一种胶囊内窥镜机器人的制作方法

1.本发明涉及胶囊内窥镜技术领域，具体是一种胶囊内窥镜机器人。


背景技术：

2.医用内窥镜泛指经各种自然性或创伤性腔道进入人体，以观察人体内部组织结构达到诊断目的的影像设备。更先进的内窥镜还可具备治疗的功能。内窥镜在临床诊断中有着极其广泛的应用，可以说是最常用的检查之一，其动态的影像信息能直观反映其他检查手段所无法显示的细微组织结构和功能活动状况，为临床工作者提供诊断的依据，并为局部化治疗提供可能的途径。内窥镜在人体各自然腔道的影像诊断均有应用，但最多的应用是胃肠道，一方面是由于胃肠道在结构上由于与外界直接相通，容易受到异物和病原体的侵害，因此出现的临床问题较多，另一方面，其内部容腔相对较大，腔口位置容易被临床人员操作，并且操作风险较低。
3.传统内窥镜的检查病人很痛苦，病人耐受性差，而且存在交叉感染及损伤肠胃的风险，又因肠道总长度达到几米，完成人体整个肠道的检测，需要一天甚至更久的时间，另外，现有的内窥镜头部固定，对于一些内窥镜无法整体进入的人体内腔的角落，难以进行拍摄。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种胶囊内窥镜机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种胶囊内窥镜机器人，包括可旋转的外壳、位于外壳一端与外壳转动连接的尾座、以及位于外壳另一端角度可调的头部；其中，
7.所述尾座上设置有用于驱动外壳旋转的驱动机构，所述外壳内腔设置有用于对头部的倾斜角度进行调节的电磁机构。
8.作为本发明进一步的方案：所述外壳为柱体结构，且所述外壳的表面设置为螺旋状结构。
9.作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构包括与尾座固定连接的微型电机，微型电机是整个系统的主要驱动器，随同尾座一起移动，所述外壳的内腔靠近微型电机一侧设置有与其固定连接的固定板，所述微型电机的轴部与固定板固定连接，使得外壳与微型电机的轴部固定在一起，当微型电机启动时，微型电机的轴部带动外壳旋转，胶囊内窥镜的前进和后退运动由微型电机和外壳实现，利用胃肠道中的高粘度沾液作为介质，利用粘液在运动过程中形成的摩擦牵引力带动胶囊内窥镜前进，胶囊内窥镜在有粘液的肠道中运转时将迫使粘液产生轴向运动，此种轴向运动产生的反作用力将带动胶囊内窥镜前进。由于胶囊内窥镜的外壳全部由带螺旋槽的圆柱体构成，因此当它旋转时由于肠道中高粘度粘液所产生的动压效应作用，将形成一层动压润滑粘液膜，此粘液膜使胶囊内窥镜处于悬浮状
态避免了胶囊内窥镜与肠道壁之间的直接接触。由于胶囊内窥镜前进是依靠与粘液的轴向摩擦力，且自身旋转又能形成沾液润滑膜，因此胶囊内窥镜在体内运动不会给肠道的有机组织造成伤害，也不会给病人带不适，达到无损驱动目的。当正向接通微电机电源时，带动螺旋槽的外壳正转产生的轴向摩擦牵引力使胶囊内窥镜前进，当反向接通微电机电源时则使胶囊内窥镜后退。微电机转动越快，胶囊内窥镜也就移动越快。
10.作为本发明再进一步的方案：所述外壳的内径大于微型电机的外径，且所述微型电机位于外壳的内腔，使得外壳旋转时不会与电机产生干涉。
11.作为本发明再进一步的方案：所述尾座及头部均为半球形结构。
12.作为本发明再进一步的方案：所述头部靠近外壳的一侧壁设置有两个对称分布的轴套，所述外壳靠近头部的一端设置有两个与轴套对应分布的延伸块，所述轴套通过转轴与延伸块转动连接，通过轴套与延伸块之间的配合，可使得头部的倾斜角度进行调节。
13.作为本发明再进一步的方案：所述头部位于轴套的两侧通过波纹管与外壳的端部连接，通过波纹管的设置，不仅使得头部与外壳连接在一起，还不会影响头部角度的调节。
