一種內窺鏡膠囊控制器的制造方法

專利名稱:一種內窺鏡膠囊控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內窺鏡膠囊控制器，包括用于控制膠囊移動的磁鐵，還包括用于控制磁鐵轉動和翻滾的磁鐵萬向旋轉裝置；可沿水平方向擺動、用于懸掛磁鐵萬向旋轉裝置的擺臂；可沿豎直方向擺動、用于調整磁鐵的高度的主臂，主臂與擺臂鉸接；用于安裝主臂并且能夠沿水平方向轉動的回轉臺，回轉臺與主臂鉸接；回轉臺上鉸接有用于控制擺臂處于水平狀態的水平保持桿。本實用新型所提供的內窺鏡膠囊控制器通過設置磁鐵萬向旋轉裝置、擺臂、主臂、回轉臺等，實現磁鐵的五個自由度的控制，降低自身的體積，并且，通過設置水平保持桿，不僅可以保證擺臂位置的精度，而且節省了水平電機的設置，節約了該控制器的加工成本，可以有效的提高市場競爭力。
【專利說明】
一種內窺鏡膠囊控制器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及內窺鏡膠囊控制設備領域，特別是涉及一種內窺鏡膠囊控制器。
【背景技術】
[0002] 口服膠囊內窺鏡的主動驅動與控制已成為微創或無創診療技術的一個研究熱點 和前沿，可有效減少診療周期和病人的痛苦。膠囊內窺鏡在體內姿態的主動調整和行走的 主動控制可以解決介入診斷的視覺盲區這一難題，因此對臨床診斷技術意義重大。
[0003] 目前，對于內窺鏡膠囊的控制主要通過外部磁鐵式手動控制，但是手動控制在臨 床應用中，控制效果不理想、定位精度不高，并且操作者培訓時間較長，膠囊的檢查存在較 大盲區。
[0004] 現有技術中，對于內窺鏡膠囊的移動控制效果較好的是機器人控制器，機器人控 制器的移動精度高，控制準確，現有的機器人控制器包括X軸滑軌、Y軸滑軌、Z軸滑軌等結 構，其滑軌的設計造成機構非常龐大，需要較大的房間才能容納，使用不方便。
[0005] 因此，如何降低內窺鏡膠囊控制器的體積，提高其操作靈活性，是本領域技術人員 目前需要解決的技術問題。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種內窺鏡膠囊控制器，該內窺鏡膠囊控制器能夠有效 的降低自身的體積，方便操作。
[0007] 為解決上述技術問題，本實用新型提供如下技術方案：
[0008] -種內窺鏡膠囊控制器，包括用于控制膠囊移動的磁鐵，還包括：
[0009] 用于控制所述磁鐵轉動和翻滾的磁鐵萬向旋轉裝置；
[0010] 可沿水平方向擺動、用于懸掛所述磁鐵萬向旋轉裝置的擺臂；
[0011] 可沿豎直方向擺動、用于調整所述磁鐵的高度的主臂，所述主臂與所述擺臂鉸接；
[0012] 優選的，還包括用于安裝所述主臂并且能夠沿水平方向轉動的回轉臺，所述回轉 臺與所述主臂鉸接；
[0013] 所述回轉臺上鉸接有用于控制所述擺臂處于水平狀態的水平保持桿。
[0014] 優選的，所述擺臂與所述主臂之間設有電機架，所述電機架與所述主臂之間以及 所述電機架與所述擺臂之間均為鉸接，并且所述水平保持桿遠離所述回轉臺的一端與所述 電機架鉸接。
[0015] 優選的，所述電機架與所述主臂的轉動中心、所述主臂與所述回轉臺的轉動中心、 所述水平保持桿與所述回轉臺的連接點以及所述水平保持桿與所述電機架的連接點呈平 行四邊形結構。
[0016] 優選的，所述擺臂與所述電機架的連接處形成擺臂擺動關節，并且所述擺臂擺動 關節處安裝有用于為所述擺臂沿水平方向擺動提供動力的擺動電機。
[0017] 優選的，所述回轉臺與所述主臂的連接處形成主臂俯仰關節，所述主臂俯仰關節 處安裝有用于為所述主臂沿豎直方向擺動提供動力的俯仰電機。
[0018] 優選的，所述回轉臺的下端還連接有用于帶動所述回轉臺轉動的回轉臺旋轉部 件。
