本申请公开了一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，本申请涉及医疗检测设备技术领域，包括磁耦合装置模块、控制模块和电机模块，磁耦合装置模块和电机模块通过固定组件衔接，控制模块与电机模块信号连接，磁耦合装置模块包括主永磁体单元、从永磁体单元和胶囊机器人，电机模块驱动主永磁体单元旋转产生稳定旋转磁场，在旋转磁场的作用下主永磁体单元对胶囊机器人内部的从永磁体单元产生非接触磁作用力，胶囊机器人与外部的旋转磁场同步旋转实现运动，控制模块包括PC端和操作手柄，操作手柄对电机模块进行调控从何控制磁耦合装置模块的胶囊机器人的运动。本申请具有对胶囊机器人的磁驱动稳定且对胶囊机器人的操控精确便捷的效果。便捷的效果。便捷的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法
[0001]本专利技术涉及医疗检测设备
，具体涉及一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法。
技术背景
[0002]胶囊机器人作为人体胃肠道内的一种无创、无痛诊疗工具，能够有效提高检查舒适性和患者耐受力，使体内胃肠道等盲区内的检查成为可能，且当检测肠道肿瘤和胃肠道病变时，无线胶囊机器人也比磁共振成像系统更准确，利用永磁铁和磁场的相互作用，利用电磁控制系统驱动胶囊机器人的灵活运动，电磁场的应用已经证明了其在临床的功能性优势，而且外磁场驱动的胶囊机器人可不受机器人内部空间约束，可高度微型化，便于临床应用。
[0003]目前，外磁场驱动系统可分为电磁线圈驱动系统和永磁体驱动系统，电磁线圈驱动系统往往需要医师有较高操作水准且成本高昂，而永磁体驱动系统相对来说较为简便更加适用，相关技术中用于胶囊机器人的永磁体驱动系统在对胶囊机器人进行磁驱动时往往不够稳定，而且对位于人体内的胶囊机器人的控制也不够精确便捷，存在改进之处。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种胶囊机器人磁驱动系统的设计及控制方法，以解决上述背景中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种胶囊机器人磁驱动系统的设计及控制方法，包括磁耦合装置模块、控制模块和电机模块，所述磁耦合装置模块和所述电机模块的衔接处设置有固定组件，所述电机模块驱动所述磁耦合装置模块进行磁耦合，所述控制模块与所述电机模块信号连接，所述控制模块控制所述电机模块进而实现对所述磁耦合装置模块的驱动控制；
[0007]所述磁耦合装置模块包括主永磁体单元、从永磁体单元和胶囊机器人，所述从永磁体单元设置在所述胶囊机器人内部中心处，所述电机模块驱动所述主永磁体单元旋转产生稳定旋转磁场，在旋转磁场的作用下所述主永磁体单元对所述胶囊机器人内部的从永磁体单元产生非接触磁作用力，所述胶囊机器人与外部的旋转磁场同步旋转，实现前进、后退与转向运动；
[0008]所述控制模块包括PC端和操作手柄，所述PC端与所述胶囊机器人信号连接，用于接收胶囊机器人的视觉反馈信号，所述操作手柄与所述电机模块信号连接，用于对所述电机模块进行调控从何控制所述磁耦合装置模块的胶囊机器人的运动。
[0009]优选的，所述电机模块设置为直流电机，所述直流电机与所述控制手柄信号连接，由所述控制手柄进行控制，所述直流电机的一侧设有输出轴，所述输出轴与所述固定组件嵌套设置且固定连接，所述固定组件又与所述主永磁体单元固定连接，用于固定直流电机和所述主永磁体单元，使产生的旋转磁场更加稳定。
[0010]优选的，所述主永磁体单元包括两块主永磁体，所述主永磁体呈圆柱状且对称设置，充磁方向为厚度方向充磁，所述两块对称设置的主永磁体在所述直流电机的驱动下可产生稳定的叠加旋转磁场，所述从永磁体单元包括一块圆柱状的从永磁体，所述从永磁体的充磁方向为径向充磁，所述从永磁体设置在所述胶囊机器人的内部中心处。
