【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医学检查自动化设备，尤其涉及一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统。
技术介绍
1、与传统插入式胃镜检查相比，胶囊机器人的体积较小，患者可以直接吞服，具有无痛、无创，以及易于控制操作的优势。目前，磁驱型胶囊已成为主动运动型胶囊的典型代表，该类型胶囊的外部驱动源为永磁体或电磁线圈产生的磁场，内部驱动源为胶囊内嵌永磁体。通过控制外部永磁体的姿态或电磁线圈的电流大小，可以改变胶囊的姿态和位置，从而对患者胃肠道进行全面的检查。
2、然而，现有磁控胶囊在检测过程中无法避免与胃肠道直接接触，容易对肠胃内壁造成损伤。同时，由于肠胃组织表面形态复杂，摩擦特性不规则的特点，胶囊在运动过程中会引起不稳定、不连续和不可控的运动行为，导致其位姿可控性变差，拍摄效果降低，从而影响肠胃检测的准确性。
3、因此，如何设计一种能避免与胃肠道内壁直接接触的胶囊机器人，并开发其相应的磁控系统，从而使胶囊机器人具备漏检率低，安全性高，检测全面，控制精准的优点，是目前
需要解决的技术难题。
技术实现思路
1、为了解决现有磁控胶囊机器人漏检率高、控制方式复杂，以及位姿控制困难的缺点，本专利技术提出一种磁悬浮机器人的磁控系统，该磁控系统能实现胶囊机器人在患者胃肠道内悬浮，借助胶囊悬浮姿态以及悬浮位置的控制，可实现对肠胃内壁的遍历检查。该磁控系统可以避免胶囊与胃肠道的直接接触，具有漏检率低，安全性高，检测全面，以及控制精准等优点。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术
3、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述磁悬浮主系统包括x方向霍尔传感器、y方向霍尔传感器、z方向霍尔传感器、x方向磁控线圈、y方向磁控线圈、主控线圈、线圈驱动器和主控单片机，其中，z方向霍尔传感器安装在磁悬浮主系统的中心，x方向霍尔位置传感器与y方向霍尔位置传感器分别安装在x、y方向并靠近z方向霍尔传感器；x方向磁控线圈与y方向磁控线圈的数量均为两个， 两个x方向磁控线圈与两个y方向磁控线圈安装在同一平面上，并且呈互相垂直的方式布置，主控线圈安装在x方向磁控线圈、y方向磁控线圈的外围，三组线圈通电后在中间位置形成用于驱动胶囊机器人悬浮的合成磁场。
4、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述悬浮方向控制系统包括磁控线圈托盘、托盘支杆、方向控制底盘、方向驱动电机、方向索线、方向控制驱动、方向控制单片机以及方向控制摇杆，方向驱动电机和方向索线的数量均为三个；所述磁控线圈托盘安装在托盘支杆上，托盘支杆的上端为凸球结构，与磁控线圈托盘的下部设置的凹槽相配合，磁控线圈托盘在托盘支杆上做改变朝向的运动；所述方向驱动电机安装在方向控制底盘上，三个方向索线的上端与磁控线圈托盘的底部设置的三个环形握手连接，三个方向索线的下端分别与三个方向驱动电机的动力输出轴连接。
5、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述悬浮位置控制系统包括方向控制底盘座、x方向滑轨、x方向滑轨电机、y方向滑轨、y方向滑轨电机、z方向丝杠、z方向滑轨电机、位置控制驱动、位置控制单片机、位置控制摇杆和系统框架，y方向滑轨电机和z方向滑轨电机的数量均为两个；其中，方向控制底盘固定安装在方向控制底盘座上，方向控制底盘座卡设在x方向滑轨上，x方向滑轨电机安装在方向控制底盘座的侧下部，x方向滑轨电机带动方向控制底盘座沿x方向滑轨移动；y方向滑轨安装在x方向滑轨的下方，两个y方向滑轨电机安装在x方向滑轨的前后两端，y方向滑轨电机通过啮合齿轮带动x方向滑轨整体沿y方向移动；两个z方向滑轨电机安装在系统框架顶部，z方向滑轨电机驱动z方向丝杠连续转动，从而带动嵌套在系统框架上的y方向滑轨沿z方向上下运动。
6、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述x方向霍尔位置传感器、y方向霍尔位置传感器及z方向霍尔传感器与主控单片机的信号输入口相连接，主控单片机输出口与线圈驱动器连接，线圈驱动器直接与x方向磁控线圈和y方向磁控线圈及主控线圈相连接，主控单片机根据x方向霍尔位置传感器、y方向霍尔位置传感器以及z方向霍尔传感器检测到的胶囊位姿偏差信号，实时调整三组磁控线圈的电流大小，实现球形胶囊机器人的稳定悬浮。
7、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述方向驱动电机与方向控制驱动连接，方向控制驱动与方向控制单片机的输出口相连接，方向控制单片机的输入口与方向控制摇杆连接；方向驱动电机旋转拉动方向索线伸缩，使磁控线圈托盘的朝向发生改变，安装在磁控线圈托盘上的磁悬浮主系统随磁控线圈托盘改变朝向，使球形胶囊机器人的悬浮姿态发生改变。
8、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述z方向驱动电机与位置控制驱动通过电缆连接，位置控制驱动与位置控制单片机输出端连接，位置控制单片机输入端与位置控制摇杆连接；位置控制摇杆摆动产生的控制信号经过位置控制单片机处理后输出三路驱动信号，驱动信号经位置控制驱动矫正放大后分别给x方向驱动电机、两个y方向驱动电机以及z方向驱动电机，各电机分别带动磁悬浮主系统分别沿x、y、z方向移动，通过控制位置控制摇杆的摆动实现球形胶囊机器人悬浮位置的调整。
9、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，所述球形胶囊机器人的内部嵌设有永磁体，通过永磁体与磁悬浮主系统产生驱动磁场的相互作用，球形胶囊机器人克服自身重力实现悬浮，并随磁悬浮主系统一起改变悬浮姿态和悬浮位置，本磁控系统置于患者肠胃道下方，球形胶囊机器人经吞服后位于患者肠胃道内。
