RU2086170C1

RU2086170C1 - Трубка для эндоскопии

Info

Publication number: RU2086170C1
Application number: RU94027558A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Юдин; И.А. Краснов; А.И. Сарелайнен; Ю.А. Борисов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU94027558A

Abstract

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению. Решается задача упрощения конструкции трубки, повышения точности ее изготовления, упрощения сборки за счет использования кольцевых элементов одной формы, выполняемых штамповкой. Трубка для эндоскопии содержит управляющие элементы и последовательно соединенные кольцевые элементы, выполненные в виде полых цилиндрических элементов. На поверхности каждого кольцевого элемента выполнены четыре плоские проушины, расположенные в шахматном порядке. Две проушины с одной стороны кольцевого элемента заглублены на толщину материала элемента; между проушинами, расположенными на одной стороне кольцевого элемента, выполнены проемы; в середине боковой поверхности кольцевого элемента, на оси симметрии заглубленных проушин выполнены просечки. Заглубленные проушины четных кольцевых элементов соединены с возможностью поворота относительно друг друга с незаглубленными проушинами нечетных кольцевых элементов. Элементы управления пропущены через просечки кольцевых элементов. В месте перехода цилиндрической части кольцевого элемента в проушины выполнены вырезы. На поверхности кольцевого элемента, на оси симметрии каждой проушины выполнено ребро жесткости основанием к проушине. Ребра жесткости выполнены на четных элементах внутрь, а на нечетных - наружу. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению, в частности, к тем приборам, которые служат для осмотра, терапии или хирургии полых органов и полостей тела в медицине или для осмотра труднодоступных полых пространств в технических изделиях.

Известна трубка для эндоскопа /1/, содержащая гибкие элементы в виде двух ленточных пружин с противоположным направлением навивки, пружины вставлены друг в друга, изгиб пружин осуществляется с помощью двух тросов, проходящих через отверстия на боковых поверхностях соприкасающихся витков, перемещение тросов осуществляется с помощью оплеток Боудена.

Недостатками данной трубки являются малая надежность, обусловленная силами трения между звеньями и заклиниванием шарнирных соединений, срезанием заклепок острыми краями соседних звеньев в шарнирах при длительной эксплуатации, сложность изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является трубка для эндоскопии /2/, состоящая из опирающихся друг на друга кольцевых элементов, выполненных в виде полых цилиндрических или призматических звеньев, одни ограничительные поверхности которых снабжены по меньшей мере двумя подковообразными выступами, кольцевые элементы расположены так, что опорные зубья одного элемента входят в отверстия в подковообразном выступе другого элемента, а тросы управления пропущены через подковообразные выступы.

Недостатками данной трубки для эндоскопии являются: сложность конструкции, обусловленная наличием двух типов кольцевых элементов; отклонения параметров геометрической формы трубки от номинальных значений, возникающие в процессе изготовления кольцевых элементов и сборки из них трубки, что приводит к деформации последней в процессе эксплуатации.

Решается задача упрощения конструкции трубки для эндоскопа путем использования однотипных кольцевых элементов.

Решение указанной задачи достигается тем, что в трубке для эндоскопии, содержащей элементы управления и последовательно соединенные кольцевые элементы, выполненные в виде полых цилиндрических звеньев, дополнительно на цилиндрической поверхности каждого кольцевого элемента с ее обеих сторон выполнены равномерно расположенные друг относительно друга в шахматном порядке четыре плоские проушины; проушины с одной стороны цилиндрической поверхности кольцевого элемента заглублены на толщину материала кольцевого элемента, между проушинами, расположенными на одной стороне кольцевого элемента, выполнены проемы, в середине боковой поверхности кольцевого элемента, на оси симметрии заглубленных проушин выполнены просечки; заглубленные проушины четных кольцевых элементов соединены с возможностью поворота относительно друг друга с незаглубленными проушинами нечетных кольцевых элементов, а управляющие элементы пропущены через просечки кольцевых элементов.

Дополнительно в месте перехода цилиндрической части кольцевого элемента в проушины выполнены вырезы.

Дополнительно вырезы имеют форму полуокружности.

Дополнительно проем выполнен треугольной формы.

Дополнительно на поверхности кольцевого элемента, на оси симметрии проушины выполнено ребро жесткости треугольной формы основанием к проушине, причем ребра жесткости выполнены на четных элементах внутрь, а на нечетных - наружу.

Отличительными признаками предложенного изобретения являются: выполнение на обеих сторонах равномерно расположенных друг относительно друга в шахматном порядке четырех плоских проушин; заглубление проушин с одной стороны цилиндрической поверхности кольцевого элемента на толщину материала; выполнение проемов между проушинами, расположенными на одной стороне цилиндрической поверхности; выполнение в середине боковой поверхности кольцевого элемента на оси симметрии заглубленной проушины просечек; соединение заглубленных проушин четных кольцевых элементов с незаглубленными проушинами нечетных кольцевых элементов с возможностью поворота друг относительно друга; пропуск управляющих элементов через просечки кольцевых элементов.

