制面板。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方案

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

现在，使用胶囊内窥镜对人体消化道进行常规检查，是市场上较为先进的一种诊查手段。相较于插入传统电子内窥镜，吞服胶囊内窥镜不会引起检查者身体和心理上的不适，也减小交叉感染的可能性。

现有技术中，胶囊内窥镜控制系统包括三轴位移底座，三轴位移底座设置有x轴平移组件、y轴平移组件和z轴平移组件，三套平移组件的结构无疑造成胶囊内窥镜控制系统整体体积较大，结构复杂，组装繁琐，且价格比较昂贵。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种胶囊内窥镜控制系统及其控制方法，能够解决上述技术问题。

如图1所示，为本申请一实施例提供的胶囊内窥镜控制系统100的整体结构示意图，该胶囊内窥镜控制系统100能调节带有磁铁的胶囊内窥镜的位置和角度，从而通过磁场变化控制胶囊内窥镜在人体内的运动，以观察人体胃部不同部位粘膜。该胶囊内窥镜控制系统100包括支架1、悬臂2、旋转组件4、第一平移组件5、检查床6和控制面板7，悬臂2连接于支架1，悬臂2上设置有磁控装置3，磁控装置3位于检查床6的上方，旋转组件4用于带动支架1旋转，第一平移组件5用于带动支架1或磁控装置3平移，控制面板7可接收指令，控制第一平移组件5和旋转组件4运动调节磁控装置3的二维空间位置，使得磁控装置3移动至检查床6上方不同位置，精确控制带有磁铁的胶囊内窥镜在人体胃部的运动，以全面观察胃粘膜。

本申请中，通过旋转组件4实现了磁控装置3在一定范围内的移动，避免了在底部需要搭建两套平移组件，而形成复杂的搭建结构，本申请仅通过一平移组件和旋转组件4即可准确调节磁控装置3的二维空间位置，使得整个系统成本低，精度高。

其中，本申请的胶囊内窥镜控制系统100还可以包括第二平移组件13，第二平移组件13可以带动悬臂2靠近或远离检查床6运动。第二平移组件13可以设置于支架1，如此则第一平移组件5和第二平移组件13两者之间都不会组成复杂的搭建结构，简化了胶囊内窥镜控制系统的结构，降低了成本。磁控装置3具有磁体和两电机，两电机分别驱动磁体向两个不同方向转动，因此通过第一平移组件5、第二平移组件13和旋转组件4的设置，外加磁控装置3，使得本申请的胶囊内窥镜控制系统中的磁体的运动具有五个自由度。其中支架1可以包括上组合件11和下支撑件12，第二平移组件13设置于上组合件11上，且沿纵向延伸设置，无需额外的传动结构，缩短了第二平移组件13的传动链，使得整体结构紧凑。

需要说明的是，任何能够实现带动支架1旋转的结构都在本申请的保护范围之内。示例性的，参见图1和图2所示，旋转组件4可以包括座体41、回转轴承42和驱动部件43，回转轴承42安装于座体41，支架1连接于回转轴承42，驱动部件43驱动连接于回转轴承42或支架1，以驱动支架1旋转，支架1旋转后带动磁控装置3运动至以支架1与悬臂2的连接处为圆心的圆周或圆弧上的任意位置。

可以理解的是，使用回转轴承42代替一个方向的平移组件，回转轴承42结构简单，体积小，不占用空间，且安装方便，相比于导轨和丝杠组成的平移组件明显的提高了胶囊内窥镜控制系统的性价比。

参见图3和图4所示，在一种可能的实施方案中，回转轴承42包括内圈421和外圈422，内圈421固定连接于座体41，支架1连接于外圈422，驱动部件43驱动连接于外圈422，使得外圈422带动支架1转动。

具体的，驱动部件43包括第一电机431和连接于第一电机431的蜗杆432，外圈422的外周面设有齿槽，蜗杆432与外圈422相啮合。

其中，第一电机431可以和回转轴承42一体设置，使得结构紧促，减小整体架构占用的空间，如回转轴承42进一步包括外壳，第一电机安装于外壳上，使得第一电机431和回转轴承集成一体，简化了整机结构。第一电机431驱动蜗杆432转动，蜗杆432驱动外圈422转动，外圈422带动支架1转动，调节磁控装置3的位置，该驱动结构相对于平移组件更加简单实用。

