新型医用柔顺微夹钳的设计与优化

【摘要】微创手术是通过采用一系列微创器械和现代化数字诊疗设备进行的诊断与治疗操作,与传统外科手术相比,进行介入治疗具有出血少、创伤小、并发症少、安全可靠、术后恢复快等优点,大大减轻了病人所承受的痛苦,降低了手术的操作难度,手术时间及住院时间显著缩短,费用亦明显降低。因此,微创手术已经被广泛用于腹腔镜检查、腹腔镜手术、眼科手术等多方面手术中。但同时,适用的微创手术器械仍还有限,且理论研究较少,因此又制约着微创手术的进一步发展。本文通过了解国内外已有研究成果,针对经自然腔道内镜手术的使用需求以及考虑该微夹钳的制造要求的前提下,开发一种新型的医用柔顺微夹钳,并进行相关分析与优化设计。主要设计内容如下：第一,了解国内外医用微夹钳的研究现状,分析微夹钳的工作情况,明确分析过程。之后在传统的V型结构夹钳中引入辅助接触支撑结构,使得微夹钳的上下手臂在变形时发生接触,手臂中的应力即重新分布,从而改变微夹钳的特性。第二,通过采用ANSYS有限元分析软件,准确的模拟出手臂的加载方式与变形过程。手臂之间的接触动作以及手臂的大变形都属于非线性分析范畴,运用软件中的接触分析功能以及大变形计算方法,真实模拟手臂的动作,简化分析过程。第三,从理论上探讨手臂的不同结构(直梁与弯曲梁)对微夹钳使用性能的影响。当微夹钳处于空载工况时,手臂发生较大几何变形,线性分析将使得分析结果不准确。本文通过伪刚体模型法,分别建立直梁与初始弯曲梁的伪刚体模型,并分别进行计算与结果比较。当微夹钳在最大开口位置夹紧组织时,经理论证明初始弯曲梁可采用直梁型计算方法进行计算,因此根据二者的几何关系可分析得到,在同等条件下初始弯曲梁能够提供更大的夹紧力。第四,运用ANSYS软件的优化技术,分别以手臂总长最小和以夹紧力最大为优化设计目标,建立其优化设计模型,进行尺寸优化设计。
【作者】苏长胜；
【导师】徐小明；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】微创手术；柔顺微夹钳；辅助支撑结构；伪刚体模型；优化设计；

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