用于快速夹持微创手术器械或设备的气动臂固定装置

摘要

本发明涉及医用辅助持物装置设计领域，特别涉及一种用于快速夹持微创手术器械或设备的气动臂固定装置，包括底座、持镜单元，所述的底座用于将本装置固定在病床边沿或病床旁边的工作台上，持镜单元用于扶持内窥镜或其他小型设备，持镜单元通过连接臂固定在底座上；所述的连接臂上设置有一个或一个以上的转向单元，转向单元包括圆桶以及圆桶桶口处布置的球头，球头距圆桶的轴芯线最大位置处的两侧同芯设置有环形挡块和环形垫，环形挡块和环形垫用于扶持球头实现连接臂的自由调节，充入压力气体后，环形垫受到球头挤压抱紧球头实现连接臂姿态的固定。本装置操作方便，成本低，便于推广使用；无需使用传感器，不受电磁干扰；定位快速、准确、方便。

说明书

技术领域

本发明涉及医用辅助持镜装置设计领域，特别涉及一种用于快速夹 持微创手术器械或设备的气动臂固定装置。

背景技术

近年来，内窥镜检查和手术的优势非常突出，其能深入患者体腔内 部进行诊断，具有直观性、可靠性、微创性，现已成为临床不可替代的 一项诊疗技术。内窥镜在检查和手术时，偶尔需要变换角度或位置，当 内窥镜处在合适视角的时候，又需要其能保持稳定不晃动，因此，对于 内窥镜的扶持是十分有必要的。

现有技术中，对于内窥镜的扶持一般有两种常用方式。第一种方式 是由人工进行扶持，其需要一名助手协助主刀医生持镜进行手术，这种 方式存在一些难以克服的缺点，如：助手与主刀医生之间难以协调一致， 动作反复调整延长手术时间；扶镜者操作舒适度受到开孔位置限制；助 手的活动范围受限制；在长时间的扶持后，会导致手震，影响手术的精 确度。

由于人工扶持存在诸多不足，现在部分有条件的医院都开始使用第 二种方式，即采用持镜机器人进行扶持，该机器人有多个自由度机械手， 利用精密电机进行持镜操作，活动空间大，定位精确，并且不存在手震 现象。然而，持镜机器人带来简便的同时也存在着问题。第一，持镜机 器人无论是遥控或者是声控控制，都有一套繁琐的控制方法，操作者要 通过多次的手术去使用才能完全熟练操作，这需要相当长的时间。如果 更换医生，则又需要花费较长的时间去熟练设备；第二，精密的定位需 要多个传感器来完成，机器人自由度越高，这样就要设置很多传感器， 对一些二甲及其以下医院来说，手术室可能达不到高标准的供电，加上 一些大功率如电刀等设备的使用，会导致传感器受干扰而产生失真，影 响定位精度；第三，持镜机器人所采用的电机和传感器的精确度都非常 之高，因而决定了持镜机器人的价格非常昂贵，所以它的普及和推广受 到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于快速夹持微创手术器械或设备的 气动臂固定装置，能够稳定、精确地扶持内窥镜，同时结构简单、易操 作、无电磁干扰。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于快速夹持微 创手术器械或设备的气动臂固定装置，包括底座、持镜单元，所述的底 座用于将本装置固定在病床边沿或病床旁边的工作台上，持镜单元用于 扶持内窥镜或其他小型设备，持镜单元通过连接臂固定在底座上；所述 的连接臂上设置有一个或一个以上的转向单元，转向单元包括圆桶以及 圆桶桶口处布置的球头，球头距圆桶的轴芯线最大位置处的两侧同芯设 置有环形挡块和环形垫，环形挡块靠近桶底一侧布置，所述的环形垫由 尼龙材料制成；环形挡块和环形垫与球头相贴合的面为曲面用于扶持球 头使得球头能够绕球心自由转动实现连接臂的自由调节，圆桶与球头围 合而成的空腔内充入压力气体后，环形垫受到球头挤压抱紧球头实现连 接臂姿态的固定。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本装置操作方便，成 本低，便于推广使用；由于是使用气压来维持连接臂的姿态，无需使用 传感器，不受电磁干扰；定位快速、准确、方便，只要泄去圆桶内的气 压，转向单元便能自由转动，调整持镜单元至合适位置后，再向圆桶内 通入高压气体，转向单元就被固定死，不能自由调节，也就实现了持镜 的功能。

