纏繞式醫用縫合針自動折彎機械的研究與實現*

孫業明，吳永斌，譚 靜，殷紅梅

(1.淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003；2.淮安醫療器械廠，江蘇 淮安 223003)

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纏繞式醫用縫合針自動折彎機械的研究與實現*

孫業明1，吳永斌2，譚 靜1，殷紅梅1

(1.淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003；2.淮安醫療器械廠，江蘇 淮安 223003)

首次將纏繞式折彎的設計思想應用于醫用縫合針的折彎機械中，提供了一種能夠實現自動送針、自動折彎和自動計數的全自動醫用縫合針折彎設備的實現方案。該設備具備折彎力和折彎曲率調整功能，可以適應不同直徑、不同弧長彎針的折彎，具有很高的推廣與應用價值。

醫用縫合針；折彎；醫用機械

縫合針(needle)簡稱縫針，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。臨床上根據針尖與針尾兩點間有無弧度，將縫合針分為直針、半彎針和彎針。彎針根據弧度不同又可分為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格的彎針進行縫合，因此，彎針的需求量最大。由于彎針的規格、型號眾多，使得各種彎針的長度、直徑和弧度等尺寸不同，導致彎針的折彎工藝很難實現自動化。目前，國內大多數縫合針生產廠家的折彎工藝主要采用手工操作折彎或半自動折彎(采用手工送料、機械撞擊法折彎)。采用手工操作折彎或半自動折彎，彎針的產品質量和生產效率主要取決于工人的熟練程度，使得生產規模和生產效率受到了較大的限制。另外，采用手工送料存在很多缺點，如：隨意性大、廢品率高、勞動強度大、生產效率低和存在安全隱患等。

本文的研究為醫用縫合針的自動折彎提供一種實現方案，能夠實現自動送針、自動折彎和自動計數等功能；同時設備能夠進行折彎力、折彎弧長和折彎曲率調整，以適應不同直徑、不同弧長和不同曲率彎針的折彎。本文首次將纏繞式折彎的設計思想應用在縫合針折彎設備上，即利用外力使直縫合針纏繞在圓柱形物體上而產生物理變形，從而將直針加工成符合技術要求的縫合彎針。相對于機械撞擊法折彎，纏繞式折彎法具有噪聲小、折彎速率高、折彎弧長和折彎曲率易于調整等優點。

1 研究內容與總體方案確定

本文的研究內容和需要解決的技術問題主要包括自動送針的實現，縫合針送入折彎機構前的拍平面方位調整，彎針數量的計錄與顯示，折彎機構的實現，折彎力的調整，彎針弧長調整，以及設備的控制電路設計等。對于設備的控制電路主要包括電動機啟?？刂?、轉向控制、轉速控制和計數電路設計等，電路單元相對簡單，設計中借鑒已有控制電路即可，文中不在贅述。本文主要討論設備機械部分的方案與實現。

根據設備所要實現的具體功能，確定該設備的總體方案如圖1所示，設備主要由機架、自動送針單元、儲針槽(料倉)、拍平面糾偏機構、折彎機構、收針槽、計數與顯示單元、工作電動機和控制電路組成[1]。其中，機架用于各部件的連接和固定，自動送針單元完成周期性送料，即直縫合針，拍平面糾偏機構負責將直縫合針上的拍平面調整到水平方位，折彎機構完成縫合針的彎曲，收針槽用于收納成品彎針，計數與顯示單元完成成品彎針的計數與顯示。工作時，由自動送針單元將存放在儲針槽內的直縫合針送入拍平面糾偏機構，經過該機構后直縫合針上的拍平面被調整到水平方位，并送入折彎機構，經折彎機構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傳感器，每落下1個彎針，傳感器即產生1個觸發信號，該信號被送往計數與顯示單元，用于彎針的計數。

