一种软轴及其制作方法、手术操作系统与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种软轴及其制作方法、手术操作系统。

背景技术：

软轴是一种扭力传动机构，其轴体可发生一定程度的弯曲，可在发生弯曲的情况下将动力系统向软轴的一端提供的扭力传递至与其另一端相连的设备，该设备即可根据其传导的扭力发生特定的运动。

目前，软轴主要应用于汽车制造领域，其一端连接汽车的变速箱，另一端连接汽车内的里程表，其轴体为一条钢丝芯，外罩一根螺旋软管，钢丝芯可在螺旋软管内发生旋转运动。

但是，应用于汽车制造领域的软轴发生旋转运动的转速较低，当施加到软轴一端的扭力较大，且通过软轴驱动相应设备发生高速旋转运动时，软轴自身容易发生较大程度的变形。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种软轴及其制作方法、手术操作系统，可降低软轴发生变形的程度。

第一方面，本发明实施例提供了一种软轴，包括：

轴体及软管；其中，所述轴体安装在所述软管内；

所述轴体包括：抗拉轴芯以及逐层包裹在所述抗拉轴芯上的至少两个扭力层；

所述扭力层由金属丝围绕所述抗拉轴芯螺旋缠绕的方式形成，相邻两个所述扭力层中金属丝的缠绕方向相反，且相邻两个所述扭力层相接触；

所述轴体的两端分别连接外部动力系统和外部动力转换机构，可在外部动力系统提供的旋转动力下在所述软管内发生旋转运动，并驱动外部动力机构发生旋转运动。

优选地，

所述轴体的两端分别设置有第一连接部和第二连接部；其中，

所述第一连接部和第二连接部包括横截面为非圆形的柱体状结构；

所述第一连接部用于连接外部动力系统，所述第二连接部用于连接外部动力转换机构。

优选地，还包括：两个卡紧机构；其中，

所述两个卡紧机构分别紧固在所述第一连接部和所述第二连接部上，分别用于防止所述第一连接部从外部动力系统脱落，以及防止所述第二连接部从外部动力转换机构脱落。

优选地，

所述金属丝通过牌号为304的不锈钢材料制成；

和/或，

所述软管由碳钢制成。

优选地，

还包括：啮合在所述软管外部的聚氯乙烯塑料管。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于如上述第一方面中任一所述的软轴的制作方法，其特征在于，包括：

利用金属丝以螺旋缠绕的方式在抗拉轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，其中，相邻两个扭力层中金属丝的缠绕方向相反，且相邻两个扭力层相接触；

将轴体安装到软管内，使得轴体可在软管内发生旋转运动。

优选地，所述利用金属丝以螺旋缠绕的方式在轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，进一步包括：

以锻压的方式锻压所述轴体的两端以形成第一连接部和第二连接部，其中，第一连接部和第二连接部是横截面为非圆形的柱体状结构。

优选地，所述以锻压的方式锻压所述轴体的两端以形成第一连接部和第二连接部，进一步包括：

在第一连接部和第二连接部上分别设置一个卡紧机构。

第三方面，本发明实施例提供了一种手术操作系统，包括：

动力系统、动力转换机构，以及如上述第一方面中任一所述的软轴；其中，

所述软轴分别连接所述动力转换机构和所述动力系统；

所述动力系统，用于向所述软轴提供旋转动力以驱动所述软轴发生旋转运动；

所述动力转换机构，与外部手术刀片相连，用于在所述软轴的带动下发生旋转运动，并驱动外部手术刀片发生旋转运动。

优选地，

所述动力转换机构，包括：主动轴、传动轴、主动齿轮、传动齿轮；其中，所述主动齿轮的直径大于所述传动齿轮的直径；

所述主动轴链接所述软轴，可在所述软轴的带动下发生旋转运动；

所述主动齿轮与所述主动轴紧固连接，可在所述主动轴的带动下发生旋转运动；

所述传动齿轮与所述传动轴紧固连接，与所述主动齿轮相啮合，可在所述主动齿轮的带动下发生旋转运动；

所述传动轴连接外部手术刀片，可在所述传动齿轮的带动下驱动外部手术刀片发生旋转运动。

本发明实施例提供了一种软轴及其制作方法，利用金属丝以螺旋缠绕的方式在抗拉轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，相邻两个扭力层中金属丝缠绕方向相反，且相邻两个扭力层相接触，使得轴体在外部动力系统提供的动力下在软管内发生旋转运动以驱动动力转换机构发生旋转运动时，相邻两个扭力层内螺旋缠绕的金属丝中，一层趋于拧松，另一层趋于拧紧，使得相互接触的相邻两个扭力层可相互抵消掉各自的一部分变形量，进而降低软轴发生变形的程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种软轴的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一种软轴的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种软轴的制作方法流程图；

