专利名称：用于胃肠道机器人的微型电磁驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种内窥镜类仪器技术领域的装置，具体是一种用于胃肠道机器人的微型电磁驱动器。
背景技术：
随着人们生活节奏的不断加快和饮食结构的不断变化，消化道疾病越来越多。胃癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，每年约有64万人因胃癌死亡，居癌症死因的第2位。世界上肠癌的发病率也以每年2%的速度上升，每年近50万人死于肠癌，而我国肠癌发病率的增速是世界水平的两倍，死亡率居癌症死因第三位。消化道系统疾病属于发病率、死亡率和致残率极高的慢性疾病，因此提前检查预防和诊断胃肠道疾病对提高人民健康水平具有重要意义，而好的消化道疾病诊断方法是预防胃肠道疾病的关键。近年来，科学技术不断发展，胃肠道疾病诊疗方法不断取得突破。智能胶囊的出现就标志着胃肠道疾病诊断从传统的内窥镜检查到先进的智能胶囊胃肠道检查的新突破。但目前传统内窥镜和智能胶囊内窥镜对于胃肠道疾病的诊察仍存在缺陷，因此研究可吞服的主动式胃肠道机器人实现胃肠道无创检查和无创手术已经成为胃肠道疾病诊疗方法新的突破方向。目前胃肠道机器人主要分为仿生式胃肠道机器人和胶囊旋转式胃肠道机器人。仿生式胃肠道机器人有仿尺蛞式、仿蚯蚓式以及仿多足昆虫式等。此类仿生式胃肠道机器人的驱动方式一般为普通微型电机或特殊材料(SMA或EP)驱动，使胃肠道机器人机械臂或外壁与胃肠道内壁相互作用从而使其在胃肠道内有效运动，但这种运动方式易损伤胃肠道，且存在明显的缺点:普通微型电机驱动的胃肠道机器人外形尺寸较大，空间利用率不高，进一步小型化困难；特殊材料驱动的胃肠道机器人运动性能不理想，存在驱动力太小或动作响应频率低等问题。胶囊旋转式胃肠道机器人有普通微型电机驱动、体外磁场驱动两种。胶囊旋转式胃肠道机器人通过胶囊外壁螺纹或胶囊尾部的螺旋状构件与胃肠道内粘液、绒毛作用，从而推动胃肠道机器人运动。普通微型电机驱动的胶囊旋转式胃肠道机器人缺点主要在于驱动方式效率低下，而且在运动过程中，无有效钳位机构，较难实现对病炤点稳定检测；体外磁场驱动的胶囊旋转式胃肠道机器人虽可实现对病炤点稳定检测，机构小型化，但外界驱动器和胶囊的旋转控制都很复杂，不便于实际应用。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1686044，
公开日2005_10_26，记载了一种医疗微移动机器人在人体血管内的外旋转磁场非接触旋进式在线驱动控制方法，通过驱动径向磁化且N、S极相间排列的偶数多磁极圆筒形钕铁硼(NdFeB)永磁体外驱动器转动和轴向移动，媒介于旋转磁场的磁机I禹合作用对载有同磁极结构的内驱动器产生的磁转矩和轴向磁拉力形成驱动“力旋”，实现机器人在血管内的双向非接触式轴向驱动。但现在该技术发展仍不成熟，控制复杂，难以实现在曲折血管内的有效运动，且易对血管造成损伤。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于胃肠道机器人的微型电磁驱动器，通过创新性的结构使得胃肠道机器人轴向尺寸缩短，提高胃肠道机器人空间利用率，实现胃肠道机器人小型化。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:定子机构以及设置于其内部的包含整流片的转子机构。所述的定子机构包括:环状磁板和电刷，其中:环状磁板与转子机构作用使得转子机构转动，电刷固定于环形磁板内表面；所述的转子机构包括:两组线圈、整流片、非对称转子和输出轴，其中:转子设置于输出轴上，第一线圈、第二线圈缠绕于非对称转子内且均位于转子外沿，整流片与非对称转子相连并同心设置；所述的整流片与所述的电刷相互接触。所述的输出轴的两端以及定子机构均设置于闭合的导磁壳内；该输出轴的径向横截面与非对称转子的D字形中心孔相匹配。