参见图4所示，外圈422上环绕转动轴心设置有多个连接孔，以通过紧固件连接于支架1上，而内圈421上设置有多个连接孔，以通过紧固件连接于座体41上，其中常用的紧固件可以是紧固螺栓。

参见图1和图5所示，在一种可能的实施方案中，第一平移组件5设于悬臂2，磁控装置3连接于第一平移组件5，第一平移组件5能带动磁控装置3沿悬臂2的延伸方向平移。

在该实施方案中，第一平移组件5设置于悬臂2，则不占用空间，使得胶囊内窥镜控制系统100结构更加紧凑。其中，旋转组件4的底座可以直接固定于地板，不需要在地板上布置滑轨结构，节约了大量的空间，防止检查床6周围形成多层搭建结构，降低了胶囊内窥镜控制系统100对于安装空间的场地要求。具体地，本申请实施例中的胶囊内窥镜控制系统100仅仅控制旋转组件4转动配合搭载于悬臂2的第一平移组件5运动即可实现调节磁控装置3的二维空间位置。

参见图1和图5所示，在一种可能的实施方案中，悬臂2包括避让条槽21，第一平移组件5沿避让条槽21延伸设置，磁控装置3包括连接架31和安装有磁体的壳部32，连接架31连接于第一平移组件5，壳部32连接于连接架31，第一平移组件5能驱动连接架31，以带动壳部32沿悬臂2平移。

其中，磁控装置3的结构，现有技术中公开较多，本申请不限定具体的磁控装置3的结构，各现有技术中的磁控装置3均可适用于本申请胶囊内窥镜控制系统。

在该实施方案中，悬臂2还包括避让条槽21，连接架31可安装于悬臂2的避让条槽21内，而壳部32则至少部分位于悬臂2下方，使悬臂2结构更加紧凑。其中，避让条槽21可以是设置在悬臂2的槽结构，或者避让条槽2由悬臂2的侧壁围成。并且，壳部32通过安装架31与悬臂2连接，其内设置有磁体，通过磁控装置3与第一移动组件3的配合，磁体能够在位置低于悬臂2移动且更靠近检查床6，利于驱动带有磁铁的胶囊内窥镜运动，提高了磁场驱动的可靠性。

需要说明的是，任何能够实现带动磁控装置3移动的结构均在本申请的保护范围之内。示例性的，参见图5所示，第一平移组件5可以包括丝杠51和第二电机52，丝杠51沿悬臂2的臂长方向延伸设置，丝杠51与连接架31螺纹连接，第二电机52驱动连接于丝杠51。该方案中，第二电机52驱动丝杠51转动，丝杠51驱动连接架31沿着避让条槽21的延伸方向移动，带动壳部32移动，调节磁控装置3内部磁体的位置，整体结构简单，传动稳定性高。当然，第一平移组件5也可以是包括传送带(未图示)和第二电机52，传送带沿悬臂2的臂长方向延伸设置，连接架31连接于传送带，第二电机52驱动连接传送带。该方案中，第二电机52驱动传送带运行，而连接架31固定连接于传送带，传送带带动磁控装置3沿着悬臂2移动。

此外，参见图5所示，在一种可能的实施方案中，悬臂2还包括导轨22，导轨22沿着悬臂2的臂长方向延伸设置，连接架31连接于导轨22，可沿着导轨22滑动。

进一步的，避让条槽21的两侧设置有导轨22，连接架31可滑动连接于导轨22。悬臂对连接架31具有支撑作用，且连接架31与悬臂2上的导轨22可滑动配合，在沿着悬臂2臂长方向移动过程中，连接架31受到的摩擦力小，降低了平移组件的压力，平移组件仅需提供水平方向的驱动力不需要承载磁控装置3的重量，延长了平移组件的使用寿命。

参见图6所示，在另一种可能的实施方案中，第一平移组件5包括滑轨53、丝杠51和第三电机(未图示)，旋转组件4可滑动安装于滑轨53，丝杠51与旋转组件4螺纹连接，第三电机驱动连接丝杠51，支架1连接于旋转组件4，丝杠51能驱动旋转组件4移动，以带动支架1平移。