图4是本发明一实施例提供的一种手术操作系统的结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的另一种手术操作系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种软轴，包括：

轴体10及软管20；其中，所述轴体10安装在所述软管20内；

所述轴体10包括：抗拉轴芯102以及逐层包裹在所述抗拉轴芯上的至少两个扭力层101；

所述扭力层101由金属丝围绕所述抗拉轴芯102螺旋缠绕的方式形成，相邻两个所述扭力层101中金属丝的缠绕方向相反，且相邻两个所述扭力层101相接触；

所述轴体10的两端分别连接外部动力系统和外部动力转换机构，可在外部动力系统提供的旋转动力下在所述软管20内发生旋转运动，并驱动外部动力机构发生旋转运动。

本发明上述实施例中，利用金属丝以螺旋缠绕的方式在抗拉轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，相邻两个扭力层中金属丝缠绕方向相反，且相邻两个扭力层相接触，使得轴体在外部动力系统提供的动力下在软管内发生旋转运动以驱动动力转换机构发生旋转运动时，相邻两个扭力层内螺旋缠绕的金属丝中，一层趋于拧松，另一层趋于拧紧，使得相互接触的相邻两个扭力层可相互抵消掉各自的一部分变形量，进而降低软轴发生变形的程度。

本发明一实施例中，软轴根据动力系统提供的旋转动力驱动动力转换机构发生旋转运动时，其主要功能体现在可以绕过障碍物体，使得动力系统和动力转换机构发生旋转运动的轴线可以不再一条直线上，因此，抗拉轴心应能够发生一定程度的弯曲，举例来说，抗拉轴心可以是一条易于发生弯曲，且具备较高抗拉强度的金属丝。

本发明一实施例中，扭力层的数量可根据实际业务场景中轴体需要传递的扭矩来合理设置，扭力层数量越多，且金属丝螺旋缠绕时越加紧密，软轴可传递的扭矩越大；同时，位于轴体最外部的扭力层中金属丝的缠绕方向，应当与轴体在外部动力系统提供的旋转动力下发生旋转运动时对应的旋转方向相反，即轴体最外部的扭力层应当在轴体发生旋转运动时趋于拧紧时，更加有益于降低软轴发生变形的程度。

进一步的，为了使软轴发生旋转运动时对应的旋转速度与动力转换机构中传动轴的旋转速度、动力系统中主动轴的旋转速度保持一致，如图2所示，本发明一个优选实施例中，所述轴体10的两端分别设置有第一连接部103和第二连接部104；其中，

所述第一连接部103和第二连接部104包括横截面为非圆形的柱体状结构；

所述第一连接部103用于连接外部动力系统，所述第二连接部104用于连接外部动力转换机构。

举例来说，第一连接部和第二连接部可以是横截面为四边形、且具备一定长度的柱体状，当然，也可以是三菱柱等其他形状的非圆形柱体，具体可以根据外部动力系统及外部动力转换机构与软轴的连接处的形状结构来确定；通过将非圆形柱体状的第一连接部插入外部动力系统中主动轴上对应形状的连接孔内，使得外部动力系统的主动轴带动软轴发生旋转运动时，软轴与外部动力系统的主动轴不能发生相对转动，软轴与外部动力系统的主动轴能够保持一致的转速值；同理，通过将非圆形柱体状的第二连接部插入外部动力转换机构中传动轴上对应形状的连接孔内，使得软轴带动外部转换机构中传动轴发生旋转运动时，软轴与外部动力系统中传动轴之间不能发生相对转动，软轴与外部动力转换机构的传动轴能够保持一致的转速。

本发明上述实施例中，在轴体的两端设置第一连接部和第二连接部时，可在利用金属丝在周欣赏缠绕出至少两个扭力层之后，将位于轴体两端的不同金属丝焊接到一起，进而对轴体两端处一定长度的轴体进行锻压以形成第一连接部和第二连接部，锻压过程中，可根据外部动力系统和外部动力转换机构分别与软轴的连接处的实际形状结构锻压出对应的柱体，比如横截面为正方形或三角形的柱体状结构。