[0011]优选的，所述固定组件包括联轴器和紧固螺栓，所述联轴器的一侧与所述直流电机的输出轴嵌套设置并通过紧固螺栓进行固定，所述联轴器另一侧分别与所述两块主永磁体固定连接并通过紧固螺栓进行固定。
[0012]优选的，所述胶囊机器人采用3D打印制造，外部设置有一圈外螺纹，所述外螺纹上的螺旋凹槽用于将液体对所述胶囊机器人的压力转变为轴向压力，驱动所述胶囊机器人向前或向后运动。
[0013]优选的，所述操作手柄包括电机驱动器、电机控制器和控制面板，所述电机驱动器和所述电机控制器用于对所述直流电机的无线驱动控制，所述控制面板用于对所述直流电机进行转速及转向的精确控制，且能显示所述直流电机的指令状态及运行状态。
[0014]优选的，所述控制面板包括速度调节旋钮、转向调节按键、停止按键、开关键和数码显示屏，所述速度调节旋钮和所述转向旋钮用于控制所述直流电机的转向及速度，从而调控所述两块主永磁体产生的旋转磁场，进一步控制胶囊机器人的转向和速度，所述停止按键用于控制所述直流电机停止运作，旋转磁场消失，胶囊机器人停止运动，所述数码显示屏用于显示所述操作手柄正在执行的指令及直流电机的旋转状态及速度值。
[0015]优选的，所述速度调节旋钮设置为正向旋转和反向旋转，当正向旋转速度调节旋钮时，所述直流电机速度增加，所述胶囊机器人也会随之加速旋转，所述数码显示屏显示此时的指令状态及所述直流电机的转速值，且电机的转速在达到最大保护限定转速值后不再增加；当反向旋转速度调节旋钮时，所述直流电机速度减小，所述胶囊机器人也会随之减速旋转，所述数码显示屏显示指令状态及所述直流电机的转速值，随着速度调节旋钮继续旋转，达到0位后，电机的速度不再变化。
[0016]优选的，所述转向调节按键设置为正转按键和反转按键，在控制面板按下正转按键，所述直流电机开始转动，所述胶囊机器人随着所述主永磁体产生的旋转磁场而旋转，所述数码显示屏显示所述直流电机为正转及转动速度数值，在控制面板按下反转按键，所述直流电机转动的方向与正向转动的方向相反，所述胶囊机器人随之反方向旋转，所述数码显示屏显示所述直流电机为反转及转动速度数值。
[0017]优选的，所述直流电机采用有线或者无线锂电池供电，设置在配套外壳内部，所述固定组件也设置在配套外壳内部，所述两块主永磁体设置在所述配套外壳外部。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1.通过控制模块的操作手柄和PC端相互配合，操作手柄与电机模块信号连接实现对电机模块的稳定调控，操作手柄通过操控电机模块的旋转速度及旋转方向，进而对与电机模块固定连接的主永磁体单元产生的旋转磁场进行操控，达到对内部设有从永磁体单元的胶囊机器人的操控，配合PC端接收到的来自胶囊机器人的视觉反馈信号，可以实时观测胶囊机器人所处环境并对其进行操控，操作手柄的使用使得与电机模块固定连接的主永磁体单元产生的旋转磁场产生更加稳定，对胶囊机器人的操控也更稳定便捷。
[0020]2.操作手柄包括电机驱动器、电机控制器和控制面板，通过电机驱动器和电机控
制器对直流电机的操控更稳定，控制面板包括速度调节旋钮、转向调节按键、停止按键和数码显示屏，通过速度调节旋钮、转向调节按键、停止按键可以对直流电机进行更精确地调控，数码显示屏可以显示当前控制面板的指令转态及直流电机的转动速度值，从何实现对胶囊机器人的精确操控。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种胶囊机器人磁驱动的设计及控制方法的磁耦合模块和电机模块的结构图；
[0022]图2是本专利技术一种胶囊机器人磁驱动的设计及控制方法的控制模块的结构图；
[0023]图3是本专利技术一种胶囊机器人磁驱动的设计及控制方法的胶囊机器人的结构图；
