[实用新型]一种医用球形微机器人远程控制系统

说明书

(一)技术领域：

本实用新型属于医学微机器人领域，尤其是涉及一种医用球形微机器人远程控制系统，主要适用于人体胃肠道疾病的远程诊疗及后续相关医学作业。

(二)背景技术：

中国是胃癌大国，全世界约有35％的胃癌病例发生在中国。胃肠道疾病，如出血、肿瘤和溃疡等是影响人民生命健康的常见病和多发病，其发病率和死亡率也相对较高。传统内镜检查过程中患者痛苦较大，约0.075％的患者会并发胃肠穿孔，极少数患者甚至出现心脏骤停，因而无法被患者广泛接受。

医用微机器人是一个综合了医学、机械学、电子技术、信息技术等多个学科的机电系统，能够进入人体胃肠道等组织器官，对相应病变位置进行观测，具有无创、无痛、检查方便并且无术后并发症，术后恢复快，住院时间短等优点，该研究对提高人类的寿命和生活质量，避免外部手术对人体造成的创伤甚至致残具有重要的科学意义，也必将对医学工程的发展产生极大的影响。

但是临床应用的医用微机器人是依靠胃肠道的生理蠕动力实现被动移动的，无法实现加速、停止、后退等运动形式，限制了其对胃肠道疾病的全面诊疗。同时对医用微机器人的控制为本地医生直接操控，对操作医生的要求高，难以满足个性化治疗和远程医疗的需要。另外医用微机器人本体上缺乏医学作业的有关装置，功能性单一。最后当医用微机器人处于胃肠道环境中时，外界无法精准确定医用微机器人的位置等信息，在临床应用中存在安全隐患。以上这些问题严重限制了医用微机器人的临床化。

医用球形微机器人远程控制系统中利用外磁场驱动医用球形微机器人运动，实现了医用球形微机器人的主动、无线控制，显著提高了医用球形微机器人运动的灵活性和安全性。外磁场产生的控制信号是通过上位机发送，通过网络便于实现远程医疗。整个控制系统成本低、便于大规模生产，同时系统在反馈方面的可扩展性强，有助于提高控制的精度和对医用球形微机器人位姿信息的监控。医用球形微机器人远程控制系统有效实现了对胃肠道疾病的诊疗。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于设计一种医用球形微机器人远程控制系统，它可以克服现有技术中存在的不足，是一种结构简单，操作方便，人机对话机能强的远程控制系统，通过医生与患者之间的交流，不仅可以达到有效治疗胃肠道疾病的目的，还可以缓解偏远地区专业医生不足的现实问题。

本实用新型的技术方案：一种医用球形微机器人远程控制系统，其特征在于它包括上位机控制信号发送单元、射频接收单元、控制信号发生单元、状态显示单元和三轴外磁场发生单元；其中，所述射频接收单元的输入端接收上位机控制信号发送单元输出的控制信号，射频接收单元的输出端与控制信号发生单元连接；所述控制信号发生单元可以输出正弦电流信号，作为三轴外磁场发生单元的输入信号；所述三轴外磁场发生单元可以产生空间万向旋转磁场，作为驱动医用球形微机器人的外部驱动源；所述状态显示单元可以实时显示控制信号发生单元输出的正弦电流信号的频率参数。

所述上位机控制信号发送单元是带S键、A键和D键的键盘；其中，所述S键是移位/选位按键；所述A键是频率增加按键；所述D键是频率减小按键；通过按下不同的键可以发出不同的控制信号。

所述射频接收单元由稳压电路和NRF24l01射频电路构成；所述稳压电路输入端接收5V电压信号，输出端OUT+引脚将电压稳定到3.3V；所述稳压电路的OUT+引脚和OUT-引脚分别与NRF24l01射频电路的VCC引脚和GND引脚连接，为NRF24l01射频电路提供有效的工作电源；所述NRF24l01射频电路的IRQ、MISO、MOSI、SCK、CSN、CE引脚依次与STC89C52RC单片机的P1^2～P1^7引脚连接。

所述控制信号发生单元是由AD9959正弦信号发生电路和PA93功率放大电路构成，两者均为常规电路连接；AD9959正弦信号发生电路可以输出频率、相位、幅值参数可以独立调节的四路正弦电流信号，并通过CH0_IOUT、CH1_IOUT、CH2_IOUT、CH3_IOUT、引脚输出；一种医用球形微机器人远程控制系统中使用到了CH0_IOUT、CH1_IOUT、CH2_IOUT、引脚输出的三路正弦电流信号，并将其依次通入三轴外磁场发生单元的X轴、Y轴和Z轴；PA93功率放大电路将AD9959正弦信号发生电路输出的正弦电流信号放大，其中一路PA93功率放大电路的输入引脚-IN、+IN分别与AD9959正弦信号发生电路的CH0_IOUT、连接。