В известных технических решениях гибкая управляемая трубка для эндоскопа представляет собой набор колец сложной формы, которые изготавливаются с использованием механических операций резания или точения. Чаще всего в одной трубке используют два типа кольца для обеспечения взаимного поворота колец относительно друг друга. Внутри колец устанавливаются направляющие втулки или выступы для расположения гибких управляющих связей (тросов). Втулки также изготавливают с использованием механических операций и устанавливают внутри кольца двумя операциями предварительной фиксацией с помощью плазменной сварки, окончательной фиксацией пайкой. Такой конструкции трубке присущи принципиально общие недостатки независимо от выполняемых функций эндоскопа и диаметра трубки:
значительная сложность и трудоемкость изготовления, возрастающие тем более, чем меньше диаметр трубки;
значительные отклонения параметров геометрической формы колец, возникающие как при выполнении собственно колец, так и при их деформации от нагрева при присоединении направляющих втулок (выступов) для размещения гибких управляющих элементов, что при эксплуатации приводит к возникновению больших взаимных давлений между кольцами, большим усилиям на гибкие управляющие элементы, большому вращательному моменту в устройстве управления, деформации колец, повреждению внутренних коммуникаций;
наличие внутри колец направляющих втулок с малой площадью для контакта с гибкими управляющими связями приводит к критическим радиусам изгибов последних и снижению уровня их надежности;
технология сборки колец, использующая операции сварки и пайки трудоемка и не обеспечивает нужного уровня ремонтопригодности, так как требуется повторить сложные операции, использованные при изготовлении;
сложность изготовления колец, сборки и их трубки в целом практически исключает возможность изготовления тонких и сверхтонких трубок.

В предлагаемом техническом решении все геометрические элементы колец трубки формируются методом плоской штамповки одновременно, что дает следующие преимущества:
обеспечивается отсутствие (сводится к минимуму в соответствии с возможностями процесса штамповки) отклонений параметров геометрической формы элементов колец (проушин, проемов и т.д.) и их взаимного расположения;
все кольца формируются одинаковыми;
для соединения колец с помощью соседних проушин необходимо лишь четные кольца повернуть вокруг продольной оси на 90^o относительно нечетных или наоборот;
формируемые проемы позволяют кольцам взаимно поворачиваться относительно друг друга;
формирование вырезов вблизи проушин исключает возникновение механических напряжений при формировании проушин;
выполнение просечек позволяет формировать гнезда для размещения гибких управляющих элементов с требуемой площадью контакта;
формирование ребра жесткости по оси проушины и вблизи нее обеспечивает жесткость шарнира (соединенных проушин) при их предельных разворотах, обеспечивая сохранение геометрии колец.

Исключение механических операций в процессе изготовления элементов трубки и ее сборки позволяет использовать предлагаемое решение для изготовления тонких и сверхтонких трубок. Следовательно, предлагаемое изобретение удовлетворяет требованиям новизны и соответствует требованиям промышленной применимости.

На фиг. 1 дана трубка для эндоскопии в сборе; на фиг. 2 развертка боковой поверхности кольцевого элемента; на фиг. 3 схема соединения кольцевых элементов.

Гибкая управляемая трубка фиг. 1 содержит последовательно соединенные однотипные кольцевые элементы 1, причем четные кольцевые элементы 1.2, 1.4 и т. д. повернуты относительно нечетных кольцевых элементов 1.1, 1.3, 1.5 и т. д. вокруг продольной оси трубки на 90^o, на цилиндрической поверхности кольцевого элемента 1 с ее обеих сторон выполнены равномерно расположенные друг относительно друга в шахматном порядке четыре плоские проушины 2 с отверстиями 3, т.е. проушины 2.1, 2.2 расположены на одной стороне цилиндрической поверхности кольцевого элемента 1, а проушины 2.3, 2.4 на другой стороне через 90^o и, соответственно, под 90^o по взаимно перпендикулярным направлениям. Необходимо отметить, что на первом кольцевом элементе 1 отсутствуют проушины 2.1, 2.2, а на последнем кольцевом элементе 1 проушины 2.3, 2.4.

Проушины 2.1, 2.2 с одной стороны цилиндрической поверхности кольцевого элемента 1 заглублены на толщину материала кольцевого элемента 1 по отношению к проушинам 2.3, 2.4 с другой стороны кольцевого элемента 1, проушины 2.1, 2.2 нечетных кольцевых элементов 1 (кроме первого) соединены с возможностью поворота друг относительно друга с проушинами 2.3, 2.4 четных кольцевых элементов 1 (кроме последнего) с помощью узла соединяя (например, выполненного в виде шарнира), пропущенного через отверстия 3 двух соответствующих проушин 2. Таким образом, четные кольцевые элементы 1 повернуты относительно нечетных кольцевых элементов 1 вокруг продольной оси трубки на 90^o.