[0019] 優選的，所述回轉臺旋轉部件包括減速器固定盤、減速器傳動軸以及用于承載彎 矩的抗彎裝置。
[0020] 優選的，所述抗彎裝置包括套設在所述減速器傳動軸外周部、與所述減速器固定 盤固定連接的空心轉軸;套設在所述空心轉軸外周部的軸承座;位于所述空心轉軸與所述 軸承座之間、用于供所述軸承座沿所述空心轉軸轉動的軸承。
[0021] 優選的，所述磁鐵萬向旋轉裝置上設有用于懸置所述磁鐵的減速器架，以及用于 為所述磁鐵的移動提供動力的移動電機;所述移動電機安裝在所述擺臂上。
[0022] 本實用新型所提供的內窺鏡膠囊控制器，包括用于控制膠囊移動的磁鐵，還包括 用于控制所述磁鐵轉動和翻滾的磁鐵萬向旋轉裝置;可沿水平方向擺動、用于懸掛所述磁 鐵萬向旋轉裝置的擺臂;可沿豎直方向擺動、用于調整所述磁鐵的高度的主臂，所述主臂與 所述擺臂鉸接;用于安裝所述主臂并且能夠沿水平方向轉動的回轉臺，所述回轉臺與所述 主臂鉸接;所述回轉臺上鉸接有用于控制所述擺臂處于水平狀態的水平保持桿。該內窺鏡 膠囊控制器通過設置所述磁鐵萬向旋轉裝置、所述擺臂、所述主臂、所述回轉臺等結構，實 現所述磁鐵的五個自由度的控制，使得所述磁鐵的移動控制更加精確，同時，該控制器無需 設置滑軌機構，可以有效的降低自身的體積，適用范圍顯著擴寬，另外，該控制器還通過設 置所述水平保持桿，保證所述擺臂始終處于水平狀態，所述水平保持桿的設置，不僅可以保 證所述擺臂位置的精度，而且節省了水平電機的設置，節約了該控制器的加工成本，可以有 效的提高市場競爭力。
【附圖說明】

[0023] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024] 圖1為本實用新型所提供的內窺鏡膠囊控制器一種【具體實施方式】的結構示意圖；
[0025] 圖2為圖1所述內窺鏡膠囊控制器的主臂的放大圖；
[0026] 圖3為圖1所示內窺鏡膠囊控制器的磁鐵萬向旋轉裝置的放大圖；
[0027] 圖4為圖1所示內窺鏡膠囊控制器的結構模擬示意圖；
[0028] 圖5為圖1所示內窺鏡膠囊控制器的模擬運算結果示意圖；
[0029] 其中：1_基座旋轉關節、2-主臂俯仰關節、3-擺臂水平關節、4-擺臂擺動關節、5-磁 鐵旋轉關節、6-磁鐵翻轉關節、7-基座、8-回轉臺、9-主臂、10-水平保持桿、11-電機座、12-擺臂、13-移動電機、14-磁鐵萬向旋轉裝置、15-磁鐵。
【具體實施方式】
[0030] 本實用新型的核心是提供一種內窺鏡膠囊控制器，該內窺鏡膠囊控制器能夠顯著 的降低自身的體積，方便操作，制作成本低。
[0031] 為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和具體實施 方式對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0032] 請參考圖1至圖3,圖1為本實用新型所提供的內窺鏡膠囊控制器一種具體實施方 式的結構示意圖，圖2為圖1所述內窺鏡膠囊控制器的主臂的放大圖，圖3為圖1所示內窺鏡 膠囊控制器的磁鐵萬向旋轉裝置的放大圖。
[0033] 在該實施方式中，內窺鏡膠囊控制器包括磁鐵15、磁鐵萬向旋轉裝置14、擺臂12、 主臂9等結構。
[0034] 其中，磁鐵15用于控制膠囊移動，膠囊在磁鐵15的移動過程發生移動，完成對治療 者進行檢測，磁鐵15的移動精度對于膠囊的移動至關重要；
[0035] 磁鐵萬向旋轉裝置14用于控制磁鐵15轉動和翻滾，即驅動磁鐵15進行豎直方向的 翻滾以及水平方向的旋轉，實現磁鐵15的全方位移動；
[0036] 擺臂12用于懸掛磁鐵萬向旋轉裝置14,并且可沿水平方向擺動；
