孫業(yè)明，吳永斌，譚 靜，殷紅梅

(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.淮安醫(yī)療器械廠，江蘇 淮安 223003)

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纏繞式醫(yī)用縫合針自動(dòng)折彎?rùn)C(jī)械的研究與實(shí)現(xiàn)*

孫業(yè)明1，吳永斌2，譚 靜1，殷紅梅1

(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.淮安醫(yī)療器械廠，江蘇 淮安 223003)

首次將纏繞式折彎的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于醫(yī)用縫合針的折彎?rùn)C(jī)械中，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)送針、自動(dòng)折彎和自動(dòng)計(jì)數(shù)的全自動(dòng)醫(yī)用縫合針折彎設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案。該設(shè)備具備折彎力和折彎曲率調(diào)整功能，可以適應(yīng)不同直徑、不同弧長(zhǎng)彎針的折彎，具有很高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。

醫(yī)用縫合針；折彎；醫(yī)用機(jī)械

縫合針(needle)簡(jiǎn)稱縫針，是用于各種組織縫合的器械，它由針尖、針體和針尾三部分組成。臨床上根據(jù)針尖與針尾兩點(diǎn)間有無(wú)弧度，將縫合針?lè)譃橹贬?、半彎針和彎針。彎針根?jù)弧度不同又可分為1/2、1/4、3/8和5/8弧度等。彎針適于狹小組織和深部組織的縫合，幾乎所有組織和器官均可選用不同規(guī)格的彎針進(jìn)行縫合，因此，彎針的需求量最大。由于彎針的規(guī)格、型號(hào)眾多，使得各種彎針的長(zhǎng)度、直徑和弧度等尺寸不同，導(dǎo)致彎針的折彎工藝很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)縫合針生產(chǎn)廠家的折彎工藝主要采用手工操作折彎或半自動(dòng)折彎(采用手工送料、機(jī)械撞擊法折彎)。采用手工操作折彎或半自動(dòng)折彎，彎針的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率主要取決于工人的熟練程度，使得生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率受到了較大的限制。另外，采用手工送料存在很多缺點(diǎn)，如：隨意性大、廢品率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低和存在安全隱患等。

本文的研究為醫(yī)用縫合針的自動(dòng)折彎提供一種實(shí)現(xiàn)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)送針、自動(dòng)折彎和自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能；同時(shí)設(shè)備能夠進(jìn)行折彎力、折彎弧長(zhǎng)和折彎曲率調(diào)整，以適應(yīng)不同直徑、不同弧長(zhǎng)和不同曲率彎針的折彎。本文首次將纏繞式折彎的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用在縫合針折彎設(shè)備上，即利用外力使直縫合針纏繞在圓柱形物體上而產(chǎn)生物理變形，從而將直針加工成符合技術(shù)要求的縫合彎針。相對(duì)于機(jī)械撞擊法折彎，纏繞式折彎法具有噪聲小、折彎速率高、折彎弧長(zhǎng)和折彎曲率易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。

