專利名稱：一種顯微外科用微機械手的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療設備，尤其涉及一種顯微外科手術中所用醫療設備的零部件。
背景技術：
20世紀90年代初期，醫療外科機器人的研制取得了飛躍性的發展，一批研究成果相繼被報道，而顯微外科手術機器手是醫療外科機器人研究中的一個重要分支。目前，國內少數科研院所正在開展顯微外科手術機器手的研究和開發工作。例如申請號03100038.x的發明專利申請公開了一種顯微外科用微機器手，包括本體、指端更換器械、器械卸換機構、器械旋轉機構、器械開合機構和器械限位機構；所述器械限位機構包括設置在本體上的限位螺釘和設置在上述法蘭上的擋塊；所述本體的尾端依靠法蘭連接部件與所述器械旋轉機構中步進電機連接，所述器械限位機構依靠限位螺釘和擋塊與器械旋轉機構連接，所述本體的前端依靠軸承部件與所述器械卸換機構連接；所述器械印換機構依靠鋼球卡頭結構與指端更換器械連接；所述器械旋轉機構依靠雙彈簧和螺紋副結構與所述器械開合機構連接，從而使器械旋轉機構中步進電機的旋轉運動轉換為器械開合機構中螺桿的直線運動，器械開合機構依靠銷連接與指端器械連接，完成指端器械的開合。但是它存在夾持力不能精確調節，體積較大，手術工具無法快速更換和適用的手術工具較少等不足。

發明內容
為了克服現有技術中的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種顯微外科用微機械手，通過采用扭簧儲能機構，保證夾持力的精密調節；本體的內、外套筒間，采用鋼珠代替軸承，使微機械手的直徑降低，減小微機械手的體積；同時采用傳動鍔結構，保證手術器械的快速更換；并且可以更換針持、手術刀、手術剪刀和手術鑷子等多種手術工具，增加微操作手的功能；從而滿足對微機械手在更換速度、體積、功能和夾持力等多方面的要求。
為了解決上述技術問題，本發明的目的可通過下述的技術方案實現一種顯微外科用微機械手，包括由外套筒和內套筒構成的本體、設置在本體內套筒尾端內的第一步進電機、設置在本體外套筒尾端的第二步進電機，以及設置在本體外套筒上的第一限位器；所述第二步進電機輸出端設置有由依次設置的第二主動法蘭、傳動塊、固定在本體內套筒尾端外側的內擋環，以及鎖定在本體內套筒前端外側的外擋環、密布在內擋環與本體外套筒之間的第二鋼珠和密布在外擋環與本體外套筒之間的第三鋼珠所構成的器械旋轉機構；所述本體內套筒內設置有凸臺，卡住由內套筒前端伸出的支撐管；所述第一步進電機的輸出端設置有由在支撐管內依次設置的第一主動法蘭、扭轉彈簧、第一鋼珠、從動管、螺桿、第二銷軸、套接在第二銷軸上的支撐塊，以及第一銷軸、外套固定于支撐管上內套固定于從動管上的軸承和內螺紋套所構成的器械開合機構；所述第一步進電機的尾端設置有間隔套；所述內螺紋套設置有溝槽，第一銷軸與第二銷軸穿過溝槽固定于支撐管上；所述支撐管前端設置有傳動鍔結構的器械快換機構，由依次設置的抵在支撐塊上的壓縮彈簧、支撐柱、指端更換工具構成，所述指端更換工具設置有兩條連通的互成有60～120度的溝槽；所述第二主動法蘭上設置有第二限位器。
所述指端更換工具為針持、或手術刀、或手術鑷子、或手術剪刀；所述內螺紋套上的溝槽長15mm～25mm，通常為20mm；所述第一限位器為螺釘，第二限位器為螺釘或擋塊；所述間隔套為塑料圓柱套筒。
本發明顯微外科用微機械手與現有技術相比具有以下有益效果1.由于本發明在所述器械開合機構中采用扭簧儲能機構，第一主動法蘭通過扭轉彈簧驅動從動管，這里扭轉彈簧起到儲能作用，以保證夾持力的精密調節，從而使微機械手可以夾持柔軟的器官和組織；2.由于本發明在所述器械快換機構中采用傳動鍔結構，可以保證手術工具的快速更換；3.本發明可以采用多種指端更換工具，包括針持、手術刀、手術鑷子和手術剪刀等，從而增加了微機械手的功能；4.本發明本體的內、外套筒間采用鋼珠代替軸承，使微機械手的直徑由原來的25mm～30mm降為20mm，從而減小了微機械手的體積。


圖1是本發明的顯微外科用微機械手的結構示意圖；圖2a是本發明的指端更換工具之一手術剪刀的結構示意圖；圖2b是本發明的指端更換工具之一手術鑷子的結構示意圖；圖2c是本發明的指端更換工具之一手術刀的結構示意圖。
