專利名稱：一種多艙式無線膠囊機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及膠囊機器人，具體地說是一種多艙式無線膠囊機器人。
背景技術：
膠囊機器人，是指膠囊內窺鏡具有在人體消化道內自主行走的能力，其動力來源于內部的驅動器，而不是來自于胃腸蠕動。它能夠實現(xiàn)在體外通過無線的方式對膠囊機器人的行走速度和方向進行控制，以及停留在任意感興趣的消化道位置，并進行影像拍攝、施藥或活檢等操作。目前已經出現(xiàn)了多種驅動方式的膠囊機器人，比如仿生驅動、螺旋驅動和體外磁場驅動等方式；但尚未出現(xiàn)功能完善的膠囊機器人整機方案。膠囊機器人為實現(xiàn)其在人體消化道內工作的基本功能，需要具備如下一些功能模塊驅動機構、無線通信、無線 能量傳輸和圖像采集。而對于功能更為強大的膠囊機器人而言，應當具備多傳感監(jiān)測、組織活檢采樣、藥物釋放、細胞學取材等功能。這樣多的功能模塊如果在一個膠囊機器人本體上全部集中體現(xiàn)出來，會造成整機尺寸過大，超出人體消化道這樣狹小曲折的工作空間限制，從而無法滿足患者診療的需求。此外，膠囊機器人各個功能模塊已經出現(xiàn)的解決方案都存在著缺點，比如腿式和螺旋式驅動方式存在損傷人體組織的風險，電磁感應無線能量傳輸方式效率低等。

發(fā)明內容
為了解決多個功能模塊集成后尺寸過大，無法在狹小曲折的人體消化道內工作的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多艙式無線膠囊機器人。該多艙式無線膠囊機器人能夠將多個功能模塊分配到串聯(lián)的多個膠囊艙室中，從而滿足人體消化道內診療的要求，可用于消化道內疾病的論斷和治療。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明包括多個串聯(lián)的艙室，相鄰兩艙室之間通過連接裝置連接。其中所述連接裝置為波紋管結構，相鄰的兩艙室之間通過波紋管連接，在波紋管內部嵌入電源線和信號線，該電源線和信號線的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。所述連接裝置包括扭簧、軸及連接線，在兩相鄰的艙室相對端分別設有扭簧，扭簧的一端與安裝在艙室內的軸相連，另一端通過連接線與相鄰艙室中的扭簧的另一端連接；所述兩相鄰艙室的相對端相互接觸，彼此之間可相對繞所述軸轉動；所述連接線包括鋼絲繩、電源線及信號線，其中鋼絲繩作為骨架、與扭簧相連，所述電源線及信號線的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。所述連接裝置包括扭簧、軸、連接線及接頭，在兩相鄰的艙室相對端分別設有扭簧，扭簧的一端與安裝在艙室內的軸相連，另一端通過連接線連接有位于艙室外的接頭，兩相鄰的艙室通過各自的接頭連接；所述兩相鄰艙室中Iv艙室接頭的連接端面上設有凸臺，另一個艙室接頭的連接端上設有與凸臺相對應的凹槽，所述凸臺及凹槽上分別設有多個導電觸點；所述凸臺所在的連接端面上、在凸臺的周圍布有至少一個磁體，所述凹槽所在的連接端面上、在凹槽的周圍布有至少一個與凸臺周圍磁體極性相反的磁體，兩相鄰艙室中的接頭通過極性相反的磁體吸引相連；所述凸臺所在連接端面上的磁體均布于凸臺的周圍，包括第一磁體部及第一接頭部，第一接頭部為球狀突起；所述凹槽所在連接端上的磁體均布于凹槽的周圍，數(shù)量與凸臺所在連接端面上的磁體數(shù)量相同，包括第二磁體部及第二接頭部，第二接頭部為球狀凹陷，第一接頭部與第二接頭部的連接為內嵌式，第一磁體部與第二磁體部相對端的極性相反；所述凸臺上的導電觸點包括一個正觸點、一個負觸點及至少一個信號觸點，各觸點的連接端均為凸導電觸點；所述凹槽上的導電觸點包括一個正觸點、一個負觸點及至少一個信號觸點，各觸點的連接端均為與所述凸導電觸點相 對應的凹導電觸點；所述凹槽的內壁上設有滑軌，各觸點分別容置于滑軌內，在滑軌內設有彈簧，彈簧的一端與凹槽內壁抵接，另一端與各觸點抵接；所述凸臺上的正觸點位于凸臺的中心，負觸點及信號觸點分布于正觸點的周圍；所述凹槽上的正觸點位于凹槽的中心，負觸點及信號觸點分布于正觸點的周圍。