CN100553583C

CN100553583C - 微创外科手术用手动微机械手

Info

Publication number: CN100553583C
Application number: CNB2008100647181A
Authority: CN
Inventors: 于凌涛; 张立勋; 赵继亮; 夏振涛; 赵国文
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: CN101292902A

Abstract

本发明提供的是一种微创外科手术用手动微机械手。主要由指尖夹持机构、连接管、预紧套、传动和转换装置、壳体组成；指尖夹持机构包括两个指尖；连接管上设置有预紧轴；传动和转换装置包括底座板，安装在底座板上的两个传动轮悬臂轴、一个旋转和转换按钮，传动轮悬臂轴上设置有传动轮、小齿轮，旋转和转换按钮上安装大齿轮，带有导向槽的齿条套在大齿轮上的轴上，齿条与连杆铰接，连杆与扳手铰接，扳手上设置有扳手转轴。本发明设计的微创外科手术用手动微机械手，不仅具有开合自由度，而且具有俯仰自由度，极大的满足了手术对手术可达空间的需要。并且根据人机工程学的设计，利用了手腕部的旋转自由度，从而使本发明更具实用性。

Description

微创外科手术用手动微机械手

(一)技术领域

本发明涉及一种外科手术用的医疗设备，特别涉及一种具有俯仰自由度的手动微机械手。

(二)背景技术

微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快的特点。它是采用借助先进的手术器械和设备，以很小的创伤完成手术，并且达到很好的疗效。目前国内腹腔手术主要使用的是具有开合和旋转两个自由度的机械手。这种机械手缺少俯仰自由度，而且旋转自由度的控制不能满足人机工程学的要求，因而对手术的操作带来很大的影响。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有俯仰自由度，价格便宜，易于操作，手术开口较小，增加微创手术操作的舒适度，增加手术的成功率，减轻病人痛苦的微创外科手术用手动微机械手。

本发明的目的是这样实现的：

本发明主要由指尖夹持机构、连接管、预紧套、传动和转换装置、壳体组成；指尖夹持机构包括两个指尖；连接管上设置有预紧轴；传动和转换装置包括底座板，安装在底座板上的两个传动轮悬臂轴、一个旋转和转换按钮，传动轮悬臂轴上设置有传动轮、小齿轮，旋转和转换按钮的伸缩轴上安装大齿轮，带有导向槽的齿条套在大齿轮上的轴上，齿条与连杆铰接，连杆与扳手铰接，扳手上设置有扳手转轴；传动和转换装置设置于壳体内，且扳手伸出壳体并通过扳手转轴安装在壳体上；旋转和转换按钮伸出壳体；预紧套安装在壳体上；预紧套套在连接管外；指尖通过连接轴与连接管连接；指尖与传动轮之间连接有驱动绳。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、底板上设置有齿条导向轴，齿条导向轴伸入到齿条的导槽中。

2、所述的旋转和转换按钮由转换按钮、连接于转换按钮上的导向杆、设置于导向杆上的导向套、与导向杆相配合的转子、与转子连接的伸缩轴、套在伸缩轴上的弹簧、安装在导向套上的旋转按钮、通过键与伸缩轴连接的轴向定位板组成，旋转和转换按钮中的伸缩轴通过轴肩轴向定位大齿轮的一侧、另外一侧用大齿轮定位套定位，伸缩轴通过齿条的中心导槽，齿条的一侧用大齿轮定位套做轴向定位、另一侧用齿条定位套筒来限制齿条的轴向移动，同时齿条导向轴也通过齿条的中心导槽。

3、所述的导向杆的一端有三角齿和导向块，另一端光滑。

本发明的微创外科手术用手动微机械手，具有以下特点：

1、具有弯曲自由度，能够俯仰一定的角度。

2、俯仰和夹持自由度的的转换简单方便，易于操作和控制。

3、末端执行机构能实现手术开口控制在6mm以内，从而减轻病人痛苦。

4、传动采用绳传动，从而能实现中心距较远的两轮的传动，且结构简单。

5、采用按钮手动切换俯仰自由度和开合自由的控制，可靠性较高。

6、可以通过预紧套3的连接作用来更换指尖夹持机构1和连接管2，更换上单自由度的末端工具，从而增加本发明的通用性。

7、采用弹性系数K较小的绳，既可以通过拉伸绳长来预紧绳，也可以防止加持力过大，损害肌肉组织。

本发明设计的微创外科手术用手动微机械手，不仅具有开合自由度，而且具有俯仰自由度，极大的满足了手术对手术可达空间的需要。并且根据人机工程学的设计，利用了手腕部的旋转自由度，从而使本发明更具实用性。

(四)附图说明

图1是本发明的整体机构图。

图2是本发明的内部结构图。

图3是传动和转换装置的结构示意图。

图4、5、6是本发明旋转和转换按钮的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明的微创外科手术用手动微机械手主要由指尖夹持机构1、连接管2、预紧套3、传动和转换装置4、壳体5组成。

