CN106691593B - 一种用于微创外科手术的微器械夹持机构 - Google Patents
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Abstract
一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，包括由碳纤维管连接的钳爪机构和控制机构，所述钳爪机构包括一对钳爪、顶部与一对钳爪铰接而底部与线筒铰接的中部支撑，所述控制机构通过钢丝绳控制一对钳爪的张开、闭合、同向摆动，控制机构通过钢丝绳控制中部支撑的摆动；所述中部支撑呈圆锥状，侧壁上开设走线沟槽。中部支撑为圆锥状，钢丝绳藏于走线沟槽内，钳爪机构中部无其它器件，保证钳爪机构整体圆滑过渡，无棱角，避免对人体造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及微创外科手术的夹持机构。
背景技术
申请号为201210011813.1的发明专利公开了一种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。上述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。
上述发明专利中，俯仰联接桥2-1呈长方体状，具有棱边，容易对人体造成伤害。
发明内容
本发明所解决的技术问题：现有技术中，微创外科手术用微机械手，其器件的结构设计容易对人体造成伤害。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，包括由碳纤维管连接的钳爪机构和控制机构，所述钳爪机构包括一对钳爪、顶部与一对钳爪铰接而底部与线筒铰接的中部支撑，所述控制机构通过第一组钢丝绳控制一对钳爪的张开、闭合、同向摆动，控制机构通过第二钢丝绳控制中部支撑的摆动；所述中部支撑呈圆锥状，中部支撑的侧壁上开设供第一组钢丝绳通过的走线沟槽。
按上述技术方案，本发明所述微器械夹持机构的工作原理如下：控制机构通过缠绕第一组钢丝绳的方式控制一对钳爪的张开、闭合、同向摆动，以实现一对钳爪的夹持和左右摆动；控制机构通过缠绕第二钢丝绳的方式控制中部支撑的摆动，中部支撑带动一对钳爪前后摆动；中部支撑为圆锥状，第一组钢丝绳藏于中部支撑内凹的走线沟槽内，钳爪机构中部无其它器件，保证钳爪机构整体圆滑过渡，无棱角，避免对人体造成伤害。
所述钳爪机构设有对第一组钢丝绳进行导向的第一组导轮，第一组导轮位于线筒内，可有效地避免第一组导轮对人体造成伤害。
所述线筒内固定设有第一轴和第二轴，第一轴和第二轴上下平行设置；所述中部支撑的底部铰接在第一轴上；所述第一组导轮包括上导轮组和下导轮组，上导轮组铰接在第一轴上，下导轮组铰接在第二轴上。中部支撑的底部呈凸耳状，并伸入线筒内，线筒旋转而第一轴固定，以避免第一轴转动而伤害人体。同理，上导轮组和下导轮组转动而第二轴固定。所述第一组钢丝绳绕过上导轮组后，再切向地经过下导轮组，与控制机构连接，如此设计，可有效避免第一组钢丝绳过度弯折，以延长第一组钢丝绳的使用寿命。
所述一对钳爪中的任一钳爪的根部开设安装槽口，一对钳爪中的任一钳爪的一侧开设径向端子安装孔和第一钢丝绳沟槽，一对钳爪中的任一钳爪的另一侧开设轴向端子安装孔和第二钢丝绳沟槽，第一钢丝绳沟槽的圆心角和第二钢丝绳沟槽的圆心角均小于360度；一对钳爪中的左钳爪和右钳爪交错安装在一起，左钳爪开设轴向端子安装孔的一侧位于右钳爪的安装槽口内。按上述说明，所述左钳爪和右钳爪的结构相同，通过同一轴铰接在中部支撑顶部的U形凹槽内。在中部支撑呈圆锥状的前提下，所述左钳爪和右钳爪的交错安装，使第一组钢丝绳的排布偏向一侧，增大了第一组导轮放置的空间，使得导轮的直径增大，钢丝绳在导轮上缠绕的包角也相继增大，从而延长了钢丝绳的使用寿命，并且提高了钢丝绳的等效许用强度，将微器械夹持机构的使用寿命整体提高。
所述控制机构包括俯仰主动导轮组、左主动导轮组、右主动导轮组；所述第二钢丝绳的中部与中部支撑的底部固定连接，第二钢丝绳的左端逆时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上，第二钢丝绳的右端顺时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上；与右钳爪轴向端子安装孔固定连接的右侧张开钢丝绳逆时针缠绕固定在左主动导轮组上，与右钳爪径向端子安装孔固定连接的右侧闭合钢丝绳顺时针缠绕固定在左主动导轮组上；与左钳爪轴向端子安装孔固定连接的左侧张开钢丝绳逆时针缠绕固定在右主动导轮组上，与左钳爪径向端子安装孔固定连接的左侧闭合钢丝绳顺时针缠绕固定在右主动导轮组上。
