注射泵、注射系統的製作方法
2023-10-11 03:34:59
注射泵、注射系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種注射泵，包括：基座；安裝在所述基座上的電機、注射器管壓塊、三根X向平行的導向杆；受所述電機驅動的絲槓；注射器柄裝配機構，其具有三個導向孔、一個注射器柄限位槽和一個驅動孔；所述絲槓與所述驅動孔配合形成絲槓副，所述導向杆與所述導向孔配合形成滑動副；所述三個導向孔的中心位於等邊三角形的三個頂點上，所述驅動孔的中心位於所述等邊三角形的中心位置，所述注射器柄限位槽的對稱軸與所述等邊三角形的Z向中線重合。本實用新型還提供了能夠實現並行控制的注射系統。本實用新型具有注射精度高、通用性強的優點。
【專利說明】注射泵、注射系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及化工實驗、檢測的化學藥品注入領域，具體涉及化學實驗中流體化學藥品的注射裝置、注射系統。
【背景技術】
[0002]隨著近些年微流控晶片廣泛用於各種化工實驗及檢測中，在一個實驗中，可能會需要多藥品的注入速率、注入的先後順序、有時要在實驗的過程中實現幾種藥品按不同比例同時注入，因此,這對注射系統的性能要求越來越嚴格,既要求它們能按設定的注射速率準確注射，又要求操作者可以很便捷設置各臺泵的協同工作。
[0003]目前國內外雖然存在著一些注射泵系統，但他們在電路控制單元的設計大部分設計以一臺泵為中心，然後通過泵的級聯去控制其它泵，這樣設計給需要多臺泵協同工作的操作者操作帶來了很多操作不便。同時，它們在泵體的設計中一般採用電機絲杆和兩個導向杆處在同一個水平面上，這樣在電機推進過程中，電機作用在注射器上的推力效率不高。一般採用的步進電機實時測速系統精度不夠高，同時，大部分不方便在電腦上直接操作。
[0004]例如在申請號:201310042655.0、申請日:2013-02_04、發明名稱:「一種注射泵傳動裝置」的中國發明專利申請中，推桿與兩根導軌同處於同一 XY平面上，同時，絲槓(絲杆)基本也位於XY平面上或者離開較小距離，從而實現了結構的緊湊。但是，正如在本說明書的圖1中原理性示出的，在實際工作中，注射器裝夾到注射泵上後，絲槓3要帶動驅動機構4運動以推動注射器柄X向運動將藥品推出注射器。此時，注射器柄會給驅動機構4 一個反作用力f，該作用力f使得驅動機構4傾向於朝著圖1中的箭頭A方向翻轉，從而在驅動機構4與絲槓3的配合位置C處及與導軌或者推桿1、2的配合位置B處產生應力集中，從而加速B、C位置處的磨損。在此情況下，對注射器進行初始裝夾時，驅動機構4仍然保持如圖1中實線所示的正確位置，但開始工作後，在f作用下，驅動機構將發生如圖1中的虛線所示的傾斜，從而影響注射精度。在驅動機構4不直接與導軌、絲槓配合的情況下，f的作用還是最終會傳導到與導軌、絲槓配合的其它部件上，因此同樣會產生上述問題，本文不再詳細描述。而在上述發明專利申請中，所公開的注射泵屬於醫療器械領域，在對人體注射時，是緩慢勻速推動注射器柄的，首先，反作用力f並不大，因此磨損慢；其次，注射量取決於醫生所開的藥劑用量，一般要求將注射器內的藥物全部推入人體即可，精度要求並不高，少量的磨損是能夠被接受的。而在化工領域，化學藥品的注射時一般需要較大的推進力(例如高壓推進)，因此f也較大，磨損快，而且經常會進行微量注射，對精度要求高，因而磨損會對注射精度產生很大影響，進而影響到化學實驗結果、檢測結果。
[0005]在申請號:201210516343.4、申請日:2012-12_05、發明名稱:「一種氣相色譜儀進樣系統及處理方法」的中國發明專利申請中，通過控制系統來控制換向裝置動作，從而將不同的被測樣品注入到色譜柱中進行分析，保證了樣品注射的同時性和精確性。但是，該控制系統實現的是單行控制，在同一時間點只能保證一種被測樣品的注入，而在化學實驗中，經常需要多種化學藥品同時注入，或者在某一時間段內，既有多種化學藥品的同時注入，又有某種化學藥品的階段性注入，並且化學藥品注入的先後順序有著嚴格要求，注入速度也各不相同，因此需要對化學藥品的注入進行並行控制。
[0006]再者，一般的注射器柄存在兩種形式，一種如常見的醫療注射器，在注射器柄末端設置端板，這常見於醫療用注射器；另一種是注射器柄後端具有螺絲孔。這兩種形式在實驗中均常用到，但一般的注射泵的驅動機構只適合推動單一種類的注射器，通用性不強。
實用新型內容
[0007]本實用新型的第一個目的是提供一種注射精度更高的注射泵。
[0008]為實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案:
[0009]一種注射泵，包括:基座；安裝在所述基座上的電機、注射器管壓塊、三根X向平行的導向杆；受所述電機驅動的絲槓；注射器柄裝配機構，其具有三個導向孔、一個注射器柄限位槽和一個驅動孔；所述絲槓與所述驅動孔配合形成絲槓副，所述導向杆與所述導向孔配合形成滑動副；所述三個導向孔的中心位於等邊三角形的三個頂點上，所述驅動孔的中心位於所述等邊三角形的中心位置，所述注射器柄限位槽的對稱軸與所述等邊三角形的Z向中線重合。
[0010]優選地，所述注射器柄限位槽包括豎直槽和/或T形槽。
