专利名称：喉部手术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，尤其涉及一种喉部手术中所用医疗设备的零部件。
背景技术：
中国发明专利03100038.x公开了“一种显微外科用微机械手”，该微机械手包括本体、指端器械机构、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，但是目前该机构仅应用于显微外科，不能完全满足喉部手术的操作要求。国外已经有的外科用微机械手指主要采用压电驱动和记忆合金驱动的方式。采用压电驱动的方式手指张开的角度比较小，同时产生的力比较小，若是要产生相对较大的力，则体积和重量也会很大。采用记忆合金驱动的微机械手指的反应比较慢。而与喉部手术机器人相关的研究刚刚起步，只限于部分理论分析和虚拟仿真的开始阶段。迄今为止，国内还没有用于喉部手术的微机械手。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种喉部手术用微机械手，既满足了对微机械手在尺寸、重量、速度、运动范围和夹持力等方面的要求，同时使得该机构更加适合操作空间狭长、双手协调操作易产生干涉的喉部手术。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明喉部手术用微机械手，包括本体、指端器械机构、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；所述的本体采用套筒结构；所述指端器械机构包括指端部件和支撑管；所述支撑管的一端设置在所述本体套筒前端的孔内；所述器械卸换机构采用钢球卡头结构，其包括多个钢球、操作环、传动套和弹簧，所述传动套前端面上设置有多个孔，所述多个孔的直径与所述钢球的直径吻合，所述多个钢球分别设置在所述多个孔内，所述操作环套在设置有钢球的所述传动套外部；所述器械旋转机构包括步进电机、与所述电机相连的法兰、与所述法兰相连的连接套；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所述述法兰上的挡块；所述器械开合机构包括设置在本体内的步进电机、驱动套、筒形螺母、驱动螺杆；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，其前端依靠轴承部件与所述器械卸换机构中的传动套连接；所述器械卸换机构依靠钢球卡头结构与指端器械机构的支撑管连接；所述器械旋转机构依靠过渡套部件与所述器械开合机构连接，所述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，所述的器械开合机构还包括驱动钢丝、动喉钳体和定喉钳体，所述的驱动钢丝与所述的驱动螺杆相连，所述的定喉钳体通过压盖固定在所述支撑管上，其钳体的前端设置有一销轴，所述的动喉钳体可转动地连接在所述的销轴上，所述驱动钢丝的前端与所述动喉钳体相连，所述的驱动螺杆上设置有导向键，所述的支撑管上开有导向槽，该导向键的形状与该导向槽的形状相适配。
本发明喉部手术用微机械手与现有技术相比具有以下有益效果1.本发明开合、旋转机构前后布置的串型包络布局可以减小手指的径向尺寸，适于狭长空间，易于协调干涉。2.本发明中的喉钳(剪)、销轴和驱动钢丝、螺杆等组成的类曲柄摇杆机构，能够灵活精确地传递运动并且可以得到满足手术要求的张开角度。
图1是本发明喉部手术用微机械手的机构剖视图；图2是本发明装有喉剪的微机械手的指端器械机构及部分开合机构的剖视图；图3是指端器械喉刀结构示意图；图4是指端器械吸引管结构示意图。
下面是本发明说明书附图中主要附图标记的说明1-喉钳体 2-动喉钳体 3-驱动钢丝 4、21——压盖 5、25-支撑管 6-驱动螺杆7-定喉钳体 8-喉刀 9-过渡螺套 10-锁母 11-吸引管 12-转向管 13-吸引头 14-止传销16-操作环 18-圆螺帽 19-密封套 20-止推轴承 22-筒形螺母 23、24-销 26-驱动套 27、33-端面键 28-过渡套 29-传动套 30-本体 31-连接套32-螺尾销 34-挡块 35、36-法兰 44、53-步进电机 46、48、49、50、54、55、56、57-螺钉 60、64-轴承 61、62-挡圈 65-O型环 67-弹簧 