按上述说明，俯仰主动导轮组驱动中部支撑作俯仰动作，中部支撑带动一对钳爪作前后摆动。左主动导轮组和右主动导轮组可完成三种组合运动：第一种，左主动导轮组和右主动导轮组同向逆时针旋转；第二种，左主动导轮组和右主动导轮组同向顺时针旋转；第三种，左主动导轮组和右主动导轮组反向旋转，即，左主动导轮组逆时针旋转而右主动导轮组顺时针旋转，或者，左主动导轮组顺时针旋转而右主动导轮组逆时针旋转。上述三种组合运动驱动一对钳爪完成张开动作、闭合动作、同向摆动(左钳爪和右钳爪同向左摆，或，左钳爪和右钳爪同向右摆)。
所述走线沟槽包括位于中部支撑左侧的左侧走线沟槽和位于中部支撑右侧的右侧走线沟槽；与右钳爪轴向端子安装孔固定连接的右侧张开钢丝绳、与左钳爪径向端子安装孔固定连接的左侧闭合钢丝绳位于一对钳爪的前侧，与右钳爪径向端子安装孔固定连接的右侧闭合钢丝绳、与左钳爪轴向端子安装孔固定连接的左侧张开钢丝绳位于一对钳爪的后侧；右侧张开钢丝绳和左侧闭合钢丝绳向下穿过左侧走线沟槽后绕过第一组导轮的左侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的左侧下导轮组，所述右侧张开钢丝绳绕过左侧上导轮组的左内侧上导轮后，再经过左侧下导轮组的左内侧下导轮，所述左侧闭合钢丝绳绕过左侧上导轮组的左外侧上导轮后，再经过左侧下导轮组的左外侧下导轮；右侧闭合钢丝绳和左侧张开钢丝绳向下穿过右侧走线沟槽后绕过第一组导轮的右侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的右侧下导轮组，所述右侧闭合钢丝绳绕过右侧上导轮组的右外侧上导轮后，再经过右侧下导轮组的右外侧下导轮，所述左侧张开钢丝绳绕过右侧上导轮组的右内侧上导轮后，再经过右侧下导轮组的右内侧下导轮。所述中部支撑与第一轴铰接的底部位于左侧上导轮组和右侧上导轮组之间。
本发明所述微器械夹持机构的有益效果在于：
第一，在保证一对钳爪俯仰、偏摆以及夹持自由度的条件下，将对第一组钢丝绳进行导向的第一组导轮置于线筒内，中部支撑为圆锥状，两侧对称有走线沟槽，中部无其它器件，保证钳爪机构整体圆滑过渡，无棱角，避免对人体造成伤害。
第二，通过两侧钳头，即，左钳爪和右钳爪的交错连接，将连接左钳爪和右钳爪的第一组钢丝绳的排布偏向一端，增大了第一组导轮放置的空间，使得导轮的直径增大，钢丝绳在导轮上缠绕的包角也相继增大，从而延长了钢丝绳的使用寿命，并且提高了钢丝绳的等效许用强度，将微器械夹持机构的使用寿命整体提高。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明一种用于微创外科手术的微器械夹持机构的结构示意图；
图2为图1中钳爪机构10的结构示意图；
图3为图2中从后方观察钳爪机构10所得的结构示意图；
图4为图2中从侧面观察钳爪机构10所得的结构示意图；
图5为图2中左钳爪11-1的结构示意图；
图6为图5中从后方观察左钳爪11-1所得的结构示意图；
图7为图2中右钳爪11-2的结构示意图；
图8为图7中从后方观察右钳爪11-2所得的结构示意图；
图9为图1中控制机构30的结构示意图。
图中符号说明：
10、钳爪机构；11、一对钳爪；11-1、左钳爪；11-2、右钳爪；110、安装槽口；111、径向端子安装孔；112、轴向端子安装孔；12、中部支撑；120、走线沟槽；121、第三轴；122、第二钢丝绳端子孔；13、线筒；131、第一轴；132、第二轴；
20、碳纤维管；
30、控制机构；300、机构底板；31、俯仰主动导轮组；32、左主动导轮组；33、右主动导轮组；34、纵向导轮；35、横向导轮；
41、右侧张开钢丝绳；42、右侧闭合钢丝绳；43、左侧张开钢丝绳；44、左侧闭合钢丝绳；45、第二钢丝绳；
511、左内侧上导轮；512、左外侧上导轮；513、右外侧上导轮；514、右内侧上导轮；521、左内侧下导轮；522、左外侧下导轮；523、右外侧下导轮；524、右内侧下导轮。
具体实施方式
