专利名称：一种显微外科用微机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种显微外科手术中所用医疗设备的零部件。
背景技术：
20世纪90年代初期，医疗外科机器人的研制取得了飞跃性的发展，一批研究成果相继被报道，而显微外科手术机器手是医疗外科机器人研究中的一个重要分支。目前，国内少数科研院所正在开展显微外科手术机器手的研究和开发工作。例如申请号03100038.x的发明专利申请公开了一种显微外科用微机器手，包括本体、指端更换器械、器械卸换机构、器械旋转机构、器械开合机构和器械限位机构；所述器械限位机构包括设置在本体上的限位螺钉和设置在上述法兰上的挡块；所述本体的尾端依靠法兰连接部件与所述器械旋转机构中步进电机连接，所述器械限位机构依靠限位螺钉和挡块与器械旋转机构连接，所述本体的前端依靠轴承部件与所述器械卸换机构连接；所述器械印换机构依靠钢球卡头结构与指端更换器械连接；所述器械旋转机构依靠双弹簧和螺纹副结构与所述器械开合机构连接，从而使器械旋转机构中步进电机的旋转运动转换为器械开合机构中螺杆的直线运动，器械开合机构依靠销连接与指端器械连接，完成指端器械的开合。但是它存在夹持力不能精确调节，体积较大，手术工具无法快速更换和适用的手术工具较少等不足。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种显微外科用微机械手，通过采用扭簧储能机构，保证夹持力的精密调节；本体的内、外套筒间，采用钢珠代替轴承，使微机械手的直径降低，减小微机械手的体积；同时采用传动锷结构，保证手术器械的快速更换；并且可以更换针持、手术刀、手术剪刀和手术镊子等多种手术工具，增加微操作手的功能；从而满足对微机械手在更换速度、体积、功能和夹持力等多方面的要求。
为了解决上述技术问题，本发明的目的可通过下述的技术方案实现一种显微外科用微机械手，包括由外套筒和内套筒构成的本体、设置在本体内套筒尾端内的第一步进电机、设置在本体外套筒尾端的第二步进电机，以及设置在本体外套筒上的第一限位器；所述第二步进电机输出端设置有由依次设置的第二主动法兰、传动块、固定在本体内套筒尾端外侧的内挡环，以及锁定在本体内套筒前端外侧的外挡环、密布在内挡环与本体外套筒之间的第二钢珠和密布在外挡环与本体外套筒之间的第三钢珠所构成的器械旋转机构；所述本体内套筒内设置有凸台，卡住由内套筒前端伸出的支撑管；所述第一步进电机的输出端设置有由在支撑管内依次设置的第一主动法兰、扭转弹簧、第一钢珠、从动管、螺杆、第二销轴、套接在第二销轴上的支撑块，以及第一销轴、外套固定于支撑管上内套固定于从动管上的轴承和内螺纹套所构成的器械开合机构；所述第一步进电机的尾端设置有间隔套；所述内螺纹套设置有沟槽，第一销轴与第二销轴穿过沟槽固定于支撑管上；所述支撑管前端设置有传动锷结构的器械快换机构，由依次设置的抵在支撑块上的压缩弹簧、支撑柱、指端更换工具构成，所述指端更换工具设置有两条连通的互成有60～120度的沟槽；所述第二主动法兰上设置有第二限位器。
所述指端更换工具为针持、或手术刀、或手术镊子、或手术剪刀；所述内螺纹套上的沟槽长15mm～25mm，通常为20mm；所述第一限位器为螺钉，第二限位器为螺钉或挡块；所述间隔套为塑料圆柱套筒。
本发明显微外科用微机械手与现有技术相比具有以下有益效果1.由于本发明在所述器械开合机构中采用扭簧储能机构，第一主动法兰通过扭转弹簧驱动从动管，这里扭转弹簧起到储能作用，以保证夹持力的精密调节，从而使微机械手可以夹持柔软的器官和组织；2.由于本发明在所述器械快换机构中采用传动锷结构，可以保证手术工具的快速更换；3.本发明可以采用多种指端更换工具，包括针持、手术刀、手术镊子和手术剪刀等，从而增加了微机械手的功能；4.本发明本体的内、外套筒间采用钢珠代替轴承，使微机械手的直径由原来的25mm～30mm降为20mm，从而减小了微机械手的体积。
图1是本发明的显微外科用微机械手的结构示意图；图2a是本发明的指端更换工具之一手术剪刀的结构示意图；图2b是本发明的指端更换工具之一手术镊子的结构示意图；图2c是本发明的指端更换工具之一手术刀的结构示意图。