[0037] 主臂9用于調整磁鐵15的高度，可沿豎直方向擺動，即主臂9可進行俯仰運動，主臂 9與擺臂12鉸接，擺臂12能夠以主臂9的一端為圓心進行擺動。
[0038] 該內窺鏡膠囊控制器還包括回轉臺8,回轉臺8用于安裝主臂9并且能夠沿水平方 向轉動，回轉臺8與主臂9鉸接，回轉臺8上鉸接有用于控制擺臂12處于水平狀態的水平保持 桿10 〇
[0039] 具體的，擺臂12與主臂9之間設有電機座11，電機座11與主臂9之間以及電機座11 與擺臂12之間均為鉸接，電機座11與主臂9的連接處形成擺臂水平關節3,水平保持桿10的 一端與回轉臺8鉸接，另一端與電機座11鉸接。
[0040] 同時，電機座11與主臂9的轉動中心、主臂9與回轉臺8的轉動中心、水平保持桿10 與回轉臺8的連接點以及水平保持桿10與電機座11的連接點呈平行四邊形結構，如圖2所 示，即電機座11與主臂9的轉動中心與主臂9與回轉臺8的轉動中心兩個轉動中心的連線平 行于水平保持桿10的延伸方向。
[0041] 當主臂9發生俯仰動作時，在水平保持桿10的作用下，電機座11轉動，使得擺臂12 始終處于水平狀態，因此，無需在擺臂水平關節3處安裝水平電機，節約成本。
[0042] 該內窺鏡膠囊控制器通過設置磁鐵萬向旋轉裝置14、擺臂12、主臂9、回轉臺8等結 構，實現磁鐵15的五個自由度的控制，使得磁鐵15的移動控制更加精確，同時，該控制器無 需設置滑軌機構，可以有效的降低自身的體積，適用范圍顯著擴寬，另外，該控制器還通過 設置水平保持桿10,保證擺臂12始終處于水平狀態，水平保持桿10的設置，不僅可以保證擺 臂12位置的精度，而且節省了水平電機的設置，節約了該控制器的加工成本，可以有效的提 高市場競爭力。
[0043] 進一步，擺臂12與電機座11的連接處形成擺臂擺動關節4,并且擺臂擺動關節4處 安裝有用于為擺臂12沿水平方向擺動提供動力的擺動電機。
[0044] 另一方面，回轉臺8與主臂9的連接處形成主臂俯仰關節2,主臂俯仰關節2處安裝 有用于為主臂9沿豎直方向擺動提供動力的俯仰電機。
[0045] 具體的，回轉臺8的下端還連接有用于帶動回轉臺8轉動的回轉臺旋轉部件，回轉 臺旋轉部件處形成基座旋轉關節1，實現整個懸臂的轉動。
[0046] 更具體的，回轉臺旋轉部件包括減速器固定盤、減速器以及用于承載彎矩的抗彎 裝置。抗彎裝置包括套設在減速器外周部、與減速器固定盤固定連接的空心轉軸;套設在空 心轉軸外周部的軸承座;位于空心轉軸與軸承座之間、用于供軸承座沿空心轉軸轉動的軸 承。
[0047] 上述抗彎裝置通過設置由軸承、軸承座及空心轉軸構成的抗彎矩結構，軸承座將 來自懸臂的彎矩經過軸承傳遞給空心轉軸，減速器不再接受大的彎矩，主要傳遞扭矩即可， 使得該減速器只需根據扭矩，選擇適合的型號即可，該減速器的體積得到有效降低，節省空 間，降低成本。
[0048] 更進一步，磁鐵萬向旋轉裝置14上設有用于懸置磁鐵15的減速器架，以及用于為 磁鐵15的移動提供動力的移動電機13,移動電機13包括用于控制磁鐵旋轉的旋轉電機以及 用于控制磁鐵翻滾的翻滾電機;兩種磁鐵15移動電機13均安裝在擺臂12上。
[0049] 磁鐵萬向旋轉裝置14中形成了兩個關節，由旋轉電機控制的磁鐵旋轉關節5和由 翻滾電機控制的磁鐵翻滾關節6。
[0050] 上述設置中，增加傳動機構后，將移動電機13安裝在遠離磁鐵15的擺臂12上，可以 有效的降低或消除磁鐵15所產生的磁場對電機的干擾，保證電機的正常有效使用，提高對 磁鐵15移動控制的精度。
[0051] 另外，該控制器還包括支撐整個裝置的基座7,回轉臺旋轉部件固定安裝在基座7 上。當然，為了方便整個控制器的移動，基座7的底部還可以設置滾輪。
