專利名稱：一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過同一外旋轉(zhuǎn)磁場條件下， 在充滿大粘度液體的封閉柔彈性管道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多個膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人驅(qū)動 控制的基本方法。
技術(shù)背景磁控?zé)o纜驅(qū)動微機(jī)器人更接近于自然狀態(tài)，在人體內(nèi)作業(yè)時具有可靠性、 安全高等特點(diǎn)。以人體柔彈性組織內(nèi)的體液為媒介，它可到達(dá)體內(nèi)的深處部位。 因此游動微型機(jī)器人為體內(nèi)介入治療提供了一種重要的作業(yè)形式，在醫(yī)學(xué)工程 領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)療微型機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境是體內(nèi)的腸道、泌尿系統(tǒng)、血管等，其環(huán)境特 點(diǎn)是周圍由柔彈性組織封閉、內(nèi)部充有體液的狹小空間。為了不對柔彈性軟組 織造成創(chuàng)傷，要求微機(jī)器人以無電纜驅(qū)動方式，通過游動可靠的進(jìn)入和退出體 內(nèi)深處，并采用簡單、易于微型化的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)體內(nèi)在線醫(yī)療作業(yè)。為了滿足體內(nèi)柔彈性壁無創(chuàng)傷要求，日本K.Ikeuchi等人首先提出利用液 體動壓膜作為動力媒介的非接觸無損傷體內(nèi)驅(qū)動醫(yī)用微機(jī)器人，它由圓柱體、 螺旋肋以及提供大扭矩的微型馬達(dá)構(gòu)成。當(dāng)微馬達(dá)驅(qū)動螺旋肋在有粘液的腔道 內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，螺旋肋處的流體產(chǎn)生動壓效應(yīng)，并在管壁表面形成動壓保護(hù)膜，當(dāng) 肋一端的液體動壓力超另一端的液體動壓力時，便產(chǎn)生軸向推力，實(shí)現(xiàn)非接觸 無損傷驅(qū)動。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)機(jī)器人與管壁的間隙較小時，且滑動速度較高時，最大的推進(jìn)力可達(dá)到1N。其缺點(diǎn)是拖帶電纜，電機(jī)懸在管內(nèi)，驅(qū)動力矩不能平 衡，當(dāng)圓柱體螺旋肋與管壁的間隙太大時，液體動壓薄膜會發(fā)生破裂，推進(jìn)力 驟減。螺旋表面柔順性差，其結(jié)構(gòu)尚不能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境內(nèi)的作業(yè)。國內(nèi)浙江大 學(xué)也成功研制了類似的體內(nèi)醫(yī)用微型機(jī)器人，結(jié)構(gòu)上巧妙地采用中間電機(jī)帶動 兩端的螺旋肋旋向相反的圓柱部高速旋轉(zhuǎn)，使體液在兩個圓柱部和彈性壁之間 產(chǎn)生動壓效應(yīng)，形成同向推力，對油膜的厚度與軸向推力的關(guān)系也進(jìn)行了研究， 也存在機(jī)器人與管壁間隙對軸向推力的影響問題，其結(jié)構(gòu)尚不能自適應(yīng)調(diào)整螺 旋肋與管壁的間隙，因此柔彈性壁復(fù)雜環(huán)境內(nèi)的適應(yīng)能力尚需進(jìn)一歩提高，機(jī) 器人還存在能量供給問題。由于螺旋行進(jìn)機(jī)器人的驅(qū)動原理簡單，因此可靠性 與安全性更好，實(shí)用前景廣闊。事實(shí)證明采用磁場控制的無纜驅(qū)動方式是提高微型機(jī)器人實(shí)用性和可靠性 的關(guān)鍵，因此磁控微型機(jī)器人迅速成為國際上的研究熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)無纜式外磁場驅(qū)動控制，日本K. Ishiyama等人提出了利用三軸亥姆霍茲線圈提供空間旋 轉(zhuǎn)磁場，作用于膠囊內(nèi)嵌釹鐵硼磁體，在膠囊表面螺紋作用下旋進(jìn)。但通電線 圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場存在驅(qū)動頻率與磁場強(qiáng)度間的矛盾，高頻驅(qū)動時，能量損耗大， 發(fā)熱嚴(yán)重，磁場衰減大，會因驅(qū)動力矩不足而導(dǎo)致膠囊機(jī)器人的截止驅(qū)動頻率 減小，旋進(jìn)速度降低，甚至使機(jī)器人發(fā)生堵轉(zhuǎn)而不能行走，影響體內(nèi)作業(yè)的安全 性與可靠性。