2 設備機械結構實現

該設備機械部分的結構簡圖如圖2所示。

圖1 設備總體方案

圖2 纏繞式醫用縫合針折彎機械結構簡圖

2.1 自動送針單元實現

自動送針單元主要包括送針電動機、傳輸帶、凸輪、推針桿、給料工作臺(臺面上加工有縫合針導向槽)和儲針槽。工作時，送針電動機轉動，通過傳輸帶帶動凸輪轉動，凸輪表面與推針桿接觸，推針桿在凸輪的推力和復位彈簧的作用下，周期性推動推針桿沿送針槽做往復運動。給料工作臺上方設置有儲針槽，儲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，送入拍平面糾偏機構。

2.2 拍平面糾偏機構實現

拍平面糾偏機構示意圖如圖3所示。彎針是在直針的基礎上受外力彎曲而成的，組織縫合時為了保證夾持牢靠，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。對于合格的彎針，在折彎時要求拍平面與縫合針的彎曲方向一致。拍平面方位調整機構是用來調整縫合針的拍平面方位，確保縫合針的拍平面在送入折彎機構時處于水平位置。具體實現原理是在縫合針的傳輸導向槽(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，其在前進過程中會沿圓周方向轉動。當縫合針拍平面未轉至水平位置時，縫合針圓柱面與壓輥的接觸為點接觸，周向摩擦力最??；當縫合針拍平面轉至水平位置時，縫合針拍平面與壓輥的接觸為線接觸，此時，縫合針處于穩定狀態，不再沿周向轉動，從而實現了拍平面自動糾偏[2-3]。

圖3 拍平面糾偏機構示意圖

2.3 折彎機構實現

折彎機構主要由傳輸帶、彎針弧長調整輪、彎針成型輪、成型槽和傳動輥組成(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，調整漲緊輪的位置，即可調整折彎力的大小。工作時，由送針單元送來的直縫合針經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度就是成品彎針的弧長。沿水平方向調整彎針弧長調整輪的位置可以改變傳輸帶包裹成型輪的長度，從而可以加工出不同弧長的彎針。此外，由于彎針的曲率半徑和成型輪的曲率半徑是相同的，所以在生產中，可通過改變成型輪的直徑實現不同曲率彎針的加工[4-5]。

圖4 折彎機構示意圖

2.4 儲針槽(料倉)實現

儲針槽是自動送針單元的料倉，其首要任務是能夠存放足夠多的直縫合針，為自動送針單元提供足夠1個班制(8 h)的直縫合針；同時該單元還應保證直針規則排列，不但能保證直縫合針自動下落，同時也能保證在每個工作循環內剛好為送針單元提供1根直縫合針。儲針槽的截面示意圖如圖5所示。

圖5 儲針槽截面示意圖

3 結語

經過反復試驗與調試，該縫合針折彎設備能夠實現自動送針、自動折彎和自動計數等功能，送針速率為150～300根/min，單機效率約等同于3～4個工人手工操作的效率。單機制造成本在1.5萬元內。該設備能夠進行折彎力、折彎弧長和折彎曲率調整，能夠滿足不同直徑、不同弧長和不同曲率彎針的折彎，具有很好的柔性，設備達到了預期目標。目前，已在淮安某醫療器械廠投入使用，預計到2019年，該設備可實現大批量投入使用。

[1] 李宏.振動鉆削在醫用縫合針帶線孔加工上的應用研究[J].機床與液壓,2012(4):22-23.

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

[3] 武銳,高建和,方開榮. 折彎機機械補償技術研究[J].機械制造與自動化,2011(6):15-17.

[4] 吳遙,鄺妙嫦,汪國濤,等. 夾彎剪一體多功能骨鉗的設計[J].生物醫學工程學雜志,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用[J].中醫正骨,2007(8):19-21.

* 淮安市2014年度科技支撐計劃(工業應用研究)項目(HAG2014040)

責任編輯 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

孫業明(1975-)，男，副教授，高級工程師，碩士，主要從事數字控制系統與機電一體化設備等方面的研究。

2016-07-08