Между проушинами, расположенными на одной стороне кольцевого элемента (2.1 и 2.2, 2.3 и 2.4) выполнены проемы 5 треугольной формы для обеспечения взаимного поворота кольцевых элементов 1 друг относительно друга в собранной трубке при ее изгибе, в месте перехода цилиндрической части кольцевого элемента 1 в проушинах 2 выполнены вырезы 6, например, в форме половины круга для исключения механических напряжений при формировании плоских проушин 2 при изготовлении кольцевых элементов 1, в середине боковой поверхности цилиндрической поверхности кольцевого элемента 1 на одной оси с отверстиями 3 проушин 2.1, 2.2 выполнены технологические просечки 7 для формирования гнезд 8, через которые проходят гибкие управляющие элементы 9 (тросы, ленты, струны и т.п.), которые закреплены в кольце 10 на дистальном конце трубки, пропущены через гнезда 8 и кольцо 11 на другом конце трубки, в кольце 11 закреплены торцы оплеток Боудена (на фиг. 1 не показаны). Управляющие элементы 9 проходят через эти оплетки Боудена к тягам механизма управления (на фиг. 1 этот механизм не показан. Его техническая реализация может быть подобна технической реализации механизма управления по а.с. СССР N 871786, МКИ). На одной оси с отверстием 3 проушина 2. На боковой цилиндрической поверхности кольцевого элемента 1 выполнено ребро жесткости 12 (например, выштамповкой) треугольной формы основанием к отверстию 3, причем через один выполнены внутрь или наружу кольцевого элемента. Если на одной оси с отверстием 3 выполнена просечка 7, то ребро жесткости 12 выполнено между просечкой 7 и отверстием 3, высота ребра жесткости 12 не превышает высоту узла соединения 4. Один конец заготовки кольцевого элемента 1 имеет припуск 13 на величину технологического крепления при формировании кольцевого элемента 1 (например, с помощью заклепок).

На фиг. 2 приведена развертка заготовки боковой поверхности кольцевого элемента 1. Заготовка кольцевого элемента 1 имеет припуск 13 на величину технологического крепления при формировании кольцевого элемента 1 (например, с помощью заклепок (на фиг. 2 заклепки не показаны), пропущенных через отверстия 14.

На фиг. 3 показана схема соединения соседних кольцевых элементов 1 друг с другом с помощью узла соединения 4, выполненного в виде заклепки.

Для повышения надежности работы эндоскопа уменьшают вероятность отрыва управляющих элементов 9 при изгибах трубки за счет выполнения гнезд 8 из материала с низким коэффициентом трения (например, из гетинакса, бронзы для подшипников скольжения) наложением смазочной пленки или использованием материалов (например, напылением) или технологий, обеспечивающих эффект аномально низкого трения. В качестве такого материала может использоваться молибденит (см. Силин А.А. Трение и мы. М. Наука, 1987, с. 109 119).

В исходном состоянии все элементы управления 9 равномерно натянуты.

Трубка для эндоскопии (фиг. 1) работает следующим образом.

С помощью механизма управления перемещают один из управляющих элементов 9 (например, 9) на величину. Это перемещение вызывает одностороннюю деформацию кольцевых элементов 1, что обеспечивает изгиб всей трубки в направлении натяжения элемента 9.1.

Для изгиба трубки в противоположном направлении перемещают другой трос 9.2 этой пары. Аналогичным образом при перемещении пары управляющих тросов 9.3, 9.4 трубка изгибается в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба при перемещении пары тросов 9.1, 9.2. Комбинируя перемещения управляющих элементов, осуществляют панорамный обзор исследуемой полости, т.е. дистальный торец трубки описывает в пространстве кривую.

В результате применения предложенной трубки: упрощается изготовление, ремонт трубки за счет использования кольцевых элементов одной конструкции и исключения операций пайки и сварки; повышается точность изготовления элементов (сводятся до минимума отклонения параметров геометрической формы) за счет использования операций штамповки (см. приложение); увеличивается полезный внутренний объем трубки за счет упрощения конструкции направляющих гнезд для тросов управления; появляется возможность изготовления тонких и сверхтонких трубок за счет формирования всех элементов конструкции штамповкой (см. приложение).

Claims

1. Трубка для эндоскопии, содержащая управляющие элементы и последовательно соединенные кольцевые элементы, выполненные в виде полых цилиндрических звеньев, отличающаяся тем, что на цилиндрической поверхности каждого кольцевого элемента с ее обеих сторон выполнены равномерно расположенные друг относительно друга в шахматном порядке четыре плоские проушины, проушины с одной стороны цилиндрической поверхности заглублены на толщину материала кольцевого элемента, между проушинами, расположенными на одной стороне кольцевого элемента, выполнены два проема, в середине боковой поверхности кольцевого элемента на оси симметрии заглубленных проушин выполнены просечки, заглубленные проушины четных кольцевых элементов соединены с незаглубленными проушинами нечетных кольцевых элементов с возможностью поворота друг относительно друга, а управляющие элементы пропущены через просечки кольцевых элементов.

2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что в месте перехода цилиндрической части кольцевого элемента в проушины выполнены вырезы.

3. Трубка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вырез имеет форму полуокружности.

4. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что проемы выполнены треугольной формы.

5. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности кольцевого элемента на оси симметрии проушины выполнены ребро жесткости треугольной формы основанием к проушине, причем ребра жесткости выполнены на четных элементах внутрь и на нечетных наружу.