进一步的，为了防止第一连接部从外部动力系统脱落，以及防止第二连接部从外部动力转换机构脱落，本发明一个优选实施例中，还包括：两个卡紧机构；其中，

所述两个卡紧机构分别紧固在所述第一连接部和所述第二连接部上，分别用于防止所述第一连接部从外部动力系统脱落，以及防止所述第二连接部从外部动力转换机构脱落。

举例来说，如图2所示，第一卡紧机构30可设置在第一连接部103上，位于轴体10与第一连接部103相接处；第二卡紧机构40可设置在第二连接部104上，位于轴体10与第二连接部104相接处，具体地，卡紧机构可以是卡紧圆环、紧固螺母等；相对应的，外部动力系统和外部动力转换机构分别与软轴的连接处均应设置有对应该卡紧机构的卡紧装置，在轴体发生旋转运动时可与卡紧机构产生相互作用力限定轴体不能发生轴向运动。

进一步的，由于软轴在外部动力系统提供的旋转动力下发生旋转运动时，其旋转速度较高，通常会高于2000转/秒，而发生高速旋转运动的物体很容易对与其相接触的人或物理带来较大的损伤；因此，为了避免轴体在外部动力系统提供的旋转动力下发生高速旋转运动时，对业务场景中的人或设备造成损伤，本发明一个优选实施例中，所述软管的两端分别设置有软管接头，分别用于与外部动力系统和外部动力转换机构紧固连接。

举例来说，如图2所示，设置在软管20的第一端的第一软管接头201可与外部动力系统紧固连接；设置在软管20第二端的第二软管接头202可与外部动力转换机构紧固连接；使得轴体10发生旋转运动时，轴体10外部的软管20并不会随之发生旋转运动，提高业务场景的安全性。

需要说明的是，第一软管接头和第二软管接头的形状及结构可以根据外部动力系统和外部动力转换机构与软轴的连接处的具体形状及结构来确定，比如，第一软管接头可以是内壁具有正向螺纹的软管接头，而第二软管接头可以是具有反向螺纹的软管接头，使得软管在向某一特定方向旋转一定角度时，可同时与外部动力系统和外部动力转换机构实现紧固连接。

本发明一个优选实施例中，所述金属丝通过牌号为304的不锈钢材料制成；和/或，所述软管由碳钢制成。

本发明上述实施例中，304不锈钢具有较好的成形性，易于加工成可发生弯曲的金属丝，方便利用可发生弯曲的金属丝围绕轴芯进行螺旋缠绕以构建扭力层；同时，成型后的金属丝稳定性极高，轴体发生高速旋转运动时容易产生较高的热量，自身温度较高，而304不锈钢制成的金属丝耐高温性能较好，确保轴体在进行高速旋转运动时，轴体的材料特性引起的变形程度极低。

本发明上述实施例中，采用碳钢材料制作软管，一方面，软管易于成型，且制成的软管具备较高的可弯曲性能；另一方面，碳钢材料价格较低，采用碳钢材料制作软管，可降低软轴的制作成本。

进一步的，在将软轴应用到手术业务场景时，由于手术业务场景中对卫生条件要求较高，采用碳钢材料等原材料制成的软管容易发生氧化及腐蚀，为了防止软管在发生氧化及腐蚀时，产生的氧化产物和腐蚀产物污染手术业务场景，意外进入患者体内而威胁患者的生命安全，本发明一个优选实施例中，还包括：啮合在所述软管外部的聚氯乙烯塑料管。

需要说明的是，啮合在软管外部的塑料管也可以采用其他物理性能及化学性能均较为稳定的高分子材料，高分子材料因添加有抗氧化助剂等物质而具备较稳定的物理性能和较稳定的化学性能。

如图3所示，本发明实施例提供了一种基于如上述实施例中任一所述软轴的制作方法，包括：

步骤301，利用金属丝以螺旋缠绕的方式在抗拉轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，其中，相邻两个扭力层中金属丝的缠绕方向相反，且相邻两个扭力层相接触；

步骤302，将轴体安装到软管内，使得轴体可在软管内发生旋转运动。

本发明一实施例中，所述利用金属丝以螺旋缠绕的方式在轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，进一步包括：