结合图2，预紧轴2-2固结在连接管2-1的管壁外侧，可在预紧套3的T型槽中移动，当移动到最下端时，所需要的指尖驱动绳(下)1-4、指尖驱动绳(上)1-5的绳长最短，当旋转连接管2-1，使预紧轴2-2卡在预紧套3槽中时，所需绳长较长。

结合图3，传动轮悬臂轴(上)4-18一侧固定于底座板4-1，另一侧利用轴肩轴向定位传动轮(上)4-2，小齿轮(上)4-20与传动轮(上)4-2固结。用小齿轮定位套筒(上)4-19对小齿轮(上)4-20轴向定位。传动轮悬臂轴(下)4-3也采用同样的布局来定位传动轮(下)4-4和小齿轮(下)4-5。

结合图3、图4，旋转和转换按钮4-15中的伸缩轴4-15-8利用轴肩来轴向定位大齿轮4-6的一侧，另外一侧用大齿轮定位套4-23来实现。伸缩轴4-15-8通过齿条4-21的中心槽，齿条4-21的一侧用大齿轮定位套4-23做轴向定位，另一侧用齿条定位套筒4-16来限制齿条4-21的轴向移动。同时齿条导向轴4-17也通过齿条4-21的中心槽，从而使的齿条4-21只能沿着伸缩轴4-15-8和齿条导向轴4-17中心所确定的直线往返移动。扳手4-10，连杆4-12，齿条4-21构成曲柄滑块机构，从而把扳手4-10绕着扳手转动轴4-9的旋转运动转化为齿条4-21沿着4-15-8伸缩轴中心和齿条导向轴4-17中心所确定的直线运动。旋转和转换按钮4-15中的旋转按钮4-15-10与底座板4-1半圆槽配合，从而对旋转和转换按钮4-15双向轴向定位，而固定板4-24与底座板4-1配合，其中的半圆槽与旋转按钮4-15-10配合，从而对旋转和转换按钮4-15进行径向定位。

结合图6，导向杆4-15-2是一端有三角齿和导向块，一端光滑的机构。导向杆4-15-2的无齿端与转换按钮4-15-1单向轴向定位，这样可以使转换按钮4-15-1对导向杆4-15-2产生压力，而不能产生拉力。导向杆4-15-2有6个导向块和6个三角齿，并且导向块对应于齿尖部分。转子4-15-3有3个导向块和6个三角齿，不过每个导向块对应于齿根部分。并且每个导向块前端形状与相应齿根形状对应。导向杆4-15-2的导向块和转子4-15-3的导向块的宽度是相等的。当转子4-15-3的导向块和导向杆4-15-2的导向块在后面提到的导向套4-15-9内槽时，他们的啮合就会有一定的偏角。转子4-15-3的另一端连接有伸缩轴4-15-8，伸缩轴4-15-8用轴肩定位弹簧4-15-4，伸缩轴4-15-8里有键槽，可以安装键4-15-6，轴向定位板4-15-5里同样有键槽，并且轴向定位弹簧4-15-4，从而使得当伸缩轴4-15-8受到转子4-15-3的压力时，弹簧4-15-4被压缩，伸缩轴4-15-8只能直线运动，而不能旋转。

结合图4，轴向定位板4-15-5与旋转按钮4-15-10固联，从而使得旋转按钮4-15-10旋转时，轴向定位板4-15-5旋转，最终使伸缩轴4-15-8旋转。后面提到的导向套4-15-9与旋转按钮4-15-10固联，从而使得导向套4-15-9旋转。

结合图5，导向套4-15-9有6个轴向导向槽，其中三个均布轴向导向槽的厚度为导向套4-15-9壁厚的一半，另外三个等于导向套4-15-9壁厚，且端面有三角齿，轴向导向槽与导向杆4-15-2的导向块始终配合、并可与转子4-15-3的导向块有条件配合。转子4-15-3的三角齿与导向杆4-15-2的三角齿始终啮合。所以当导向套4-15-9旋转时，导向杆4-15-2旋转，从而转子4-15-3旋转。

现在说明本发明的微创外科手术用手动微机械手的动作实施过程：

结合图2：本发明的预紧机构通过指尖驱动绳(上)1-5、指尖驱动绳(下)1-4的弹性来实现的。首先将有足够弹性的指尖驱动绳(上)1-5，指尖驱动绳(下)1-4根据实际情况绕成两个相等的圆环。然后调节预紧轴2-2，使得预紧套3与连接轴1-3的距离最近。接着把指尖驱动绳(上)1-5，指尖驱动绳(下)1-4分别连接传动轮(下)4-4、指尖(下)1-2和传动轮(上)4-2、指尖(上)1-1，最后调节预紧轴2-2，使指尖驱动绳(上)1-5，指尖驱动绳(下)1-4被张紧。