[0052]如圖1所示，本實施例所提供的內窺鏡膠囊控制器采用串聯式多關節結構設計，實 現5個自由度運動，包含基座7，安裝于基座7上的基座旋轉關節1，鉸接于基座旋轉關節1上 的主臂俯仰關節2,串聯鉸接于主臂俯仰關節2的快速調節擺臂水平關節3,擺臂擺動關節4 串接于擺臂水平關節3,磁鐵旋轉關節5串接于擺臂擺動關節4的末端，磁鐵翻滾關節6嵌于 磁鐵旋轉關節5中，磁鐵15安裝于磁鐵翻滾關節6中。
[0053] 上述各關節采用伺服電機獨立驅動，共5臺伺服電機。
[0054] 具體的，該內窺鏡膠囊控制器的工作過程為：
[0055] 基座旋轉關節1由電機驅動，使處于基座7上的五個關節的機構整體旋轉；
[0056]主臂俯仰關節2鉸接在基座旋轉關節1上，由俯仰電機驅動控制主臂9的俯仰，從而 控制末端磁鐵15的高度變化；
[0057]擺臂水平關節3串接于主臂俯仰關節2,通過水平保持機構(如圖2所示），無需電機 驅動；
[0058]擺臂擺動關節4串接于擺臂水平關節3,由擺動電機驅動，控制擺臂水平方向的旋 轉；
[0059]上述四個關節，由三個電機驅動，聯合運動，可控制使末端磁鐵15X、Y、Z三軸上的 位置，控制著磁鐵15的空間位置；
[0060]磁鐵旋轉關節5串接于擺臂12的末端，由磁鐵旋轉電機驅動，控制著磁鐵15的水平 方向旋轉；
[0061 ]磁鐵翻滾關節6嵌于磁鐵旋轉關節5內，由一外置磁鐵翻滾電機驅動控制磁鐵15的 豎直方向翻滾，磁鐵旋轉關節5與磁鐵翻滾關節6共同組成了磁鐵萬向旋轉裝置14,如圖3所 不。
[0062]基座旋轉關節1、主臂俯仰關節2、擺臂擺動關節4、磁鐵旋轉關節5以及磁鐵翻滾關 節6分別由單獨的電機驅動，基座旋轉關節1、主臂俯仰關節2以及擺臂擺動關節4的聯合運 動，完成控制器X、Y、Z三軸位置的控制，再加上控制器前端的磁鐵萬向旋轉裝置14對磁鐵15 的姿態控制，實現磁鐵15的旋轉加翻滾，進而達到控制磁鐵15所需的所有自由度。
[0063] 本實施例所提供的五自由度串聯內窺鏡膠囊控制器結構模擬如圖4所示，以下仿 真其工作范圍，其包括3段機械臂，主臂90A長度1，擺臂12AC長度m，從擺臂12末端到磁鐵15 末端CB長度h，主臂90A的俯仰角β，基座7回轉角α，擺臂12回轉角γ，磁鐵15末端B位置(x，y， z) 〇
[0064] B點空間坐標與關節角度關系可以由下式表達：
[0065] (l)x = l cosP · cosa+m cos(a+y)
[0066] (2)y = I cosP · sina+m sin(a+γ)
[0067] (3)z = l sinP-h
[0068] 由上式可知，B點Z方向位置僅與β角相關。當B點X，Y方向位置固定，僅改變Z軸坐標 時，γ，a角的表達式如下：
[0069]
[0070]
[0071] 其中，
[0072] A=I cosP+m cosy
[0073] B=m sin γ
[0074] 模擬運算結果如圖5所示，所有點都是磁鐵15所能達到的范圍，由此可見，這種機 械結構設計，磁鐵15在檢查者上方的工作范圍非常廣泛，完全滿足膠囊內徑的檢查要求。
[0075] 采用五自由度結構實現對末端執行器的萬向全姿態控制，利用平行四邊形結構， 取代水平姿態控制電機，更加精確的保持水平姿態的同時，減少了系統的復雜度，減少了控 制器的體積，利于操作。
[0076] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0077] 以上對本實用新型所提供的內窺鏡膠囊控制器進行了詳細介紹。