在该方案中，第一平移组件5可安装于地板上，靠近检查床6设置，如沿着检查床6的长度边延伸布置，仅占用较小的空间。

此外，本申请实施例还提供上述胶囊内窥镜控制系统的控制方法，包括：胶囊内窥镜控制系统控制所述第一平移组件5平移和/或控制所述旋转组件4转动，调节所述磁控装置3的二维空间位置。

参见图7所示为图6中胶囊内窥镜控制系统100中旋转组件4转动过程中磁控装置3的位置变化示意图。胶囊内窥镜控制系统100控制旋转组件4转动过程中，根据旋转组件4转动的角度确定磁控装置3的运动位移，胶囊内窥镜控制系统100通过以下公式计算磁控装置3的运动位移；

磁控装置3第一方向的移动距离△x＝l*sinα；

磁控装置3第二方向的移动距离△y＝l*cosα-l；

其中，α为旋转组件4转动的角度，l为磁控装置3距离支架1的距离，第一方向与第二方向相垂直。第一方向可以为检查床6的长度方向，第二方向可以为检查床6的宽度方向。更进一步地，l为磁控装置3的磁体的旋转轴线与支架1的旋转轴线之间的距离。

可见，胶囊内窥镜控制系统100可根据旋转组件4的转动角度自动计算出磁控装置3的运动位移，精确控制磁控装置3的位置。在需要将磁控装置3移动至设定位置时，可通过控制旋转组件4的旋转角度和第一平移组件5的平移位置调节磁控装置3的具体位置。

在一种可能的实施方案中，胶囊内窥镜控制系统100还根据旋转组件4转动的角度，对磁控装置3的磁体进行角度补偿；所述对磁控装置3的磁体进行角度补偿包括：检测旋转组件4的转动角度，并控制所述磁控装置3驱动所述磁体转动相应的角度，补偿磁体偏转的角度。

具体的，当旋转组件4转动的角度为α时，则控制磁控装置3驱动所述磁体反向转动角度α，从而补偿磁体被偏转的角度。

在该实施方案中，可以理解的是在旋转组件4转动过程中，磁控装置3上的磁体会相应的相对检查床6具有一定偏转角度，胶囊内窥镜控制系统100可补偿该偏转角度，确保精确调节磁体姿态位置，如在旋转组件4旋转过程中，磁控装置3上的电机控制磁体转动以补偿旋转组件4转动对磁体姿态位置的影响，从而实现精确控制带有磁铁的胶囊内窥镜的运动。

以下以图6中提供的胶囊内窥镜控制系统100为例，对胶囊内窥镜控制系统100调节磁体位置进行详细说明。

参见图6所示，该胶囊内窥镜控制系统100包括第一平移组件5和旋转组件4，第一平移组件5可以设置于地面，且沿着检查床6的长度方向延伸设置。旋转组件4用于带动支架1旋转。

以检查床6的长度方向为x轴方向，以检查床6的宽度方向为y轴方向。胶囊内窥镜控制系统100在初始状态时，磁控装置3处于运动原点(x0，y0)。

在胶囊内窥镜控制系统100工作时，若仅有旋转组件4旋转角度α时，磁控装置3的坐标从(x0，y0)变化为(x1，y1)；其中，x1＝x0+dx1，y1＝y0+dy1。进一步的，dx1＝l*sinα，dy1＝l*cosα-l。

在胶囊内窥镜控制系统100工作时，若仅有第一平移组件5平移距离β(未图示)时，磁控装置的坐标变化为坐标(x2，y2)；其中，x2＝x0+dx2，y2＝y0+dy0。进一步的，dx2＝β，dy0＝0。

在胶囊内窥镜控制系统100工作时，若旋转组件4和第一平移组件5均工作，且旋转组件4旋转角度α，第一平移组件平移距离β时，则磁控装置的坐标变化为坐标(x3，y3)；其中，x3＝x0+dx1+dx2，y3＝y0+dy1。

在本申请的其他实施例中，对应不同的第一平移组件5和旋转组件4的安装方式，坐标的计算方法略有不同，但由于磁控装置3实现位置变化的原理是相同的，因此具体坐标的计算过程在此不再赘述。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。