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基于超声电机的肠道胶囊内窥镜的设计
作者：田壮黄俊华来源：《山东工业技术》2019年第20期
摘要：随着医疗器械的不断发展，目前固定式镜头胶囊内窥镜视野非常有限，同时肠道崎岖多变、蠕动和肠液也会导致镜头视野局限，无法精确定位，很难准确捕捉病灶部位。本文设计了一种基于多自由度超声电机的胶囊内窥镜，具体来说是一种以多自由度超声电机为致动器，驱动胶囊内窥镜镜头实现多自由度摆动和精准定位的新型智能胶囊内窥镜。本文阐述了该胶囊内窥镜的结构特点与工作过程，并分析了其工作特点，为胶囊内窥镜的智能化设计提供了新的思路。
关键词：超声电机胶囊内窥镜医疗器械DOI：1016640jc
ki371222t201920186
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0引言
在医学诊断中，传统的肠镜检查往往使人痛苦不堪，而且检查时肠道崎岖多变、蠕动和肠液也会导致镜头视野局限，无法精确定位，很难准确捕捉病灶部位。肠道胶囊内窥镜可以口服，并且结构小巧，不会使人感到疼痛。因此胶囊内镜被医学界誉为21世纪内窥镜发展的革命与方向1。
超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应和超声振动获得运动和力（矩）的驱动器。其结构紧凑，转矩性能好，响应快，断电自锁能力强，并且其形状可以多样化，而且不受外界磁场干扰，具有良好的稳定性，常常用于航空航天行业以及各种精密仪器中2。
本文重点介绍一种基于球面接触副的多自由度超声电机直驱的镜头可摆动的胶囊内窥镜系统及其操作方法。该设计采用超声电机结构简单，反应灵敏，便于二次开发。以其为基础搭建的多自由度超声电机直驱的胶囊内窥镜镜头摆动系统彻底解决了目前胶囊内窥镜镜头无法摆动，视角小，胶囊系统传动机构复杂等诸多问题，实现结构紧凑、传动环节少、体积小、重量轻，灵敏度高，分辨率高的特点。本文将重点介绍该胶囊内窥镜的结构特点与工作过程，为胶囊内窥镜的智能化设计提供了新的思路。
1基于超声电机的肠道胶囊内窥镜的机械结构
（1）如图1所示，基于超声电机的肠道胶囊内窥镜由摄像头、胶囊头部、头部摆动系统、柔性包覆材料、纽扣电池盒、ardui
o微型控制板和胶囊本体组成。其中摄像头与胶囊头部固定连接，胶囊头部与头部摆动系统固定连接，头部摆动系统与胶囊本体固定连接，纽扣电池盒嵌入微型单片机控制板中为整个系统供电，ardui
o微型控制板与胶囊本体固定连接。
（2）如图2所示，头部摆动系统包括底座固定架、三个定子、三个压电陶瓷组成。其中底座固定r