其本體剛性結(jié)構(gòu)也存在徑向間隙不能補(bǔ)償?shù)膯栴}，還不能適應(yīng)復(fù) 雜柔彈性壁環(huán)境內(nèi)的驅(qū)動行走。綜上所述，通過徑向間隙補(bǔ)償是提高膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人在柔彈性管壁 環(huán)境內(nèi)驅(qū)動行走的有效途徑，目前，在同一旋轉(zhuǎn)磁場條件下，通過徑向間隙補(bǔ) 償，實(shí)現(xiàn)多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的驅(qū)動控制的研究還未見報道。體內(nèi)微型機(jī) 器人群體操作的介入醫(yī)療概念具有重要實(shí)際應(yīng)用價值，如將每個機(jī)器人設(shè)計(jì)成具有不詞的醫(yī)療目的，能明顯減小機(jī)器人的體積，提高安全性與可靠性，患者 可以同時吞下具有不同醫(yī)療目的的多個膠囊微型機(jī)器人，在同一磁場下實(shí)現(xiàn)其 群體協(xié)調(diào)操作，將顯著提高體內(nèi)的醫(yī)療效率，提高安全性與實(shí)用性，應(yīng)用前景 廣闊。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在充滿大粘度液體介質(zhì)的柔彈性管壁 環(huán)境內(nèi)和在同一外旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動條件下，對多個膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人實(shí)施驅(qū) 動控制的操作裝置和方法，實(shí)現(xiàn)多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的在同一旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū) 動下的控制。本發(fā)明的技術(shù)方案是-將一塊外表面纏繞有多頭螺旋肋的配重銅環(huán)沿圓周方向分割成若干部分,形成多塊帶有螺旋肋的配重銅瓦，解除圓周方向的約束；將徑向磁化的圓柱狀 釹鐵硼磁體內(nèi)驅(qū)動器作為機(jī)器人的中心軸與機(jī)器人前端頭固定；分別將與配重 銅瓦數(shù)目相同的平行四邊形機(jī)構(gòu)的機(jī)架沿與機(jī)器人軸線垂直的圓周方向等分 的固定在機(jī)器人的釹鐵硼磁體內(nèi)驅(qū)動器上，再將與平行四邊形機(jī)構(gòu)的機(jī)架平行 的連桿分別固定在若干塊帶有螺旋肋的配重銅瓦內(nèi)凹面上，再將配重銅瓦的一 端分別通過連桿鉸接在機(jī)器人的后活動端頭上，于是各個平行四邊形機(jī)構(gòu)與分 別鉸接在機(jī)器人的后活動端頭上的連桿一起構(gòu)成了離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)，它 由六桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成；將薄膜乳膠橡膠囊套在若干配重銅瓦組成的外圓柱表面上， 并將薄膜乳膠橡膠囊的兩個端口分別與機(jī)器人的前端頭和后移動端頭部密封， 通過前端頭的氣門注入少量氣體，薄膜乳膠膠囊增加了機(jī)器人表面的柔順性， 對人體軟組織起到進(jìn)一步的保護(hù)作用，螺旋肋也可以撐開薄膜乳膠膠囊凸起， 不影響其產(chǎn)生推力，也可以防止流體動壓力的泄漏。機(jī)器人本體配重銅瓦與徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)分為二種 第一種結(jié)構(gòu)方案是機(jī)器人外表面配重銅瓦連同螺旋肋沿圓周方向均勻分割四等分，解除圓周方向約束，分別由四個沿圓周方向均勻分布徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)支撐。第二種結(jié)構(gòu)方案是機(jī)器人外表面配重銅瓦連同螺旋肋沿圓周方向均勻分割 三等分，解除圓周方向約束，分別由三個沿圓周方向均勻分布徑向離心同步伸 展機(jī)構(gòu)4支撐。以上兩種結(jié)構(gòu)是采用兩種不同的技術(shù)方案來解除螺旋肋在圓周方向的約 束，以便機(jī)器人外表面在徑向能夠自由膨脹，減小與管壁的間隙。