膠囊機器人的電磁驅動器的製作方法

2023-05-20 02:13:41

專利名稱：膠囊機器人的電磁驅動器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電磁驅動技術領域，具體地說是一種膠囊機器人 的電磁驅動器。
背景技術：
膠囊機器人是人體消化道檢查機器人的 一種，是機器人技術在醫 療領域中應用的產物，它具有檢查方便、無創傷、無痛苦、無交叉感 染、不影響患者正常工作等優點，可作為消化道疾病，尤其是小腸疾 病診斷的首選方法。"內力一摩擦"型膠囊機器人沒有外部的如腿、 輪子等驅動機構，因外形酷似膠囊而得名，它依靠系統內力以及與外 環境間的摩擦力來驅動。基於"內力一摩擦"型膠囊機器人的驅動方 式，要求其驅動器具有體積小、功耗低、輸出力大等特點。
目前，主動型膠囊機器人的驅動方式主要有仿生驅動和螺旋驅動 等方式。其中，仿生驅動以模仿蚯蚓和尺蠖的運動方式為主。它以膠 囊本身形變為運動的基礎，以消化道管壁作為作用點，因此可能對消 化道壁造成損傷。螺旋驅動方式是使膠囊體產生相對旋轉，通過膠囊
外表面的螺紋與腸道內黏液的作用推動膠囊運動；由於驅動機理的限 制，在消化道直徑較大的區域，這種驅動方式的效率較低。而利用體 外磁場驅動膠囊旋轉的方式，驅動器結構和膠囊的控制過程都很復 雜，不便於實際應用。
實用新型內容
為了解決上述存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種不損 傷消化道的膠囊機器人的電磁驅動器，具有體積小、輸出力大、功耗 低的特點。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的 本實用新型包括定子及動子，其中定子包括支架、外殼、線圈及 墊圈，動子包括導磁體、導磁墊片、磁鋼及導磁端蓋，導磁體位於兩 端設有支架的外殼內，導磁體上安裝有導磁端蓋，導磁端蓋與導磁體 形成的空間內間隔設有多個磁鋼及導磁墊片，在磁鋼及導磁墊片與導 磁體之間間隔設有多個線圈及墊圈，導磁體、導磁端蓋、磁鋼及導磁
墊片可相對線圈及墊圈沿軸嚮往復移動；兩端的支架分別與線圈相抵 接。其中所述導磁體為一端設有底板、另一端開口的圓柱體，導磁 體沿軸向均布開有多個第二凹槽，相鄰第二凹槽之間構成與底板連接
的側板；導磁體的內徑大於磁鋼的直徑；第二凹槽的內徑與磁鋼的直 徑相同，外徑與導磁體的外徑相同；所述磁鋼為圓柱體，軸向充磁， 同極相對沿軸向排列；導磁墊片的直徑與磁鋼的直徑相同、同軸設置 於相鄰磁鋼之間；所述導磁端蓋的形狀與導磁體上的底板的形狀相 同，導磁端蓋上均布有多個第三凹槽，相鄰第三凹槽之間構成第二凸 部；第二凸部插接於導磁體上的第二凹槽，導磁體上的側板插接於第 三凹槽；所述線圈及墊圈套接在磁鋼及導磁墊片外部、位於磁鋼及導 磁墊片與導磁體之間，墊圈的直徑與線圈的直徑相同、同軸設置於相 鄰線圈之間；兩相鄰線圈之間對應一個導磁墊片，該導磁墊片在動子 行程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線圈相對應；外殼為圓柱 體，兩端分別均布有多個第一凹槽；所述支架由圓環及爪組成，圓環 的外徑與外殼的內徑相同；圓環上均布有多個爪，爪上設有弧形的第 一凸部，爪插接於外殼的第一凹槽，第一凸部的截面抵接於線圈；磁 鋼為三個，線圈為四個，第一、三線圈為一組供電線圈，同時供有相 反方向的電流，第二、四線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的 電流。
本實用新型的優點與積極效果為
1. 本實用新型針對"內力一摩擦"型膠囊機器人的驅動方式而 設計，結構簡單、體積小，輸出力大，功耗低。