本文中應用了具 體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解 本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾 也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種內窺鏡膠囊控制器，包括用于控制膠囊移動的磁鐵(15)，其特征在于，還包括： 用于控制所述磁鐵（15)轉動和翻滾的磁鐵萬向旋轉裝置（14); 可沿水平方向擺動、用于懸掛所述磁鐵萬向旋轉裝置（14)的擺臂（12); 可沿豎直方向擺動、用于調整所述磁鐵（15)的高度的主臂（9)，所述主臂（9)與所述擺 臂（12)鉸接。2. 根據權利要求1所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，還包括： 用于安裝所述主臂（9)并且能夠沿水平方向轉動的回轉臺（8)，所述回轉臺（8)與所述 主臂(9)鉸接； 所述回轉臺（8)上鉸接有用于控制所述擺臂（12)處于水平狀態的水平保持桿(10)。3. 根據權利要求2所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述擺臂（12)與所述主臂 (9)之間設有電機座（11)，所述電機座（11)與所述主臂(9)之間以及所述電機座（11)與所述 擺臂（12)之間均為鉸接，并且所述水平保持桿（10)遠離所述回轉臺（8)的一端與所述電機 座(11)鉸接。4. 根據權利要求3所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述電機座（11)與所述主臂 (9)的轉動中心、所述主臂(9)與所述回轉臺（8)的轉動中心、所述水平保持桿（10)與所述回 轉臺（8)的連接點以及所述水平保持桿（10)與所述電機座（11)的連接點形成平行四邊形結 構。5. 根據權利要求3所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述擺臂（12)與所述電機座 (11) 的連接處形成擺臂擺動關節(4)，并且所述擺臂擺動關節(4)處安裝有用于為所述擺臂 (12) 沿水平方向擺動提供動力的擺動電機。6. 根據權利要求2所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述回轉臺（8)與所述主臂 (9)的連接處形成主臂俯仰關節(2)，所述主臂俯仰關節(2)處安裝有用于為所述主臂(9)沿 豎直方向擺動提供動力的俯仰電機。7. 根據權利要求6所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述回轉臺（8)的下端還連 接有用于帶動所述回轉臺（8)轉動的回轉臺旋轉部件。8. 根據權利要求7所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述回轉臺旋轉部件包括減 速器固定盤、減速器傳動軸以及用于承載彎矩的抗彎裝置。9. 根據權利要求8所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述抗彎裝置包括套設在所 述減速器傳動軸外周部、與所述減速器固定盤固定連接的空心轉軸;套設在所述空心轉軸 外周部的軸承座;位于所述空心轉軸與所述軸承座之間、用于供所述軸承座沿所述空心轉 軸轉動的軸承。10. 根據權利要求1至9任意一項所述的內窺鏡膠囊控制器，其特征在于，所述磁鐵萬向 旋轉裝置（14)上設有用于懸置所述磁鐵（15)的減速器架，以及用于為所述磁鐵（15)的移動 提供動力的移動電機(13);所述移動電機(13)安裝在所述擺臂（12)上。
【文檔編號】A61B1/00GK205729293SQ201620347004
【公開日】2016年11月30日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】王黎, 袁建, 李彥俊, 梁東
【申請人】重慶金山科技（集團）有限公司