具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構的製作方法

2024-03-05 13:58:15

專利名稱：具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內窺鏡彎曲機構，屬於醫療內窺鏡技術領域。
背景技術：
內窺鏡是用於對人體胃腸道疾病進行直接檢查、組織採樣和腫瘤切除的一 種常用和可靠的醫療工具。由於人體腸道的彎曲狀況非常複雜，因此迫切需要 一種多關節的、具有力感知功能的、彎曲靈活的內窺鏡彎曲機構。
經對現有的國內外文獻檢索發現，目前的內窺鏡只有其頭端一段的彎曲具 有可控性，其它鏡體部分不具有可控彎曲功能，而是通過鏡體與腸道內壁的接 觸力而被動彎曲的，在腸道疾病檢查過程中此接觸壓力會給病人帶來痛苦。同 時現有的內窺鏡鏡體表面並沒有集成壓力傳感器，無法感知鏡體與腸道壁的接 觸壓力，安全係數不高，接觸壓力過大會造成腸道壁破損，因此有必要針對醫 療內窺鏡設計一種具有力感知功能的、彎曲可控的多關節內窺鏡彎曲機構。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，以解 決現有的醫療內窺鏡只有其頭端一段的彎曲具有可控性，其它鏡體部分不具有 可控彎曲功能，只能通過鏡體與腸道內壁的接觸力而被動彎曲，在腸道疾病檢
查過程中此接觸壓力會造成病人的痛苦；此外，由於現有的內窺鏡鏡體表面未 集成有壓力傳感器，無法感知鏡體與腸道壁的接觸壓力，安全係數不高，接觸 壓力過大會造成腸道壁破損的問題。
本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是本發明的彎曲機構由五段 彎曲單關節段、三十個傳感器、鋼絲編織網和橡膠覆蓋膜組成；每段彎曲單關 節段由多個關節萬向環、多個鉚釘、四個彈簧管、四根多股鋼絲和多個導向座 組成；每個關節萬向環採用不鏽鋼衝壓成型，每個關節萬向環由圓環、兩個第 一連接耳和兩個第二連接耳組成，所述圓環的一側端面上開有兩個第一圓弧形 凹槽，且兩個第一圓弧形凹槽相對於所述圓環的中心軸線對稱設置，圓環的另 一側端面上開有兩個第二圓弧形凹槽，且兩個第二圓弧形凹槽相對於圓環的中心軸線對稱設置，第一圓弧形凹槽設置在兩個第二圓弧形凹槽的中間，每個第 一圓弧形凹槽內設置有一個第一連接耳，第一連接耳的外側面突出於圓環的外 環面，每個第二圓弧形凹槽內設置有一個第二連接耳，第二連接耳的內側面突 出於圓環的內環面，每個圓環的內環面上固接有四個導向座，每個導向座上設 有導向通孔，所述四個導向座沿圓環的圓周方向均勻分布，第一連接耳上設有
第一鉚接 L，第二連接耳上設有第二鉚接孔，相鄰兩個關節萬向環的第一連接 耳的第一鉚接孔與第二連接耳的第二鉚接孔通過鉚釘鉚接，鉚釘與第一連接耳 的第一鉚接孔和第二連接耳的第二鉚接孔間隙配合，每段彎曲單關節段上位於 起始端的關節萬向環上的導向座的導向通孔與彈簧管的一端固接，前一段彎曲 單關節段上位於末端的關節萬向環作為與其相鄰的後一段彎曲單關節段上的 起始端的關節萬向環，每段彎曲單關節段內設置有四根多股鋼絲，每根多股鋼 絲依次穿過所述彎曲單關節段內的彈簧管和相應導向座上的導向通孔與所述 彎曲單關節段上位於末端的圓環固接，所述鋼絲編織網包裹在五段彎曲單關節 段的外表面上，鋼絲編織網的外表面上覆蓋有橡膠覆蓋膜，位於每段彎曲單關 節段中部的橡膠覆蓋膜內的圓周上及位於每段彎曲單關節段末端的橡膠覆蓋 膜內的圓周上各鑲嵌有三個壓力傳感器，三個壓力傳感器在圓周方向間隔120。 均勻分布。