附图说明

图1是本发明扶持内窥镜时的立体结构示意图；

图2是本发明扶持其他小型设备时的立体结构示意图；

图3是第一气缸与第一球头的结构示意图；

图4是第二气缸与第二球头的结构示意图；

图5是图4的局部放大示意图；

图6是底座的立体结构示意图；

图7是底座的另一个视角立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图7，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1、图2，一种用于快速夹持微创手术器械或设备的气动臂 固定装置，包括底座10、持镜单元60，所述的底座10用于将本装置固 定在病床边沿或病床旁边的工作台上，持镜单元60用于扶持内窥镜或 其他小型设备A，持镜单元60通过连接臂固定在底座10上；所述的连 接臂上设置有一个或一个以上的转向单元，转向单元包括圆桶以及圆桶 桶口处布置的球头，球头距圆桶的轴芯线最大位置处的两侧同芯设置有 环形挡块72和环形垫71，这里所说的两侧即图3、4中左右两个半球上， 按此方式布置环形挡块72和环形垫71后，才能将球头限位在圆桶的桶 口处。环形挡块72靠近桶底一侧布置，所述的环形垫71由尼龙材料制 成；环形挡块72和环形垫71与球头相贴合的面为曲面用于扶持球头使 得球头能够绕球心自由转动实现连接臂的自由调节，圆桶与球头围合而 成的空腔内充入压力气体后，环形垫71受到球头挤压抱紧球头实现连 接臂姿态的固定。在圆桶内气压处于常态的时候，环形挡块72和环形 垫71也都处于常态，球头可绕自己的球心自由转动；当圆桶内充入压 力气体后，显露在圆桶外的球头本体受到的是大气压力，显露在环形挡 块72处的球头本体受到的是压力气体的压力，很明显后者要大于前者， 这样，球头就会向圆桶外运动，环形垫71为尼龙材料制成，可以发生 适度轻微的变形，变形后的环形垫71与球头之间的摩擦力增大，就难 以转动球头，转向单元就不再起到转向的作用，仅起到固定连接的作用， 整个连接臂的姿态也就固定，很方便的实现了内窥镜A或其他小型设备 的扶持。

参阅图3、图4，为了便于设置所述的环形挡块72、环形垫71，这 里，优选地，所述圆桶的桶口处设置有盖，盖与圆桶螺纹配合；所述的 环形挡块72固定在圆桶内且环形挡块72的外周壁与圆桶的内壁相贴 合，环形垫71布置在盖上，盖上开设有通孔，球头的部分球面显露在 通孔外。

由于采用了球头结构，只要设置两个就能满足现有的使用需求，因 此，本实施例中，优选地：所述的连接臂包括第一、二气缸20、40以 及第一连杆30，第一、二气缸20、40呈圆桶状，第一连杆30呈弯钩状 且其两端分别设置第一、二球头31、32，第一、二球头31、32分别与 第一、二气缸20、40构成所述的转向单元；第一气缸20固定在底座10 上，第二气缸40缸底一侧固定连接所述的持镜单元60。这样设置之后， 第一连杆30及其后端连接的零部件都能绕第一球头31的球心在一定范 围内自由转动；第二气缸40及其后端连接的零部件都能绕第二球头32 的球心在一定范围内自由转动，从临床应用来说，这个调节范围已经足 够使用。当需要调节的范围更大时，可以多增设几个转向单元。

第一气缸20要扶持其后端连接的其他零部件，包括第一连杆30、 第二气缸40以及持镜单元60，第二气缸40只要扶持持镜单元60即可， 因此，这里优选地，所述第一气缸20的直径大于第二气缸40的直径， 第一、二球头31、32的直径分别与第一、二气缸20、40的直径吻合。 另外，由于第一、二气缸20、40内都要充入压力气体或泄压，为了便 于控制，本实施中，所述第一气缸20缸底一侧开设有连通第一气缸20 内腔的进气口，第二气缸40缸底一侧开设有连通第二气缸40内腔的排 气口；所述的第一连杆30为中空状且经由第一、二球头31、32上的通 孔连通第一、二气缸20、40的内腔。这样设置后，第一连杆30不仅起 到连接作用，还连通第一、二气缸20、40的内腔，即第一连杆30还兼 具着通气管路的作用，只要设置一个进气口和一个排气口即可。