附图标记1——指端更换工具 2——内螺纹套3——第一销轴4——支撑柱 5——压缩弹簧6——支撑块7——螺杆 8——支撑管 9——从动管10——扭转弹簧11——第一主动法兰 12——圆螺母13——外挡环 14——外套筒 15——内套筒16——间隔套 17——内挡环 18——传动块19——第二主动法兰20——过渡法兰 21——弹簧22——弹簧套 32——轴承 35——第一步进电机38——第二步进电机33——第一钢珠 36——第二钢珠45——第二销轴42——第一限位器 43——第二限位器46——第三钢珠31、34、37、39、40、41、44——螺钉61——手术剪刀62——剪刀销轴 63——剪刀快换卡头64——剪刀垫圈65——剪刀弹簧片 66、67——剪刀螺钉71——手术镊子72——镊子销轴 73——镊子快换卡头
74——镊子垫圈 75——镊子弹簧片76、77——镊子螺钉81——手术刀 82——手术刀铆钉83——手术刀快换卡头具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明一种显微外科用微机械手作进一步详细地描述。
在图1中，本发明一种显微外科用微机械手，包括由外套筒14和内套筒15构成的本体、设置在本体内套筒15尾端内的第一步进电机35、由过渡法兰20固定在本体外套筒14尾端的第二步进电机38，以及位于本体外套筒上的第一限位器42；所述第二步进电机38输出端设置有由依次设置的第二主动法兰19、传动块18、固定在本体内套筒尾端外侧的内挡环17，以及由圆螺母12锁定在本体内套筒15前端外侧的外挡环13、密布在内挡环17与本体外套筒14之间的第二钢珠36和密布在外挡环13与本体外套筒14之间的第三钢珠46所构成的器械旋转机构；所述本体内套筒15内设置有凸台，卡住由内套筒前端伸出的支撑管8；所述第一步进电机35的输出端设置有由在支撑管8内依次设置的第一主动法兰11、扭转弹簧10、第一钢珠33、从动管9、螺杆7、第二销轴45、套接在第二销轴45上的支撑块6，以及第一销轴3、外套固定于支撑管上内套固定于从动管上的轴承32和内螺纹套2所构成的器械开合机构；所述第一步进电机35尾端设有间隔套，间隔套为塑料圆柱套筒；所述内螺纹套2设置有长15mm～25mm沟槽，通常为20mm；第一销轴3与第二销轴45穿过沟槽固定于支撑管8上；所述支撑管8前端设置有传动锷结构的器械快换机构，由依次设置的抵在支撑块6上的压缩弹簧5、支撑柱4、指端更换工具1构成；所述第二主动法兰19上设置有第二限位器43，可以采用螺钉或挡块，所述第一限位器可采用螺钉。所述步进电机可以选用为1524系列，其驱动电路采用与所述电机配套的驱动器，例如AD-VL-M或AD-VM-M或AD-CM-M。
本发明所述指端更换工具柄上设置有两条连通的互成有90度的沟槽，所述指端更换工具有以下两种状态所述指端更换工具插入内螺纹套2中，经过顺时针旋转90度后，被支撑柱4和压缩弹簧5将指端更换工具1顶紧固定；或将所述指端更换工具顶入内螺纹套2后，逆时针旋转90度，指端更换工具退出。所述指端更换工具1为针持，也可以使用手术剪刀61、手术刀81或手术镊子71。图2a为手术剪刀结构示意图，包括剪刀销轴62、剪刀快换卡头63、剪刀垫圈64、剪刀弹簧片65和剪刀螺钉66，67；图2b为手术镊子结构示意图，包括镊子销轴72、镊子快换卡头73、镊子垫圈74、镊子弹簧片75和镊子螺钉76，77；图2c为手术刀结构示意图，包括手术刀铆钉82、手术刀快换卡头83。
本发明第一限位器42位于本体外套筒上，第二限位器43位于第二主动法兰19上，所述第二主动法兰19在第二步进电机38驱动下旋转，带动所述第二限位器43一同旋转，由于所述本体外套筒上的第一限位器42与所述第二主动法兰19上第二限位器43的相互位置，所述第二主动法兰旋转不超过360度，从而限制指端工具旋转的角度不超过360度，防止第一步进电机在旋转过程中线路缠绕的问题。
现在以指端更换工具是针持为实施例进一步说明本发明显微外科用微机械手的结构。
针持上面有相互连通的开槽和封闭槽，固定在支撑管8上的第一销轴3可以从开槽进入针持内，并通过旋转90度角运动到封闭槽内，针持的底部与支撑柱4连接，一起被压缩弹簧5顶紧固定，压缩弹簧5的另一端顶在支撑块6上，上述部分均安装在器械开合机构的内螺纹套2中；第一步进电机35与器械开合机构的第一主动法兰11连接，第一主动法兰11与从动管9轴向连接是由第一钢珠33实现，此机构在轴向固定从动管9的同时又保证其自由转动，第一主动法兰11与从动管9转动连接，通过扭转弹簧10实现刚性的传动机构的分离，使夹持动作具有柔性特征，上述部分通过轴承机构32安装于支撑管8中；第二步进电机38与器械旋转机构的第二主动法兰19连接，第二主动法兰19通过传动块18驱动内挡环17旋转，内挡环17与外挡环13将第一步进电机35固定在支撑管8内，其中外挡环13被圆螺母12锁紧，上述部分通过密封的第二钢珠36和第三钢珠46在本体外套筒14中转动。
