CN102525658A - 微创外科手术用手动三自由度微机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供微创外科手术用手动三自由度微机械手，包括指尖夹持机构、指尖俯仰机构、旋转机构、把手部，指尖夹持机构安装在指尖仰俯机构上，指尖仰俯机构安装在旋转机构上，旋转机构连接把手部，所述的指尖夹持机构包括夹持转轴、复位扭簧、牵引桥、联板、两个夹持钳瓣，两个夹持钳瓣通过复位扭簧安装在一起组成夹持头，联板连接复位扭簧，夹持转轴安装在两个夹持钳瓣的下方，牵引桥连接联板。本发明所设计的微创外科手术用手动三自由度微机械手，具有夹持、俯仰、旋转三个自由度，手指机构的稳定性和灵活性好，结构简单易操作，更能满足目前微创手术的要求。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种外科手术用的医疗设备。
背景技术
与常规开刀手术相比，微创手术在治疗效果、减轻痛苦、恢复周期、医疗成本等方面具有明显优势。它是利用先进的现代医疗器械和相关设备，以微小的创伤进行手术，并能达到出色的治疗效果。目前国内腹腔手术主要使用的手动微机械手仅具有夹持和旋转两个自由度，由于缺少手指的俯仰自由度，对手术的操作的稳定性和精确性的把握带来一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供具有夹持、俯仰、旋转三个自由度，手术开口较小，机构稳定灵活，易操作，且造价低廉的微创外科手术用手动三自由度微机械手。
本发明的目的是这样实现的：
本发明微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：包括指尖夹持机构、指尖俯仰机构、旋转机构、把手部，指尖夹持机构安装在指尖仰俯机构上，指尖仰俯机构安装在旋转机构上，旋转机构连接把手部，所述的指尖夹持机构包括夹持转轴、复位扭簧、牵引桥、联板、两个夹持钳瓣，两个夹持钳瓣通过复位扭簧安装在一起组成夹持头，联板连接复位扭簧，夹持转轴安装在两个夹持钳瓣的下方，牵引桥连接联板。
本发明还可以包括：
1、所述的指尖俯仰机构包括俯仰连接桥、俯仰支架、齿轮、齿条推杆，仰俯连接桥套装在指尖夹持机构上，仰俯支架安装在仰俯连接桥上，齿轮与齿条推杆组成的机构安装在俯仰支架里。
2、所述的旋转机构包括旋转拨盘、联接管、拉杆旋钮、连接过滤件，联接管安装在联接过滤件上并连接指尖俯仰机构，联接过滤件安装在旋转拨盘里，在联接管与联接过滤件连接处设置拉杆旋钮。
3、所述的把手部包括壳体主件、壳体副件、旋转推环、导绳轮、钢丝拉绳，壳体主件和壳体副件组成把手部本体，旋转推环一部分位于把手部本体里，旋转推环其余部分位于把手部本体外，导绳轮固定在把手部本体里，钢丝拉绳缠绕导绳轮上、一端固定在旋转推环上、另一端连接指尖夹持机构的联板。
本发明的优势在于：本发明所设计的微创外科手术用手动三自由度微机械手，具有夹持、俯仰、旋转三个自由度，手指机构的稳定性和灵活性好，结构简单易操作，更能满足目前微创手术的要求。
附图说明
图1是本发明的整体机构图；
图2是本发明的指尖夹持机构正面示意图；
图3是本发明的指尖夹持机构背面示意图；
图4是本发明的指尖俯仰机构侧面示意图；
图5是本发明的指尖俯仰机构正面示意图；
图6是本发明的旋转机构示意图；
图7是本发明的把手部机构示意图。
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1～7，本发明主要由指尖夹持机构1、指尖俯仰机构2、旋转机构3、把手部4构成。