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為I.本發(fā)明將多個艙室串聯(lián)連接，不同的功能模塊可以分配到各個艙室中，克服了膠囊機器人整機集成體積龐大的缺點，使得膠囊機器人滿足臨床應用的尺寸要求。2.本發(fā)明各艙室之間可通過波紋管、扭簧、扭簧及接頭相互連接，結構簡單。


圖I為本發(fā)明實施例I的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例2的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例3的結構示意圖；圖4A為圖3中第一接頭的結構示意圖；圖4B為圖3中第二接頭的結構示意圖；圖5A為圖4A中磁體的結構示意圖；圖5B為圖4B中磁體的結構示意圖；圖6A為圖4A中導電觸點的結構示意圖；圖6B為圖4B中導電觸點的結構示意圖；其中1為艙室，101為光罩，102為鏡頭，103為控制電路板，104為功能模塊，105為無線通信控制電路板，106為天線，107為波紋管，108為電源線和信號線，109為電池，110為電源管理電路板，111為接收線圈，112為驅動電路板，113為驅動機構；201為第一扭簧，202為第一軸，203為第一連接線，204為第二扭簧，205為第二軸；301為第三扭簧，302為第三軸，303為第二連接線，304為第一接頭，305為第二接頭，306為第三連接線，307為第四軸，308為第四扭簧；309為第一磁體，310為第二磁體，311為第三磁體，312為第四磁體，313為第一導電觸點，314為第二導電觸點，315為第三導電觸點，316為第四導電觸點，320為第五磁體,321為第六磁體,322為第七磁體,323為第八磁體，324為第五導電觸點，325為第六導電觸點，326為第七導電觸點，327為第八導電觸點，350為第一外緣，351為凸臺，360為第二外緣，361為凹槽，3091為第一磁體部，3092為第一接頭部，3093為第二磁體部，3094為第二接頭部，3131為凸導電觸點，3241為凹導電觸點，3242為彈簧，3243為滑軌。
具體實施例方式下面結合附圖對本 發(fā)明作進一步詳述。本發(fā)明的無線膠囊機器人包括多個串聯(lián)的艙室，相鄰兩艙室之間通過連接裝置連接，各艙室可以根據(jù)需要來確定功能，進而安裝相應的模塊。實施例I (連接裝置為波紋管)本實施例各艙室I之間的連接裝置為波紋管結構，相鄰的兩艙室之間通過波紋管107連接，在波紋管107內部嵌入電源線和信號線108，該電源線和信號線108的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。如圖I所示，本實施例以三個艙室I為例，其中艙室A為功能艙，艙室B為供能艙，艙室C為驅動艙。功能艙A包括光罩101、鏡頭102、控制電路板103、功能模塊104、無線通信控制電路板105及天線106，功能模塊104包括多種生理信息監(jiān)測、組織活檢采樣、藥物釋放和細胞學取材等功能模塊。供能艙包括可充電電池109、電源管理電路板110及無線供能接收線圈111。驅動艙包括驅動電路板114及驅動機構115。艙室A(功能艙)與艙室B(供能艙)、艙室B(供能艙)與艙室C(驅動艙)之間的連接形式均為柔性的波紋管107，內部嵌入了電源線和信號線108。本實施例的工作原理為供能艙的接收線圈111接收到能量后，經過電源管理電路板110進行轉化，對電池109進行充電，電池109兩端的電壓經過電源管理電路板110進行穩(wěn)壓處理后由電源線和信號線108中的電源線提供給功能艙和驅動艙作為電源。