1 研究?jī)?nèi)容與總體方案確定

本文的研究?jī)?nèi)容和需要解決的技術(shù)問(wèn)題主要包括自動(dòng)送針的實(shí)現(xiàn)，縫合針?biāo)腿胝蹚潤(rùn)C(jī)構(gòu)前的拍平面方位調(diào)整，彎針數(shù)量的計(jì)錄與顯示，折彎?rùn)C(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，折彎力的調(diào)整，彎針弧長(zhǎng)調(diào)整，以及設(shè)備的控制電路設(shè)計(jì)等。對(duì)于設(shè)備的控制電路主要包括電動(dòng)機(jī)啟?？刂?、轉(zhuǎn)向控制、轉(zhuǎn)速控制和計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)等，電路單元相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)中借鑒已有控制電路即可，文中不在贅述。本文主要討論設(shè)備機(jī)械部分的方案與實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)設(shè)備所要實(shí)現(xiàn)的具體功能，確定該設(shè)備的總體方案如圖1所示，設(shè)備主要由機(jī)架、自動(dòng)送針單元、儲(chǔ)針槽(料倉(cāng))、拍平面糾偏機(jī)構(gòu)、折彎?rùn)C(jī)構(gòu)、收針槽、計(jì)數(shù)與顯示單元、工作電動(dòng)機(jī)和控制電路組成[1]。其中，機(jī)架用于各部件的連接和固定，自動(dòng)送針單元完成周期性送料，即直縫合針，拍平面糾偏機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將直縫合針上的拍平面調(diào)整到水平方位，折彎?rùn)C(jī)構(gòu)完成縫合針的彎曲，收針槽用于收納成品彎針，計(jì)數(shù)與顯示單元完成成品彎針的計(jì)數(shù)與顯示。工作時(shí)，由自動(dòng)送針單元將存放在儲(chǔ)針槽內(nèi)的直縫合針?biāo)腿肱钠矫婕m偏機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)該機(jī)構(gòu)后直縫合針上的拍平面被調(diào)整到水平方位，并送入折彎?rùn)C(jī)構(gòu)，經(jīng)折彎?rùn)C(jī)構(gòu)直針被彎曲成彎針并落入收針槽，在收針槽頂部安裝有感應(yīng)傳感器，每落下1個(gè)彎針，傳感器即產(chǎn)生1個(gè)觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)被送往計(jì)數(shù)與顯示單元，用于彎針的計(jì)數(shù)。

2 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

該設(shè)備機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖1 設(shè)備總體方案

圖2 纏繞式醫(yī)用縫合針折彎?rùn)C(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.1 自動(dòng)送針單元實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)送針單元主要包括送針電動(dòng)機(jī)、傳輸帶、凸輪、推針桿、給料工作臺(tái)(臺(tái)面上加工有縫合針導(dǎo)向槽)和儲(chǔ)針槽。工作時(shí)，送針電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳輸帶帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪表面與推針桿接觸，推針桿在凸輪的推力和復(fù)位彈簧的作用下，周期性推動(dòng)推針桿沿送針槽做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。給料工作臺(tái)上方設(shè)置有儲(chǔ)針槽，儲(chǔ)針槽中存放的直縫合針在重力作用下落入送針槽，推針桿將落下的直縫合針沿送針槽向前推進(jìn)，送入拍平面糾偏機(jī)構(gòu)。

2.2 拍平面糾偏機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

拍平面糾偏機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示。彎針是在直針的基礎(chǔ)上受外力彎曲而成的，組織縫合時(shí)為了保證夾持牢靠，縫針的夾持面一般為平面，該平面是直針在折彎前利用兩金屬平面撞擊擠壓而成。對(duì)于合格的彎針，在折彎時(shí)要求拍平面與縫合針的彎曲方向一致。拍平面方位調(diào)整機(jī)構(gòu)是用來(lái)調(diào)整縫合針的拍平面方位，確保縫合針的拍平面在送入折彎?rùn)C(jī)構(gòu)時(shí)處于水平位置。具體實(shí)現(xiàn)原理是在縫合針的傳輸導(dǎo)向槽(即送針槽，其槽深約為0.6×直針直徑)上安裝圓柱形壓輥，并施加一定壓力，由于縫合針是光滑的圓柱形物體，其在前進(jìn)過(guò)程中會(huì)沿圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)縫合針拍平面未轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，縫合針圓柱面與壓輥的接觸為點(diǎn)接觸，周向摩擦力最?。划?dāng)縫合針拍平面轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，縫合針拍平面與壓輥的接觸為線接觸，此時(shí)，縫合針處于穩(wěn)定狀態(tài)，不再沿周向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了拍平面自動(dòng)糾偏[2-3]。

圖3 拍平面糾偏機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 折彎?rùn)C(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