以锻压的方式锻压所述轴体的两端以形成第一连接部和第二连接部，其中，第一连接部和第二连接部是横截面为非圆形的柱体状结构。

本发明一实施例中，所述以锻压的方式锻压所述轴体的两端以形成第一连接部和第二连接部，进一步包括：

在第一连接部和第二连接部上分别设置一个卡紧机构。

这里，卡紧机构可以是卡紧圆环或紧螺母，通过在第一连接部上焊接或通过其他方式将卡紧圆环或紧固螺母分别紧固到第一连接部和第二连接部即可。

如图4所示，本发明实施例提供了一种手术操作系统，包括：

动力系统401、动力转换机构403，以及如上述实施例中任一所述的软轴402；其中，

所述软轴402分别连接所述动力转换机构403和所述动力系统401；

所述动力系统401，用于向所述软轴402提供旋转动力以驱动所述软轴402发生旋转运动；

所述动力转换机构403，与外部手术刀片相连，用于在所述软轴402的带动下发生旋转运动，并驱动外部手术刀片发生旋转运动。

进一步的，为了提高手术刀片的旋转速度，本发明一个优选实施例中，所述动力转换机构，包括：主动轴4031、传动轴4032、主动齿轮4033、传动齿轮434；其中，所述主动齿轮4033的直径大于所述传动齿轮4034的直径；

所述主动轴4031连接所述软轴402，可在所述软轴402的带动下发生旋转运动；

所述主动齿轮4033与所述主动轴4031紧固连接，可在所述主动轴4031的带动下发生旋转运动；

所述传动齿轮4034与所述传动轴4032紧固连接，与所述主动齿轮4033相啮合，可在所述主动齿轮4033的带动下发生旋转运动；

所述传动轴4032连接外部手术刀片，可在所述传动齿轮4034的带动下驱动外部手术刀片发生旋转运动。

举例来说，软轴以2000转/秒的第一旋转速度驱动主动齿轮以2000转/秒的旋转速度发生旋转运动时，主动齿轮与传动齿轮的半径比为4比1，相应的，主动齿轮每旋转1周时，可驱动传动齿轮旋转4周，即主动齿轮与传动齿轮对应的转速比为1比4，传动齿轮可以8000转/秒的第二旋转速度通过传动轴驱动手术刀片以8000转/秒的旋转速度发生旋转运动。

综上所述，本发明各个实施例至少具有如下有益效果：

1、利用金属丝以螺旋缠绕的方式在抗拉轴芯上缠绕出至少两个扭力层以形成轴体，相邻两个扭力层中金属丝缠绕方向相反，且相邻两个扭力层相接触，使得轴体在外部动力系统提供的动力下在软管内发生旋转运动以驱动动力转换机构发生旋转运动时，相邻两个扭力层内螺旋缠绕的金属丝中，一层趋于拧松，另一层趋于拧紧，使得相互接触的相邻两个扭力层可相互抵消掉各自的一部分变形量，进而降低软轴发生变形的程度。

2、本发明一实施例中，通过在轴体的两端设置非圆形柱体状的第一连接部和第二连接部，在第一连接部和第二连接部上分别设置卡紧机构，使得软轴发生旋转运动时，轴体与动力系统中主动轴之间不会发生相对转动，软轴与动力转换机构中传动轴之间不会发生相对转动，使得软轴发生旋转运动时对应的旋转速度与动力转换机构中传动轴的旋转速度、动力系统中主动轴的旋转速度保持一致；同时，卡紧机构可防止第一连接部从动力系统脱落，以及防止第二连接部从动力转换机构脱落。

3、本发明一实施例中，金属丝通过牌号为304的不锈钢材料制成；304不锈钢具有较好的成形性，易于加工成可发生弯曲的金属丝，方便利用可发生弯曲的金属丝围绕轴芯进行螺旋缠绕以构建扭力层；同时，成型后的金属丝稳定性极高，轴体发生高速旋转运动时容易产生较高的热量，自身温度较高，而304不锈钢制成的金属丝耐高温性能较好，确保轴体在进行高速旋转运动时，轴体的材料特性引起的变形程度极低。

4、本发明一实施例中，采用碳钢材料制作软管，在软管外部啮合聚氯乙烯材质的塑料管；一方面，碳钢材质的软管易于成型，制成的软管具备较高的可弯曲性能，同时，碳钢材料价格较低，可降低软轴的制作成本；另一方面，高分子材料聚氯乙烯制成的塑料管啮合在软管外部，防止软管发生氧化及腐蚀，避免软管因发生氧化或腐蚀而形成的氧化产物及腐蚀产物在手术业务场景中进入患者体内，威胁患者的生命安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。