功能艙中的各個功能模塊(包括鏡頭102、功能模塊104、無線通信控制電路板105和天線106)以及驅動艙中的驅動電路114和驅動機構115的工作與時序均由控制電路板103進行控制和協(xié)調。當膠囊機器人整體進入人的小腸后，柔性的波紋管107能夠產生變形以適應小腸的形狀。膠囊進入小腸的形態(tài)可能是驅動艙在前或者功能艙在前，而驅動艙能夠實現(xiàn)正逆向的運動，從而拖動或者推動其它膠囊艙跟隨運動。為了避免膠囊機器人存在損傷人體組織的風險，本實施例中的驅動艙可采用申請人于2008年12月26日申請的中國發(fā)明專利《一種膠囊機器人的電磁驅動器》，申請?zhí)枮?00810230251. 3，公開號為CN101771322A，
公開日為2010年7月7日。該驅動器采用“內力-摩擦”式驅動機構，在運動過程中沒有腿足及其他驅動器與人體組織產生較大作用力的接觸，避免對人體組織造成傷害。此外，雙向的運動能力還能夠滿足多艙式膠囊機器人的整體運動需求。為了提高無線能量傳輸?shù)男?，本實施例中的供能艙可采用申請人?011年4月15日申請的中國發(fā)明專利《一種無線電能傳輸裝置》，申請?zhí)枮?01110096520. 3。該傳輸裝置采用強磁耦合方式，能夠克服電磁感應供能方式存在的效率低下的缺點，高效地實現(xiàn)能量的供給，滿足多艙式膠囊機器人的能耗要求。實施例2 (連接裝置為扭簧)本實施例與實施例I的區(qū)別在于，本實施例中的連接裝置包括扭簧、軸及連接線，在兩相鄰的艙室相對端分別設有扭簧，扭簧的一端與安裝在艙室內的軸相連，另一端通過連接線與相鄰艙室中的扭簧的另一端連接。如圖2所示，本實施例以左右兩個艙室I為例，其中左側艙室與右側艙室相對的一端內部設有第一軸202,右側艙室與左側艙室相對的一端內部設有第二軸205,第一扭簧201的一端與第一軸202相連， 第二扭簧204的一端與第二軸205相連，第一扭簧201的另一端與第二扭簧204的另一端通過第一連接線203連接。第一連接線203由鋼絲繩、電源線和信號線組成，其中鋼絲繩起骨架作用、與第一、二扭簧201、204相連，可以避免電源線和信號線變形受損，電源線及信號線的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。本實施例的工作原理為在自然狀態(tài)下，受到第一扭簧201和第二扭簧204的扭矩作用，兩個艙室之間處于接觸狀態(tài)，且共軸線；當受到外部環(huán)境的作用力時，第一扭簧201和第二扭簧204會繞第一軸202和第二軸205收緊，第一連接線203拉長，兩個艙室之間可相對轉動而呈一定的角度，但仍處于接觸狀態(tài)，從而能夠在形狀上適應環(huán)境。實施例3 (連接裝置為扭簧、接頭)本實施例與實施例2的區(qū)別在于,各艙室的扭簧一端與軸相連，另一端通過連接線與接頭連接，相鄰兩艙室之間通過接頭相連。如圖3所示，本實施例以左右兩個艙室I為例，其中左側艙室與右側艙室相對的一端內部設有第三軸302，右側艙室與左側艙室相對的一端內部設有第四軸307，第三扭簧301的一端與第三軸302相連，另一端通過第二連接線303與位于該側艙室外的第一接頭304相連；第四扭簧308的一端與第四軸307相連，另一端通過第三連接線306與位于該側艙室外的第二接頭305相連；左、右兩個艙室通過第一接頭304和第二接頭305相互連接。如圖4A所示，第一接頭304的連接端面上設有凸臺351，凸臺351的周圍為第一外緣350,在第一外緣350上設有至少一個磁體,本實施例在第一外緣350上沿周向均布了四個磁體,分別為第一磁體309、第二磁體310、第三磁體311及第四磁體312，四個磁體逆時針布置，各磁體的磁極按逆時針為NNSS。