当需要进行调节的时候，对第一、二气缸20、40的内腔充入压力 气体，达到一定压力时，第一、二球头31、32就会被环形垫72抱紧， 整个装置姿态固定。此时，如果需要调整连接臂的姿态，就需要对第一、 二气缸20、40进行泄压，泄压时有两种方案，一种是关闭进气口、打 开排气口，另一种是保持进气口打开状态的同时打开排气口。为了使结 构简单，便于操作，本实施例中优选采用后一种方案，但是这样做存在 一个不足点：由于在排气的同时也在进气，不论进气口、排气口的位置 怎样布置，整个腔体中都存在一个压力差，使得第一、二球头31、32 处的气压不一样，靠近进气口的球头可能压力较高不能进行自由转向。 为了弥补这个不足，这里提供一种优选的方案，所述的第一、二气缸20、 40内分别设置有第一、二滑套21、41，第一、二滑套21、41的外径分 别与第一、二气缸20、40的内径相吻合，第一滑套21内设置第一隔板 22将第一气缸20隔开成彼此独立的第一、二腔室23、24，进气口与第 一腔室23连通，第一球头31位于第二腔室24中；第二滑套41内设置 第二隔板42将第二气缸40隔开成第三、四腔室43、44，排气口与第四 腔室44连通，第二球头32位于第三腔室43中；所述的第一连杆30内 设置有细管33，细管33的两端通过空心螺栓分别固定在第一、二隔板 22、42上并连通第一、四腔室23、44，第二、三腔室24、43通过第一 连杆30与细管33之间的间隙相连通，第三腔室43与第四腔室44连通。 这样设置以后，使得第一、二球头31、32处的气压基本与第四腔室44 的气压差不多，而排气口与第四腔室44连通，在排气时，第一、二球 头31、32处的气压跟排气口附近的气压差不多，是一个较小的压力， 与大气压差不多，远远小于进气口的压力，这样，两个转向单元在泄气 降压后都能自由调节。

参阅图5，第三、四腔室43、44的连通方式多样，这里提供一种较 为优选的方案：第二滑套41位于第三腔室43内的管壁上开设有通气孔 411，第二滑套41与第二气缸40内壁相贴合的面上开设有浅槽412；所 述浅槽412的一端位于通气孔411处，浅槽412的另一端延伸至第二滑 套41位于第四腔室44内的端部，第四腔室44通过浅槽412、通气孔 411连通第三腔室43。

参阅图3，作为本发明的优选方案，第一气缸20的进气口处可按如 下方式布置：所述的第一气缸20的缸底上开设有通孔，通孔中插置有 第一圆管25，第一圆管25与第一气缸20同芯布置；第一圆管25位于 第一气缸20内的一端抵靠在第一隔板22上，第一圆管25另一端延伸 至第一气缸20外侧且该端通过泄压栓26封闭；位于第一气缸20内的 第一圆管25的管壁与第一气缸20的内壁之间设置有密封垫，位于第一 气缸20外的第一圆管25的管壁上设置有用于固定所述泄压栓26的锁 紧螺钉27以及用于连接高压气体管路的快速接头28，快速接头28内置 单向阀防止气体倒流。设置泄压栓26是防止排气口故障需要泄气检修， 作为备用的泄压口使用。

参阅图4，作为本发明的优选方案，所述第四内腔44中布置有第二 圆管45，第二圆管45与第二气缸40同芯布置，所述第二圆管45的一 端固定在第二气缸40的缸底上，第二圆管45的另一端朝向第二隔板42 一侧延伸；第二圆管45上套设有活塞46，活塞46与第二圆管45构成 滑移配合，活塞46远离第二隔板42一侧为直管段，直管段外套设有压 簧47，压簧47的一端抵靠在活塞46上，压簧47的另一端抵靠在弹簧 座48上，弹簧座48呈圆环状且其内壁与活塞46间存在间隙构成气流 通路，压簧47的工作弹力使活塞46抵靠在第二隔板42上；活塞46与 第二隔板42相抵靠的面上临近通孔处设置台阶孔，活塞46将位于第二 圆管45外的第四空腔44分成第一、二小腔室441、442，其中活塞46 的台阶孔与第二隔板42围合而成的区域为第一小腔室441。所述的第二 气缸40缸底中心布置有排气阀401，可直接选用气门芯作为排气阀401， 第二圆管45靠近排气阀401一侧的管壁上设置有单向阀49阻止气体由 第二圆管45的内腔流向第二小腔室442。活塞46一侧端面抵靠在第二 隔板42上构成一个开闭的阀门，活塞46向右运动与第二隔板42相分 离时，活塞46的一侧端面与第二隔板42之间的间隙、活塞46的外周 壁与第二滑套41的内壁之间的间隙形成一个气流通路，连通第一、二 小腔室441、442。另外，也可以如本实施例中这样设置，活塞46的外 周壁与第二滑套41的内壁之间相贴合，此时，活塞46需位移到第二滑 套41外才能连通第一、二小腔室441、442。