10、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，本磁控系统还包括上位计算机，球形胶囊机器人与上位计算机之间通过无线图像传输模块建立通信连接与数据传送，球形胶囊机器人拍摄的图片和视频信息在上位计算机上实时显示，通过控制方向控制摇杆及位置控制摇杆，结合球形胶囊机器人无线传输的图片和视频信息实现球形胶囊机器人姿态与位置的实时调整，实现对胃肠道的遍历检查。
11、作为上述一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统的进一步优化方案，本磁控系统通电后，其磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统以及悬浮位置控制系统自动复位，且磁悬浮主系统复位后自动移动至球形胶囊机器人附近，自动捕获球形胶囊机器人后使其稳定悬浮。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
13、一，本专利技术包括磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统、悬浮位置控制系统和球形胶囊机器人，通过磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统和悬浮位置控制系统共同对球形胶囊机器人进行多自由度运动控制。
14、二，本专利技术所提出的磁悬浮胶囊控制系统不仅实现了胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：包括磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统、悬浮位置控制系统和球形胶囊机器人（9），通过磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统和悬浮位置控制系统共同对球形胶囊机器人（9）进行多自由度运动控制。
2.如权利要求1所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述磁悬浮主系统包括X方向霍尔传感器（2）、Y方向霍尔传感器（3）、Z方向霍尔传感器（4）、X方向磁控线圈（5a）、Y方向磁控线圈（5b）、主控线圈（6）、线圈驱动器（7）和主控单片机（8），其中，Z方向霍尔传感器（4）安装在磁悬浮主系统的中心，X方向霍尔位置传感器（2）与Y方向霍尔位置传感器（3）分别安装在X、Y方向并靠近Z方向霍尔传感器（4）；X方向磁控线圈（5a）与Y方向磁控线圈（5b）的数量均为两个， 两个X方向磁控线圈（5a）与两个Y方向磁控线圈（5b）安装在同一平面上，并且呈互相垂直的方式布置，主控线圈（6）安装在X方向磁控线圈（5a）、Y方向磁控线圈（5b）的外围，三组线圈通电后在中间位置形成用于驱动胶囊机器人（9）悬浮的合成磁场。
3.如权利要求
4.如权利要求1所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述悬浮位置控制系统包括方向控制底盘座（28）、X方向滑轨（18）、X方向滑轨电机（19）、Y方向滑轨（20）、Y方向滑轨电机（21）、Z方向丝杠（22）、Z方向滑轨电机（23）、位置控制驱动（24）、位置控制单片机（25）、位置控制摇杆（26）和系统框架（27），Y方向滑轨电机（21）和Z方向滑轨电机（23）的数量均为两个；其中，方向控制底盘（12）固定安装在方向控制底盘座（28）上，方向控制底盘座（28）卡设在X方向滑轨（18）上，X方向滑轨电机（19）安装在方向控制底盘座（28）的侧下部，X方向滑轨电机（19）带动方向控制底盘座（28）沿X方向滑轨（18）移动；Y方向滑轨（20）安装在X方向滑轨（18）的下方，两个Y方向滑轨电机（21）安装在X方向滑轨（18）的前后两端，Y方向滑轨电机（21）通过啮合齿轮带动X方向滑轨（18）整体沿Y方向移动；两个Z方向滑轨电机（23）安装在系统框架（27）顶部，Z方向滑轨电机（23）驱动Z方向丝杠（22）连续转动，从而带动嵌套在系统框架（27）上的Y方向滑轨（20）沿Z方向上下运动。
5.如权利要求2所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述X方向霍尔位置传感器（2）、Y方向霍尔位置传感器（3）及Z方向霍尔传感器（4）与主控单片机（8）的信号输入口相连接，主控单片机（8）输出口与线圈驱动器（7）连接，线圈驱动器（7）直接与X方向磁控线圈（5a）和Y方向磁控线圈（5b）及主控线圈（6）相连接，主控单片机（8）根据X方向霍尔位置传感器（2）、Y方向霍尔位置传感器（3）以及Z方向霍尔传感器（4）检测到的胶囊位姿偏差信号，实时调整三组磁控线圈的电流大小，实现球形胶囊机器人（9）的稳定悬浮。
6.如权利要求3所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述方向驱动电机（13）与方向控制驱动（15）连接，方向控制驱动（15）与方向控制单片机（16）的输出口相连接，方向控制单片机（16）的输入口与方向控制摇杆（17）连接；方向驱动电机（13）旋转拉动方向索线（14）伸缩，使磁控线圈托盘（10）的朝向发生改变，安装在磁控线圈托盘（10）上的磁悬浮主系统随磁控线圈托盘（10）改变朝向，使球形胶囊机器人（9）的悬浮姿态发生改变。
7.如权利要求4所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述Z方向驱动电机（23）与位置控制驱动（24）通过电缆连接，位置控制驱动（24）与位置控制单片机（25）输出端连接，位置控制单片机（25）输入端与位置控制摇杆（26）连接；位置控制摇杆（26）摆动产...
