用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器的製作方法
2023-08-13 10:44:16
專利名稱：用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種內窺鏡類儀器技術領域的裝置，具體是一種用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器。
背景技術：
現代快速的生活節奏改變了傳統飲食結構，更加之環境汙染、食品安全等一系列問題的出現，世界上胃腸道疾病的發病率正以每年2%的速度上升，而我國胃腸道疾病的發病率增速是世界水平的兩倍。胃腸道的腫瘤與癌症是因消化道疾病死亡的主要原因，從臨床角度來看，腫瘤與癌症在早期呈現出血與息肉徵兆，其早期治癒率較高。因此，針對胃腸道進行早期腫瘤與癌症篩查有重大意義。
現階段對消化道進行檢查的主要工具是內窺鏡。內窺鏡主要用於獲取消化道內壁圖像。但由於其結構限制，內窺鏡無法深入到小腸的某些部分，並且對可及部分存在一定的診斷盲區。雖然內窺鏡檢查方式直接，但病人在檢查時因生理反射有較大的不適感。臨床上雖然有藉助麻醉的無痛內窺鏡檢查，但無法應用於對麻醉劑過敏的患者，且麻醉手段本身具有一定程度的危險性。同時，內窺鏡檢查也部分伴隨有併發症出現。
膠囊內窺鏡是傳統內窺鏡的「替代方案」。膠囊內窺鏡作為一種可吞服被動式消化道診斷裝置，具有膠囊級的微小體積，並能夠無線傳輸體內消化道圖像，最後通過人體腸道的生理蠕動排出體外。與傳統內窺鏡相比，其診斷過程無需醫生手動操控，全程實現了微創診斷；但是，膠囊內窺鏡的運動過程依賴腸道自然蠕動，無法對可疑病變部位實現靜止觀察，對遺漏的病灶部位也不能實現回退診斷；此外，臨床上應用的膠囊內窺鏡多為一次性產品，單次診斷成本較高。因此現階段只能作為一種輔助診斷手段。
傳統插入式內窺鏡和膠囊內鏡都有上述缺點和局限性。而微型人體胃腸道機器人可彌補傳統插入式內窺鏡和膠囊內鏡存在的缺陷，該微型機器人可自主進入人體胃腸道，並且能夠適應柔軟、彎曲、狹小的人體胃腸道環境，攜帶工具完成所設定的微/無創診療。
目前胃腸道機器人主要分為仿生式胃腸道機器人和膠囊旋轉式胃腸道機器人。仿生式胃腸道機器人有仿尺蛞式、仿蚯蚓式、仿魚式以及仿多足昆蟲式等。仿生式胃腸道機器人一般採用普通微型電機或特殊材料(SMA或EP)進行驅動，通過機械臂、機構外壁與胃腸道內壁相互作用，使仿生機器人在胃腸道內有效運動，但這對胃腸道有一定損傷，且缺點明顯:普通微型電機驅動的仿生機器人外形尺寸較大，進一步小型化困難，空間利用率不高；特殊材料驅動的仿生機器人運動性能不夠理想，存在驅動力太小或者動作響應頻率低的問題。膠囊旋轉式胃腸道機器人通過膠囊外壁螺紋或膠囊尾部的螺旋狀構件與胃腸道內粘液、絨毛作用，從而推動胃腸道機器人運動。膠囊旋轉式胃腸道機器人有普通微型電機驅動、體外磁場驅動兩種。普通微型電機驅動的膠囊旋轉式胃腸道機器人缺點主要在於驅動方式效率低下，而且其在運動過程中，無有效鉗位機構，較難實現對病炤點穩定檢測；體外磁場驅動的膠囊旋轉式胃腸道機器人雖可對病炤點穩點檢測，機構小型化，但驅動器機構和膠囊的控制過程都很複雜，不便於實際應用。
經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN101622773，
公開日2010_01_06，記載了一種磁驅動器、磁驅動器的工作方法及採用該磁驅動器的膠囊型內窺鏡，其磁驅動器包括:外殼、設置在外殼內的旋轉移動磁體及固定磁體、配置在外殼外的線圈、設置在外殼內的感應區域。旋轉移動磁體及固定磁體能夠在包含磁化方向的平面內進行相對旋轉。線圈產生使旋轉移動磁體向使旋轉移動磁體及固定磁體互相產生斥力的方向進行相對旋轉的磁場。旋轉移動磁體利用感應區域控制其因產生的斥力進行相對移動的方向。但該現有技術控制方式複雜，驅動方式效率低下，且無有效鉗位機構，不能實現在病炤點的穩定檢測。發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器，使胃腸道機器人進一步小型化，提高其空間利用率，且在胃腸道環境下能有效動作。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括:輻射形定子機構以及套接於定子機構外部且同軸設置的複合轉子機構。
