專利名稱：四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于單孔腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)的腕式末端執(zhí)行器，尤其涉及ー種四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活物質(zhì)條件的改善，國人對醫(yī)療品質(zhì)的要求也越來越高，除了相關(guān)醫(yī)療技術(shù)的研究發(fā)展外，醫(yī)療設(shè)備、手術(shù)器械的設(shè)計開發(fā)也是ー項重要的課題，它在醫(yī)學(xué)發(fā)展中有重要的位置。特別在微創(chuàng)外科手術(shù)中，如何進(jìn)ー步減小手術(shù)的創(chuàng)ロ，減少給病人帶來的傷害，進(jìn)而提高醫(yī)療質(zhì)量成為科技工作者的ー個重要任務(wù)。內(nèi)鏡手術(shù)作為ー種重要的微創(chuàng)外科手術(shù)，具有創(chuàng)傷小、可減輕患者痛苦、術(shù)后恢復(fù)快、有利于降低醫(yī)療社會成本等優(yōu)點。單孔腹腔鏡手術(shù)已成為目前開展并增長最快的微創(chuàng) 術(shù)式。從目前的研究來看，現(xiàn)有的腕式末端執(zhí)行器用于做單孔腹腔鏡手術(shù)所存在ー些問題首先，由于該機(jī)構(gòu)是由電機(jī)通過鋼絲拉拽的方式實現(xiàn)運動的，其外部部件很龐大，導(dǎo)致整個系統(tǒng)龐大；其次，器械操作夾角狹小，體外的器械相互干擾狀況無法克服。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行器體積較小，通過電流加熱形狀記憶合金(SMA)絲驅(qū)動，可懸掛在人體腹腔內(nèi)，在單孔腹腔鏡手術(shù)手術(shù)中起到輔助作用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括自前端向后端依次連接的可替換手術(shù)鉗、頂部墊片、第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、中間墊片、第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、轉(zhuǎn)動連接部件、旋轉(zhuǎn)基座、支撐桿，所述轉(zhuǎn)動連接部件與旋轉(zhuǎn)基座之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸承；所述轉(zhuǎn)動連接部件上設(shè)有驅(qū)動絲固定件；所述支撐桿上端設(shè)有驅(qū)動絲連接件，下端設(shè)有底部驅(qū)動絲墊片；該末端執(zhí)行器能實現(xiàn)兩級俯仰、旋轉(zhuǎn)以及可替換手術(shù)鉗開合四個自由度的運動，四個自由度的運動分別通過驅(qū)動絲驅(qū)動，所述驅(qū)動絲為形狀記憶合金絲，所述驅(qū)動絲連接有電流加熱裝置。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于采用形狀記憶合金絲為驅(qū)動絲，可大大減少執(zhí)行器體積，通過電流加熱形狀記憶合金(SMA)絲驅(qū)動，可懸掛在人體腹腔內(nèi)，在單孔腹腔鏡手術(shù)中起到輔助作用。


圖I為本發(fā)明實施例提供的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記的含義I.驅(qū)動絲連接件，2.支撐桿，3.底部驅(qū)動絲墊片，4.可替換手術(shù)鉗，5.頂部墊片，6.第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱，7.中間墊片，8.第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱，9.轉(zhuǎn)動連接部件，10.驅(qū)動絲固定件，11.旋轉(zhuǎn)基座，12.旋轉(zhuǎn)軸承。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)ー步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其較佳的具體實施方式
是包括自前端向后端依次連接的可替換手術(shù)鉗、頂部墊片、第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、中間墊片、第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、轉(zhuǎn)動連接部件、旋轉(zhuǎn)基座、支撐桿，所述轉(zhuǎn)動連接部件與旋轉(zhuǎn)基座之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸承；所述轉(zhuǎn)動連接部件上設(shè)有驅(qū)動絲固定件；所述支撐桿上端設(shè)有驅(qū)動絲連接件，下端設(shè)有底部驅(qū)動絲墊片；該末端執(zhí)行器能實現(xiàn)兩級俯仰、旋轉(zhuǎn)以及可替換手術(shù)鉗開合四個自由度的運動，四個自由度的運動分別通過驅(qū)動絲驅(qū)動，所述驅(qū)動絲為形狀記憶合金絲，所述驅(qū)動絲連接有電流加熱裝置。所述驅(qū)動絲包括兩根ー級俯仰驅(qū)動絲、兩根ニ級俯仰驅(qū)動絲、兩根旋轉(zhuǎn)驅(qū)動絲、一根或兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲。所述兩根ー級俯仰驅(qū)動絲固定在所述頂部墊片上，依次經(jīng)過中間墊片、轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。