專利名稱：一種膠囊機器人的電磁驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種膠囊機器人的電磁驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
膠囊機器人是人體消化道檢查機器人的一種，是機器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用的 產(chǎn)物，它具有檢查方便、無創(chuàng)傷、無痛苦、無交叉感染、不影響患者正常工作等優(yōu)點，可作為 消化道疾病，尤其是小腸疾病診斷的首選方法。"內(nèi)力-摩擦"型膠囊機器人沒有外部的如 腿、輪子等驅(qū)動機構(gòu)，因外形酷似膠囊而得名，它依靠系統(tǒng)內(nèi)力以及與外環(huán)境間的摩擦力來 驅(qū)動?；?內(nèi)力-摩擦"型膠囊機器人的驅(qū)動方式，要求其驅(qū)動器具有體積小、功耗低、輸 出力大等特點。 目前，主動型膠囊機器人的驅(qū)動方式主要有仿生驅(qū)動和螺旋驅(qū)動等方式。其中，仿 生驅(qū)動以模仿蚯蚓和尺蠖的運動方式為主。它以膠囊本身形變?yōu)檫\動的基礎(chǔ)，以消化道管 壁作為作用點，因此可能對消化道壁造成損傷。螺旋驅(qū)動方式是使膠囊體產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)，通 過膠囊外表面的螺紋與腸道內(nèi)黏液的作用推動膠囊運動；由于驅(qū)動機理的限制，在消化道 直徑較大的區(qū)域，這種驅(qū)動方式的效率較低。而利用體外磁場驅(qū)動膠囊旋轉(zhuǎn)的方式，驅(qū)動器 結(jié)構(gòu)和膠囊的控制過程都很復(fù)雜，不便于實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不損傷消化道的膠囊機器
人的電磁驅(qū)動器，具有體積小、輸出力大、功耗低的特點。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 本發(fā)明包括定子及動子，其中定子包括支架、外殼、線圈及墊圈，動子包括導(dǎo)磁體、 導(dǎo)磁墊片、磁鋼及導(dǎo)磁端蓋，導(dǎo)磁體位于兩端設(shè)有支架的外殼內(nèi)，導(dǎo)磁體上安裝有導(dǎo)磁端 蓋，導(dǎo)磁端蓋與導(dǎo)磁體形成的空間內(nèi)間隔設(shè)有多個磁鋼及導(dǎo)磁墊片，在磁鋼及導(dǎo)磁墊片與 導(dǎo)磁體之間間隔設(shè)有多個線圈及墊圈，導(dǎo)磁體、導(dǎo)磁端蓋、磁鋼及導(dǎo)磁墊片可相對線圈及墊 圈沿軸向往復(fù)移動；兩端的支架分別與線圈相抵接。 其中所述導(dǎo)磁體為一端設(shè)有底板、另一端開口的圓柱體，導(dǎo)磁體沿軸向均布開有 多個第二凹槽，相鄰第二凹槽之間構(gòu)成與底板連接的側(cè)板；導(dǎo)磁體的內(nèi)徑大于磁鋼的直徑； 第二凹槽的內(nèi)徑與磁鋼的直徑相同，外徑與導(dǎo)磁體的外徑相同；所述磁鋼為圓柱體，軸向充 磁，同級相對沿軸向排列；導(dǎo)磁墊片的直徑與磁鋼的直徑相同、同軸設(shè)置于相鄰磁鋼之間； 所述導(dǎo)磁端蓋的形狀與導(dǎo)磁體上的底板的形狀相同，導(dǎo)磁端蓋上均布有多個第三凹槽，相 鄰第三凹槽之間構(gòu)成第二凸部；第二凸部插接于導(dǎo)磁體上的第二凹槽，導(dǎo)磁體上的側(cè)板插 接于第三凹槽；所述線圈及墊圈套接在磁鋼及導(dǎo)磁墊片外部、位于磁鋼及導(dǎo)磁墊片與導(dǎo)磁 體之間，墊圈的直徑與線圈的直徑相同、同軸設(shè)置于相鄰線圈之間；兩相鄰線圈之間對應(yīng)一 個導(dǎo)磁墊片，該導(dǎo)磁墊片在動子行程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線圈相對應(yīng)； 外殼為圓柱體，兩端分別均布有多個第一凹槽；所述支架由圓環(huán)及爪組成，圓環(huán)的外徑與外殼的內(nèi)徑相同；圓環(huán)上均布有多個爪，爪上設(shè)有弧形的第一凸部，爪插接于外殼的第一凹 槽，第一凸部的截面抵接于線圈；磁鋼為三個，線圈為四個，第一、三線圈為一組供電線圈， 同時供有相反方向的電流，第二、四線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為 1.本發(fā)明針對"內(nèi)力_摩擦"型膠囊機器人的驅(qū)動方式而設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、體積小， 輸出力大，功耗低。 2.本發(fā)明采用聚磁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在磁鋼之間用導(dǎo)磁墊片隔開，使得驅(qū)動線圈處于 強氣隙磁場中，提高了能量的利用率。 3.本發(fā)明利用外殼內(nèi)部的線圈驅(qū)動，避免了對消化道造成損傷。


圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖3為本發(fā)明的磁鋼裝配組與線圈、墊圈裝配組的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖2中外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖2中導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖2中支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為圖2中導(dǎo)磁端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中1為導(dǎo)磁體，2為導(dǎo)磁墊片，3為磁鋼，4為線圈，5為墊圈，6為支架，7為外殼， 8為導(dǎo)磁端蓋，9為第一凹槽，10為側(cè)板，11為第二凹槽，12為底板，13為圓環(huán)，14為爪，15 為第一凸部，16為第二凸部，17為第三凹槽。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。 如圖1 3所示，本發(fā)明包括定子及動子，其中支架6、外殼7、線圈4及墊圈5膠 粘固定在一起作為定子，導(dǎo)磁體1、導(dǎo)磁墊片2、磁鋼3及導(dǎo)磁端蓋8膠粘固定在一起作為動 子。導(dǎo)磁體1位于兩端設(shè)有支架6的外殼7內(nèi)，導(dǎo)磁體1上安裝有導(dǎo)磁端蓋8，導(dǎo)磁端蓋8 與導(dǎo)磁體1形成的空間內(nèi)間隔設(shè)有多個磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2(本實施例為三片磁鋼、兩片導(dǎo) 磁墊片)，磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2與導(dǎo)磁體1同軸放置，在磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2與導(dǎo)磁體1之 間間隔設(shè)有多個線圈4及墊圈5(本實施例為四個線圈、三個墊圈)，導(dǎo)磁體1、導(dǎo)磁端蓋8、 磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2可相對線圈4及墊圈5沿軸向往復(fù)移動；兩端的支架6分別與線圈4 相抵接。 如圖5所示，導(dǎo)磁體1為一端設(shè)有底板12、另一端開口的圓柱體，導(dǎo)磁體1沿軸向 均布開有多個第二凹槽ll，第二凹槽11的個數(shù)為2 4個，本實施例為三個，相鄰第二凹 槽11之間構(gòu)成與底板12連接的側(cè)板IO，側(cè)板也為三個；第二凹槽11的內(nèi)徑與磁鋼3的直 徑相同，外徑與導(dǎo)磁體1的外徑相同。磁鋼3為圓柱體，軸向充磁，同級相對沿軸向排列；導(dǎo) 磁墊片2的直徑與磁鋼3的直徑相同、同軸設(shè)置于相鄰磁鋼之間，三片磁鋼與兩片導(dǎo)磁墊片 組成一個裝配組，磁鋼與導(dǎo)磁墊片通過膠粘固定。導(dǎo)磁體1的內(nèi)徑大于磁鋼3及導(dǎo)磁墊片 2的直徑，導(dǎo)磁體1的深度則剛好能夠沿軸向放入三片磁鋼、兩片導(dǎo)磁墊片及導(dǎo)磁端蓋。
如圖7所示，導(dǎo)磁端蓋8的形狀與導(dǎo)磁體1上的底板12的形狀相同，使組裝后的 驅(qū)動器具有兩端對稱的結(jié)構(gòu)；導(dǎo)磁端蓋8上均布開有多個第三凹槽17 (本實施例為三個)， 相鄰第三凹槽17之間構(gòu)成第二凸部16，第二凸部16也為三個；第二凸部16插接于導(dǎo)磁體 1上的第二凹槽，導(dǎo)磁體1上的側(cè)板10插接于第三凹槽17。 線圈4及墊圈5為圓環(huán)形，同軸套接在磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2外部、位于磁鋼3及導(dǎo)
磁墊片2與導(dǎo)磁體1之間，墊圈5的直徑與線圈4的直徑相同、同軸設(shè)置于相鄰線圈之間，四
個線圈與三個墊圈組成一個裝配組，該裝配組的長度小于磁鋼與導(dǎo)磁墊片的裝配組長度，
線圈4與墊圈5通過膠粘固定。兩相鄰線圈4之間對應(yīng)一個導(dǎo)磁墊片2，該導(dǎo)磁墊片在動子
行程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線圈相對應(yīng)，即第一、三線圈為一組供電線圈，
