缠绕式医用缝合针自动折弯机械的研究与实现*

孙业明，吴永斌，谭 静，殷红梅

(1.淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003；2.淮安医疗器械厂，江苏 淮安 223003)



缠绕式医用缝合针自动折弯机械的研究与实现*

孙业明1，吴永斌2，谭 静1，殷红梅1

(1.淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003；2.淮安医疗器械厂，江苏 淮安 223003)

首次将缠绕式折弯的设计思想应用于医用缝合针的折弯机械中，提供了一种能够实现自动送针、自动折弯和自动计数的全自动医用缝合针折弯设备的实现方案。该设备具备折弯力和折弯曲率调整功能，可以适应不同直径、不同弧长弯针的折弯，具有很高的推广与应用价值。

医用缝合针；折弯；医用机械

缝合针(needle)简称缝针，是用于各种组织缝合的器械，它由针尖、针体和针尾三部分组成。临床上根据针尖与针尾两点间有无弧度，将缝合针分为直针、半弯针和弯针。弯针根据弧度不同又可分为1/2、1/4、3/8和5/8弧度等。弯针适于狭小组织和深部组织的缝合，几乎所有组织和器官均可选用不同规格的弯针进行缝合，因此，弯针的需求量最大。由于弯针的规格、型号众多，使得各种弯针的长度、直径和弧度等尺寸不同，导致弯针的折弯工艺很难实现自动化。目前，国内大多数缝合针生产厂家的折弯工艺主要采用手工操作折弯或半自动折弯(采用手工送料、机械撞击法折弯)。采用手工操作折弯或半自动折弯，弯针的产品质量和生产效率主要取决于工人的熟练程度，使得生产规模和生产效率受到了较大的限制。另外，采用手工送料存在很多缺点，如：随意性大、废品率高、劳动强度大、生产效率低和存在安全隐患等。

本文的研究为医用缝合针的自动折弯提供一种实现方案，能够实现自动送针、自动折弯和自动计数等功能；同时设备能够进行折弯力、折弯弧长和折弯曲率调整，以适应不同直径、不同弧长和不同曲率弯针的折弯。本文首次将缠绕式折弯的设计思想应用在缝合针折弯设备上，即利用外力使直缝合针缠绕在圆柱形物体上而产生物理变形，从而将直针加工成符合技术要求的缝合弯针。相对于机械撞击法折弯，缠绕式折弯法具有噪声小、折弯速率高、折弯弧长和折弯曲率易于调整等优点。

1 研究内容与总体方案确定

本文的研究内容和需要解决的技术问题主要包括自动送针的实现，缝合针送入折弯机构前的拍平面方位调整，弯针数量的计录与显示，折弯机构的实现，折弯力的调整，弯针弧长调整，以及设备的控制电路设计等。对于设备的控制电路主要包括电动机启停控制、转向控制、转速控制和计数电路设计等，电路单元相对简单，设计中借鉴已有控制电路即可，文中不在赘述。本文主要讨论设备机械部分的方案与实现。

根据设备所要实现的具体功能，确定该设备的总体方案如图1所示，设备主要由机架、自动送针单元、储针槽(料仓)、拍平面纠偏机构、折弯机构、收针槽、计数与显示单元、工作电动机和控制电路组成[1]。其中，机架用于各部件的连接和固定，自动送针单元完成周期性送料，即直缝合针，拍平面纠偏机构负责将直缝合针上的拍平面调整到水平方位，折弯机构完成缝合针的弯曲，收针槽用于收纳成品弯针，计数与显示单元完成成品弯针的计数与显示。工作时，由自动送针单元将存放在储针槽内的直缝合针送入拍平面纠偏机构，经过该机构后直缝合针上的拍平面被调整到水平方位，并送入折弯机构，经折弯机构直针被弯曲成弯针并落入收针槽，在收针槽顶部安装有感应传感器，每落下1个弯针，传感器即产生1个触发信号，该信号被送往计数与显示单元，用于弯针的计数。

2 设备机械结构实现

该设备机械部分的结构简图如图2所示。

图1 设备总体方案

图2 缠绕式医用缝合针折弯机械结构简图

2.1 自动送针单元实现

自动送针单元主要包括送针电动机、传输带、凸轮、推针杆、给料工作台(台面上加工有缝合针导向槽)和储针槽。工作时，送针电动机转动，通过传输带带动凸轮转动，凸轮表面与推针杆接触，推针杆在凸轮的推力和复位弹簧的作用下，周期性推动推针杆沿送针槽做往复运动。给料工作台上方设置有储针槽，储针槽中存放的直缝合针在重力作用下落入送针槽，推针杆将落下的直缝合针沿送针槽向前推进，送入拍平面纠偏机构。