在凸臺351上設有一個電源的正觸點、一個電源的負觸點及至少一個信號觸點等多個導電觸點，本實施例的凸臺351上設置了第一導電觸點313、第二導電觸點314、第三導電觸點315、第四導電觸點316，其中第一導電觸點313為電源的正觸點，第二導電觸點314為電源的負觸點，第三導電觸點315及第四導電觸點316為信號觸點，第一導電觸點313位于凸臺的中心,第二導電觸點314、第三導電觸點315、第四導電觸點316為非均勻分布，分布在第一導電觸點313的周圍。如圖4B所示，第二接頭305的連接端面上設有凹槽361，凹槽361的周圍為第二外緣360，在第二外緣360上設有至少一個磁體(磁體的數(shù)量與第一外緣350上的磁體數(shù)量相同)，本實施例在第二外緣360上沿周向均布了四個磁體，分別為第五磁體320、第六磁體321、第七磁體322及第八磁體323,四個磁體逆時針布置，各磁體的磁極按逆時針為SNNS,第五磁體320與第一磁體309相吸引、磁極相反，第六磁體321與第四磁體312相吸引、磁極相反，第七磁體322與第三磁體311相吸引、磁極相反，第八磁體323與第二磁體310相吸引、磁極相反。在凹槽361上設有一個電源的正觸點、一個電源的負觸點及至少一個信號觸點等多個導電觸點，本實施例的凹槽361上設置了第五導電觸點324、第六導電觸點325、第七導電觸點326、第八導電觸點327,其中第五導電觸點324為電源的正觸點，第六導電觸點325為電源的負觸點，第七導電觸點326及第八導電觸點327為信號觸點，第五導電觸點324位于凹槽361的中心、與第一導電觸點313相對應，第六導電觸點325、第七導電觸點326、第八導電觸點327為非均勻分布，分布在第五導電觸點324的周圍；第六導電觸點325與第二導電觸點314相對應,第七導電觸點316與第三導電觸點315相對應，第八導電觸點327與第四導電觸點316相對應。如圖5A所示，第一外緣350上的磁體均包括第一磁體部3091及第一接頭部3092，第一接頭部3092為球狀突起。如圖5B所示，第二外緣360上的磁體均包括第二磁體部3094及第二接頭部3093，第二接頭部3093為球狀凹陷。當?shù)谝唤宇^304與第二接頭305連接時，第一外緣350上的各磁體球狀突起的第一接頭部3092內嵌于第二外緣360上各磁體球狀凹陷的第二接頭部3093中。如圖6A所示，凸臺351上的導電觸點的連接端均為凸導電觸點3131。如圖6B所示，凹槽361上的導電觸點的連接端均為與所述凸導電觸點3131相對應的凹導電觸點3241，在凹槽361的內壁上設有多個滑軌3243，滑軌3243的數(shù)量與凹槽361上的導電觸 點數(shù)量相同，凹槽361上的每個觸點均容置于一個滑軌3453內，在滑軌3243內設有彈簧3242，彈簧3242的一端與凹槽361的內壁抵接，另一端與各觸點抵接。本實施例的工作原理為當?shù)谝唤宇^304上的第一 四磁體309 312與第二接頭305上的第五 八磁體320 323相互吸引后，第一接頭304上的第一 四導電觸點313 316與第二接頭305上的第五 八導電觸點324 326也相應接觸，并由彈簧3242的彈力作用實現(xiàn)凸導電觸點3131與凹導電觸點3241的可靠接觸。在實現(xiàn)接觸后，其工作方式與實施例2相同。實施例2與實施例3各艙室也可如實施例I中的艙室一樣，根據(jù)需要來確定不同的功能。
權利要求
1.一種多艙式無線膠囊機器人，其特征在于包括多個串聯(lián)的艙室，相鄰兩艙室之間通過連接裝置連接。
2.按權利要求I所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述連接裝置為波紋管結構，相鄰的兩艙室之間通過波紋管連接，在波紋管內部嵌入電源線和信號線，該電源線和信號線的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。