折彎?rùn)C(jī)構(gòu)主要由傳輸帶、彎針弧長(zhǎng)調(diào)整輪、彎針成型輪、成型槽和傳動(dòng)輥組成(如圖4)，上述部件固定在支架上。在漲緊輪的作用下，傳輸帶緊緊包裹在成型輪上，調(diào)整漲緊輪的位置，即可調(diào)整折彎力的大小。工作時(shí)，由送針單元送來(lái)的直縫合針經(jīng)糾偏后送入彎針成型槽，在傳送帶巨大的包裹壓力作用下，直針被彎曲成與成型輪曲率相同的彎針，傳輸帶包裹成型輪的長(zhǎng)度就是成品彎針的弧長(zhǎng)。沿水平方向調(diào)整彎針弧長(zhǎng)調(diào)整輪的位置可以改變傳輸帶包裹成型輪的長(zhǎng)度，從而可以加工出不同弧長(zhǎng)的彎針。此外，由于彎針的曲率半徑和成型輪的曲率半徑是相同的，所以在生產(chǎn)中，可通過(guò)改變成型輪的直徑實(shí)現(xiàn)不同曲率彎針的加工[4-5]。

圖4 折彎?rùn)C(jī)構(gòu)示意圖

2.4 儲(chǔ)針槽(料倉(cāng))實(shí)現(xiàn)

儲(chǔ)針槽是自動(dòng)送針單元的料倉(cāng)，其首要任務(wù)是能夠存放足夠多的直縫合針，為自動(dòng)送針單元提供足夠1個(gè)班制(8 h)的直縫合針；同時(shí)該單元還應(yīng)保證直針規(guī)則排列，不但能保證直縫合針自動(dòng)下落，同時(shí)也能保證在每個(gè)工作循環(huán)內(nèi)剛好為送針單元提供1根直縫合針。儲(chǔ)針槽的截面示意圖如圖5所示。

圖5 儲(chǔ)針槽截面示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)與調(diào)試，該縫合針折彎設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)送針、自動(dòng)折彎和自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能，送針?biāo)俾蕿?50～300根/min，單機(jī)效率約等同于3～4個(gè)工人手工操作的效率。單機(jī)制造成本在1.5萬(wàn)元內(nèi)。該設(shè)備能夠進(jìn)行折彎力、折彎弧長(zhǎng)和折彎曲率調(diào)整，能夠滿足不同直徑、不同弧長(zhǎng)和不同曲率彎針的折彎，具有很好的柔性，設(shè)備達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。目前，已在淮安某醫(yī)療器械廠投入使用，預(yù)計(jì)到2019年，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大批量投入使用。

[1] 李宏.振動(dòng)鉆削在醫(yī)用縫合針帶線孔加工上的應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓,2012(4):22-23.

[2] 蔡中義,李軍,吳成玉,等. 數(shù)控板料折彎工藝研究[J].煤礦機(jī)械,2013(9):29-31.

[3] 武銳,高建和,方開(kāi)榮. 折彎?rùn)C(jī)機(jī)械補(bǔ)償技術(shù)研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2011(6):15-17.

[4] 吳遙,鄺妙嫦,汪國(guó)濤,等. 夾彎剪一體多功能骨鉗的設(shè)計(jì)[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,2012(4):30-32.

[5] 朱忠,王斌,林列,等. 套筒式鋼針折彎器的研制與應(yīng)用[J].中醫(yī)正骨,2007(8):19-21.

* 淮安市2014年度科技支撐計(jì)劃(工業(yè)應(yīng)用研究)項(xiàng)目(HAG2014040)

責(zé)任編輯 鄭練

Research and Implementation for Medical Suture Needle Automatic Bending Machine Adopting Winding Principle

SUN Yeming1, WU Yongbin2, TAN Jing1, YIN Hongmei1

(1.Huaian College of Information Technology, Huaian 223003, China; 2.Huaian Medical Equipment Factory, Huaian 223003, China)

The principle of spiral wound bending is applied in the design of medical suture needle bending machine. It provides an implementation scheme for a medical suture needle bending equipment which can automatically send, bend, and count. In order to adapt to the bending of needle with different diameters and arc length of bending, the device can adjust the bending force and curvature. The research has the high value of popularization and application.

medical suture needle, bending, medical machine

TH 065

A

孫業(yè)明(1975-)，男，副教授，高級(jí)工程師，碩士，主要從事數(shù)字控制系統(tǒng)與機(jī)電一體化設(shè)備等方面的研究。

2016-07-08