[发明专利]一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测方法及系统

说明书

本发明涉及自动化工程技术领域，具体而言，涉及一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测方法及系统；本发明在胶囊机器人平稳转弯，当胶囊机器人达到临界丢步态时，可得到临界耦合磁力矩；再通过计算得到胶囊机器人在液体中的流体扭转力矩；本发明可以减少肠道内胶囊机器人遍历时间，实现肠道内多弯曲复杂条件下的准确驱动，并提供满足需求的磁感应强度和频率，本发明的在线非接触检测方法简单可靠，操作性强，能够在不接触胶囊机器人的情况下实现弯曲环境内的流体扭转力矩检测，能够准确确定机器人转弯时所需磁感应强度和流体扭转力矩，实现以较低功耗对全消化道进行安全的在线检测。

技术领域

本发明涉及自动化工程技术领域，具体而言，涉及一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测方法及系统。

背景技术

近年来，随着低功耗、低成本小型图像传感器和微型集成电路的迅速发展，“可吞服”无线胶囊机器人的实现成为可能，并逐步取代了传统内窥镜检查。典型的胶囊机器人大小和外形均类似胶囊，由微型摄像头、照明系统、电池和射频电路构成，可在遍历检查过程中对消化道内部拍摄并传出，外部接收器获得发射模块传出的图像，由胃肠道诊疗专家分析对比进行病患筛查。

美国、日本从上世纪80年代便对消化道采样胶囊进行研究，原理是利用形状记忆合金的特性进行消化道内软组织采样以及药物的靶向投放。上述胶囊均由患者吞入，借助肠道蠕动完成窥视、采样作业，利用消化道蠕动的方式进行遍历诊察，运行速度缓慢，无法在可疑病灶进行往返观察，因此，胶囊机器人的主动控制发展潜力巨大，机器人工作于人体肠道、血管等狭小环境中，外壁由柔弹性组织构成，内部充有血液或消化液。为了避免对柔弹性软组织造成损伤，机器人应以无线方式驱动，作为一种无线驱动创新技术，胶囊机器人提供了一种无创、无痛的检查方式，基于内嵌视觉系统综合无线传输图像功能的胶囊机器人可实施胃肠道内无创诊疗，胃肠胶囊机器人的临床应用扩展了医学诊疗视野，实现了体内小肠、结肠等盲区内的巡察。

目前胶囊机器人主要靠胃肠蠕动推力作用而被动行走，无法实现姿态的全方位控制，如果可以主动控制机器人姿态和运动，便会缩短消化道遍历时间，可无遗漏的巡检消化道，提高诊疗效率，降低漏检区域，改善诊疗安全性；然而在人体胃肠道系统直径跨度较大，具有较复杂的消化环境，内部充盈着摩擦系数为10^－2数量级的多种消化液，开发机器人的有效驱动方式，提高螺旋式胶囊机器人对肠径的适应能力并减小机器人对肠道的扭曲作用十分关键。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测方法，可以减少肠道内胶囊机器人遍历时间，实现肠道内多弯曲复杂条件下的准确驱动，并提供满足需求的磁感应强度和频率，本发明的在线非接触检测方法简单可靠，操作性强，能够在不接触胶囊机器人的情况下实现弯曲环境内的流体扭转力矩检测，提高有效磁场利用率，减少线圈驱动系统的驱动功率与磁能耗，有效节约了医疗资源，并能够准确确定机器人转弯时所需磁感应强度和流体扭转力矩，实现以较低功耗对全消化道进行安全的在线检测；还提供一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种胶囊机器人的流体扭转力矩的非接触检测方法，其中，包括如下步骤：

步骤S1、以三个线圈组正交构成交变磁场驱动装置；

步骤S2、以胶囊机器人、PVC管和红外转速测量盘组成转速检测装置；

步骤S3、交变磁场驱动装置驱动胶囊机器人旋转，以红外测速仪对胶囊机器人进行旋转速度测量，同时依靠胶囊机器人的旋转力与液体的流体推动力相互作用推动胶囊机器人前进；

步骤S4、胶囊机器人平稳转弯，当胶囊机器人达到临界丢步态时，可得到临界耦合磁力矩；

步骤S5、再通过计算得到胶囊机器人在液体中的流体扭转力矩。