[發明專利]一種基于力反饋的膠囊機器人位姿調整系統

有效

• 申請號: 201810082812.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108577790B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 李敬;吳磊;黃強;張沛森;保羅·達里奧;加斯托內·丘蒂
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B1/04
• 分類號: A61B1/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳;仇蕾安

本發明提供了一種利用反饋力信息調整膠囊機器人位姿的系統，包括：如果力感應點沿膠囊周向分布，則調整引導磁體與膠囊機器人的相對位置；如果力感應點沿膠囊軸向分布，則調整引導磁體與膠囊機器人的相對位置和相對姿態。本發明通過調整膠囊機器人位姿使得膠囊既能夠保持磁交互作用，又不會引起胃腸壁的損傷，所提供的方法具有重要的臨床應用價值。

技術領域

本發明屬于膠囊內窺鏡技術領域，具體涉及一種基于力反饋的膠囊機器人位姿調整系統。

背景技術

主動膠囊機器人可實現其在胃腸道內部位姿的主動控制，克服了被動膠囊機器人診斷時間長、漏檢率高以及不具針對性和選擇性等缺陷，在檢測胃腸道疾病方面顯示出了極大的優勢。膠囊機器人置入活體胃腸區域，且內嵌有小型磁體，引導機器人處于活體外部，通過磁交互作用，牽引膠囊機器人在胃腸區域運動，這種利用外部引導磁體控制膠囊機器人在胃腸道內運動的方法具有較大的優勢。但是，引導磁體與膠囊距離太近，磁作用力太大，會導致胃腸道受損；引導磁體與膠囊距離太遠，磁作用力太小，則有可能兩者之間失去磁連接，從而失去對膠囊的控制。由此可見，目前急需一種調整膠囊機器人位姿的系統，使得膠囊機器人既能夠保持磁交互作用，又不會引起胃腸壁的損傷。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提一種基于力反饋的膠囊機器人位姿調整系統，該方法能夠根據力反饋調整膠囊機器人位姿，使得膠囊機器人既能夠保持磁交互作用，又不會引起胃腸壁的損傷。

實施本發明的技術方案如下：

一種基于力反饋的膠囊機器人位姿調整系統，具體過程為：

步驟一、在膠囊機器人內嵌入力感應裝置；

步驟二、利用膠囊機器人內嵌的力感應裝置，感應機器人與胃腸壁接觸時，沿膠囊機器人的圓柱型表面力感應點處的法向作用力；

步驟三、根據法向作用力和設定的力閾值范圍調整膠囊機器人的位姿，使膠囊機器人的法向作用力始終保持在力閾值范圍內，所述力閾值范圍為[F_t1,F_t2]，其中F_t1為保證膠囊機器人與引導磁體之間的磁交互作用不至斷開的作用力門限值；F_t2為保證膠囊機器人不會擠壓損傷胃腸道組織的作用力門限值。

進一步的，本發明所述力閾值范圍通過磁建模分析或多次實驗獲得。

進一步的，本發明所述調整膠囊機器人的位姿的方法為：

如果沒有任何2個力感應點沿著一條平行于膠囊軸線的直線分布，則認為力感應點沿周向分布，用基于周向分布的力感應點輸出信息的調整方法：如果感應點的法向作用力的最大值F_re小于F_t1，則調整引導磁體與膠囊機器人之間的相對距離，使其減小；如果F_re大于F_t2，則調整引導磁體與膠囊機器人之間的相對距離，使其增大；如果F_re處于F_t1和F_t2之間，則不調整引導磁體與膠囊機器人之間的相對距離；

具體調整方式如下式所示：

z_i+1＝z′_i+1+Δz

其中，z′_i+1為原路徑規劃中下一步引導磁體與膠囊機器人之間的距離，z_i+1為新建立的路徑規劃中的引導磁體與膠囊機器人之間的距離，c₁為設定的比例參數；

進一步的，本發明所述調整膠囊機器人的位姿的方法為：

如果有任何不少于2個力感應點沿著一條平行于膠囊軸線的直線分布，則認為力感應點沿軸向分布，用基于軸向分布的力感應點輸出信息的調整方法，調整方法分以下兩種情況：