CN104688329A - 形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，腕式机构通过关节球铰接的固定垫片和末端垫片，分离钳与所述末端垫片耦合，固定垫片通过集线器与操作杆耦合；末端垫片连接有多根形状记忆合金丝，分离钳连接有一根或两根形状记忆合金，形状记忆合金的后端固定在紧固套上并与控制电线连接。采用形状记忆合金驱动，响应快且准确，手术应用稳定并且灵活工作空间大，保证手术的顺利进行。分离钳的加持力可以通过形状记忆合金丝反馈量化控制，手术过程中分离效果好，不会损伤器官。

Description

形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构
技术领域
本发明涉及一种手术器械的腕式末端执行机构，尤其涉及一种形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构。
背景技术
单孔腹腔微创手术因其微创损伤小，出血少，术后恢复快而得到临床医师和患者的共同重视，成为目前世界上开展并增长最快的微创术式。在单孔腹腔微创手术过程中，往往需要对体内进行组织分离，会导致出现人体腹腔内出血。现有技术中，是先用剪刀对组织进行分离，然后用电凝钳进行止血，手术麻烦且时间长，凝血效果不理想。
从目前的研究来看，现有的手术执行机构末端的尺寸偏大、工作空间和灵活性不够，增加了手术创伤和难度。传统的驱动方式不能够满足微创手术器械更简单、更微型的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种响应快且准确，手术应用稳定并且灵活工作空间大的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，包括依次连接的紧固套、操作杆、腕式机构和分离钳；
所述腕式机构通过关节球铰接的固定垫片和末端垫片，所述分离钳与所述末端垫片耦合，所述固定垫片通过集线器与所述操作杆耦合；
所述末端垫片连接有多根第二形状记忆合金丝，所述分离钳连接有一根或两根第一形状记忆合金，所述形状记忆合金的后端固定在所述紧固套上并与控制电线连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，由于采用形状记忆合金驱动，响应快且准确，手术应用稳定并且灵活工作空间大，保证手术的顺利进行。分离钳的加持力可以通过形状记忆合金丝反馈量化控制，手术过程中分离效果好，不会损伤器官。
附图说明
图1为本发明实施例提供的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构的结构示意图；
图2为本发明实施例中腕式机构与分离钳连接示意图；
图3为本发明实施例中分离钳结构示意图；
图4为本发明实施例中腕式机构结构示意图；
图5为本发明实施例中操作杆结构示意图；
图6为本发明实施例中紧固套结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其较佳的具体实施方式是：
包括依次连接的紧固套、操作杆、腕式机构和分离钳；
所述腕式机构通过关节球铰接的固定垫片和末端垫片，所述分离钳与所述末端垫片耦合，所述固定垫片通过集线器与所述操作杆耦合；
所述末端垫片连接有多根第二形状记忆合金丝，所述分离钳连接有一根或两根第一形状记忆合金，所述形状记忆合金的后端固定在所述紧固套上并与控制电线连接。
所述分离钳为可更换的模块部件，包括本体和钳子，所述第一形状记忆合金通过连杆与所述钳子连接，所述连杆与所述本体之间设有弹簧。
所述操作杆包括相互套叠的金属管和PEEK内管，所述PEEK内管采用高强度的轻质医用工程塑料PEEK制作，所述形状记忆合金丝布置于所述PEEK内管内。
所述紧固套包括紧固内套、紧固外套和螺栓座，所述螺栓座连接有预紧螺栓，所述预紧螺栓旋入所述操作杆后端的紧固螺纹中，所述形状记忆合金丝的尾部通过微型不锈钢管套压紧，所述微型不锈钢管套被紧固外套压紧在紧固内套上。
所述形状记忆合金丝为TiNi丝。
所述固定垫片和末端垫片相对的面为锥面。
多根形状记忆合金穿过所述集线器后沿所述关节球圆周均匀分布。
所述腕式机构的弯曲角度为-60°—+60°。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，是一种单孔腹腔微创外科手术器械的腕式末端执行机构，解决了现有手术器械的末端执行机构尺寸和重量大、结构复杂、工作空间和灵活性不够等问题。
本发明的有益效果是：
在单孔腹腔微创手术过程中，方便手术器械的交叉使用，弥补了现有技术的不足。腕式机构可实现两个自由度的弯曲转动，采用形状记忆合金驱动，响应快且准确，手术应用稳定并且灵活工作空间大，保证手术的顺利进行。分离钳的加持力可以通过形状记忆合金丝反馈量化控制，手术过程中分离效果好，不会损伤器官。分离钳拆卸安装方便有利于清洗和消毒处理，且互换性非常好。整体结构设计合理紧密，可实现微型化和轻质化，机构主体采用医用工程塑料制作，可以冲洗消毒或高温消毒。
具体实施例：