68-钢球具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明一种喉部手术用微机械手作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种喉部手术用微机械手包括本体30、指端器械机构、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；所述本体30采用套筒结构；所述指端器械机构包括指端部件和支撑管5；所述指端器械机构的支撑管5一端设置在所述本体30套筒前端的孔内；所述器械卸换机构采用钢球卡头结构，其包括多个钢球68、操作环16、传动套29和弹簧67，所述传动套29前端面上设置有多个孔，所述多个孔的直径与所述钢球68的直径吻合，所述多个钢球68分别设置在所述多个孔内；所述器械旋转机构包括步进电机44、法兰35、连接套31，所述步进电机44通过螺钉48与法兰35连接，所述法兰35通过端面键33与连接套31连接，所述连接套31通过其端面的方齿与传动套29连接，所述器械开合机构包括设置在本体30内的步进电机53、驱动套26、筒形螺母22、驱动螺杆6、驱动钢丝3、动喉钳体2和定喉钳体7，所述步进电机53通过螺钉55与驱动套26连接，所述驱动套依靠销子23和24与筒形螺母22连接，所述筒形螺母22与驱动螺杆6螺纹连接；所述器械限位机构包括设置在本体30上的限位螺钉50和设置在上述法兰35上的挡块34，所述本体30的尾端依靠法兰36连接部件与所述器械旋转机构中步进电机44连接，所述器械限位机构依靠限位螺钉50和挡块34与器械旋转机构连接，所述本体30的前端依靠本体孔内的轴肩和轴承部件与所述器械卸换机构中的传动套29连接，所述轴承部件包括分布在支撑管25两侧的轴承64、0型环65、压盖21、密封套19和圆螺帽18等；所述器械卸换机构依靠钢球卡头结构与指端器械机构连接；所述器械旋转机构依靠过渡套部件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所述器械开合机构中螺杆的直线运动，所述过渡套部件包括过渡套28、螺钉54和55、轴承60和挡圈61和62销钉23和24；所述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，所述指端器械包括喉剪部件、或喉钳部件，所述的喉剪或喉钳部件都有直线型和45°上弯型，区别在于尖端的钳、剪的初始结构形式不同，以便更加轻巧、灵活地完成手术操作。如图3、4所示，喉刀8通过过渡螺套9和锁母10锁死后由压盖4固定在支撑管5上，通过过渡螺套9、锁母10以及喉刀8上的螺纹可对喉刀的操作长度进行适当调整；吸引管11和吸引头13通过两通转向管12连接在一起，再由压盖4固定在支撑管5上。
现在以指端部件是喉钳为实施例进一步说明本发明一种喉部手术用微机械手的结构。如图1所示，定喉钳体7通过压盖4固定在支撑管5上，同时动喉钳体2通过销钉与驱动钢丝3铆接在一起。动喉钳体2通过销轴铆接在喉钳体1的末端，并与之形成完整的喉钳。驱动钢丝3和驱动螺杆6焊接在一起，然后再与筒型螺母22通过螺纹连接在一起。驱动螺杆6上设计有导向键与支撑管5上的导向槽配合使用。筒型螺母22从左边由止推轴承20来支撑，从右端插入了一个驱动销23，所述驱动销23与筒型螺母22通过圆柱销24连接。支撑管5有一部分插入传动套29中，三个钢球68被操作环16封闭在传动套29的孔和支撑管5的槽中，以限制支撑管5相对于传动套29的运动，当向右推操作环16使钢球脱出，则可将支撑管5及筒型螺母22、驱动销23等指端器械卸下，然后快速地换上别的器械，如喉剪等，这样可实现指端器械的快换。驱动销23的六角头装在驱动套26的角孔中，驱动套26由装在步进电机53的轴头上端面键27拨动旋转，驱动套26要旋转所以需要两轴承60支撑。两轴承60装在过渡套28里，过渡套28又与传动套29配合，通过紧固螺钉56固定。步进电机53与传动套29配合，通过紧固螺钉54、57固定在传动套29上。传动套29的左端开有两槽拨动固定在支撑管5的止传销14，带动支撑管5旋转，右端的齿槽与连接套31的齿啮合，实现传动。传动套29的外表面与轴承64配合，轴承64装在本体30的孔中，由圆螺冒18、密封套19、压盖21、O型环65和支撑管25实现固定和密封。连接套31由装在驱动法兰35上的端面键33拨动旋转。驱动法兰35由紧固螺钉48装在步进电机44的轴头上，步进电机44旋转带动其旋转，在驱动法兰35上装有一挡块34与装在本体30上的螺钉50相作用，限制指端旋转的角度不超过360度。步进电机44与过渡法兰36装在一起通过螺钉46装在本体30上实现步进电机44的固定。
下面说明本发明一种喉部手术用微机械手的动作实现的过程。
本发明一种喉部手术用微机械手本身的动作主要指端部件绕自身轴线的旋转和手术器械的开合以符合手术中对指端器械的要求。
微机械手指端部件围绕自身轴线的旋转是由步进电机44通过紧固螺钉48带动驱动法兰35，驱动法兰35上有由螺尾销32固定的端面键33随着法兰35运动，从而带动连接套31，连接套31通过方齿驱动传动套29，传动套29又拨动固定在支撑管5上的止转销14驱动该管，从而实现指端部件的旋转动作。