本發明的有益效果是 一、每段彎曲單關節段可以實現兩個自由度彎曲運 動，整個多關節內窺鏡彎曲機構由五段彎曲單關節段串聯構成，通過對鋼絲的 協調驅動可以控制多關節內窺鏡彎曲機構實現共十個自由度的空間複合彎曲 運動。由於在每段單關節彎曲段的中部和末端橡膠覆蓋膜內分別鑲嵌有三個壓 力傳感器，這些壓力傳感器在圓周方向間隔120°均勻分布。整個多關節內窺
鏡彎曲機構表面共鑲嵌有三十個壓力傳感器。從而使整個多關節內窺鏡彎曲機 構在具有靈活的空間複合彎曲能力的同時還具有全方位力感知功能。二、本發 明具有結構簡單、彎曲可控、容易加工、彎曲靈活性高，利用本發明對病人進 行腸道疾病檢査時，可以隨著腸道的複雜彎曲狀況而彎曲，減輕了病人的痛苦。 此外，由於本發明在橡膠覆蓋膜內鑲嵌有三十個壓力傳感器，可以隨時感知與 腸道壁的接觸壓力，安全係數高。三、本發明不僅用於醫用內窺鏡上，還可以 應用到工業內窺鏡上。


圖1是本發明的整體結構軸測圖(為表達清楚，鋼絲編織網2和橡膠覆蓋
膜3進行了局部剖切處理)；圖2是本發明的整體結構主視圖(為表達清楚， 鋼絲編織網2和橡膠覆蓋膜3未畫出)；圖3是關節萬向環的立體圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式的彎曲機 構由五段彎曲單關節段、三十個傳感器1、鋼絲編織網2和橡膠覆蓋膜3組成；
每段彎曲單關節段由多個關節萬向環、多個鉚釘4、四個彈簧管5、四根多股
鋼絲6和多個導向座7組成；每個關節萬向環採用不鏽鋼衝壓成型，每個關節
萬向環由圓環8、兩個第一連接耳9和兩個第二連接耳10組成，所述圓環8 的一側端面上開有兩個第一圓弧形凹槽11，且兩個第一圓弧形凹槽11相對於 所述圓環8的中心軸線對稱設置，圓環8的另一側端面上開有兩個第二圓弧形 凹槽12，且兩個第二圓弧形凹槽12相對於圓環8的中心軸線對稱設置，第一 圓弧形凹槽11設置在兩個第二圓弧形凹槽12的中間，每個第一圓弧形凹槽 11內設置有一個第一連接耳9，第一連接耳9的外側面16突出於圓環8的外 環面，每個第二圓弧形凹槽12內設置有一個第二連接耳10，第二連接耳10 的內側面18突出於圓環8的內環面19，每個圓環8的內環面19上固接有四 個導向座7 (本實施方式採用焊接的連接方式)，每個導向座7上設有導向通 孔13，所述四個導向座7沿圓環8的圓周方向均勻分布，第一連接耳9上設 有第一鉚接孔14，第二連接耳IO上設有第二鉚接孔15，相鄰兩個關節萬向環 的第一連接耳9的第一鉚接孔14與第二連接耳10的第二鉚接孔15通過鉚釘 4鉚接，鉚釘4與第一連接耳9的第一鉚接孔14和第二連接耳10的第二鉚接 孔15間隙配合，每段彎曲單關節段上位於起始端的關節萬向環上的導向座7 的導向通孔13與彈簧管5的一端固接(本實施方式採用焊接的連接方式)，彈 簧管5的另一端與內窺鏡控制端支撐臺固接，前一段彎曲單關節段上位於末端 的關節萬向環作為與其相鄰的後一段彎曲單關節段上的起始端的關節萬向環 (即相鄰兩段彎曲單關節段上的相鄰兩個關節萬向環重合設置)，每段彎曲 單關節段內設置有四根多股鋼絲6，每根多股鋼絲6依次穿過所述彎曲單關節 段內的彈簧管5和相應導向座7上的導向通孔13與所述彎曲單關節段上位於 末端的圓環8固接(本實施方式採用焊接的連接方式)，所述鋼絲編織網2包 裹在五段彎曲單關節段的外表面上，鋼絲編織網2的外表面上覆蓋有橡膠覆蓋膜3，位於每段彎曲單關節段中部的橡膠覆蓋膜3內的圓周上及位於每段彎曲 單關節段末端的橡膠覆蓋膜3內的圓周上各鑲嵌有三個壓力傳感器l，三個壓 力傳感器1在圓周方向間隔120。均勻分布。
具體實施方式