如图1，一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，包括由碳纤维管20连接的钳爪机构10和控制机构30。
如图2，所述钳爪机构包括一对钳爪11、顶部与一对钳爪铰接而底部与线筒13铰接的中部支撑12。
结合图5至图8，所述一对钳爪11包括左钳爪11-1和右钳爪11-2，左钳爪11-1和右钳爪11-2中，任一钳爪的根部开设安装槽口110，任一钳爪的一侧开设径向端子安装孔111和第一钢丝绳沟槽，任一钳爪的另一侧开设轴向端子安装孔112和第二钢丝绳沟槽，第一钢丝绳沟槽的圆心角和第二钢丝绳沟槽的圆心角均小于360度。左钳爪11-1和右钳爪11-2交错安装在一起，左钳爪开设轴向端子安装孔的一侧位于右钳爪的安装槽口内。
结合图2至图4，所述中部支撑12呈圆锥状，中部支撑12的上部开设U形槽，U形槽内固定设有第三轴121，中部支撑12的中部锥体对称开设左侧走线沟槽和右侧走线沟槽，中部支撑12的底部开第二钢丝绳端子孔122及导向第二钢丝绳45的沟槽。
结合图2至图4，所述线筒13的上部开设U型槽，线筒13的下部为与碳纤维管20相连配合面。所述线筒13的U型槽内设有对第一组钢丝绳进行导向的第一组导轮；所述线筒13的U型槽内固定设有第一轴131和第二轴132，第一轴和第二轴上下平行设置。所述中部支撑12的底部铰接在第一轴上；所述第一组导轮包括上导轮组和下导轮组，上导轮组铰接在第一轴上，下导轮组铰接在第二轴上。
如图9，所述控制机构30包括安装在机构底板300上的俯仰主动导轮组31、左主动导轮组32、右主动导轮组33，仰主动导轮组31、左主动导轮组32、右主动导轮组33沿机构底板的圆周向均匀分布。机构底板300的中央处设有三对纵向导轮34和三对横向导轮35，三对纵向导轮34和三对横向导轮35均沿圆周向均匀分布。三对纵向导轮位于三对横向导轮的内侧，三对横向导轮位于俯仰主动导轮组31、左主动导轮组32、右主动导轮组33的内侧。
参考图2至图8、图9，所述右钳爪轴向端子安装孔固定连接有右侧张开钢丝绳41，左钳爪径向端子安装孔固定连接有左侧闭合钢丝绳44，右侧张开钢丝绳41和左侧闭合钢丝绳44位于一对钳爪11的前侧；所述右钳爪径向端子安装孔固定连接有右侧闭合钢丝绳42，左钳爪轴向端子安装孔固定连接有左侧张开钢丝绳43，右侧闭合钢丝绳42和左侧张开钢丝绳43位于一对钳爪的后侧。所述中部支撑12的第二钢丝绳端子孔122固定连接第二钢丝绳45的中部。
上述右侧张开钢丝绳41和左侧闭合钢丝绳44向下穿过左侧走线沟槽后绕过第一组导轮的左侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的左侧下导轮组，所述右侧张开钢丝绳绕过左侧上导轮组的左内侧上导轮511后，再经过左侧下导轮组的左内侧下导轮521，所述左侧闭合钢丝绳绕过左侧上导轮组的左外侧上导轮512后，再经过左侧下导轮组的左外侧下导轮522。上述右侧闭合钢丝绳42和左侧张开钢丝绳43向下穿过右侧走线沟槽后绕过第一组导轮的右侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的右侧下导轮组，所述右侧闭合钢丝绳绕过右侧上导轮组的右外侧上导轮513后，再经过右侧下导轮组的右外侧下导轮523，所述左侧张开钢丝绳绕过右侧上导轮组的右内侧上导轮514后，再经过右侧下导轮组的右内侧下导轮524。
上述右侧张开钢丝绳41经第二对纵向导轮和第二对横向导轮后，逆时针缠绕固定在左主动导轮组上，右侧闭合钢丝绳42经第二对纵向导轮和第二对横向导轮后，顺时针缠绕固定在左主动导轮组上。上述左侧张开钢丝绳43经第三对纵向导轮和第三对横向导轮后，逆时针缠绕固定在右主动导轮组上，左侧闭合钢丝绳44经第三对纵向导轮和第三对横向导轮后，顺时针缠绕固定在右主动导轮组上。所述第二钢丝绳的左端经第一对纵向导轮和第一对横向导轮后，逆时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上，第二钢丝绳的右端经第一对纵向导轮和第一对横向导轮后，顺时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上