所述的导磁壳包括:导磁上盖和导磁圆底板，其中:导磁上盖包裹于动子机构外，导磁圆底板设置于定子机构的底部并与导磁上盖相连。所述的导磁圆底板和导磁上盖的中心分别设置第一轴承和第二轴承，两个轴承分别与输出轴的两端配合。所述的整流片均分为6份，相对圆心两侧的两个区域相互连通且为同组，共a、b、c三组。所述的电刷为正、负极电刷组成的L字形结构，该电刷与整流片下表面接触部分为直线形，其中:正负极电刷均由铜丝螺旋绕制。所述的非对称转子上有两个对称线夹角为120°的对称扇状孔，分别嵌入第一线圈和第二线圈，两个扇状孔对称位置成腰状孔，以使非对称转子稳定转动。所述的环状磁板的上表面等分为四个区域，区域极性依次为N极、S极、N极、S极。所述的第一线圈和第二线圈均为相同方向绕制，两个线圈的尾端相连接，连接点与整流片b组连接，第一线圈的前端与整流片a组相连，第二线圈的前端与整流片c组相连。所述的第一线圈和第二线圈为圆心角60°的扇形结构,两个线圈分别对称位于整流片b组两侧，第一线圈和第二线圈外径与转子外径相同，内径和环状磁板内径相同。所述的第一线圈、第二线圈的扇形结构的对称轴的夹角为120°。
技术效果本发明可实现胃肠道机器人的有效动作，并且机构小型化，更有利于胃肠道机器人在肠道内运动。本发明体积小、结构简单、控制简便、成本低、性能可靠，可以替代现有胃肠道机器人中的普通微型电机，极大提高胃肠道机器人的空间利用率。胃肠道机器人空间利用率的提高可使其携带药物或者微型外科手术工具进入人体。本发明也适用于安装在空间受限，可用电机驱动的场合。
图1为本发明的结构示意图；图2为转子的结构示意图；图3为整流片、环状磁板及电刷的结构示意图；图4为本发明的底部结构示意图；图5为本发明结构爆炸视图；图6为电刷结构示意图；图7为非对称转子结构示意图；图8为实施例1转动初始状态图；图9为实施例1转过15°示意图；图10为实施例1转过45°示意图；图11为实施例1转过75°示意图；图12为实施例1转过105°示意图；图13为实施例1转过135°示意图；图14为实施例1转过165°示意图；图15为实施例1转过180°示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1如图1至图5所示，本实施例包括:定子机构以及设置于其内部的包含整流片的转子机构。所述的定子机构包括:环状磁板3和电刷4，其中:环状磁板3与转子机构作用使得转子机构转动，电刷4固定于环形磁板3内表面；所述的转子机构包括:两组线圈5、6、整流片7、非对称转子8和输出轴9，其中 转子8设置于输出轴9上，第一线圈5、第二线圈6设置于转子8内部且均位于转子8外沿，两个线圈的通电方向相反；整流片7与转子8下表面连接且与转子8同心设置；电刷4固定于环形磁板3内表面；转子8紧靠环状磁板3，使得转子8下表面的整流片7和电刷4相互接触；所述的输出轴9的两端分别设置有相互闭合的导磁上盖11和导磁圆底板2，其中:导磁上盖11包裹于转子8和环状磁板3之外。所述的导磁圆底板2和导磁上盖11的中心分别设置第一轴承I和第二轴承10,两个轴承分别与输出轴9的两端配合。所述的整流片7均分为6份，共a、b、c三组，关于圆心对称的区域为同组，同组区域连通。所述的第一线圈5和第二线圈6均为左旋绕制，两个线圈的尾端相连接，连接点与整流片7b组连接， 第一线圈5的前端与整流片7a组相连，第二线圈6的前端与整流片7c组相连。