二本實施方式的每段彎曲單關節段的長度為120mm。如 此設置，具有較好的彎曲靈活性。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖3說明本實施方式，本實施方式的每個關節萬向 環上的第一連接耳9的第一鉚接孔13與第二連接耳10的第二鉚接孔15之間 的孔中心距為4.5mm。如此設置，利於安裝，具有較好的彎曲靈活性。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結合圖3說明本實施方式，本實施方式的圓環8的外徑 為12mm、壁厚為0.3mm。如此設置，保證了彎曲機構的整體強度。其它與具 體實施方式三相同。
具體實施方式
五結合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式的導向座 7的外形為圓柱形，導向座7的外徑為1.2mm、內徑為lmm、高為lmm。如 此設置，保證了導向座7的整體強度。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的彈簧管 5為螺旋形狀，彈簧管5的外徑為1.15mm、內徑為0.8mm。如此設置，可以 保證彈簧管5的整體強度，利於多股鋼絲穿過。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式的彎曲機構的外徑為13mm、長度為600mm。 如此設置，可以滿足醫用內窺鏡和工業用內窺鏡的要求。其它與具體實施方式
一或五相同。
工作原理每段彎曲單關節段由四根多股鋼絲進行驅動，這四根鋼絲分為 兩組，通過對每組鋼絲的其中一根施加拉力，即可驅動彎曲機構實現彎曲，彎 曲角度可達180°,由於這兩對多股鋼絲成正交分布，因此通過對兩組鋼絲的 協調驅動，可以使每段彎曲單關節段實現兩自由度彎曲，可以在以關節萬向環 中心為圓心的圓周任意方向進行彎曲。在彎曲過程中，彎曲機構外表面鋼絲編 織網和橡膠覆蓋膜增加了該段彎曲單關節段的彎曲剛度，起著保持整段彎曲單 關節段形狀的功能，使整段彎曲單關節段彎曲成光滑曲線。通過對五段彎曲單 關節段的驅動多股鋼絲進行協調控制，可以實現整個彎曲機構共計十個自由度 的複合彎曲運動，從而可以使整個彎曲機構彎曲成複雜空間曲線，以適應人體腸道的複雜彎曲狀況，減少與腸道壁的接觸壓力，以減輕病人的不適和痛苦。 在彎曲機構表面集成有三十個壓力傳感器，壓力傳感器的壓力值反映了彎曲機 構與腸道壁的接觸壓力，通過三十個壓力傳感器的反饋壓力，可以得出彎曲機 構與腸道壁的全方位接觸狀況，從而可以提高內窺鏡檢査過程中的安全係數。
權利要求
1、一種具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，所述彎曲機構由五段彎曲單關節段、三十個傳感器(1)、鋼絲編織網(2)和橡膠覆蓋膜(3)組成；其特徵在於每段彎曲單關節段由多個關節萬向環、多個鉚釘(4)、四個彈簧管(5)、四根多股鋼絲(6)和多個導向座(7)組成；每個關節萬向環採用不鏽鋼衝壓成型，每個關節萬向環由圓環(8)、兩個第一連接耳(9)和兩個第二連接耳(10)組成，所述圓環(8)的一側端面上開有兩個第一圓弧形凹槽(11)，且兩個第一圓弧形凹槽(11)相對於所述圓環(8)的中心軸線對稱設置，圓環(8)的另一側端面上開有兩個第二圓弧形凹槽(12)，且兩個第二圓弧形凹槽(12)相對於圓環(8)的中心軸線對稱設置，第一圓弧形凹槽(11)設置在兩個第二圓弧形凹槽(12)的中間，每個第一圓弧形凹槽(11)內設置有一個第一連接耳(9)，第一連接耳(9)的外側面(16)突出於圓環(8)的外環面，每個第二圓弧形凹槽(12)內設置有一個第二連接耳(10)，第二連接耳(10)的內側面(18)突出於圓環(8)的內環面(19)，每個圓環(8)的內環面(19)上固接有四個導向座(7)，每個導向座(7)上設有導向通孔(13)，所述四個導向座(7)沿圓環(8)的圓周方向均勻分布，第一連接耳(9)上設有