同時供有相反方向的電流，第二、四線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流，使兩
組線圈分時供有所需方向的電流來完成驅(qū)動器的整個運行周期。 如圖4所示，外殼7為圓柱體，兩端分別均布有多個第一凹槽9。 如圖6所示，支架6由圓環(huán)13及爪14組成，圓環(huán)13的外徑與外殼7的內(nèi)徑相同，
使圓環(huán)13恰好通過膠粘固定在外殼7上；圓環(huán)13上均布有多個爪14(本實施例為三個)。
爪14上設(shè)有弧形的第一凸部15，爪14插接于外殼7的第一凹槽9，該第一凸部15與第一
凹槽9的接觸面為弧面，第一凸部15的截面抵接于線圈4。 安裝時，先將磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2同軸地裝入導(dǎo)磁體1中，再將線圈4及墊圈5同 軸放置于導(dǎo)磁體1與磁鋼3及導(dǎo)磁墊片2之間的間隙中，用導(dǎo)磁端蓋8將導(dǎo)磁體1的開口 端封??；然后放置于外殼7內(nèi)，兩端用支架6固定。
本發(fā)明的工作原理為 三片磁鋼同極相對放置，調(diào)整導(dǎo)磁墊片的厚度，產(chǎn)生聚磁效果，使夾在三片磁鋼之 間的兩片導(dǎo)磁墊片與導(dǎo)磁體1之間分別形成反向的強氣隙磁場。開始時，動子位于外殼7內(nèi) 的左端，此時，第一、三線圈分別與兩片導(dǎo)磁墊片相對應(yīng)；開始運行時，第一、三線圈位于導(dǎo) 磁墊片磁場較強的區(qū)域，給第一、三線圈通電流，控制第一、三線圈電流的方向，使第一、三 線圈均受到向左的作用力，而動子受到反作用力向右運行。當(dāng)動子運行到行程的一半(即 動子即將滑過磁鋼與導(dǎo)磁墊片裝配組的中間位置)時，第一、三線圈離開導(dǎo)磁墊片，而導(dǎo)磁 墊片開始逐漸運行到與第二、四線圈相對應(yīng)；此時，給第二、四線圈通電流，控制電流方向， 保持動子能夠繼續(xù)向右運行，直至行程結(jié)束。動子反行程運行的過程與上述類似，動子位于 外殼7內(nèi)的右端，此時，第二、四線圈分別與兩片導(dǎo)磁墊片相對應(yīng)；改變第二、四線圈的電流 方向，使動子受力向左反向運行。當(dāng)動子運行到行程的一半(即動子即將滑過磁鋼與導(dǎo)磁 墊片裝配組的中間位置)時，第二、四線圈離開導(dǎo)磁墊片，而導(dǎo)磁墊片開始逐漸運行到與第 一、三線圈相對應(yīng)；此時，改為給第一、三線圈供電，控制電流方向，保證動子繼續(xù)向左運行， 直至動子運行到左端，完成一個運行周期。 動子在左半行程運行時，由第一、三線圈控制；動子在右半行程運行時，由第二、四 線圈控制。本發(fā)明的電磁驅(qū)動器在100mA的電流下，可以達(dá)到250mN的最大輸出力。
本發(fā)明電磁驅(qū)動器的外徑可為4 100mm，本實施例為8mm，總長度可為6 200mm，本實施例為14mm ;動子的運動行程可為1 20mm，本實施例為2mm ;線圈與墊圈的厚 度可為0. 4 10mm，本實施例線圈與墊圈的厚度均為lmm。本實施例中，中間磁鋼的厚度為 3mm、兩邊磁鋼的厚度為2mm，導(dǎo)磁墊片厚度為lmm，導(dǎo)磁體壁厚為0. 5mm、直徑為7mm、長度為10mm，第二凹槽的寬度為1/6圓環(huán)，外殼的厚度為0. 5mm。 本發(fā)明可根據(jù)實際需要增加軸向長度及磁鋼、導(dǎo)磁墊片、線圈、墊圈的個數(shù)；若個 數(shù)增加，應(yīng)保證N與N+l線圈之間的導(dǎo)磁墊片在動子從左向右運行時與第N個線圈相對應(yīng)，
而當(dāng)動子從右向左反向運行時與第N+1個線圈相對應(yīng)，其中N為1、3、5......的奇數(shù)；還應(yīng)
保證相間線圈同時通電，如第一、三線圈同時通電，第二、四線圈同時通電。
權(quán)利要求
一種膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于包括定子及動子，其中定子包括支架(6)、外殼(7)、線圈(4)及墊圈(5)，動子包括導(dǎo)磁體(1)、導(dǎo)磁墊片(2)、磁鋼(3)及導(dǎo)磁端蓋(8)，導(dǎo)磁體(1)位于兩端設(shè)有支架(6)的外殼(7)內(nèi)，導(dǎo)磁體(1)上安裝有導(dǎo)磁端蓋(8)，導(dǎo)磁端蓋(8)與導(dǎo)磁體(1)形成的空間內(nèi)間隔設(shè)有多個磁鋼(3)及導(dǎo)磁墊片(2)，在磁鋼(3)及導(dǎo)磁墊片(2)與導(dǎo)磁體(1)之間間隔設(shè)有多個線圈(4)及墊圈(5)，導(dǎo)磁體(1)、導(dǎo)磁端蓋(8)、磁鋼(3)及導(dǎo)磁墊片(2)可相對線圈(4)及墊圈(5)沿軸向往復(fù)移動；兩端的支架(6)分別與線圈(4)相抵接。