【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：包括磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统、悬浮位置控制系统和球形胶囊机器人（9），通过磁悬浮主系统、悬浮方向控制系统和悬浮位置控制系统共同对球形胶囊机器人（9）进行多自由度运动控制。
2.如权利要求1所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述磁悬浮主系统包括x方向霍尔传感器（2）、y方向霍尔传感器（3）、z方向霍尔传感器（4）、x方向磁控线圈（5a）、y方向磁控线圈（5b）、主控线圈（6）、线圈驱动器（7）和主控单片机（8），其中，z方向霍尔传感器（4）安装在磁悬浮主系统的中心，x方向霍尔位置传感器（2）与y方向霍尔位置传感器（3）分别安装在x、y方向并靠近z方向霍尔传感器（4）；x方向磁控线圈（5a）与y方向磁控线圈（5b）的数量均为两个， 两个x方向磁控线圈（5a）与两个y方向磁控线圈（5b）安装在同一平面上，并且呈互相垂直的方式布置，主控线圈（6）安装在x方向磁控线圈（5a）、y方向磁控线圈（5b）的外围，三组线圈通电后在中间位置形成用于驱动胶囊机器人（9）悬浮的合成磁场。
3.如权利要求1所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述悬浮方向控制系统包括磁控线圈托盘（10）、托盘支杆（11）、方向控制底盘（12）、方向驱动电机（13）、方向索线（14）、方向控制驱动（15）、方向控制单片机（16）以及方向控制摇杆（17），方向驱动电机（13）和方向索线（14）的数量均为三个；所述磁控线圈托盘（10）安装在托盘支杆（11）上，托盘支杆（11）的上端为凸球结构，与磁控线圈托盘（10）的下部设置的凹槽相配合，磁控线圈托盘（10）在托盘支杆（11）上做改变朝向的运动；所述方向驱动电机（13）安装在方向控制底盘（12）上，三个方向索线（14）的上端与磁控线圈托盘（10）的底部设置的三个环形握手连接，三个方向索线（14）的下端分别与三个方向驱动电机（13）的动力输出轴连接。
4.如权利要求1所述的一种磁悬浮球形胶囊机器人的磁控系统，其特征在于：所述悬浮位置控制系统包括方向控制底盘座（28）、x方向滑轨（18）、x方向滑轨电机（19）、y方向滑轨（20）、y方向滑轨电机（21）、z方向丝杠（22）、z方向滑轨电机（23）、位置控制驱动（24）、位置控制单片机（25）、位置控制摇杆（26）和系统框架（27），y方向滑轨电机（21）和z方向滑轨电机（23）的数量均为两个；其中，方向控制底盘（12）固定安装在方向控制底盘座（28）上，方向控制底盘座（28）卡设在x方向滑轨（18）上，x方向滑轨电机（19）安装在方向控制底盘座（28）的侧下部，x方向滑轨电机（19）带动方向控制底盘座（28）沿x方向滑轨（18）移动；y方向滑轨（20）安装在x方向滑轨（18）的下方，两个y方向滑轨电机（21）安装在x方向滑轨（18）的前后两端，y方向滑轨电机（21）通过啮合齿轮带动x方向滑轨（18）整体沿y方向移动；两个z方向滑轨电机（23）安装在系统框架（27）顶部，z方向滑轨电机（23）驱动z方向丝杠（22）连续转动，从而带动嵌套在系统框架（27...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧远，刘佳欣，刘定铭，潘振轩，赵建华，李京航，李娟，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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