在外旋轉(zhuǎn)磁場與內(nèi)驅(qū)動器的耦合作用下，對機(jī)器人施加旋轉(zhuǎn)力矩，離心同 步徑向伸展機(jī)構(gòu)在配重銅瓦離心力的作用下，推動螺旋肋沿徑向同步伸展，并 拉動機(jī)器人后活動端部縮短，推動膠囊表面沿徑向擴(kuò)充和膨脹，即能將腸道等 柔彈性管壁撐開，又能推動螺旋結(jié)構(gòu)膠囊表面與復(fù)雜凸凹柔彈性管壁自適應(yīng)接 觸，在其自定心膨脹作用能有效地消除機(jī)器人膠囊表面與柔彈性管壁的間隙， 減小動壓薄膜的厚度，顯著提高機(jī)器人的軸向推力。通過調(diào)整外磁場的旋轉(zhuǎn)速 度控制膠囊表面與柔彈性管壁的接觸程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)體內(nèi)膠囊式機(jī)器人在復(fù)雜 彈性壁環(huán)境內(nèi)推力與速度的調(diào)整與控制。機(jī)器人旋轉(zhuǎn)停止時，乳膠膠囊靠其彈 性能拉動離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)返程。機(jī)器人按一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)在配重銅瓦離心力的作 用下，克服乳膠薄膜囊彈性力，推動螺旋肋沿徑向同步伸展。在某一轉(zhuǎn)速下， 在一定粘度液體中，當(dāng)機(jī)器人外表面與管內(nèi)壁的間隙達(dá)到臨界間隙時，機(jī)器人 開始運(yùn)動，該轉(zhuǎn)速稱為啟動轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速小于啟動轉(zhuǎn)速時稱為機(jī)器人的截止轉(zhuǎn)速， 以截止轉(zhuǎn)速驅(qū)動時的運(yùn)動特征是機(jī)器人只在管內(nèi)空轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)行走。根據(jù)機(jī)器人徑向膨脹量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，通過改變薄膜橡膠囊壁厚或使用不 同彈性模量的材質(zhì)制造，也可以通過調(diào)整配重銅瓦的質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。將各機(jī)器人 設(shè)計(jì)成具有不同的啟動轉(zhuǎn)速，以各啟動轉(zhuǎn)速進(jìn)行驅(qū)動調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)多膠囊機(jī)器 人的協(xié)調(diào)驅(qū)動控制。本發(fā)明的效果和益處是通過管道外部旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人在柔彈性封閉管道內(nèi)的雙向游動 控制，無電纜驅(qū)動方式提高了機(jī)器人的可靠性和實(shí)用性。通過改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 速來改變機(jī)器人外表面與管道的間隙，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人移動速度的控制，改 變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，即可改變機(jī)器人的移動方向，實(shí)現(xiàn)簡便易行。由于間隙是 影響機(jī)器人行走的主要因素，因此在一定范圍內(nèi)減小間隙，可以顯著提高機(jī)器 人的運(yùn)動性能與驅(qū)動效率。由于機(jī)器人可通過外表面的徑向膨脹實(shí)現(xiàn)間隙自適 應(yīng)補(bǔ)償，并具有撐開柔彈性管壁的功能，因此適合在柔彈性管壁環(huán)境內(nèi)驅(qū)動作 業(yè)。機(jī)器人適用管徑范圍大，即機(jī)器人可以在一定管徑范圍的管道內(nèi)行走。機(jī) 器人徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)徑向膨脹時，其上的螺旋角始終保持45度角，此 時機(jī)器人的速度最快。在同一磁場條件下，以多個機(jī)器人不同的啟動速度段進(jìn) 行驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)對多個機(jī)器人進(jìn)行操作。