2. 按權(quán)利要求1所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述導(dǎo)磁體(1)為一 端設(shè)有底板(12)、另一端開口的圓柱體，導(dǎo)磁體(1)沿軸向均布開有多個第二凹槽(ll)，相 鄰第二凹槽(11)之間構(gòu)成與底板(12)連接的側(cè)板(10);導(dǎo)磁體(1)的內(nèi)徑大于磁鋼(3) 的直徑。
3. 按權(quán)利要求2所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述第二凹槽(11)的 內(nèi)徑與磁鋼(3)的直徑相同，外徑與導(dǎo)磁體(1)的外徑相同。
4. 按權(quán)利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述磁鋼(3)為圓柱 體，軸向充磁，同級相對沿軸向排列；導(dǎo)磁墊片(2)的直徑與磁鋼(3)的直徑相同、同軸設(shè)置 于相鄰磁鋼之間。
5. 按權(quán)利要求1或2所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述導(dǎo)磁端蓋 (8)的形狀與導(dǎo)磁體(1)上的底板(12)的形狀相同，導(dǎo)磁端蓋(8)上均布有多個第三凹槽 (17)，相鄰第三凹槽(17)之間構(gòu)成第二凸部(16);第二凸部(16)插接于導(dǎo)磁體(1)上的 第二凹槽，導(dǎo)磁體(1)上的側(cè)板(10)插接于第三凹槽(17)。
6. 按權(quán)利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述線圈(4)及墊圈 (5)套接在磁鋼(3)及導(dǎo)磁墊片(2)外部、位于磁鋼(3)及導(dǎo)磁墊片(2)與導(dǎo)磁體(1)之 間，墊圈(5)的直徑與線圈(4)的直徑相同、同軸設(shè)置于相鄰線圈之間。
7. 按權(quán)利要求6所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于兩相鄰線圈(4)之間 對應(yīng)一個導(dǎo)磁墊片(2)，該導(dǎo)磁墊片在動子行程的初始位置與終止位置分別與兩個相鄰線 圈相對應(yīng)。
8. 按權(quán)利要求1所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述外殼(7)為圓柱 體，兩端分別均布有多個第一凹槽(9)。
9. 按權(quán)利要求1、6或8所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述支架(6)由 圓環(huán)(13)及爪(14)組成，圓環(huán)(13)的外徑與外殼(7)的內(nèi)徑相同；圓環(huán)(13)上均布有多 個爪(14)，爪(14)上設(shè)有弧形的第一凸部(15)，爪(14)插接于外殼(7)的第一凹槽(9)， 第一凸部(15)的截面抵接于線圈(4)。
10. 按權(quán)利要求l所述的膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，其特征在于所述磁鋼(3)為三 個，線圈(4)為四個，第一、三線圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流，第二、四線 圈為一組供電線圈，同時供有相反方向的電流。
全文摘要
本發(fā)明屬于電磁驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種膠囊機器人的電磁驅(qū)動器，包括定子及動子，其中定子包括支架、外殼、線圈及墊圈，動子包括導(dǎo)磁體、導(dǎo)磁墊片、磁鋼及導(dǎo)磁端蓋，導(dǎo)磁體位于兩端設(shè)有支架的外殼內(nèi)，導(dǎo)磁體上安裝有導(dǎo)磁端蓋，導(dǎo)磁端蓋與導(dǎo)磁體形成的空間內(nèi)間隔設(shè)有多個磁鋼及導(dǎo)磁墊片，在磁鋼及導(dǎo)磁墊片與導(dǎo)磁體之間間隔設(shè)有多個線圈及墊圈，導(dǎo)磁體、導(dǎo)磁端蓋、磁鋼及導(dǎo)磁墊片可相對線圈及墊圈沿軸向往復(fù)移動；兩端的支架分別與線圈相抵接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，輸出力大，功耗低、利用率高等優(yōu)點。
文檔編號H02K33/18GK101771322SQ20081023025
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者李洪誼, 蘇剛 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所