14.作为本发明再进一步的方案：所述电磁机构包括固定于外壳内腔的磁铁块，所述磁铁块位于头部一端的中间部位设置有导向杆，所述导向杆上套设有与其滑动连接的线圈座，所述导向杆的端部设置有限位块，所述线圈座上缠绕有线圈，所述线圈座的侧壁通过连接杆与头部连接，依据磁场同向相吸异性相斥原理，当给线圈加反向电压，线圈产生磁场和磁铁块磁场反向，线圈座被磁铁块排斥开，推动头部至角度0
°
，当给线圈加正电压，线圈产生磁场和磁铁块磁场同向，线圈座被吸到磁铁块一边，带动头部摆动角度18
°
，因头部和螺旋圆柱体是同步转动的，若圆柱体外壳旋转速度足够小，头部则能以
°
锥角慢慢转动。
15.作为本发明再进一步的方案：所述连接杆呈“z”型结构，所述连接杆的底部通过转轴转动连接有u型座，所述u型座固定于头部侧壁的偏心位置上，所述连接杆的顶端与线圈座的偏心位置固定连接，通过“z”型结构的连接杆的设置，当线圈座移动时，会通过连接杆带动头部移动，从而实现对头部角度的调节。
16.作为本发明再进一步的方案：所述头部的侧壁设置有与u型座对称分布的弹簧，所述弹簧的端部通过固定块与外壳内壁固定连接，通过弹簧的设置，提高了头部的稳定性，并有利于头部复位。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明实现了无损伤驱动和提高内窥镜机器人移动速度的目的，且由于胶囊内窥镜前进是依靠与粘液的轴向摩擦力，自身旋转又能形成沾液润滑膜，因此胶囊内窥镜在体内运动不会给肠道的有机组织造成伤害，也不会给病人带不适，达到无损驱动目的，可以大大减轻胶囊内窥镜行动时给患者带来的不适与痛苦，通过头部的角度调节来进行协调转弯并检查一些内窥镜无法整体进入的人体内腔的角落，进一步减轻了患者由于药丸型内窥镜的运动而产生的不适以及扩大了检查的范围，使得胶囊机器人在肠道内能够对重点部位进行充分检查，防止漏检现像，实现扩大机器人摄像方位，因而可从不同方向观察病变部位，提高了精确性。
附图说明
19.图1为一种胶囊内窥镜机器人的结构示意图。
20.图2为一种胶囊内窥镜机器人中外壳与尾座的分解图。
21.图3为一种胶囊内窥镜机器人中电磁机构的结构示意图。
22.图4为图3的右视图。
23.图中：1、外壳；2、尾座；3、头部；4、微型电机；5、固定板；6、轴套；7、u型座；8、连接杆；9、磁铁块；10、线圈座；11、线圈；12、导向杆；13、弹簧；14、固定块；15、波纹管；16、限位块。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1～4，本发明实施例中，一种胶囊内窥镜机器人，包括可旋转的外壳1、位于外壳1一端与外壳1转动连接的尾座2、以及位于外壳1另一端角度可调的头部3，外壳1为柱体结构，且外壳1的表面设置为螺旋状结构，尾座2上设置有用于驱动外壳1旋转的驱动机构，驱动机构包括与尾座2固定连接的微型电机4，微型电机4是整个系统的主要驱动器，随同尾座2一起移动，尾座2及头部3均为半球形结构，头部3靠近外壳1的一侧壁设置有两个对称分布的轴套6，外壳1靠近头部3的一端设置有两个与轴套6对应分布的延伸块，轴套6通过转轴与延伸块转动连接，通过轴套6与延伸块之间的配合，可使得头部3的倾斜角度进行调节，头部3位于轴套6的两侧通过波纹管15与外壳1的端部连接，通过波纹管15的设置，不仅使得头部3与外壳1连接在一起，还不会影响头部3角度的调节，外壳1的内腔靠近微型电机4一侧设置有与其固定连接的固定板5，微型电机4的轴部与固定板5固定连接，使得外壳1与微型电机4的轴部固定在一起，当微型电机4启动时，微型电机4的轴部带动外壳1旋转，胶囊内窥镜的前进和后退运动由微型电机4和外壳1实现，利用胃肠道中的高粘度沾液作为介质，利用粘液在运动过程中形成的摩擦牵引力带动胶囊内窥镜前进，胶囊内窥镜在有粘液的肠道中运转时将迫使粘液产生轴向运动，此种轴向运动产生的反作用力将带动胶囊内窥镜前进。