[实用新型]磁控胶囊机器人的磁耦合启动控制装置及磁耦合系统

说明书

本实用新型涉及自动化工程技术领域，具体涉及一种磁控胶囊机器人的磁耦合启动控制装置及磁耦合系统，包括：外部永磁体、步进电机、控制器；外部永磁体设置在步进电机的输出轴上，步进电机由控制器进行控制。步进电机在控制器的控制作用下，并经步进电机中步进电机驱动器的驱动控制，在外部永磁体周围形成旋转磁场，进而形成动态耦合磁力矩，旋转磁场包围嵌有内部永磁体的磁控胶囊机器人，动态耦合磁力矩作用于磁控胶囊机器人，利用磁机耦合作用，依靠磁控胶囊机器人的旋转力与高粘度流体的推动力相互作用并高于磁控胶囊机器人的自启速度时，推动磁控胶囊机器人前进，能够对磁控胶囊机器人进行自启转速控制，无时间响应和判断不准确的问题。

技术领域

本实用新型涉及自动化工程技术领域，具体而言，涉及一种磁控胶囊机器人的磁耦合启动控制装置及磁耦合系统。

背景技术

肠道疾病是人类的高发病症，全球仅腹腔疾病的患者数量就已达七千万例。肠道疾病、特别是位于小肠和结肠部分的疾病，对人类公共安全带来了较大危害。无线磁控胶囊机器人的出现是人口健康诊疗领域的重大突破，完全避免了传统插管检查的痛苦，相比传统内窥镜，磁控胶囊机器人提供了一种全新的无创解决方案，医生通过磁控胶囊机器人获得病变组织信息，进行肠道疾病诊断，具有广阔的应用前景。被动磁控胶囊机器人利用消化道蠕动的方式进行遍历诊察，运行速度缓慢，无法实现姿态主动控制，遇到肠道褶皱堆积还会发生长时间滞留人体的危险。而主动式磁控胶囊机器人能够克服上述被动磁控胶囊机器人的缺点，此类磁控胶囊机器人能够实现机器人方向和姿态的主动调整，缩短消化道遍历时间，提高诊疗效率，减少漏检区域，改善诊疗安全性。

目前利用机械手末端执行器安装永磁体驱动磁控胶囊机器人的方法应用较广泛，公开号CN110236474A，名称为“一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法”的专利申请提出利用支撑架及控制台安装驱动磁体引导模块的方式，通过产生磁场对磁控胶囊机器人进行磁引导。然而，使用外部机械手磁体引导磁控胶囊机器人在肠道中运动，对机械手磁体的自由度要求较高。而且，若想利用机械手磁体驱动磁控胶囊机器人运动到目标方位，必须维持机器人内部永磁体和机械手磁体间的有效距离和相对速度，但是机械手的实时性和临场判断能力较难实现对磁控胶囊机器人的快速连续驱动。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种磁控胶囊机器人的磁耦合启动控制装置及磁耦合系统，能够对磁控胶囊机器人进行自启转速控制，并由人工手持完成磁控胶囊机器人的快速准确操控，无时间响应和判断不准确的问题，使用方便。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本实用新型提供了一种磁控胶囊机器人的磁耦合启动控制装置，包括：外部永磁体、步进电机、控制器；外部永磁体设置在步进电机的输出轴上，步进电机由控制器进行控制；

步进电机在控制器的控制作用下，并经步进电机中步进电机驱动器的驱动控制，在外部永磁体周围形成旋转磁场，进而形成动态耦合磁力矩，旋转磁场包围嵌有内部永磁体的磁控胶囊机器人，动态耦合磁力矩作用于磁控胶囊机器人，利用磁机耦合作用，依靠磁控胶囊机器人的旋转力与高粘度流体的推动力相互作用并高于磁控胶囊机器人的自启速度时，推动磁控胶囊机器人前进。

进一步地，当外部旋转磁场转速低于磁控胶囊机器人的自启速度时，在粘性液体的阻滞作用下，磁控胶囊机器人只能自转但不会前进；

随着外部旋转磁场转速的增加，磁控胶囊机器人转速随之提高，磁控胶囊机器人开始向前运动，对应的外部旋转磁场转速称为自启转速；

在磁控胶囊机器人启动运行之后，经过其稳态自调整，在自身重力和外部磁场的作用之下，磁控胶囊机器人沿偏移管道中心的方向稳定运行。

进一步地，磁控胶囊机器人沿偏移管道中心的方向稳定运行时，磁控胶囊机器人沿轴线方向运动达到受力平衡态，磁控胶囊机器人轴推力与流体阻力相等，磁控胶囊机器人以稳恒速度前进。

进一步地，外部永磁体为圆环状永磁体。