附圖1是本發(fā)明的多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是第一種膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人模型的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖3第二種膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人模型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中a膠囊式微型機(jī)器人；b膠囊式微型機(jī)器人；C膠囊式微型機(jī)器人； d充滿大粘度液體的柔彈性封閉管道；e釹鐵硼圓環(huán)外驅(qū)動器。l前端頭；2氣門；3薄膜橡膠囊；4徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)；5配重銅瓦;6螺旋肋；7釹鐵硼內(nèi)驅(qū)動器；8后活動端頭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。結(jié)合附圖2中氣門2用來向薄膜橡膠囊3內(nèi)充入一定的氣體，來增加機(jī)器 人表面的柔順性，以適應(yīng)復(fù)雜管內(nèi)環(huán)境，減小對人體的傷害，也使徑向離心同 步伸展機(jī)構(gòu)4更容易將其撐開，并能防止流體動壓力的泄露。四個徑向離心同 步伸展機(jī)構(gòu)4沿圓周方向均勻分布，它由六桿機(jī)構(gòu)組成，六桿機(jī)構(gòu)包括平行四 桿機(jī)構(gòu)和分別連接于其末端和后活動端頭5的連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成，后活動端頭8 沿軸向縮短是為了使膠囊在徑向上更容易變形，并減小膠囊內(nèi)的壓力變化。將配重銅瓦5外表面纏繞多頭螺旋肋6，螺旋肋可以為三頭或4頭，螺旋角 為45度，以便產(chǎn)生的速度最大，并將本體配重銅瓦連同螺旋肋一同沿園周方向 分為三或四部分，解除圓周方向的約束，再將分開的每塊帶螺旋肋的瓦狀體分 別連接在徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)上，將其外表面套上薄膜乳橡膠囊，與機(jī)器人 前端頭1和后活動端頭8密封連接，通過氣門2打入少量氣體。該機(jī)構(gòu)在離心力作用下，幾塊配重銅瓦5沿著徑向同步伸展，并拉動機(jī)器 人一個端部縮短，推動薄膜乳橡膠囊3表面沿徑向膨脹，即能將腸道等柔彈性 管壁撐開，又能推動螺旋結(jié)構(gòu)膠囊表面與復(fù)雜凸凹柔彈性管壁自適應(yīng)接觸，在 其自定心作用下能有效地消除機(jī)器人膠囊表面與柔彈性管壁的間隙，顯著提高 機(jī)器人的軸向推力。通過調(diào)整外磁場的旋轉(zhuǎn)速度控制膠囊表面與柔彈性管壁的 接觸程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)體內(nèi)機(jī)器人在復(fù)雜彈性壁環(huán)境內(nèi)推力與速度的調(diào)整與控 制。啟動轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)可以通過改變薄膜乳橡膠囊3壁厚或使用不同彈性模量的 材質(zhì)制造，也可以通過調(diào)整配重銅瓦5的質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。于是在同一旋轉(zhuǎn)磁場下，由于各螺旋肋在不同薄膜橡膠囊3的約束下，徑向形變量不同，其啟動轉(zhuǎn)速也 不一樣，以各啟動轉(zhuǎn)速進(jìn)行匹配調(diào)整與驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)多膠囊機(jī)器人的協(xié)調(diào)驅(qū)動 控制。下面列舉實(shí)施例子說明機(jī)器人啟動轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)過程。如在運(yùn)動粘度為 S00,2/《每平方毫米秒)的硅油內(nèi)，當(dāng)動壓薄膜的厚度大于2毫米左右時，發(fā)生動壓膜破裂，膠囊式機(jī)器人的軸向推力不能維持行走?；谏鲜黾夹g(shù)方案的機(jī)器人，如果其外螺旋肋表面的直徑設(shè)計(jì)為19毫米， 在內(nèi)徑為30毫米充滿粘度為運(yùn)動粘度為500wwz2"的硅油的管內(nèi)驅(qū)動時，離心 同步徑向伸展機(jī)構(gòu)在配重銅瓦離心力的作用下，推動螺旋肋沿徑向同步伸展。 根據(jù)機(jī)器人徑向膨脹量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，當(dāng)外螺旋肋表面的直徑膨脹為26毫米 時，單向間隙達(dá)到2毫米，此時機(jī)器人開始驅(qū)動行走，該轉(zhuǎn)速稱為該機(jī)器人的 啟動轉(zhuǎn)速。