如图2所示，按下转换按钮4-15-1，伸缩轴4-15-8收缩到最短，齿条4-21的两边齿分别与小齿轮(上)4-20和小齿轮(下)4-5啮合。用中指扳手4-10，使其把绕着扳手转动轴4-9的旋转运动转化为齿条4-21沿着4-15-8伸缩轴中心和齿条导向轴4-17中心所确定的直线运动，使的小齿轮(上)4-20和小齿轮(下)4-5两者产生相向或者背向运动，从而带动传动轮(上)4-2和传动轮(下)4-4产生相向或者背向运动，从而使得传动轮(上)4-2和传动轮(下)4-4分别通过指尖驱动绳(上)1-5，指尖驱动绳(下)1-4带动指尖(上)1-1和指尖(下)1-2的轮槽产生相向或者背向的运动，从而使指尖产生开合自由度。

结合图2：再次按下转换按钮4-15-1，伸缩轴4-15-8伸缩到最长，大齿轮4-6分别与小齿轮(上)4-20和小齿轮(下)4-5啮合，用拇指拨动旋转按钮4-15-10，使得大齿轮4-6做相同方向的转动，使得小齿轮(上)4-20和小齿轮(下)4-5都做相反方向的转动，从而带动传动轮(上)4-2和传动轮(下)4-4这两者产生同向运动，从而使得传动轮(上)4-2和传动轮(下)4-4分别通过指尖驱动绳(上)1-5，指尖驱动绳(下)1-4带动指尖(上)1-1和指尖(下)1-2的轮槽产生同向的运动，从而使指尖产生俯仰自由度。

Claims

1、一种微创外科手术用手动微机械手，主要由指尖夹持机构、连接管、预紧套、传动和转换装置、壳体组成；其特征是：指尖夹持机构包括两个指尖；连接管上设置有预紧轴；传动和转换装置包括底座板，安装在底座板上的两个传动轮悬臂轴、一个旋转和转换按钮，传动轮悬臂轴上设置有传动轮、小齿轮，旋转和转换按钮的伸缩轴上安装大齿轮，带有中心槽的齿条套在大齿轮上的轴上，底座板上设置有齿条导向轴，齿条导向轴伸入到齿条的中心槽中，齿条只能沿着伸缩轴和齿条导向轴中心所确定的直线往返移动，齿条与连杆铰接，连杆与扳手铰接，扳手上设置有扳手转轴；传动和转换装置设置于壳体内，且扳手伸出壳体并通过扳手转轴安装在壳体上；旋转和转换按钮伸出壳体；预紧套安装在壳体上；预紧套套在连接管外；指尖通过连接轴与连接管连接；指尖与传动轮之间连接有驱动绳；旋转和转换按钮由转换按钮、连接于转换按钮上的导向杆、设置于导向杆上的导向套、与导向杆相配合的转子、与转子连接的伸缩轴、套在伸缩轴上的弹簧、安装在导向套上的旋转按钮、通过键与伸缩轴连接的轴向定位板组成，旋转和转换按钮中的伸缩轴通过轴肩轴向定位大齿轮的一侧、另外一侧用大齿轮定位套定位，伸缩轴通过齿条的中心槽，齿条的一侧用大齿轮定位套做轴向定位、另一侧用齿条定位套筒来限制齿条的轴向移动，同时所述的齿条导向轴也通过齿条的中心槽；旋转和转换按钮中的旋转按钮与底座板的半圆槽配合、对旋转和转换按钮双向轴向定位，固定板与底座板配合且其半圆槽与旋转按钮配合、对旋转和转换按钮进行径向定位；导向杆是一端有三角齿和导向块、一端光滑的机构，导向杆的无齿端与转换按钮单向轴向定位、使转换按钮对导向杆产生压力而不能产生拉力，导向杆有6个导向块和6个三角齿，并且导向块对应于齿尖部分；转子有3个导向块和6个三角齿，每个导向块对应于齿根部分，并且每个导向块前端形状与相应齿根形状对应；导向杆的导向块和转子的导向块的宽度相等；当转子的导向块和导向杆的导向块在导向套内槽时，他们的啮合有一定的偏角；转子的另一端连接有伸缩轴，伸缩轴用轴肩定位弹簧，伸缩轴里有用于安装键的键槽，轴向定位板里同样有键槽、并且轴向定位板轴向定位弹簧，从而使得当伸缩轴受到转子的压力时，弹簧被压缩，伸缩轴只能直线运动，而不能旋转；轴向定位板与旋转按钮固联，从而使得旋转按钮旋转时，轴向定位板旋转，最终使伸缩轴旋转，导向套与旋转按钮固联，从而使得导向套旋转；导向套有6个轴向导向槽，其中三个均布轴向导向槽的厚度为导向套壁厚的一半，另外三个等于导向套壁厚，且端面有三角齿，轴向导向槽与导向杆的导向块始终配合、并可与转子的导向块有条件配合，转子的三角齿与导向杆的三角齿始终啮合，当导向套旋转时，导向杆旋转，从而转子旋转；按下转换按钮，伸缩轴收缩到最短，齿条的两边齿分别与两个小齿轮啮合；再次按下转换按钮，伸缩轴伸缩到最长，大齿轮分别与两个小齿轮啮合。