所述兩根ニ級俯仰驅(qū)動絲固定在所述中間墊片上，依次經(jīng)過轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。所述兩根旋轉(zhuǎn)驅(qū)動絲固定在所述驅(qū)動絲固定件上，井向相反方向分別纏繞在所述轉(zhuǎn)動連接部件的左半柱面和右半柱面上，之后穿過所述旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部，經(jīng)過所述驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。所述ー根或兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲固定在所述手術(shù)鉗的后端，依次經(jīng)過所述頂部墊片、中間墊片、轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上；兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲配合，實現(xiàn)手術(shù)鉗的開合；或一根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲與彈簧配合，實現(xiàn)手術(shù)鉗的開合。本發(fā)明的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，適用于微創(chuàng)單孔腹腔鏡手術(shù)，該執(zhí)行器體積較小，通過電流加熱形狀記憶合金(SMA)絲驅(qū)動，將SMA絲做為驅(qū)動器，在SMA絲溫度升高時，其自身會發(fā)生形變，會產(chǎn)生4 %左右的收縮?？蓱覓煸谌梭w腹腔內(nèi)，在單孔腹腔鏡手術(shù)手術(shù)中起到輔助作用。本發(fā)明
所述俯仰模塊，包括頂部墊片，中間墊片和兩根俯仰向轉(zhuǎn)動軸。通過兩根對抗カ的SMA絲作為驅(qū)動，實現(xiàn)兩級俯仰運動，完成腕式末端執(zhí)行器的俯仰動作。將兩根SMA絲從頂部墊片的兩端穿入，經(jīng)過中間墊片，在轉(zhuǎn)動連接部件處匯合在機(jī)構(gòu)的中空管內(nèi)。經(jīng)過驅(qū)動絲連接件和底部驅(qū)動絲墊片，卡緊在底部驅(qū)動絲墊片上。該兩根絲可以實現(xiàn)腕式末端執(zhí)行器俯仰方向的運動。所述旋轉(zhuǎn)模塊，包括旋轉(zhuǎn)基座和轉(zhuǎn)動連接部件，該兩部件通過軸承連接，并由兩根對抗カ的SMA作為驅(qū)動，實現(xiàn)腕式末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)動作。兩根SMA絲通過在轉(zhuǎn)動連接部件上的驅(qū)動絲固定件，向相反方向延伸，分別纏繞在轉(zhuǎn)動連接部件的左半柱面和右半柱面，之后穿過旋轉(zhuǎn)基座的四個斜孔，匯合在旋轉(zhuǎn)基座的空心管內(nèi)。經(jīng)過驅(qū)動絲連接件和底部驅(qū)動絲墊片，卡緊在底部驅(qū)動絲墊片上。該兩根絲可以實現(xiàn)腕式末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)軸方向的運動。
通過俯仰方向和旋轉(zhuǎn)軸方向的協(xié)調(diào)運動，可以使頂部的手術(shù)鉗靈活的運動在近半球形的可達(dá)空間內(nèi)，并實現(xiàn)手術(shù)鉗的開合。
具體實施例如圖I、圖2所示(圖中未示出多根驅(qū)動絲及其布置)，本實施例提供一種微型的可置于人體內(nèi)的SMA驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行器。俯仰關(guān)節(jié)模塊包括頂部墊片，第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱，中間墊片，第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱，轉(zhuǎn)動連接部件。頂部墊片和中間墊片結(jié)構(gòu)完全一祥，兩個俯仰轉(zhuǎn)動圓柱也完全一祥。在頂部墊片和中間墊片上各有六個小孔，用來通過SMA絲。絲以V形對折，頂點在頂部墊片的兩個孔之間。第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱放置在頂部墊片和中間墊片中間。頂部墊片在SMA絲的驅(qū)動下繞此圓柱軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，完成ー級俯仰運動。第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱放置在中間墊片和轉(zhuǎn)動連接部件中間，中間墊片在SMA絲的進(jìn)一步運動下繞此圓柱軸進(jìn)行ニ級俯仰運動。一級和ニ級俯仰運動共同構(gòu)成腕式末端執(zhí)行器的俯仰向運動。轉(zhuǎn)動連接部件為帶斜孔中空部件。七根SMA絲通過斜孔進(jìn)入轉(zhuǎn)動連接部件中空部位，匯合在中間部分。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊包括轉(zhuǎn)動連接部件,驅(qū)動絲固定件,旋轉(zhuǎn)基座,旋轉(zhuǎn)軸承。驅(qū)動絲固定件擰在轉(zhuǎn)動連接部件上，用來作為SMA絲的V形頂點。轉(zhuǎn)動連接部件通過旋轉(zhuǎn)軸承鏈接在旋轉(zhuǎn)基座上。兩根SMA絲以相反方向分別鉤在兩個驅(qū)動絲固定件上，穿過旋轉(zhuǎn)基座上的斜孔，到達(dá)旋轉(zhuǎn)基座的中空部位。通過兩根SMA驅(qū)動絲的驅(qū)動，實現(xiàn)腕式末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)運動?？