根據(jù)機(jī)器人徑向膨脹量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出具有不同啟動轉(zhuǎn)速機(jī)器 人對應(yīng)的薄膜橡膠囊厚度，如果要設(shè)計(jì)三個具有不同啟動轉(zhuǎn)速的機(jī)器人，結(jié)果 為當(dāng)啟動轉(zhuǎn)速為每分鐘1100轉(zhuǎn)時，對應(yīng)的薄膜橡膠囊厚度為0.15毫米；當(dāng)啟 動轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)時，對應(yīng)的薄膜橡膠囊厚度為0. 12毫米；當(dāng)啟動轉(zhuǎn)速 為每分鐘800轉(zhuǎn)時，對應(yīng)的薄膜橡膠囊厚度為0. 1毫米。制作三個不同厚度的 薄膜膠囊安裝到配重銅瓦5外表面上，即完成了三個不同啟動轉(zhuǎn)速機(jī)器人的設(shè) 計(jì)。下面說明實(shí)現(xiàn)三個機(jī)器人控制的具體實(shí)施方式
。結(jié)合附圖1，圖1中的兩磁極釹鐵硼圓環(huán)外驅(qū)動器e采用變頻調(diào)速驅(qū)動控 制，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)速可調(diào)的旋轉(zhuǎn)磁場，采用兩磁極釹鐵硼圓環(huán)的技術(shù)方案可使產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)磁場強(qiáng)度最大；三個膠囊式微型機(jī)器人a，膠囊式微型機(jī)器人b，膠囊式微型機(jī)器人C的啟動轉(zhuǎn)速從大到小排列，分別為每分鐘1100轉(zhuǎn)、每分鐘1000轉(zhuǎn)和每分鐘800轉(zhuǎn)。將啟動轉(zhuǎn)速從大到小排列，分別為每分鐘1100轉(zhuǎn)、每分鐘1000轉(zhuǎn)和每分 鐘800轉(zhuǎn)的三個機(jī)器人，即膠囊式微型機(jī)器人a，膠囊式微型機(jī)器人b，膠囊 式微型機(jī)器人c，按順序放入充滿大粘度液體的柔彈性封閉管道d，由變頻驅(qū) 動控制釹鐵硼圓環(huán)外驅(qū)動器e的旋轉(zhuǎn)速度，以控制旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。以最大啟動轉(zhuǎn)速分鐘1100轉(zhuǎn)驅(qū)動時，三個膠囊機(jī)器人，即膠囊式微型機(jī) 器人a、膠囊式微型機(jī)器人b和膠囊式微型機(jī)器人c同時運(yùn)動，可以控制機(jī)器 人a運(yùn)動到指定位置；以膠囊式微型機(jī)器人b的啟動轉(zhuǎn)速每分鐘1000轉(zhuǎn)驅(qū)動 時，機(jī)器人a空轉(zhuǎn)不動，膠囊式微型機(jī)器人b和膠囊式微型機(jī)器人c兩個機(jī)器 人運(yùn)動，可以控制膠囊式微型機(jī)器人b運(yùn)動到指定位置；以膠囊式微型機(jī)器人 c的最小啟動轉(zhuǎn)速每分鐘800轉(zhuǎn)驅(qū)動時，只有機(jī)器人c獨(dú)自運(yùn)動，另外二個膠 囊式微型機(jī)器人a和膠囊式微型機(jī)器人b空轉(zhuǎn)不前，可以控制膠囊式微型機(jī) 器人c運(yùn)動到指定位置。因此可以調(diào)整三個機(jī)器人之間處于任何相對的位置。 在同一旋轉(zhuǎn)磁場條件下，以此類推，可以實(shí)現(xiàn)更多數(shù)量機(jī)器人的驅(qū)動控制。圖3中第二種膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人模型的結(jié)構(gòu)與圖2中第一種機(jī)器人 模型的結(jié)構(gòu)的區(qū)別是機(jī)器人外表面配重銅瓦5連同螺旋肋6沿圓周方向均勻分割為三等分，解除圓周方向約束，分別由三個沿圓周方向均勻分布徑向離心同 步伸展機(jī)構(gòu)4支撐。
權(quán)利要求