所述的第一线圈5和第二线圈6的结构为圆心角60°的扇形,两个线圈分别对称位于整流片7b组两侧，第一线圈5和第二线圈6外径与转子8外径相同，内径和环状磁板3内径相同。所述的第一线圈5、第二线圈6的扇形结构的对称轴的夹角为120°。所述的环状磁板3的上表面等分为四个区域，区域极性依次为N极、S极、N极、S极。如图6所示，所述的电刷4为正、负极电刷组成的L字形结构，其中正极+、负极一电刷均由铜丝螺旋绕制。电刷4与整流片7下表面接触部分为直线形，图6中标记L部分，且电刷4直线形部分均过环形磁板中心，成90°夹角。两直线恰好为环形磁板3磁极的分界线，所包含的区域为S极。如图7所示,所述的非对称转子8的两对称扇状孔对称线夹角为120° ,分别嵌入第一线圈5和第二线圈6。为使非对称转子8稳定转动，在两扇状孔对称位置设计成腰状孔Hl,中心孔为D字形中心孔H2。导磁上盖11与转子8紧靠，且和导磁圆底板2相互紧密连接，构成电磁驱动器的外密封环境。本实施例电磁驱动顺时针转动具体如下:假设初始状态:如图8所示，转子8内镶嵌的第一线圈5、第二线圈6与电刷4同侦牝且对称于电刷4两极的中心线，此时电刷4正极与a组整流片7接触，电刷4负极与c组整流片7相作用。当电刷4加正电压时，第一线圈5磁场为上端S极，下端N极，第二线圈6磁场为上端N极，下端S极，第一线圈5下方对应环状磁板3的N极和S极两个区域，第二线圈6下方对应环状磁板3的N极和S极两个区域，由于磁场之间的相互作用，转子8将顺时针转动。如图9所示，转子8在0°转至15°过程中，第一、二线圈5、6磁场以及其对应的下方环状磁板3磁场极性不变。当转子8顺时针转至15°时，电刷4负极恰位于整流片7b、c组之间，第二线圈6短路，第一线圈5磁场为上S极，下N极，其下方对应环状磁板3的N极和S极区域，转子8继续顺时针转动。如图10所不,转子8在15°顺时针转至45°过程中，第一线圈5磁场为上端S极，下端N极，下方对应环状磁板3N极和S极两个区域，第二线圈6无电流通过。转子8转至45°时，电刷4正极恰好同时与整流片7a、c组相作用，负极与整流片7b组连接,此时第一线圈5磁场为上端S极,下端N极,第二线圈6磁场为上端S极,下端N极，第一线圈5下方对应环状磁板3的S极区域，第二线圈6下方对应环状磁板3的N极，转子8继续顺时针转动。如图11所示，转子8从45°顺时针转至75°过程中，第一线圈5无电流通过，第二线圈6磁场为上端S极，下端N极，第二线圈6下方对应环状磁板3的N极和S极区域。转子8转至75°时，电刷4负极与整流片7a、b组相连接，电刷4正极与整流片7c组接触，第一线圈5短路，第二线圈6磁场为上端S极，下端N极，第二线圈6下方对应环状磁板3的N极和S极区域，转子8继续顺时针转动。如图12所示，转子8从75°顺时针转至105°时，电刷4正极与整流片7c组相连，电刷4负极与整流片7a组连接，第一线圈5磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3S极和N极区域，第二线圈6磁场为上端S极、下端N极，下方对应环状磁板3N极和S极区域。转子8顺时针转至105°时，电刷4正极与整流片7b、c组相连，电刷4负极与整流片7a组相连，第一线圈5磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3S极和N极区域，第二线圈6短路，转子8继续顺时针转动。如图13所示，转子8从105°顺时针转至135°时，电刷4正极与整流片7b组相连，电刷4负极与整流片7a组连接，第一线圈5磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3N极和S极区域,第二线圈6无电流通过。转子8顺时针转至135°时，电刷4正极与整流片7b组相连，电刷4负极恰与整流片7a、c组相连，第一线圈5磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3N极区域，第二线圈6磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3S极区域，由于磁场之间相互作用，转子8继续顺时针转动。如图14所示,转子8从135°转至165°过程中，第一线圈5无电流通过,第二线圈6磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3N极和S极区域。