下面仍以指端更换工具是针持为实施例进一步说明本发明显微外科用微机械手的动作实现的过程。
本发明一种显微外科用微机械手本身的动作主要指端更换工具绕自身轴线的旋转和手术更换工具的开合以符合手术中对指端工具的要求。
微机械手指端部件围绕自身轴线的旋转是由第二步进电机38通过限位器带动第二主动法兰19，第二主动法兰19上有开槽，通过开槽中固定在内挡环17上的传动块18从而带动内挡环17转动，内挡环17和外挡环13与本体外套筒14之间通过密封第二钢珠36与第三钢珠46连接在一起，并能够在本体外套筒14内转动，从而实现了手指末端绕自身轴线的旋转功能。
另外，器械的开合动作由第一步进电机35驱动，第一步进电机35通过紧固螺钉34带动第一主动法兰11转动，第一主动法兰11通过扭转弹簧10驱动从动管9转动，从动管9与螺杆7连接，螺杆7将旋转运动转化为内螺纹套2的直线运动，由于针持位于内螺纹套2内部，通过内螺纹套2的向前直线运动就可以实现针持的闭合动作；针持带有弹簧21和弹簧套22，当内螺纹套2向后直线运动时，由于其自身弹性实现张开动作。
本发明一种显微外科用微机械手主要应用于主从式显微外科手术机器人的末端，在显微外科手术中进行血管缝合等工作。
以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，做出其它实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种显微外科用微机械手，包括由外套筒和内套筒构成的本体、设置在本体内套筒尾端内的第一步进电机、设置在本体外套筒尾端的第二步进电机，以及设置在本体外套筒上的第一限位器，其特征在于，所述第二步进电机输出端设置有由依次设置的第二主动法兰、传动块、固定在本体内套筒尾端外侧的内挡环，以及锁定在本体内套筒前端外侧的外挡环、密布在内挡环与本体外套筒之间的第二钢珠和密布在外挡环与本体外套筒之间的第三钢珠所构成的器械旋转机构；所述本体内套筒内设置有凸台，卡住由内套筒前端伸出的支撑管；所述第一步进电机的输出端设置有由在支撑管内依次设置的第一主动法兰、扭转弹簧、第一钢珠、从动管、螺杆、第二销轴、套接在第二销轴上的支撑块，以及第一销轴、外套固定于支撑管上内套固定于从动管上的轴承和内螺纹套所构成的器械开合机构；所述第一步进电机的尾端设置有间隔套；所述内螺纹套设置有沟槽，第一销轴与第二销轴穿过沟槽固定于支撑管上；所述支撑管前端设置有传动锷结构的器械快换机构，它由依次设置的抵在支撑块上的压缩弹簧、支撑柱、指端更换工具构成，所述指端更换工具设置有两条连通的互成有60～120度的沟槽；所述第二主动法兰上设置有第二限位器。
2.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述指端更换工具为针持、或手术刀、或手术镊子、或手术剪刀。
3.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述内螺纹套上的沟槽长20mm。
4.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述第一限位器为螺钉。
5.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述第二限位器为螺钉或挡块。
6.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述间隔套为圆柱套筒。
7.根据权利要求1所述的一种显微外科用微机械手，其特征在于，所述间隔套为塑料制成。
全文摘要
本发明公开了一种显微外科用微机械手，包括由外套筒和内套筒构成的本体、设置在本体内套筒尾端内的第一步进电机、设置在本体外套筒尾端的第二步进电机，以及设置在本体外套筒上的第一限位器；所述第二步进电机输出端设置有器械旋转机构；所述本体内套筒内设置有凸台，卡住由内套筒前端伸出的支撑管；所述第一步进电机的输出端设置有器械开合机构；所述支撑管前端设置有传动锷结构的器械快换机构；所述第二主动法兰上设置有第二限位器。本发明满足了对微机械手在更换速度、体积、功能和夹持力等多方面的要求，主要应用于主从式显微外科手术机器人的末端，在显微外科手术中进行血管缝合等工作。
文档编号B25J7/00GK1618579SQ200410093829
公开日2005年5月25日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年12月3日
发明者王树新, 丁杰男, 李群志, 员今天, 刘志平 申请人:天津大学