指端器械的开合由步进电机53驱动，步进电机53通过紧固螺钉55带动端面键27，端面键27拨动驱动套26，驱动套26由其十二角的内孔驱动一六角头驱动销23，六角头驱动销23通过圆柱销24带动筒型螺母22旋转，筒型螺母22与驱动螺杆6装在一起，螺母22的旋转运动通过螺纹变成驱动螺杆6的直线运动，运动方向及准确度由两者上相互配合的导向键和导向槽来保证。钢丝3的末端与动喉钳体2的末端偏置相连，驱动螺杆6的直线运动使得驱动钢丝3通过销钉带动动喉钳体2绕销轴做旋转运动，从而实现喉钳的张开与闭合动作。
下面分别说明本发明一种喉部手术用微机械手中各有关机构或部件的工作原理首先，所述器械快换机构中钢球卡头部件的结构和优选尺寸。在传动套29的前端钻出三个均匀分布的，且直径与钢球68一致的孔，但孔不能钻透，做到钢球68能露出一部分卡到支撑管5尾部的沟槽中，但钢球68放在其中不会掉落，这样当用操作环16将钢球68封住时，由于钢球68对沟槽的限制，使支撑管5不能移动。当要更换手术器械时，推动操作环16压缩弹簧67移动至钢球68脱出，此时支撑管5不再受限制，从而可轻易地拉出原有的器械机构，换上新的手术器械再放开操作环16封住钢球68，这样就可根据需要完成手术器械的快速更换。
其次，所述限制指端器械旋转的角度不超过360度。在驱动法兰35上用螺钉49安装一个挡块34，在本体30上安装一个长螺钉50，当驱动法兰35在步进电机44的驱动下旋转时，挡块34要碰到螺钉50，这样驱动法兰35的旋转就不会超过360度，从而限制指端旋转的角度不超过360度。
在本发明一种喉部手术用微机械手中采用双电机结构来实现指端的转动和手术器械的开合；当然，也不排除只用一个电机配合利用离合器来使一个电机完成上述转动和开合动作的功能，即离合器合时，电机驱动指端转动；离合器开时，电机驱动手术器械开合。另外，所述器械开合机构中的电机驱动是利用螺纹副使螺杆直线运动，但也不排除采用电磁体直接驱动杆移动。
此外，两个步进电机可以采用瑞士ARSAPE公司的产品，型号分别是1020系列和1524系列，驱动电路采用与所述步进电机配套的驱动器，可用的型号分别是AD-VL-M、AD-VM-M、AD-CM-M。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.喉部手术用微机械手，包括本体、指端器械机构、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；所述的本体采用套筒结构；所述指端器械机构包括指端部件和支撑管；所述支撑管的一端设置在所述本体套筒前端的孔内；所述器械卸换机构采用钢球卡头结构，其包括多个钢球、操作环、传动套和弹簧，所述传动套前端面上设置有多个孔，所述多个孔的直径与所述钢球的直径吻合，所述多个钢球分别设置在所述多个孔内，所述操作环套在设置有钢球的所述传动套外部；所述器械旋转机构包括步进电机、与所述电机相连的法兰、与所述法兰相连的连接套；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所述述法兰上的挡块；所述器械开合机构包括设置在本体内的步进电机、驱动套、筒形螺母、驱动螺杆，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，其前端依靠轴承部件与所述器械卸换机构中的传动套连接；所述器械卸换机构依靠钢球卡头结构与指端器械机构的支撑管连接；所述器械旋转机构依靠过渡套部件与所述器械开合机构连接，所述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，其特征在于，所述的器械开合机构还包括驱动钢丝、动喉钳体和定喉钳体，所述的驱动钢丝与所述的驱动螺杆相连，所述的定喉钳体通过压盖固定在所述支撑管上，其钳体的前端设置有一销轴，所述的动喉钳体可转动地连接在所述的销轴上，所述驱动钢丝的前端与所述动喉钳体相连，所述的驱动螺杆上设置有导向键，所述的支撑管上开有导向槽，该导向键的形状与该导向槽的形状相适配。
2.根据权利要求1所述的喉部手术用微机械手，其特征在于所述的指端部件是喉钳、喉剪、夹持钳。
3.根据权利要求2所述的喉部手术用微机械手，其特征在于所述的喉钳或喉剪是直线型或45°上弯型。
全文摘要
本发明公开了喉部手术用微机械手，包括本体、指端器械机构、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；本发明一种喉部手术用微机械手与现有技术相比具有以下有益效果1.本发明开合、旋转机构前后布置的串型包络布局可以减小手指的径向尺寸，适于狭长空间，易于协调干涉。2.本发明中的喉钳(剪)、销轴和驱动钢丝、螺杆等组成的类曲柄摇杆机构，能够灵活精确地传递运动并且可以得到满足手术要求的张开角度。
文档编号A61B17/24GK1730246SQ200510014710
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月4日 优先权日2005年8月4日
发明者王树新, 李群智, 周永春, 丁杰男, 邱波 申请人:天津大学