之所以设置活塞46，是为了使第一、二球头31、32处的气压更平 稳，操作起来更便利、舒适。下面结合图3-5对本装置的充气、泄气过 程进行详细说明，为了方便叙述，下面分别记大气压的压力位P0，压力 气体的压力为P，第一、二、三、四腔室23、24、43、44的压力为P23、 P24、P43、P44，第一、二小腔室441、442的压力为P441、P442，第二 圆管45的管内气体压力为P45。

充气过程：压力气体首先通过进气口进入第一腔室23，第一腔室 23中充满压力气体，同时第一腔室23中的压力气体通过细管33节流后 逐渐填充第二圆管45的内腔和第一小腔室441，由于此时的排气阀401 未受到挤压，为关闭状态，P45和P441逐渐增加。随着充气的进行，第 一小腔室441中的气压P441逐渐上升至可以克服压簧47的工作弹力时， 活塞46向右侧移动，当活塞46的外周壁位移到第二滑套41外侧时， 第一、二小腔室441、442连通，压力气体依次填充第二小腔室442、第 三腔室43以及第二腔室24。当P442满足关系式P442＝P441－P47（P47 的大小与压簧47的弹性系数有关）时，活塞46达到平衡位置。此时P441 就为P，P442、P43、P24就稳定在P441－P47也即P－P47处，第一、 二球头31、32抱紧，连接臂姿态固定。

排气过程：排气阀401受到挤压，为打开状态，由于此时的进气口 依然有压力气体进入，P、P23、P441、P45依次减小，活塞46向左运动 抵靠在第二隔板42上，此时由于P442＞P45，故单向阀49打开，并快 速泄去第二小腔室442、第三腔室43、第二腔室24内的压力气体，稳 定后P442、P43、P24均与第二圆管45的内腔压力P45一致，第一、二 球头31、32不再挤压环形垫71，第一、二球头31、32能够自由转动， 连接臂可自由调节。

活塞46以及单向阀49的设置，保证了第二小腔室442、第三腔室 43、第二腔室24内的压力与排气口处的气压一致且这三个腔室与其他 腔室独立，这三个腔室内的压力均匀，不存在气压差，第一、二球头31、 32松紧程度适中、可靠。另外，第一连杆30靠近第二球头32的一段为 缩颈段，细管33、浅槽412以及该缩颈段均起到节流作用，保证充气、 泄气过程的平稳。

更进一步地，所述的第二气缸40通过第二连杆50与持镜单元60 相连，第二连杆50包括直管，直管的两端分别固定连接持镜单元60和 连接臂；直管内设置有解锁单元，解锁单元控制连接臂上排气阀401的 开闭，解锁单元的解锁柄位于持镜单元60处。第二连杆50和持镜单元 60在本公司同日申请的另一份专利《用于快速调节气动臂的持镜泄压装 置》中详细记载，这里就不再赘述。

参阅图6、图7，有很多种方案可以将第一气缸20固定在病床边沿 或病床旁边的工作台上，这里提供一种较为优选的实施方式将第一气缸 20固定在病床边沿。所述的底座10包括上夹块11、下夹块12，上夹块 11整体呈开口朝下的凹形，下夹块12位于上夹块的凹口中；上夹块11 的凹口中水平布置第一销轴111，显露于凹口中的第一销轴111轴身上 铰接有第二销轴112，第一、二销轴111、112垂直布置，下夹块12上 开设有通孔供第二销轴112通过，下夹块12可顺延第二销轴112滑移 实现上、下夹块11、12间距可调，第二销轴112位于下夹块12的下方 的轴身上依次设置有垫片、轴套、第二压簧、压簧套，压簧套与第二销 轴为螺纹配合；底座10还包括半月盘13，第一气缸20固定在半月盘 13的一侧盘面上，上夹块11贴合半月盘13的另一侧盘面设置，半月盘 13与上夹块11通过铰接轴14铰接，半月盘13上开设有弧形槽131， 铰接轴14的轴芯、弧形槽131的圆心均与半月盘13的圆心重合，弧形 槽131贯穿半月盘13的盘面设置，显露于弧形槽131处的上夹块11本 体上设置有螺杆113，螺杆113与铰接轴14平行，螺杆113自弧形槽 131中穿过并顺延至半月盘13设置第一气缸20的一侧，螺杆113的悬 置端设置有螺纹把手15，螺纹把手15与半月盘13构成抵靠配合时将半 月盘13固定在上夹口11上。这样设置后，半月盘13可相对上夹块11 进行转动，使得固定在半月盘13上的第一气缸20以及第一气缸20后 端固定的其他零部件能够一起转动，增加了本装置的调节范围。半月盘 13的位置一般在手术前就调节好，保证内窥镜A或其他小型设备处在合 适的位置处；手术中对内窥镜A或其他小型设备具体位置的调节都通过 连接臂的转向单元来完成的。