3.按權利要求I所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述連接裝置包括扭簧、軸及連接線，在兩相鄰的艙室相對端分別設有扭簧，扭簧的一端與安裝在艙室內的軸相連，另一端通過連接線與相鄰艙室中的扭簧的另一端連接。
4.按權利要求3所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述兩相鄰艙室的相對端相互接觸，彼此之間可相對繞所述軸轉動。
5.按權利要求3所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述連接線包括鋼絲繩、電源線及信號線，其中鋼絲繩作為骨架、與扭簧相連，所述電源線及信號線的兩端分別與容置在兩艙室內部的設備電連接。
6.按權利要求I所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述連接裝置包括扭簧、軸、連接線及接頭，在兩相鄰的艙室相對端分別設有扭簧，扭簧的一端與安裝在艙室內的軸相連，另一端通過連接線連接有位于艙室外的接頭，兩相鄰的艙室通過各自的接頭連接。
7.按權利要求6所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述兩相鄰艙室中一個艙室接頭的連接端面上設有凸臺，另一個艙室接頭的連接端上設有與凸臺相對應的凹槽，所述凸臺及凹槽上分別設有多個導電觸點；所述凸臺所在的連接端面上、在凸臺的周圍布有至少一個磁體，所述凹槽所在的連接端面上、在凹槽的周圍布有至少一個與凸臺周圍磁體極性相反的磁體，兩相鄰艙室中的接頭通過極性相反的磁體吸引相連。
8.按權利要求7所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述凸臺所在連接端面上的磁體均布于凸臺的周圍，包括第一磁體部及第一接頭部，第一接頭部為球狀突起；所述凹槽所在連接端上的磁體均布于凹槽的周圍，數(shù)量與凸臺所在連接端面上的磁體數(shù)量相同，包括第二磁體部及第二接頭部，第二接頭部為球狀凹陷，第一接頭部與第二接頭部的連接為內嵌式，第一磁體部與第二磁體部相對端的極性相反。
9.按權利要求7所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述凸臺上的導電觸點包括一個正觸點、一個負觸點及至少一個信號觸點，各觸點的連接端均為凸導電觸點；所述凹槽上的導電觸點包括一個正觸點、一個負觸點及至少一個信號觸點，各觸點的連接端均為與所述凸導電觸點相對應的凹導電觸點；所述凹槽的內壁上設有滑軌，各觸點分別容置于滑軌內，在滑軌內設有彈簧，彈簧的一端與凹槽內壁抵接，另一端與各觸點抵接。
10.按權利要求9所述的多艙式無線膠囊機器人，其特征在于所述凸臺上的正觸點位于凸臺的中心，負觸點及信號觸點分布于正觸點的周圍；所述凹槽上的正觸點位于凹槽的中心,負觸點及信號觸點分布于正觸點的周圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及膠囊機器人，具體地說是一種多艙式無線膠囊機器人，包括多個串聯(lián)的艙室，相鄰兩艙室之間通過連接裝置連接；所述連接裝置可為波紋管、扭簧或扭簧及接頭。本發(fā)明將多個艙室串聯(lián)連接，不同的功能模塊可以分配到各個艙室中，克服了膠囊機器人整機集成體積龐大的缺點，使得膠囊機器人滿足臨床應用的尺寸要求。
文檔編號A61B1/00GK102949168SQ20111024357
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者劉浩, 李貴陽, 方學林, 邵琪, 張 誠, 李洪誼 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所