2. 本實用新型採用聚磁的結構設計，在磁鋼之間用導磁墊片隔 開，使得驅動線圈處於強氣隙磁場中，提高了能量的利用率。
3. 本實用新型利用外殼內部的線圈驅動，避免了對消化道造成 損傷。


圖l為本實用新型的外部結構示意圖； 圖2為本實用新型的內部結構剖視圖； 圖3為本實用新型的磁鋼裝配組與線圈、墊圈裝配組的結構示意
圖4為圖2中外殼的結構示意圖； 圖5為圖2中導磁體的結構示意圖； 圖6為圖2中支架的結構示意圖； 圖7為圖2中導磁端蓋的結構示意其中l為導磁體，2為導磁墊片，3為磁鋼，4為線圈，5為墊 圈，6為支架，7為外殼，8為導磁端蓋，9為第一凹槽，IO為惻板，
5ll為第二凹槽，12為底板，13為圓環，14為爪，15為第一凸部，
16為第二凸部，17為第三凹槽。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。
如圖1~3所示，本實用新型包括定子及動子，其中支架6、外 殼7、線圈4及墊圈5膠粘固定在一起作為定子，導磁體l、導磁墊 片2、磁鋼3及導磁端蓋8膠粘固定在一起作為動子。導磁體l位於 兩端設有支架6的外殼7內，導磁體1上安裝有導磁端蓋8，導磁端 蓋8與導磁體l形成的空間內間隔設有多個磁鋼3及導磁墊片2 (本 實施例為三片磁鋼、兩片導磁墊片)，磁鋼3及導磁墊片2與導磁體 1同軸放置，在磁鋼3及導磁墊片2與導磁體l之間間隔設有多個線 圈4及墊圈5 (本實施例為四個線圈、三個墊圈)，導磁體l、導磁端 蓋8、磁鋼3及導磁墊片2可相對線圈4及墊圈5沿軸嚮往復移動； 兩端的支架6分別與線圈4相抵接。
如圖5所示，導磁體1為一端設有底板12、另一端開口的圓柱 體，導磁體l沿軸向均布開有多個第二凹槽11,第二凹槽ll的個數 為2 4個，本實施例為三個，相鄰第二凹槽11之間構成與底板12 連接的側板IO,側板也為三個；第二凹槽11的內徑與磁鋼3的直徑 相同，外徑與導磁體l的外徑相同。磁鋼3為圓柱體，軸向充磁，同 極相對沿軸向排列；導磁墊片2的直徑與磁鋼3的直徑相同、同軸設 置於相鄰磁鋼之間，三片磁鋼與兩片導磁墊片組成一個裝配組，磁鋼 與導磁墊片通過膠粘固定。導磁體l的內徑大於磁鋼3及導磁墊片2 的直徑，導磁體l的深度則剛好能夠沿軸向放入三片磁鋼、兩片導磁 墊片及導磁端蓋。
如圖7所示，導磁端蓋8的形狀與導磁體1上的底板12的形狀 相同，使組裝後的驅動器具有兩端對稱的結構；導磁端蓋8上均布開 有多個第三凹槽17 (本實施例為三個)，相鄰第三凹槽17之間構成 第二凸部16,第二凸部16也為三個；第二凸部16插接於導磁體1 上的第二,凹槽，導磁體1上的側板10插接於第三凹槽17。
線圈4及墊圈5為圓環形，同軸套接在磁鋼3及導磁墊片2外部、 位於磁鋼3及導磁墊片2與導磁體1之間，墊圈5的直徑與線圈4的 直徑相同、同軸設置於相鄰線圈之間，四個線圈與三個墊圈組成一個 裝配組，該裝配組的長度小於磁鋼與導磁墊片的裝配組長度，線圈4 與墊圈5通過膠粘固定。兩相鄰線圈4之間對應一個導磁墊片2，該 導磁墊片在動子行程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線圈相 對應，即第一、三線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流，第二、四線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流，使兩組線 圈分時供有所需方向的電流來完成驅動器的整個運行周期。
如圖4所示，外殼7為圓柱體，兩端分別均布有多個第一凹槽9。
如圖6所示，支架6由圓環13及爪14組成，圓環13的外徑與 外殼7的內徑相同，使圓環13恰好通過膠粘固定在外殼7上；圓環 13上均布有多個爪14 (本實施例為三個)。爪14上設有弧形的第一 凸部15，爪14插接於外殼7的第一凹槽9,該第一凸部15與第一凹 槽9的接觸面為弧面，第一凸部15的截面抵接於線圈4。