实际操作中，俯仰主动导轮组31、左主动导轮组32、右主动导轮组33中的被动拨轮因受到驱动装置驱动，在轴向做顺时针、逆时针的旋转，被动拨轮进行旋转时带动顺时针、逆时针固定在其上的相应钢丝绳进行拉紧、放松运动，从而使得左主动导轮组32和右主动导轮组33带动左钳爪11-1和右钳爪11-2完成了前端一对钳爪11的闭合及张开运动，俯仰主动导轮组31带动前端一对钳爪进行俯仰运动，即前后摆动。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，包括由碳纤维管（20）连接的钳爪机构（10）和控制机构（30），所述钳爪机构包括一对钳爪（11）、顶部与一对钳爪铰接而底部与线筒（13）铰接的中部支撑（12），所述控制机构通过第一组钢丝绳控制一对钳爪的张开、闭合、同向摆动，控制机构通过第二钢丝绳（45）控制中部支撑的摆动；其特征在于：所述中部支撑呈圆锥状，中部支撑的侧壁上开设供第一组钢丝绳通过的走线沟槽（120）；
所述钳爪机构（10）设有对第一组钢丝绳进行导向的第一组导轮，第一组导轮位于线筒（13）内；
所述线筒（13）内由远端至近端依次固定设有第一轴（131）和第二轴（132），第一轴和第二轴上下平行设置；
所述中部支撑（12）的底部铰接在第一轴上，中部支撑的底部呈凸耳状；
所述第一组导轮包括上导轮组和下导轮组，上导轮组铰接在第一轴上，下导轮组铰接在第二轴上。
2.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，其特征在于：所述一对钳爪（11）中的任一钳爪的根部开设安装槽口（110），一对钳爪中的任一钳爪的一侧开设径向端子安装孔（111）和第一钢丝绳沟槽，一对钳爪中的任一钳爪的另一侧开设轴向端子安装孔（112）和第二钢丝绳沟槽，第一钢丝绳沟槽的圆心角和第二钢丝绳沟槽的圆心角均小于360度；
一对钳爪中的左钳爪（11-1）和右钳爪（11-2）交错安装在一起，左钳爪开设轴向端子安装孔的一侧位于右钳爪的安装槽口内。
3.如权利要求2所述的一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，其特征在于：所述控制机构（30）包括俯仰主动导轮组（31）、左主动导轮组（32）、右主动导轮组（33）；
所述第二钢丝绳（45）的中部与中部支撑（12）的底部固定连接，第二钢丝绳的左端逆时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上，第二钢丝绳的右端顺时针缠绕固定在俯仰主动导轮组上；
与右钳爪（11-2）轴向端子安装孔固定连接的右侧张开钢丝绳（41）逆时针缠绕固定在左主动导轮组上，与右钳爪（11-2）径向端子安装孔固定连接的右侧闭合钢丝绳（42）顺时针缠绕固定在左主动导轮组上；
与左钳爪（11-1）轴向端子安装孔固定连接的左侧张开钢丝绳（43）逆时针缠绕固定在右主动导轮组上，与左钳爪（11-1）径向端子安装孔固定连接的左侧闭合钢丝绳（44）顺时针缠绕固定在右主动导轮组上。
4.如权利要求2所述的一种用于微创外科手术的微器械夹持机构，其特征在于：所述走线沟槽（120）包括位于中部支撑左侧的左侧走线沟槽和位于中部支撑右侧的右侧走线沟槽；
与右钳爪轴向端子安装孔固定连接的右侧张开钢丝绳（41）、与左钳爪径向端子安装孔固定连接的左侧闭合钢丝绳（44）位于一对钳爪（11）的前侧，与右钳爪径向端子安装孔固定连接的右侧闭合钢丝绳（42）、与左钳爪轴向端子安装孔固定连接的左侧张开钢丝绳（43）位于一对钳爪的后侧；
右侧张开钢丝绳（41）和左侧闭合钢丝绳（44）向下穿过左侧走线沟槽后绕过第一组导轮的左侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的左侧下导轮组，所述右侧张开钢丝绳绕过左侧上导轮组的左内侧上导轮（511）后，再经过左侧下导轮组的左内侧下导轮（521），所述左侧闭合钢丝绳绕过左侧上导轮组的左外侧上导轮（512）后，再经过左侧下导轮组的左外侧下导轮（522）；
右侧闭合钢丝绳（42）和左侧张开钢丝绳（43）向下穿过右侧走线沟槽后绕过第一组导轮的右侧上导轮组，再切向经过第一组导轮的右侧下导轮组，所述右侧闭合钢丝绳绕过右侧上导轮组的右外侧上导轮（513）后，再经过右侧下导轮组的右外侧下导轮（523），所述左侧张开钢丝绳绕过右侧上导轮组的右内侧上导轮（514）后，再经过右侧下导轮组的右内侧下导轮（524）。
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