[0024]图4是本专利技术一种胶囊机器人磁驱动的设计及控制方法的整体控制原理图；
[0025]图中：1、磁耦合装置模块；11、主永磁体单元；111、主永磁体；12、从永磁体单元本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，其特征在于，包括磁耦合装置模块(1)、控制模块(2)和电机模块(3)，所述磁耦合装置模块(1)和所述电机模块(3)的衔接处设置有固定组件(4)，所述电机模块(3)驱动所述磁耦合装置模块(1)进行磁耦合，所述控制模块(2)与所述电机模块(3)信号连接，所述控制模块(2)控制所述电机模块(3)进何实现对所述磁耦合装置模块(1)的驱动控制；所述磁耦合装置模块(1)包括主永磁体单元(11)、从永磁体单元(12)和胶囊机器人(13)，所述从永磁体单元(12)设置在所述胶囊机器人(13)内部中心处，所述电机模块(3)驱动所述主永磁体单元(11)旋转产生稳定旋转磁场，在旋转磁场的作用下所述主永磁体单元(11)对所述胶囊机器人(13)内部的从永磁体单元(12)产生非接触磁作用力，所述胶囊机器人(13)与外部的旋转磁场同步旋转，实现前进、后退与转向运动；所述控制模块(2)包括PC端(21)和操作手柄(22)，所述PC端(21)与所述胶囊机器人(13)信号连接，用于接收胶囊机器人(13)的视觉反馈信号，所述操作手柄(22)与所述电机模块(3)信号连接，用于对所述电机模块(3)进行调控从何控制所述磁耦合装置模块(1)的胶囊机器人(13)的运动。2.根据权利要求1所述的一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，其特征在于，所述电机模块(3)设置为直流电机(31)，所述直流电机(31)与所述操作手柄(22)信号连接，由所述操作手柄(22)进行控制，所述直流电机(31)的一侧设有输出轴(311)，所述输出轴(311)与所述固定组件(4)嵌套设置且固定连接，所述固定组件(4)又与所述主永磁体单元(11)固定连接，用于固定直流电机(31)和所述主永磁体单元(11)，使产生的旋转磁场更加稳定。3.根据权利要求1所述的一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，其特征在于，所述主永磁体单元(11)包括两块主永磁体(111)，所述主永磁体(111)呈圆柱状且对称设置，充磁方向为厚度方向充磁，所述两块对称设置的主永磁体(111)在所述直流电机(31)的驱动下可产生稳定的叠加旋转磁场，所述从永磁体单元(12)包括一块圆柱状的从永磁体(121)，所述从永磁体(121)的充磁方向为径向充磁，所述从永磁体(121)设置在所述胶囊机器人(13)的内部中心处。4.根据权利要求2所述的一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，其特征在于，所述固定组件(4)包括联轴器(41)和紧固螺栓(42)，所述联轴器(41)的一侧与所述直流电机(31)的输出轴(311)嵌套设置并通过紧固螺栓(42)进行固定，所述联轴器(41)另一侧分别与所述两块主永磁体(111)固定连接并通过紧固螺栓(42)进行固定。5.根据权利要求1所述的一种胶囊机器人磁驱动系统设计及控制方法，其特征在于，所述胶囊机器人(13)采用3D打印制造，外部设置有一圈外螺纹(131)，所述外螺纹(131)上的螺旋凹槽用于将液体对所述胶囊机器人(13)的压力转变为轴向压力，驱动...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳春，邹乐瑶，张宏达，胡林强，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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