所述的同軸連接通過設置於第一轉子中心的D字形中心孔以及徑向橫截面為D字形的輸出軸實現。
所述的複合轉子機構包括:輸出軸以及由內而外依次套接的第一轉子和第二轉子，其中:第一轉子活動設置於第二轉子的內部並與輸出軸同軸連接，第二轉子分別與定子機構和/或第一轉子相接觸。
所述的輻射形定子機構包括:中心對稱的若干帶有線圈的定子臂，該定子臂的外端與複合轉子機構相接觸。
所述的第二轉子包括:導磁的限位部分和導磁的傳動部分，其中:第二轉子的傳動部分與所述定子臂的外端通過嚙合方式實現接觸，當定子臂上線圈的通電狀態依次改變時，限位部分與第一轉子相互吸引且傳動部分與不同的定子臂依次相互嚙合。
所述的限位部分設有與第一轉子形狀相匹配的限位孔。
所述的傳動部分的內徑與定子機構的外徑之差等於第二轉子限位部分限位孔直徑與第一轉子直徑之差。
所述的第一轉子為圓形或中心對稱的多邊形結構。
所述的輸出軸的兩端分別設置有相互閉合的上蓋和圓底板，其中:上蓋包裹於第二轉子的外部。
技術效果
與現有技術相比，本發明可以實現胃腸道機器人在胃腸道環境下的有效動作，有利於胃腸道機器人實現小型化。本發明體積小，結構簡單，控制方便，成本低，性能可靠，可以替代現有的胃腸道機器人中使用的普通電機，有利於提高胃腸道機器人空間利用率，使胃腸道機器人可以攜帶藥物或者微型手術工具，極大地增強胃腸道機器人的功能。本發明也適用於安裝空間受限，適用於電機驅動的場合。
圖1為本發明的外部結構立體圖2為定子和內齒圈結構立體圖3為第一轉子和第二轉子結構立體圖4為本發明底部結構立體圖5為第二轉子結構示意圖6為本發明的結構爆炸圖。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
如圖1和圖6所示，本實施例包括:輻射形定子機構以及套接於定子機構外部且同軸設置的複合轉子機構。
如圖2所示，所述的輻射形定子機構包括:中心對稱的若干帶有線圈8a、8b、8c的定子臂a、b、C，該定子臂的外端與複合轉子機構相接觸。
所述的複合轉子機構包括:輸出軸3以及與之同軸設置的第一轉子4和第二轉子11。
如圖5所示，所述的第二轉子11包括:導磁的限位部分5和導磁的傳動部分6，其中:輸出軸3依次穿過定子7和第一轉子4中心且由第一轉子4帶動轉動；傳動部分6與所述定子臂a、b、c的外端通過卩齒合方式實現接觸，當定子臂a、b、c上線圈8a、8b、8c的通電狀態依次改變時，限位部分5與第一轉子4相互吸引且傳動部分與不同的定子臂a、b、c依次相互嚙合。
本實施例中傳動部分6的結構為內齒圈結構,定子7位於傳動部分6的內圈且側面有與傳動部分6的內齒相哨合的齒結構,若干線圈8分別繞制於定子7上且均勻分布；傳動部分6與限位部分5連接或者為一體化使得兩者同步運動；第一轉子4位於限位部分5中心開設的與第一轉子4的形狀相適應的限位孔內，兩者之間存在間隙使得限位部分5相對第一轉子4作向心運動。
所述的第一轉子4為均勻分布的三臂結構，各條臂之間的夾角為120°。
所述的定子7的結構與第一轉子4的結構相對應。
所述的輸出軸3的兩端分別設置有相互閉合的上蓋10和圓底板1，其中:上蓋10包裹於第二轉子11的外部。
所述的輸出軸3的兩端分別由第一軸承2和第二軸承9與上蓋10和圓底板I配合設置。
如圖4所示，所述的上蓋10與圓底板I為同心結構，上蓋10下表面和圓底板I上表面密封連接。
所述的線圈8數量為3個，分別為繞置於定子臂a、定子臂b和定子臂c上的線圈8a、線圈8b和線圈8c。
本實施例逆時針轉動的具體過程如下:
當定子臂a上所繞制的線圈8a通電時，由於磁場作用，限位部分5和傳動部分6整體向定子臂a端移動，傳動部分6內表面和定子臂a頂端齒輪面相互緊密嚙合，此時，限位部分5和傳動部分6整體只沿定子臂a對稱線做向心運動，無切向位移，故與第一轉子4無相互作用，第一轉子4不動作，無轉動輸出。
待第一轉子4和傳動部分6整體動作穩定後，定子臂b上所繞制的線圈Sb通電，而定子臂a上所繞制的線圈8a保持通電，由於磁場的作用，限位部分5和傳動部分6整體在保持與臂a緊密嚙合的同時，限位部分5和傳動部分6整體逆時針做向心運動和切向運動複合的移動，直至傳動部分6內表面和定子臂b頂端齒輪面相嚙合，由於兩者存在切向運動，第一轉子4和限位部分5限位孔相互作用，第一轉子4逆時針隨之轉過一定角度，轉動經輸出軸3逆時針輸出。此運動過程後，第一轉子4緊靠限位部分5限位孔。