商鎿Q手術(shù)鉗，可通過ー根SMA絲和ー個彈簧進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)SMA絲收縮時，手術(shù)鉗閉合，當(dāng)SMA絲伸長，在彈簧的作用下，手術(shù)鉗張開。驅(qū)動絲機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動絲部分包括驅(qū)動絲連接件，支撐桿，底部驅(qū)動絲墊片。共有7 — 10根SMA絲需要繞在驅(qū)動絲機(jī)構(gòu)上。該7 — 10根絲在旋轉(zhuǎn)基座部分已經(jīng)全部都聚合在旋轉(zhuǎn)基座的中空部分，經(jīng)過驅(qū)動絲連接件的中空部分與支撐桿的中空部分，到達(dá)底部驅(qū)動絲墊片。從底部驅(qū)動絲墊片的10個側(cè)孔分別穿出到外部。在外部向上對折，穿過驅(qū)動絲連接件的邊緣孔向底部對折。最終通過微細(xì)管夾緊在底部驅(qū)動絲墊片的底孔部分，并與電線連接，實現(xiàn)對SMA絲的電流加熱，即驅(qū)動。
本發(fā)明在術(shù)時應(yīng)從創(chuàng)ロ處進(jìn)入腹腔內(nèi)部，并鉤掛在人體腹壁上，起到輔助手術(shù)器械的作用，幫助醫(yī)生更方便的完成單孔腹腔鏡手木。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范
圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括自前端向后端依次連接的可替換手術(shù)鉗、頂部墊片、第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、中間墊片、第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、轉(zhuǎn)動連接部件、旋轉(zhuǎn)基座、支撐桿，所述轉(zhuǎn)動連接部件與旋轉(zhuǎn)基座之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸承； 所述轉(zhuǎn)動連接部件上設(shè)有驅(qū)動絲固定件； 所述支撐桿上端設(shè)有驅(qū)動絲連接件，下端設(shè)有底部驅(qū)動絲墊片； 該末端執(zhí)行器能實現(xiàn)兩級俯仰、旋轉(zhuǎn)以及可替換手術(shù)鉗開合四個自由度的運動，四個自由度的運動分別通過驅(qū)動絲驅(qū)動，所述驅(qū)動絲為形狀記憶合金絲，所述驅(qū)動絲連接有電流加熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述驅(qū)動絲包括兩根ー級俯仰驅(qū)動絲、兩根ニ級俯仰驅(qū)動絲、兩根旋轉(zhuǎn)驅(qū)動絲、一根或兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述兩根ー級俯仰驅(qū)動絲固定在所述頂部墊片上，依次經(jīng)過中間墊片、轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述兩根ニ級俯仰驅(qū)動絲固定在所述中間墊片上，依次經(jīng)過轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述兩根旋轉(zhuǎn)驅(qū)動絲固定在所述驅(qū)動絲固定件上，井向相反方向分別纏繞在所述轉(zhuǎn)動連接部件的左半柱面和右半柱面上，之后穿過所述旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部，經(jīng)過所述驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述ー根或兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲固定在所述手術(shù)鉗的后端，依次經(jīng)過所述頂部墊片、中間墊片、轉(zhuǎn)動連接部件和旋轉(zhuǎn)基座內(nèi)部、驅(qū)動絲連接件，并卡緊在所述底部驅(qū)動絲墊片上； 兩根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲配合，實現(xiàn)手術(shù)鉗的開合；或一根可替換手術(shù)鉗開合驅(qū)動絲與彈簧配合，實現(xiàn)手術(shù)鉗的開合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四根形狀記憶合金絲驅(qū)動的腕式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括自前端向后端依次連接的可替換手術(shù)鉗、頂部墊片、第一俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、中間墊片、第二俯仰轉(zhuǎn)動圓柱、轉(zhuǎn)動連接部件、旋轉(zhuǎn)基座、支撐桿，轉(zhuǎn)動連接部件與旋轉(zhuǎn)基座之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸承；轉(zhuǎn)動連接部件上設(shè)有驅(qū)動絲固定件；支撐桿上端設(shè)有驅(qū)動絲連接件，下端設(shè)有底部驅(qū)動絲墊片；該末端執(zhí)行器能實現(xiàn)兩級俯仰、旋轉(zhuǎn)以及可替換手術(shù)鉗開合四個自由度的運動，四個自由度的運動分別通過驅(qū)動絲驅(qū)動，驅(qū)動絲為形狀記憶合金絲，驅(qū)動絲連接有電流加熱裝置?？蓱覓煸谌梭w腹腔內(nèi)，在單孔腹腔鏡手術(shù)中起到輔助作用。
文檔編號A61B17/94GK102846365SQ201210330000
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者劉達(dá), 馬晨, 史震云 申請人:北京航空航天大學(xué)