安裝時，先將磁鋼3及導磁墊片2同軸地裝入導磁體l中，再將 線圈4及墊圈5同軸放置於導磁體l與磁鋼3及導磁墊片2之間的間 隙中，用導磁端蓋8將導磁體1的開口端封住；然後放置於外殼7內， 兩端用支架6固定。
本實用新型的工作原理為
三片磁鋼同極相對放置，調整導磁墊片的厚度，產生聚磁效果， 使夾在三片磁鋼之間的兩片導磁墊片與導磁體1之間分別形成反向 的強氣隙磁場。開始時，動子位於外殼7內的左端，此時，第一、三
線圈分別與兩片導磁墊片相對應；開始運行時，第一、三線圈位於導 磁墊片磁場較強的區域，給第一、三線圈通電流，控制第一、三線圈 電流的方向，使第一、三線圈均受到向左的作用力，而動子受到反作 用力向右運行。當動子運行到行程的一半(即動子即將滑過磁鋼與導 磁墊片裝配組的中間位置)時，第一、三線圈離開導磁墊片，而導磁 墊片開始逐漸運行到與第二、四線圈相對應；此時，給第二、四線圈 通電流，控制電流方向，保持動子能夠繼續向右運行，直至行程結束。 動子反行程運行的過程與上述類似，動子位於外殼7內的右端，此時， 第二、四線圈分別與兩片導磁墊片相對應；改變第二、四線圈的電流 方向，使動子受力向左反向運行。當動子運行到行程的一半(即動子 即將滑過磁鋼與導磁墊片裝配組的中間位置)時，第二、四線圈離開 導磁墊片，而導磁墊片開始逐漸運行到與第一、三線圈相對應；此時, 改為給第一、三線圈供電，控制電流方向，保證動子繼續向左運行， 直至動子運行到左端，完成一個運行周期。
動子在左半行程運行時，由第一、三線圈控制；動子在右半行程 運行時，由第二、四線圈控制。本實用新型的電磁驅動器在100mA的 電流下，可以達到250mN的最大輸出力。
本實用新型電磁驅動器的外徑可為4~100腿，本實施例為8mm， 總長度可為6~ 200mm,本實施例為M隱；動子的運動行程可為1~ 20mm，本實施例為2mm;線圈與墊圈的厚度可為0.4~10mm,本實施
7例線圈與墊圈的厚度均為lmm。本實施例中，中間磁鋼的厚度為3mm、 兩邊磁鋼的厚度為2腿，導磁墊片厚度為lmm,導磁體壁厚為0. 5mm、 直徑為7腿、長度為IO隨，第二凹槽的寬度為1/6圓環，外殼的厚度 為0. 5mm。
本實用新型可根據實際需要增加軸向長度及磁鋼、導磁墊片、線 圈、墊圈的個數；若個數增加，應保證N與N+l線圈之間的導磁墊片 在動子從左向右運行時與第N個線圈相對應，而當動子從右向左反向 運行時與第N+1個線圈相對應，其中N為1、 3、 5……的奇數；還應 保證相間線圈同時通電，如第一、三線圈同時通電，第二、四線圈同 時通電。
權利要求1.一種膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於包括定子及動子，其中定子包括支架(6)、外殼(7)、線圈(4)及墊圈(5)，動子包括導磁體(1)、導磁墊片(2)、磁鋼(3)及導磁端蓋(8)，導磁體(1)位於兩端設有支架(6)的外殼(7)內，導磁體(1)上安裝有導磁端蓋(8)，導磁端蓋(8)與導磁體(1)形成的空間內間隔設有多個磁鋼(3)及導磁墊片(2)，在磁鋼(3)及導磁墊片(2)與導磁體(1)之間間隔設有多個線圈(4)及墊圈(5)，導磁體(1)、導磁端蓋(8)、磁鋼(3)及導磁墊片(2)可相對線圈(4)及墊圈(5)沿軸嚮往復移動；兩端的支架(6)分別與線圈(4)相抵接。
2. 按權利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 所述導磁體(1)為一端設有底板(12)、另一端開口的圓柱體，導磁 體(1)沿軸向均布開有多個第二凹槽(11),相鄰第二凹槽(11)之 間構成與底板(12)連接的側板(10);導磁體(1)的內徑大於磁鋼(3)的直徑。