结合图2、3，指尖夹持机构1由夹持钳瓣A1-1、夹持转轴1-2、联板中轴1-3、牵引桥1-4、联接销轴1-5、联板1-6、复位扭簧1-7、夹持钳瓣B1-8组成。复位扭簧的扭矩实现指尖瓣保持夹持状态，指尖瓣的张开则是通过后面提到的钢丝拉绳的拉动，带动联板的协动而实现的。
结合图4、5，指尖俯仰机构2由以下几部分组成：俯仰联接桥2-1、齿条推杆2-2、俯仰支架2-3、齿轮组销轴2-4、俯仰桥销轴2-5、齿轮组2-6、钢丝拉绳2-7。齿轮组则是有两个过渡齿轮2-6-1和一个中齿轮2-6-2组合而成。
结合图6，旋转机构3由联接管3-1、锁紧螺钉3-2、联接过渡件3-3、旋转拨盘3-4、把手过渡套筒3-5、联接钉板3-6、点胶帽3-7、拉杆旋钮3-8、转轴过渡套筒3-9、螺纹齿轮轴3-10组成。联接过渡件3-3与联接管3-1和旋转拨盘3-4联接，把手过渡套筒3-5与壳体主件4-4的联接，都是通过过盈配合实现的。
结合图7，把手部4由导绳轮轴4-1、导绳轮4-2、固定绳套4-3、壳体主件4-4、推环销轴4-5、壳体副件4-6、旋转推环4-7、垫片4-8、螺钉4-9组成。壳体上设有推环销轴4-5的转动限位，防止了钢绳的受力过载。
现在说明本发明的微创外科手术用手动三自由度微机械手的动作实施过程：
夹持钳瓣A1-1和夹持钳瓣B1-8是通过复位扭簧1-7的扭矩使之保持夹持状态，在钢丝拉绳2-7的拉动下带动了两个联板1-6的协动实现指尖的张开，从而实现了指尖的夹持自由度。
拉杆旋钮3-8的转动带动螺纹齿轮轴3-10的转动，并通过齿轮齿条的啮合带动齿条推杆2-2的往复移动，并带动齿轮组2-6的转动，进而带动半齿轮结构的俯仰联接桥2-1转动，从而实现了指尖俯仰机构的俯仰动作。而锁紧螺钉3-2的旋入与旋出则实现了齿条推杆2-2的位置固定，进而锁定了指尖的俯仰位置。
旋转拨盘3-4的旋转带动了装有的指尖夹持机构和俯仰机构的旋转机构的转动，从而实现了旋转自由度。
导绳轮4-2的导引和限位作用使钢丝拉绳2-7在旋转自由度的影响下可以使其中部在管内保持极小范围的摆动，几乎消除了耦合作用的影响。旋转推环4-7在其前推绕推环销轴4-5转动时，带动钢丝拉绳2-7向后移动，实现指尖的张开；壳体主件4-4和壳体副件4-6上设有对旋转推环4-7转动的限位结构，确定了旋转推环4-7转动的极限位置，从而确保钢丝拉绳2-7受力不过载，并消除了指尖由于拉力过大而使其运动遭到破坏的可能性，提高了整体机构的可靠性和稳定性。
采用复位扭簧1-7的弹力提供一定的夹持力，使两个互补的指尖瓣保持夹持状态；牵引桥1-4则将联板和钢丝拉绳2-7连接，实现钢丝拉绳2-7牵引拉动两个交错联板1-6从而使保持夹持状态的指尖瓣张开0°～90°的角度，以满足实际手术的操作需求；保持夹持状态的指尖可以进一步降低医生手术时的疲劳程度，易于手术的进行和开展。
用齿轮齿条传动实现指尖的俯仰自由度，通过齿条推杆2-2的往复运动带动齿轮组2-6的转动，进而带动设计了半齿轮结构的俯仰联接桥2-1，使指尖俯仰角达到-90°～+90°，满足了手术的实际需求；齿条推杆2-2设计了半圆柱的内推杆，可以和联接管3-1的内壁实现良好的面接触，使其传动的稳定性和精度均有较大提高；齿轮组2-6由齿轮组中齿轮2-6-2的两端装入齿轮组过渡齿轮2-6-1实现，且齿轮组中齿轮2-6-2的中部设有过绳槽。
通过联接过渡件3-3将联接管3-1和旋转拨盘3-4连接，旋转拨盘3-4、把手过渡套筒3-5、联接钉板3-6的组合与把手部联接，此二联接实现了旋转自由度；转轴过渡套筒3-9和螺纹齿轮轴3-10装在联接过渡件3-3上，拉杆旋钮3-8旋在螺纹齿轮轴3-10上，并在其螺纹孔内滴入AB复合胶，并装入点胶帽3-7使与螺纹齿轮轴3-10固连，拉杆旋钮3-8的转动将带动齿轮齿条结构实现指尖的俯仰自由度。
