一种基于磁场空间分布变化的胶囊内镜运动控制方法_3

文档序号:9797051阅读:来源:国知局
不能达到漂浮状态即 再度下沉;在上升过程中,磁场发生器同时在水平方向移动,引导胶囊发生水平移动。最终 形成胶囊连续的m型跳跃运动,在此过程中完成对胃壁下表面的检查。
[0062] 5、所述的实现整个检查流程的程序控制,其特征在于:
[0063] 利用前述的几种相对独立的控制方法进行排列组合和衔接,设置程序自动完成动 作序列,实现对全部胃壁的检查,流程如图8所示。
[0064] 1)由于起浮过程需要多次试探动作,一般可W放在最开始的部分。成功地完成起 浮过程即可获得最低位置和水的深度,可W对照水的深度参数选择预设的自动程序编号。
[0065] 2)完成稳定漂浮状态后,预设程序自动引导胶囊在水面平移,完成对胃壁上表面 的检查。在边缘靠近侧壁的位置,会调节胶囊姿态,使之检测胃壁侧上部。检查路径是根据 一般人的胃体形状预先设置的。
[0066] 3)进入沉底模式,改变磁极方向令摄像头向下,W固定模式跳跃方式完成对胃壁 下表面的检查。同样在边缘靠近侧壁的位置,会调节胶囊姿态,使之检测胃壁侧下部。检查 路径是根据一般人的胃体形状预先设置的。
[0067] 通过自动程序即可获得全部胃壁照片,如果仍有遗漏,可W由操作员根据前述1-4 的独立动作模式,操控胶囊到指定位置进行补拍。
[0068] 各检查模式的检查范围如图9所示。
[0069] 本发明对比已有技术具有W下创新,根据胶囊内镜拍摄图像,实现了胶囊内镜是 否漂浮的自动判断;实现胶囊内镜从沉底状态到漂浮状态的自动控制;实现胶囊内镜固定 模式动态跳跃运动;实现整个检查流程的程序一键自动控制。胶囊内镜漂浮、沉底状态下的 位置姿态控制更加灵活简便;实现了胶囊内镜漂浮状态的自动判断;实现了胶囊内镜从沉 底状态到漂浮状态、固定模式动态跳跃运动和整个检查流程的自动控制,人为操作大大减 少,更加方便、安全、可靠。
[0070] W下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,W 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0071] 图1是本发明的一个较佳实施例的胶囊处于沉底状态下,磁力线竖直或偏斜时,胶 囊内镜受力情况示意图;
[0072] 图2是本发明的一个较佳实施例的胶囊处于漂浮状态下,磁力线竖直或偏斜时,胶 囊内镜受力情况示意图;
[0073] 图3是本发明的一个较佳实施例的胶囊处于沉底状态下,固定其位置,调整其姿态 角的方法示意图;
[0074] 图4是本发明的一个较佳实施例的胶囊处于漂浮状态下,固定其位置,调整其姿态 角的方法示意图;
[0075] 图5是本发明的一个较佳实施例的胶囊处于沉底或漂浮状态下,控制胶囊绕Z轴旋 转和控制胶囊水平移动的方法示意图;
[0076] 图6是本发明的一个较佳实施例的控制胶囊起浮过程磁场发生器运动曲线示意 图;
[0077] 图7是本发明的一个较佳实施例的控制胶囊跳跃运动示意图;
[0078] 图8是本发明的一个较佳实施例的自动检查流程图;
[0079] 图9是本发明的一个较佳实施例的各种控制模式的检查范围图。
【具体实施方式】
[0080] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐释,但本发明不局限于W下 实施例。
[0081] 本发明提出的方法基于一套完整的系统,包括一个磁场发生器,一个多自由度运 动机构,和对应的运动控制器。所述的磁场发生器的一种实施方案是采用永磁体圆柱的组 合,由一块直径120mm,高40mm;两块直径1 OOmm,高25mm;两块直径50mm,高15mm的永磁体组 成对称类球体,在作用距离较远时其磁力线分布与磁球类似。根据毕奥萨法尔定律推导,直 径为D、高度为L、表面剩磁为化的轴向充磁圆柱永磁体,其轴线上磁场B与距离其表面的距 离Z的关系满足W下表达式:
[0083]磁场满足叠加原理,因此组合圆柱永磁体产生磁场为五块圆柱永磁体单独产生磁 场的叠加。胶囊内镜内部包含一空屯、圆柱永磁体,根据永磁体在磁场中所受磁力规律,可推 导胶囊内镜在上述永磁体轴线上所受磁力与胶囊内镜中屯、和永磁体下表面距离的关系:
[0085] 所述的五自由度机构,一种实施方案是SCARA型的五自由度机器人。包含基座、大 臂、小臂、一个竖直移动关节、两个旋转关节;第一、第二个关节为转动关节,用于控制磁场 发生器的水平位置;第=关节为移动关节,用于控制磁场发生器竖直方向位置,由于靠近末 端关节,负载较小、较灵活,可实现快动;第四、第五个关节为转动关节,用于控制磁场发生 器的姿态,包括Z和y两个方向的转动。所述的控制器的一种实施方案是:包含一台工控机, 一套多轴伺服控制卡与驱动器用于控制5个关节运动;
[0086] 该发明方法在使用过程中,受检者首先必须清空消化道,并摄入足量清水,然后将 磁性胶囊内窥镜吞服,当胶囊内镜到达胃部时,可W使用改方法实现胶囊内镜在胃部运动 的控制。
[0087] 本发明提出的控制方法的一种实施例,包括:胶囊内镜沉底状态下的位置姿态控 审IJ,胶囊内镜漂浮状态下的位置姿态控制,胶囊内镜从沉底状态到漂浮状态的自动控制,胶 囊内镜固定模式动态跳跃运动,胶囊内镜自动检查流程。
[0088] 所述的胶囊内镜沉底状态下的位置姿态控制,包括胶囊定点姿态角调整、胶囊绕Z 轴定点旋转、胶囊水平方向移动。所述的胶囊定点姿态调整,即控制磁场发生器角度和位置 运动,使其相对于胶囊保持图3曲线1所示的运动,即保持胶囊相对磁场发生器的位置处于 曲线1上,则可实现胶囊位置不变,姿态角调整。具体实施包括两个方面:1.角度:通过五自 由度机构的第五个关节运动,使磁场发生器轴线与Z轴偏转一定角度,使胶囊内镜姿态角倾 斜;2.位置补偿:同时通过前=个关节联动,移动磁场发生器的位置,从而补偿胶囊中屯、位 置在水平方向、竖直方向上的变化,实现胶囊内镜的定点姿态调整;水平、竖直方向补偿的 位移A X、A Z与磁场发生器偏转角度0的关系满足:
[0089] A X= Sai ? sin(bi ?白+ci)
[0090] A z = a ? COS(白)+b
[0091] 其中a、b、c、ai、bi、ci为由实验确定参数。所述的胶囊绕z轴定点旋转,即完成上述 胶囊定点姿态角后,五自由度机构前两个关节联动,控制磁场发生器W A X为半径绕Z轴转 动,同时第四关节与之同步转动相同角度,如图5所示,可实现胶囊内镜绕Z轴定点转动。所 述的胶囊水平方向移动,即五自由度机构前两个关节联动,控制磁场发生器在水平方向上 的移动,从而带动胶囊内镜在水平方向上的移动。
[0092] 所述的胶囊内镜漂浮状态下的位置姿态控制,包括胶囊定点姿态角调整、胶囊绕Z 轴定点旋转、胶囊水平方向移动。所述的胶囊定点姿态调整,即控制磁场发生器角度和位置 运动,使其相对于胶囊保持图4曲线1所示的运动,即保持胶囊相对磁场发生器的位置处于 曲线1上,则可实现胶囊位置不变,姿态角调整。具体实施包括两个方面:1.角度:通过五自 由度机构的第五个关节运动,使磁场发生器轴线与Z轴偏转一定角度,使胶囊内镜姿态角倾 斜;2.位置补偿:同时通过前=个关节联动,移动磁场发生器的位置,从而补偿胶囊中屯、位 置在水平方向、竖直方向上的变化,实现胶囊内镜的定点姿态调整;水平、竖直方向补偿的 位移A X、A Z与磁场发生器偏转角度0的关系满足:
[0093] A X= Sai ? sin(bi ?白+ci)
[0094] A z = a ? COS(白)+b
[00M]其中a、b、C、ai、bi、Ci为由实验确定参数。所述的胶囊绕Z轴定点旋转
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