3. 按權利要求2所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 所述第二凹槽(11)的內徑與磁鋼(3)的直徑相同，外徑與導磁體(1)的外徑相同。
4. 按權利要求2所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 所述導磁端蓋(8 )的形狀與導磁體(1)上的底板(12 )的形狀相同， 導磁端蓋(8)上均布有多個第三凹槽(17),相鄰第三凹槽(l7)之 間構成第二凸部(16 );第二凸部(16 )插接於導磁體(1)上的第二 凹槽，導磁體(1)上的側板(10)插接於第三凹槽(17)。
5. 按權利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 所述磁鋼(3)為圓柱體，軸向充磁，同極相對沿軸向排列；導磁墊 片(2)的直徑與磁鋼(3)的直徑相同、同軸設置於相鄰磁鋼之間。
6. 按權利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 所述線圈(4)及墊圈(5)套接在磁鋼(3)及導磁墊片(2)外部、 位於磁鋼(3)及導磁墊片(2)與導磁體(1)之間，墊圈(5)的直 徑與線圈(4)的直徑相同、同軸設置於相鄰線圈之間。
7. 按權利要求6所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於 兩相鄰線圈(4)之間對應一個導磁墊片(2),該導磁墊片在動子行 程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線圈相對應。
8. 按權利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於所述外殼(7)為圓柱體，兩端分別均布有多個第一凹槽(9)。
9. 按權利要求8所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於: 所述支架U)由圓環(13)及爪(14)組成，圓環(13)的外徑與 外殼(7)的內徑相同；圓環(13)上均布有多個爪(14),爪(14) 上設有弧形的第一凸部(15),爪(")插接於外殼(7)的第一凹槽(9),第一凸部(15)的截面抵接於線圈(4)。
10. 按權利要求1所述的膠囊機器人的電磁驅動器，其特徵在於: 所述磁鋼(3)為三個，線圈(4)為四個，第一、三線圈為一組供電 線圈，同時供有相反方向的電流，第二、四線圈為一組供電線圈，同 時供有相反方向的電流。
專利摘要本實用新型屬於電磁驅動技術領域，具體地說是一種膠囊機器人的電磁驅動器，包括定子及動子，其中定子包括支架、外殼、線圈及墊圈，動子包括導磁體、導磁墊片、磁鋼及導磁端蓋，導磁體位於兩端設有支架的外殼內，導磁體上安裝有導磁端蓋，導磁端蓋與導磁體形成的空間內間隔設有多個磁鋼及導磁墊片，在磁鋼及導磁墊片與導磁體之間間隔設有多個線圈及墊圈，導磁體、導磁端蓋、磁鋼及導磁墊片可相對線圈及墊圈沿軸嚮往復移動；兩端的支架分別與線圈相抵接。本實用新型具有結構簡單、體積小，輸出力大，功耗低、利用率高等優點。
文檔編號H02K33/00GK201345601SQ20082023217
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月26日 優先權日2008年12月26日
發明者李洪誼, 剛 蘇 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所