第一鉚接孔(14)，第二連接耳(10)上設有第二鉚接孔(15)，相鄰兩個關節萬向環的第一連接耳(9)的第一鉚接孔(14)與第二連接耳(10)的第二鉚接孔(15)通過鉚釘(4)鉚接，鉚釘(4)與第一連接耳(9)的第一鉚接孔(14)和第二連接耳(10)的第二鉚接孔(15)間隙配合，每段彎曲單關節段上位於起始端的關節萬向環上的導向座(7)的導向通孔(13)與彈簧管(5)的一端固接，彈簧管(5)的另一端與內窺鏡控制端支撐臺固接，前一段彎曲單關節段上位於末端的關節萬向環作為與其相鄰的後一段彎曲單關節段上的起始端的關節萬向環，每段彎曲單關節段內設置有四根多股鋼絲(6)，每根多股鋼絲6依次穿過所述彎曲單關節段內的彈簧管(5)和相應導向座(7)上的導向通孔(13)與所述彎曲單關節段上位於末端的圓環(8)固接，所述鋼絲編織網(2)包裹在五段彎曲單關節段的外表面上，鋼絲編織網(2)的外表面上覆蓋有橡膠覆蓋膜(3)，位於每段彎曲單關節段中部的橡膠覆蓋膜(3)內的圓周上及位於每段彎曲單關節段末端的橡膠覆蓋膜(3)內的圓周上各鑲嵌有三個壓力傳感器(1)，三個壓力傳感器(1)在圓周方向間隔120°均勻分布。
2、 根據權利要求1所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，其 特徵在於所述每段彎曲單關節段的長度為120mm。
3、 根據權利要求1或2所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構， 其特徵在於所述每個關節萬向環上的第一連接耳(9)的第一鉚接孔(13) 與第二連接耳(10)的第二鉚接孔(15)之間的孔中心距為4.5mm。
4、 根據權利要求3所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，其 特徵在於所述圓環(8)的外徑為12mm、壁厚為0.3mm。
5、 根據權利要求1所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，其 特徵在於所述導向座(7)的外形為圓柱形，導向座(7)的外徑為1.2mm、 內徑為lmm、高為lmm。
6、 根據權利要求5所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，其 特徵在於所述彈簧管(5)為螺旋形狀，彈簧管(5)的外徑為1.15mm、 內徑為0.8mm。
7、 根據權利要求1或5所述的具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構， 其特徵在於所述彎曲機構的外徑為13mm、長度為600mm。
全文摘要
具有力感知功能的多關節內窺鏡彎曲機構，它涉及一種內窺鏡彎曲機構。針對現有醫療內窺鏡只其頭端一段具有彎曲可控性，其它部分無此功能及在內窺鏡表面未集成有壓力傳感器，無法感知鏡體與腸道壁的接觸壓力問題。相鄰兩個關節萬向環的第一、二連接耳與鉚釘間隙配合併鉚接，彎曲單關節段上的起始端關節萬向環上的導向座的導向通孔與彈簧管的固接，彎曲單關節段內的四根多股鋼絲穿過彈簧管和導向通孔與末端圓環固接，五段彎曲單關節段上由內至外包裹鋼絲編織網和橡膠覆蓋膜，橡膠覆蓋膜內鑲嵌有壓力傳感器。本發明在具有靈活的空間複合彎曲能力的同時還具有全方位力感知功能。利用本發明對病人進行腸道疾病檢查時，可減輕病人的痛苦，安全係數高。
文檔編號A61B1/005GK101632572SQ200910072739
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者孫立寧, 李偉達, 李滿天, 王鵬飛, 胡海燕 申請人:哈爾濱工業大學