导绳轮4-2将绳在手指旋转带动下的自转稳定在较小的范围内，使推环销轴4-5拉动钢丝拉绳2-7时能稳定传导拉力，而指尖的开合动作与旋转无耦合影响；把手部的壳体根据人手形态和操作方式设计，使整个手指操作简单，并根据人手腕部的转动可以使已经具有三个自由度的机械本体在操作时更加灵活。
本发明微创外科手术用手动三自由度微机械手，具有以下特点：
1、本发明的夹持、俯仰、旋转三个自由度的实现机构简单易行，便于操作和控制。
2、本发明的指尖具有俯仰自由度，其俯仰角度可达-90°～+90°。
3、本发明的俯仰动作通过齿轮啮合传动来实现，先通过齿条推杆的往复运动带动齿轮组转动，再带动俯仰联接桥转动进而实现俯仰动作
4、本发明的末端执行机构能在6mm以内的手术开口中进行操作，减轻了病人手术的痛苦。
5、本发明的指尖夹持机构在复位扭簧的扭矩作用下，可保持指尖瓣的夹持状态，方便了医生手术时的操作。
6、本发明的齿条推杆位置固定是通过锁紧螺母的作用力实现的。
7、本发明的传动采用绳传动，利用后端把手部的拉绳动作实现指尖张开，与上述5共同实现指尖的夹持功能，使其结构简单且易于操作。
Claims (5)
1.微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：包括指尖夹持机构、指尖俯仰机构、旋转机构、把手部，指尖夹持机构安装在指尖仰俯机构上，指尖仰俯机构安装在旋转机构上，旋转机构连接把手部，所述的指尖夹持机构包括夹持转轴、复位扭簧、牵引桥、联板、两个夹持钳瓣，两个夹持钳瓣通过复位扭簧安装在一起组成夹持头，联板连接复位扭簧，夹持转轴安装在两个夹持钳瓣的下方，牵引桥连接联板。
2.根据权利要求1所述的微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：所述的指尖俯仰机构包括俯仰连接桥、俯仰支架、齿轮、齿条推杆，仰俯连接桥套装在指尖夹持机构上，仰俯支架安装在仰俯连接桥上，齿轮与齿条推杆组成的机构安装在俯仰支架里。
3.根据权利要求1或2所述的微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：所述的旋转机构包括旋转拨盘、联接管、拉杆旋钮、连接过滤件，联接管安装在联接过滤件上并连接指尖俯仰机构，联接过滤件安装在旋转拨盘里，在联接管与联接过滤件连接处设置拉杆旋钮。
4.根据权利要求1或2所述的微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：所述的把手部包括壳体主件、壳体副件、旋转推环、导绳轮、钢丝拉绳，壳体主件和壳体副件组成把手部本体，旋转推环一部分位于把手部本体里，旋转推环其余部分位于把手部本体外，导绳轮固定在把手部本体里，钢丝拉绳缠绕导绳轮上、一端固定在旋转推环上、另一端连接指尖夹持机构的联板。
5.根据权利要求3所述的微创外科手术用手动三自由度微机械手，其特征是：所述的把手部包括壳体主件、壳体副件、旋转推环、导绳轮、钢丝拉绳，壳体主件和壳体副件组成把手部本体，旋转推环一部分位于把手部本体里，旋转推环其余部分位于把手部本体外，导绳轮固定在把手部本体里，钢丝拉绳缠绕导绳轮上、一端固定在旋转推环上、另一端连接指尖夹持机构的联板。
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