由于胶囊内窥镜的外壳1全部由带螺旋槽的圆柱体构成，因此当它旋转时由于肠道中高粘度粘液所产生的动压效应作用，将形成一层动压润滑粘液膜，此粘液膜使胶囊内窥镜处于悬浮状态避免了胶囊内窥镜与肠道壁之间的直接接触。由于胶囊内窥镜前进是依靠与粘液的轴向摩擦力，且自身旋转又能形成沾液润滑膜，因此胶囊内窥镜在体内运动不会给肠道的有机组织造成伤害，也不会给病人带不适，达到无损驱动目的。当正向接通微电机电源时，带动螺旋槽的外壳1正转产生的轴向摩擦牵引力使胶囊内窥镜前进，当反向接通微电机电源时则使胶囊内窥镜后退。微电机转动越快，胶囊内窥镜也就移动越快，外壳1的内径大于微型电机4的外径，且微型电机4位于外壳1的内腔，使得外壳1旋转时不会与电机4产生干涉；
26.外壳1内腔设置有用于对头部3的倾斜角度进行调节的电磁机构，电磁机构包括固定于外壳1内腔的磁铁块9，磁铁块9位于头部3一端的中间部位设置有导向杆12，导向杆12上套设有与其滑动连接的线圈座10，导向杆12的端部设置有限位块16，线圈座10上缠绕有线圈11，线圈座10的侧壁通过连接杆8与头部3连接，依据磁场同向相吸异性相斥原理，当给
线圈11加反向电压，线圈11产生磁场和磁铁块9磁场反向，线圈座10被磁铁块9排斥开，推动头部3至角度0
°
，当给线圈11加正电压，线圈11产生磁场和磁铁块9磁场同向，线圈座10被吸到磁铁块9一边，带动头部3摆动角度18
°
，因头部3和螺旋圆柱体是同步转动的，若圆柱体外壳旋转速度足够小，头部则能以18
°
锥角慢慢转动，连接杆8呈“z”型结构，连接杆8的底部通过转轴转动连接有u型座7，u型座7固定于头部3侧壁的偏心位置上，连接杆8的顶端与线圈座10的偏心位置固定连接，通过“z”型结构的连接杆8的设置，当线圈座10移动时，会通过连接杆8带动头部移动，从而实现对头部3角度的调节，头部3的侧壁设置有与u型座7对称分布的弹簧13，弹簧13的端部通过固定块14与外壳1内壁固定连接，通过弹簧13的设置，提高了头部3的稳定性，并有利于头部3复位。
27.微型电机4电机外径尺寸要小于18mm，另考虑到胶囊内窥镜在充满黏液的肠道中依靠转动前进，所受的阻力矩大，电机要能提供足够大的动力矩，以免停转。市面上现有的大力矩微型电机，有步进电机和带减速器直流电机，本发明选取了最大外径为15mm的直流减速电机ga12yn20-17，长度为30mm。
28.本发明的工作原理是：
29.当带螺旋槽的圆柱体外壳在有粘液的肠道内运转时，将迫使粘液产生轴向运动，此种轴向运动产生的反作用力将带动圆柱体沿轴向前进。由于设计的外壳1全部由带螺旋槽的圆柱体构成，因此，当它旋转时，由于肠道内高粘度粘液所产生的动压效应作用，将建立一层动压润滑粘液膜，使胶囊内窥镜处于悬浮状态。这样当胶囊内窥镜进入肠道时，可避免与肠道内壁发生直接接触，从而可避免对肠道内部软组织造成擦伤或拉伤、减轻或消除患者的不适和痛苦。同时这种新型运动机构还可以通过电磁吸合原理控制头部3的摆动来进行协调拍摄，当正向接通微型电机4电源时，带动螺旋槽的圆柱体外壳正转产生的轴向摩擦牵引力使机器人前进，当反向接通微电机电源时则使机器人后退。微型电机4转动越快，胶囊内窥镜也就移动越快。在胶囊内窥镜的头部安装电磁机构，利用电磁吸合原理，使胶囊内窥镜在肠道中自由行进和停滞过程中能摆动头部进行协调拍摄，并检查一些内窥镜无法整体进入的人体内腔的角落，提高了检查的质量和范围。
30.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。