附圖標記1——指端更換工具 2——內螺紋套3——第一銷軸4——支撐柱 5——壓縮彈簧6——支撐塊7——螺桿 8——支撐管 9——從動管10——扭轉彈簧11——第一主動法蘭 12——圓螺母13——外擋環 14——外套筒 15——內套筒16——間隔套 17——內擋環 18——傳動塊19——第二主動法蘭20——過渡法蘭 21——彈簧22——彈簧套 32——軸承 35——第一步進電機38——第二步進電機33——第一鋼珠 36——第二鋼珠45——第二銷軸42——第一限位器 43——第二限位器46——第三鋼珠31、34、37、39、40、41、44——螺釘61——手術剪刀62——剪刀銷軸 63——剪刀快換卡頭64——剪刀墊圈65——剪刀彈簧片 66、67——剪刀螺釘71——手術鑷子72——鑷子銷軸 73——鑷子快換卡頭
74——鑷子墊圈 75——鑷子彈簧片76、77——鑷子螺釘81——手術刀 82——手術刀鉚釘83——手術刀快換卡頭具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明一種顯微外科用微機械手作進一步詳細地描述。
在圖1中，本發明一種顯微外科用微機械手，包括由外套筒14和內套筒15構成的本體、設置在本體內套筒15尾端內的第一步進電機35、由過渡法蘭20固定在本體外套筒14尾端的第二步進電機38，以及位于本體外套筒上的第一限位器42；所述第二步進電機38輸出端設置有由依次設置的第二主動法蘭19、傳動塊18、固定在本體內套筒尾端外側的內擋環17，以及由圓螺母12鎖定在本體內套筒15前端外側的外擋環13、密布在內擋環17與本體外套筒14之間的第二鋼珠36和密布在外擋環13與本體外套筒14之間的第三鋼珠46所構成的器械旋轉機構；所述本體內套筒15內設置有凸臺，卡住由內套筒前端伸出的支撐管8；所述第一步進電機35的輸出端設置有由在支撐管8內依次設置的第一主動法蘭11、扭轉彈簧10、第一鋼珠33、從動管9、螺桿7、第二銷軸45、套接在第二銷軸45上的支撐塊6，以及第一銷軸3、外套固定于支撐管上內套固定于從動管上的軸承32和內螺紋套2所構成的器械開合機構；所述第一步進電機35尾端設有間隔套，間隔套為塑料圓柱套筒；所述內螺紋套2設置有長15mm～25mm溝槽，通常為20mm；第一銷軸3與第二銷軸45穿過溝槽固定于支撐管8上；所述支撐管8前端設置有傳動鍔結構的器械快換機構，由依次設置的抵在支撐塊6上的壓縮彈簧5、支撐柱4、指端更換工具1構成；所述第二主動法蘭19上設置有第二限位器43，可以采用螺釘或擋塊，所述第一限位器可采用螺釘。所述步進電機可以選用為1524系列，其驅動電路采用與所述電機配套的驅動器，例如AD-VL-M或AD-VM-M或AD-CM-M。
本發明所述指端更換工具柄上設置有兩條連通的互成有90度的溝槽，所述指端更換工具有以下兩種狀態所述指端更換工具插入內螺紋套2中，經過順時針旋轉90度后，被支撐柱4和壓縮彈簧5將指端更換工具1頂緊固定；或將所述指端更換工具頂入內螺紋套2后，逆時針旋轉90度，指端更換工具退出。所述指端更換工具1為針持，也可以使用手術剪刀61、手術刀81或手術鑷子71。圖2a為手術剪刀結構示意圖，包括剪刀銷軸62、剪刀快換卡頭63、剪刀墊圈64、剪刀彈簧片65和剪刀螺釘66，67；圖2b為手術鑷子結構示意圖，包括鑷子銷軸72、鑷子快換卡頭73、鑷子墊圈74、鑷子彈簧片75和鑷子螺釘76，77；圖2c為手術刀結構示意圖，包括手術刀鉚釘82、手術刀快換卡頭83。
本發明第一限位器42位于本體外套筒上，第二限位器43位于第二主動法蘭19上，所述第二主動法蘭19在第二步進電機38驅動下旋轉，帶動所述第二限位器43一同旋轉，由于所述本體外套筒上的第一限位器42與所述第二主動法蘭19上第二限位器43的相互位置，所述第二主動法蘭旋轉不超過360度，從而限制指端工具旋轉的角度不超過360度，防止第一步進電機在旋轉過程中線路纏繞的問題。
現在以指端更換工具是針持為實施例進一步說明本發明顯微外科用微機械手的結構。
針持上面有相互連通的開槽和封閉槽，固定在支撐管8上的第一銷軸3可以從開槽進入針持內，并通過旋轉90度角運動到封閉槽內，針持的底部與支撐柱4連接，一起被壓縮彈簧5頂緊固定，壓縮彈簧5的另一端頂在支撐塊6上，上述部分均安裝在器械開合機構的內螺紋套2中；第一步進電機35與器械開合機構的第一主動法蘭11連接，第一主動法蘭11與從動管9軸向連接是由第一鋼珠33實現，此機構在軸向固定從動管9的同時又保證其自由轉動，第一主動法蘭11與從動管9轉動連接，通過扭轉彈簧10實現剛性的傳動機構的分離，使夾持動作具有柔性特征，上述部分通過軸承機構32安裝于支撐管8中；第二步進電機38與器械旋轉機構的第二主動法蘭19連接，第二主動法蘭19通過傳動塊18驅動內擋環17旋轉，內擋環17與外擋環13將第一步進電機35固定在支撐管8內，其中外擋環13被圓螺母12鎖緊，上述部分通過密封的第二鋼珠36和第三鋼珠46在本體外套筒14中轉動。