定子臂a上所繞制的線圈8a斷電的同時，定子臂c上所繞制的線圈Sc通電，此時，定子臂b上所繞制的線圈Sb仍保持通電，與上一過程類似，由於磁場作用，限位部分5和傳動部分6整體在保持與臂b緊密嚙合的同時，限位部分5和傳動部分6整體逆時針做向心運動和切向運動複合的移動，直至傳動部分6內表面和定子臂c頂端齒輪面相嚙合。由於限位部分5和傳動部分6整體存在切向運動，第一轉子4和限位部分5限位孔相互作用，第一轉子4將逆時針繼續轉動，第一轉子4轉動通過輸出軸3逆時針輸出。
當輸出軸3停止轉動時，定子臂b上所繞制的線圈Sb斷電，同時定子臂a上所繞制的線圈8a通電，而定子臂c上所繞制的線圈Sc繼續保持通電。定子臂c端頂端齒輪面繼續和傳動部分6嚙合，限位部分5和傳動部分6整體逆時針做向心運動和切向運動複合的運動，直至定子臂a頂端齒輪面和傳動部分6相嚙合。限位部分5和傳動部分6存在切向運動，第一轉子4和限位部分5限位孔相互作用，第一轉子4將逆時針轉動一定角度，第一轉子4轉動通過輸出軸3逆時針輸出。
當輸出軸3動作完成後，即可重複上述定子7上繞制的線圈8a、b、c交替通電的過程，輸出軸3就能逆時針將轉動輸出，偏心電磁驅動器逆時針旋轉。
當需要順時針轉動時，其操作過程與逆時針轉動時類似，即在對定子7上繞制線圈8a、b、c交替通電過程中，對定子7上繞制的線圈8a、b、c順時針交替通電，輸出軸3就能順時針轉動，偏心電磁驅動器順時針旋轉。
權利要求
1.一種用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器，其特徵在於，包括:輻射形定子機構以及套接於定子機構外部且同軸設置的複合轉子機構； 所述的複合轉子機構包括:輸出軸以及由內而外依次套接的第一轉子和第二轉子，其中:第一轉子活動設置於第二轉子的內部並與輸出軸同軸連接，第二轉子分別與定子機構和/或第一轉子相接觸。
2.根據權利要求1所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的輻射形定子機構包括:中心對稱的若干帶有線圈的定子臂，該定子臂的外端與複合轉子機構相接觸。
3.根據權利要求2所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的第二轉子包括:導磁的限位部分和導磁的傳動部分，其中:第二轉子的傳動部分與所述定子臂的外端通過嚙合方式實現接觸，當定子臂上線圈的通電狀態依次改變時，限位部分與第一轉子相互吸引且傳動部分與不同的定子臂依次相互嚙合。
4.根據權利要求3所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的限位部分設有與第一轉子形狀相匹配的限位孔。
5.根據權利要求4所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的傳動部分的內徑與定子機構的外徑之差等於第二轉子限位部分限位孔直徑與第一轉子直徑之差。
6.根據權利要求3所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的第一轉子為圓形或中心對稱的多邊形結構。
7.根據權利要求1所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的輸出軸的兩端分別設置有相互閉合的上蓋和圓底板，其中:上蓋包裹於第二轉子的外部。
8.根據權利要求1所述的偏心電磁驅動器，其特徵是，所述的同軸連接通過設置於第一轉子中心的D字形中心孔以及徑向橫截面為D字形的輸出軸實現。
全文摘要
一種線圈系統的電動機領域的用於胃腸道機器人的偏心電磁驅動器，包括輻射形定子機構以及套接於定子機構外部且同軸設置的複合轉子機構；所述的複合轉子機構包括輸出軸以及與之同軸設置的第一轉子和第二轉子，其中第一轉子活動設置於第二轉子的內部，第二轉子分別與定子機構和/或第一轉子相接觸。本發明使胃腸道機器人進一步小型化，提高其空間利用率，且在胃腸道環境下能有效動作。
文檔編號A61B1/00GK103166394SQ20131006980
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者顏國正, 柯全, 劉華, 王志武, 姜萍萍, 賀術, 吉星春 申請人:上海交通大學