如图1至图6所示，包括紧固套1、操作杆2、腕式机构3、分离钳4、集线器5、固定垫片6、关节球7、末端垫片8、第一形状记忆合金丝9、连杆10、弹簧11、钳子12、第二形状记忆合金丝13、金属管14、PEEK内管15、紧固内套16、螺栓座17、紧固螺纹18、紧固外套19、微型不锈钢管套20、预紧螺栓21、控制电线22。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，分离钳4与腕式机构3的末端垫片8耦合，腕式机构3的固定垫片6通过集线器5与操作杆2耦合。电线22与控制系统连接，控制执行机构三个自由度的运动。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，分离钳5由连杆10与弹簧11实现张合，连杆10采用TiNi形状记忆合金丝驱动，实现分离钳4的夹持运动。通过释放弹簧11的弹性势能控制分离钳4的张开运动。从而达到分离钳4的张合自由度。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，腕式机构3由采用斜面设计的固定垫片6和末端垫片8、关节球7、形状记忆合金丝9、13组成。关节垫片的小孔除了穿过分离钳4的驱动TiNi丝9外，还可以穿腕式机构3的驱动TiNi丝13。通过连接四对记忆合金丝与电线22连接，达到联通控制器的效果。在具有记忆性的第一形状记忆合金丝9驱动下，腕式机构3可实现两个自由度的转动。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于操作杆2为多层嵌套设计。金属管14保证操作杆2强度与刚度，易于散热。PEEK内管15采用高强度的轻质医用工程塑料PEEK制作，保证了强度、各个记忆合金丝之间绝缘性并且具有很好的耐腐蚀性。
本发明的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，TiNi形状记忆合金丝作为微型驱动器，可以提供较大的驱动力，同时简化了结构，实现了机构的微型化和轻质化。而且TiNi形状记忆合金丝还具有传感器的反馈作用，可以有效的控制分离钳4的加持力大小和张开幅度以及腕式机构3的弯曲幅度，并通过控制系进行实时反馈控制。
在单孔腹腔微创手术过程中，微创手术机器人夹持操作杆2的末端将该执行机构送往病灶区完成位置定位，控制系统通过对腕式机构3的三对驱动TiNi合金丝13协同控制，实现手术执行机构在手术区域小范围的位置和姿态定位，通过对分离钳4的夹持驱动TiNi合金丝9实现分离钳4的张合的自由度，从而完成人体腹腔内组织器官的手术分离。
以上对本发明实施例及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的某些实施方式，实际的结构和驱动方式并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员或研究工作者受其启示，在不脱离本发明创造的宗旨的情况下，采用其他类似结构或类似驱动方式，或者只是改变杆件尺寸、增加或减少形状记忆合金驱动数量和分布，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构和驱动方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，包括依次连接的紧固套(1)、操作杆(2)、腕式机构(3)和分离钳(4)；
所述腕式机构(3)通过关节球(7)铰接的固定垫片(6)和末端垫片(8)，所述分离钳(4)与所述末端垫片(8)耦合，所述固定垫片(6)通过集线器(5)与所述操作杆(2)耦合；
所述末端垫片(8)连接有多根第二形状记忆合金丝(13)，所述分离钳(4)连接有一根或两根第一形状记忆合金(9)，所述形状记忆合金(9、13)的后端固定在所述紧固套(1)上并与控制电线(22)连接。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述分离钳(4)为可更换的模块部件，包括本体和钳子(12)，所述第一形状记忆合金(9)通过连杆(10)与所述钳子(12)连接，所述连杆(10)与所述本体之间设有弹簧(11)。
3.根据权利要求2所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述操作杆(2)包括相互套叠的金属管(14)和PEEK内管(15)，所述PEEK内管(15)采用高强度的轻质医用工程塑料PEEK制作，所述形状记忆合金丝布置于所述PEEK内管(15)内。
4.根据权利要求3所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述紧固套(1)包括紧固内套(16)、紧固外套(19)和螺栓座(17)，所述螺栓座(17)连接有预紧螺栓(21)，所述预紧螺栓(21)旋入所述操作杆(2)后端的紧固螺纹(18)中，所述形状记忆合金丝(9、13)的尾部通过微型不锈钢管套(20)压紧，所述微型不锈钢管套(20)被紧固外套(19)压紧在紧固内套(16)上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述形状记忆合金丝(9、13)为TiNi丝。
6.根据权利要求5所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述固定垫片(6)和末端垫片(8)相对的面为锥面。
7.根据权利要求6所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，多根形状记忆合金穿过所述集线器(5)后沿所述关节球(7)圆周均匀分布。
8.根据权利要求7所述的形状记忆合金驱动的微创手术腕式末端执行机构，其特征在于，所述腕式机构(3)的弯曲角度为-60°—+60°。
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