1.一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝置，其特征在于將一塊外表面纏繞有多頭螺旋肋的配重銅環(huán)沿圓周方向分割成若干部分，形成多塊帶有螺旋肋的配重銅瓦；將徑向磁化的圓柱狀釹鐵硼磁體內(nèi)驅(qū)動器作為機(jī)器人的中心軸與機(jī)器人前端頭固定；分別將與配重銅瓦數(shù)目相同的平行四邊形機(jī)構(gòu)的機(jī)架沿與機(jī)器人軸線垂直的圓周方向等分的固定在機(jī)器人的釹鐵硼磁體內(nèi)驅(qū)動器上，再將與平行四邊形機(jī)構(gòu)的機(jī)架平行的連桿分別固定在若干塊帶有螺旋肋的配重銅瓦內(nèi)凹面上，再將配重銅瓦的一端分別通過連桿鉸接在機(jī)器人的后活動端頭上，各個平行四邊形機(jī)構(gòu)與分別鉸接在機(jī)器人的后活動端頭上的連桿一起構(gòu)成了離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)，它由六桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成；將薄膜乳膠橡膠囊套在若干配重銅瓦組成的外圓柱表面上，并將薄膜乳膠橡膠囊的兩個端口分別與機(jī)器人的前端頭和后移動端頭部密封，通過前端頭的氣門注入少量氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝 置，其特征在于機(jī)器人本體配重銅瓦與徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)為機(jī)器人外表面配重銅瓦(5)連同螺旋肋(6)沿圓周方向均勻分割四等分， 分別由四個沿圓周方向均勻分布徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)(4)支撐。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝置， 其特征在于機(jī)器人本體配重銅瓦與徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)為機(jī)器 人外表面配重銅瓦(5)連同螺旋肋(6)沿圓周方向均勻分割三等分，分別由 三個沿圓周方向均勻分布徑向離心同步伸展機(jī)構(gòu)(4)支撐。
4、 使用權(quán)利要求1所述的一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝置 的方法，'其特征在于(1) 根據(jù)外薄膜乳膠橡膠囊的厚度、材質(zhì)或調(diào)整配重銅瓦的重量，調(diào)整 機(jī)器人的啟動轉(zhuǎn)速；(2) 在外旋轉(zhuǎn)磁場與內(nèi)驅(qū)動器的耦合作用下，對機(jī)器人施加旋轉(zhuǎn)力矩，離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)在配重銅瓦離心力的作用下，推動螺旋肋沿徑向同步伸展，并拉動機(jī)器人后活動端部縮短，推動膠囊表面沿徑向擴(kuò)充和膨脹；(3) 通過調(diào)整外磁場的旋轉(zhuǎn)速度控制膠囊表面與柔彈性管壁的接觸程度， 實(shí)現(xiàn)體內(nèi)膠囊式機(jī)器人在復(fù)雜彈性壁環(huán)境內(nèi)推力與速度的調(diào)整與控制；機(jī)器人 旋轉(zhuǎn)停止時，乳膠膠囊靠其彈性能拉動離心同步徑向伸展機(jī)構(gòu)返程。
全文摘要
本發(fā)明屬于自動化工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多膠囊式醫(yī)療微型機(jī)器人的磁驅(qū)動控制裝置及方法。其特征是通過調(diào)整機(jī)器人外表面螺旋肋與柔彈性管壁的間隙實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的控制，通過機(jī)器人旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與徑向膨脹間隙的關(guān)系，將多個機(jī)器人設(shè)計(jì)成具有不同的啟動轉(zhuǎn)速，通過兩磁極圓環(huán)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在不同的啟動轉(zhuǎn)速段區(qū)間驅(qū)動，來實(shí)現(xiàn)多膠囊式體內(nèi)微機(jī)器人游動速度的調(diào)整和相對定位控制。本發(fā)明的效果和益處是機(jī)器人的可靠性和實(shí)用性好，運(yùn)動性能優(yōu)良，驅(qū)動效率高，管徑適用范圍大，控制簡便易行。適用于柔彈性管壁環(huán)境，在同一磁場條件下，以不同的啟動轉(zhuǎn)速段進(jìn)行驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)對多個機(jī)器人的運(yùn)動與定位的操作。
文檔編號F16L55/30GK101220894SQ200710159159
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者張永順, 楊振強(qiáng), 王殿龍, 賈振元, 郭東明 申請人:大連理工大學(xué)