2.2 拍平面纠偏机构实现

拍平面纠偏机构示意图如图3所示。弯针是在直针的基础上受外力弯曲而成的，组织缝合时为了保证夹持牢靠，缝针的夹持面一般为平面，该平面是直针在折弯前利用两金属平面撞击挤压而成。对于合格的弯针，在折弯时要求拍平面与缝合针的弯曲方向一致。拍平面方位调整机构是用来调整缝合针的拍平面方位，确保缝合针的拍平面在送入折弯机构时处于水平位置。具体实现原理是在缝合针的传输导向槽(即送针槽，其槽深约为0.6×直针直径)上安装圆柱形压辊，并施加一定压力，由于缝合针是光滑的圆柱形物体，其在前进过程中会沿圆周方向转动。当缝合针拍平面未转至水平位置时，缝合针圆柱面与压辊的接触为点接触，周向摩擦力最小；当缝合针拍平面转至水平位置时，缝合针拍平面与压辊的接触为线接触，此时，缝合针处于稳定状态，不再沿周向转动，从而实现了拍平面自动纠偏[2-3]。

图3 拍平面纠偏机构示意图

2.3 折弯机构实现

折弯机构主要由传输带、弯针弧长调整轮、弯针成型轮、成型槽和传动辊组成(如图4)，上述部件固定在支架上。在涨紧轮的作用下，传输带紧紧包裹在成型轮上，调整涨紧轮的位置，即可调整折弯力的大小。工作时，由送针单元送来的直缝合针经纠偏后送入弯针成型槽，在传送带巨大的包裹压力作用下，直针被弯曲成与成型轮曲率相同的弯针，传输带包裹成型轮的长度就是成品弯针的弧长。沿水平方向调整弯针弧长调整轮的位置可以改变传输带包裹成型轮的长度，从而可以加工出不同弧长的弯针。此外，由于弯针的曲率半径和成型轮的曲率半径是相同的，所以在生产中，可通过改变成型轮的直径实现不同曲率弯针的加工[4-5]。

图4 折弯机构示意图

2.4 储针槽(料仓)实现

储针槽是自动送针单元的料仓，其首要任务是能够存放足够多的直缝合针，为自动送针单元提供足够1个班制(8 h)的直缝合针；同时该单元还应保证直针规则排列，不但能保证直缝合针自动下落，同时也能保证在每个工作循环内刚好为送针单元提供1根直缝合针。储针槽的截面示意图如图5所示。

图5 储针槽截面示意图

3 结语

经过反复试验与调试，该缝合针折弯设备能够实现自动送针、自动折弯和自动计数等功能，送针速率为150～300根/min，单机效率约等同于3～4个工人手工操作的效率。单机制造成本在1.5万元内。该设备能够进行折弯力、折弯弧长和折弯曲率调整，能够满足不同直径、不同弧长和不同曲率弯针的折弯，具有很好的柔性，设备达到了预期目标。目前，已在淮安某医疗器械厂投入使用，预计到2019年，该设备可实现大批量投入使用。

[1] 李宏.振动钻削在医用缝合针带线孔加工上的应用研究[J].机床与液压,2012(4):22-23.

[2] 蔡中义,李军,吴成玉,等. 数控板料折弯工艺研究[J].煤矿机械,2013(9):29-31.

[3] 武锐,高建和,方开荣. 折弯机机械补偿技术研究[J].机械制造与自动化,2011(6):15-17.

[4] 吴遥,邝妙嫦,汪国涛,等. 夹弯剪一体多功能骨钳的设计[J].生物医学工程学杂志,2012(4):30-32.

[5] 朱忠,王斌,林列,等. 套筒式钢针折弯器的研制与应用[J].中医正骨,2007(8):19-21.

* 淮安市2014年度科技支撑计划(工业应用研究)项目(HAG2014040)

责任编辑 郑练

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

孙业明(1975-)，男，副教授，高级工程师，硕士，主要从事数字控制系统与机电一体化设备等方面的研究。

2016-07-08