转子8转至165°时，电刷4正极与整流片7a、b组相连接，电刷4负极与整流片7c组相连接，第一线圈5短路，第二线圈6磁场为上端N极，下端S极，下方对应环状磁板3N极和S极区域，由于磁场之间相互作用，转子8继续顺时针转动。如图15所不,转子8从165°转至180°过程中，第一线圈5磁场为上端N极,下端S极，下方对应环状磁板3N极和S极区域，第二线圈6磁场为上端S极，下端N极，下方对应环状磁板3S极和N极区域。当转子8转至180°时，转子8回到与初始状态对称位置，转子8在180°至360°范围内仍可正常运转，故电磁驱动器能顺时针正常运转。当电刷4加载负电压时，本实施例逆时针运动，其运动过程与电磁驱动器顺时针运动过程相反。
权利要求
1.一种用于胃肠道机器人的微型电磁驱动器，其特征在于，包括:定子机构以及设置于其内部的包含整流片的转子机构； 所述的转子机构包括:两组线圈、整流片、非对称转子和输出轴，其中:转子设置于输出轴上，第一线圈、第二线圈缠绕于非对称转子上且均位于转子外沿，整流片与非对称转子相连并同心设置。
2.根据权利要求1所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的定子机构包括:环状磁板和电刷，其中:环状磁板与转子机构作用使得转子机构转动，电刷固定于环形磁板内表面。
3.根据权利要求2所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的整流片与所述的电刷相互接触。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的整流片均分为6份，相对圆心两侧的两个区域相互连通且为同组，共a、b、c三组。
5.根据权利要求4任一项所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的第一线圈和第二线圈均为相同方向绕制，两个线圈的尾端相连接，连接点与整流片b组连接，第一线圈的前端与整流片a组相连，第二线圈的前端与整流片c组相连。
6.根据权利要求5所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的第一线圈和第二线圈为圆心角60°的扇形结构，两个线圈分别对称位于整流片b组两侧，第一线圈和第二线圈外径与转子外径相同，内径和环状磁板内径相同。
7.根据权利要求5所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的第一线圈、第二线圈的扇形结构的对称轴的夹角为120°。
8.根据权利要求5所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的环状磁板的上表面等分为四个区域，区域极性依次为N极、S极、N极、S极。
9.根据权利要求5所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的电刷为正、负极电刷组成的L字形结构且与整流片下表面接触部分为直线形。
10.根据权利要求1-3任一项所述的微型电磁驱动器，其特征是，所述的输出轴的两端以及定子机构均设置于闭合的导磁壳内；该输出轴的径向横截面与非对称转子的D字形中心孔相5匹配。
全文摘要
一种内窥镜类仪器领域的用于胃肠道机器人的微型电磁驱动器，包括定子机构以及设置于其内部的包含整流片的转子机构；所述的转子机构包括两组线圈、整流片、非对称转子和输出轴，其中转子设置于输出轴上，第一线圈、第二线圈缠绕于非对称转子上且均位于转子外沿，整流片与非对称转子相连并同心设置。本发明使胃肠道机器人轴向尺寸缩短，提高胃肠道机器人空间利用率，实现胃肠道机器人小型化。
文档编号H02K1/22GK103117606SQ20131006981
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者柯全, 颜国正, 王志武, 刘华, 姜萍萍, 贺术, 陈雯雯, 吉星春 申请人:上海交通大学