下面仍以指端更換工具是針持為實施例進一步說明本發明顯微外科用微機械手的動作實現的過程。
本發明一種顯微外科用微機械手本身的動作主要指端更換工具繞自身軸線的旋轉和手術更換工具的開合以符合手術中對指端工具的要求。
微機械手指端部件圍繞自身軸線的旋轉是由第二步進電機38通過限位器帶動第二主動法蘭19，第二主動法蘭19上有開槽，通過開槽中固定在內擋環17上的傳動塊18從而帶動內擋環17轉動，內擋環17和外擋環13與本體外套筒14之間通過密封第二鋼珠36與第三鋼珠46連接在一起，并能夠在本體外套筒14內轉動，從而實現了手指末端繞自身軸線的旋轉功能。
另外，器械的開合動作由第一步進電機35驅動，第一步進電機35通過緊固螺釘34帶動第一主動法蘭11轉動，第一主動法蘭11通過扭轉彈簧10驅動從動管9轉動，從動管9與螺桿7連接，螺桿7將旋轉運動轉化為內螺紋套2的直線運動，由于針持位于內螺紋套2內部，通過內螺紋套2的向前直線運動就可以實現針持的閉合動作；針持帶有彈簧21和彈簧套22，當內螺紋套2向后直線運動時，由于其自身彈性實現張開動作。
本發明一種顯微外科用微機械手主要應用于主從式顯微外科手術機器人的末端，在顯微外科手術中進行血管縫合等工作。
以上對本發明及其實施方式的描述是示意性的，沒有限制性。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，做出其它實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種顯微外科用微機械手，包括由外套筒和內套筒構成的本體、設置在本體內套筒尾端內的第一步進電機、設置在本體外套筒尾端的第二步進電機，以及設置在本體外套筒上的第一限位器，其特征在于，所述第二步進電機輸出端設置有由依次設置的第二主動法蘭、傳動塊、固定在本體內套筒尾端外側的內擋環，以及鎖定在本體內套筒前端外側的外擋環、密布在內擋環與本體外套筒之間的第二鋼珠和密布在外擋環與本體外套筒之間的第三鋼珠所構成的器械旋轉機構；所述本體內套筒內設置有凸臺，卡住由內套筒前端伸出的支撐管；所述第一步進電機的輸出端設置有由在支撐管內依次設置的第一主動法蘭、扭轉彈簧、第一鋼珠、從動管、螺桿、第二銷軸、套接在第二銷軸上的支撐塊，以及第一銷軸、外套固定于支撐管上內套固定于從動管上的軸承和內螺紋套所構成的器械開合機構；所述第一步進電機的尾端設置有間隔套；所述內螺紋套設置有溝槽，第一銷軸與第二銷軸穿過溝槽固定于支撐管上；所述支撐管前端設置有傳動鍔結構的器械快換機構，它由依次設置的抵在支撐塊上的壓縮彈簧、支撐柱、指端更換工具構成，所述指端更換工具設置有兩條連通的互成有60～120度的溝槽；所述第二主動法蘭上設置有第二限位器。
2.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述指端更換工具為針持、或手術刀、或手術鑷子、或手術剪刀。
3.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述內螺紋套上的溝槽長20mm。
4.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述第一限位器為螺釘。
5.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述第二限位器為螺釘或擋塊。
6.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述間隔套為圓柱套筒。
7.根據權利要求1所述的一種顯微外科用微機械手，其特征在于，所述間隔套為塑料制成。
全文摘要
本發明公開了一種顯微外科用微機械手，包括由外套筒和內套筒構成的本體、設置在本體內套筒尾端內的第一步進電機、設置在本體外套筒尾端的第二步進電機，以及設置在本體外套筒上的第一限位器；所述第二步進電機輸出端設置有器械旋轉機構；所述本體內套筒內設置有凸臺，卡住由內套筒前端伸出的支撐管；所述第一步進電機的輸出端設置有器械開合機構；所述支撐管前端設置有傳動鍔結構的器械快換機構；所述第二主動法蘭上設置有第二限位器。本發明滿足了對微機械手在更換速度、體積、功能和夾持力等多方面的要求，主要應用于主從式顯微外科手術機器人的末端，在顯微外科手術中進行血管縫合等工作。
文檔編號B25J7/00GK1618579SQ200410093829
公開日2005年5月25日 申請日期2004年12月3日 優先權日2004年12月3日
發明者王樹新, 丁杰男, 李群志, 員今天, 劉志平 申請人:天津大學