[0011]優選地，上述注射泵還包括注射器柄壓塊，所述注射器柄壓塊與所述三根導向杆中的至少兩根為滑動配合，所述注射器柄壓塊與所述注射器柄裝配機構通過螺栓緊固，且所述注射器柄壓塊上開有臺階槽。
[0012]優選地，所述注射器柄壓塊上具有左、右限位杆。
[0013]優選地，所述注射器柄限位槽包括豎直槽和T形槽，所述豎直槽為開在所述T形槽的底壁上的長孔。
[0014]本實用新型的另一目的是提供一種能夠實現並行控制、並且注射精度高的注射系統。
[0015]為實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案:
[0016]一種注射系統，包括:如上所述的注射泵；控制單元；旋轉編碼器；所述控制單元與多臺所述注射泵電連接，並根據所設定的時序參數、注射速度參數控制多臺所述注射泵的工作狀態，所述旋轉編碼器與所述控制單元和所述電機電連接從而將所述電機的轉速反饋給所述控制單元。
[0017]優選地，所述控制單元具有人機互動界面。
[0018]優選地，所述控制單元具有與電腦的通訊接口。
[0019]本實用新型的有益效果在於:
[0020]由於注射器柄裝配機構(其也是注射器柄的驅動機構)的三個導向孔的中心位於等邊三角形的三個頂點上，並且驅動孔的中心位於所述等邊三角形的中心位置，因此絲槓的推力在三個導向孔處是均勻分配的，而由於注射器柄限位槽的對稱軸與等邊三角形的Z向中線重合，因此注射器柄的反作用力f被最大限度地平均分散至三個導向孔和驅動孔位置，從而在這些位置所產生的應力集中均很小，從而減輕了磨損，使得注射器柄裝配機構不至於發生傾斜，注射器柄裝配機構的實際行程與設定的注射量嚴格對應，從而提高了注射精度。[0021]進一步地，本實用新型針對不同的注射器柄形式，設置了不同的注射器柄限位槽，提高了通用性。
[0022]進一步地，當存在T形槽時，同時增加了注射器柄壓塊，保證在注射器柄末端為端板時，裝夾後注射方向平行於X向，提高了注射精度，而且壓塊上的臺階槽適於不同容量的注射器的定位，提高了通用性，並具有輔助定位保證注射方向平行X向的功能。
[0023]進一步地，注射器柄壓塊上的限位杆能夠確保壓塊與注射器柄裝配機構之間的相對位置不變，在裝夾注射器時容易將注射器調水平(平行X向)。
[0024]進一步地，同時採用本實用新型的T形槽與豎直槽結構，通用性更強，加工更簡單。
[0025]另一方面，本實用新型的注射系統採用閉環反饋自動控制，並且控制單元具有時序參數設置功能，在提高注射精度的同時，能夠實現多臺注射泵的並行控制，實現不同藥品按照不同速度、不同順序的注入。
[0026]進一步地，控制單元的人機互動界面便於操作。
[0027]進一步地，控制單元與電腦通訊後，能夠在電腦上直接對注射泵進行編程，提高了方便性和可控性。
[0028]進一步地，本實用新型還能夠選擇注射系統為單臺工作模式或者多臺工作模式，通用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]接下來將結合附圖對本實用新型的具體實施例作進一步詳細說明，其中:
[0030]圖1是現有技術的注射泵的受力原理圖；
[0031]圖2是本實用新型的實施例的注射泵的軸測視圖；
[0032]圖3是本實用新型的實施例的注射器柄裝配機構的左視圖；
[0033]圖4是本實用新型的實施例的注射泵的軸測視圖，為了清晰，其中省略了部分部件；
[0034]圖5是圖4中的注射泵另一角度的軸測視圖；
[0035]圖6是本實用新型的實施例的注射系統的結構原理圖。
[0036]上圖中標記說明:導軌或者推桿1、2，絲槓3，驅動機構4，注射泵100、200，基座110，注射器管壓塊120，注射器柄壓塊130，左限位杆131，右限位杆132，螺紋孔133、134，臺階槽135，左導向杆141，右導向杆142，下導向杆143，注射器柄裝配機構150，左導向孔151，右導向孔152，下導向孔153，驅動孔154，螺母155，右限位孔156，左限位孔157，通孔158、159，T形槽1510，豎直槽1511，電機160，旋轉編碼器170，絲槓180，控制單元300，電腦 400。
【具體實施方式】
[0037]在接下來的描述中，為了清晰，建立了三維坐標系，其中，X向指的是注射泵的長度方向(注射方向)，Z向指的是注射泵的高度方向(上下方向)，Y向指的是注射泵的寬度方向(左右方向)。
[0038]參考圖1，現有技術中的注射泵，一般採用兩根導軌，並且兩根導軌(或者稱為導向杆)或者推桿1、2平行布置在同一平面內，用於推動注射器柄的驅動機構4受絲槓3的驅動沿X方向運動，並且一般處於降低尺寸的考慮，絲槓3距離兩根導軌1、2所在的平面的Z向距離並不會很大。注射器(未示出)裝夾到注射泵上後，絲槓3要帶動驅動機構4運動以推動注射器柄X向運動將藥品推出注射器。此時，注射器柄會給驅動機構4 一個反作用力f，該作用力f使得驅動機構4傾向於朝著圖1中的箭頭A方向翻轉，從而在驅動機構4與絲槓3的配合位置C處及與導軌或者推桿1、2的配合位置B處產生應力集中，從而加速B、C位置處的磨損。在此情況下，對注射器進行初始裝夾時，驅動機構4仍然保持如圖1中實線所示的正確位置，但開始工作後，在f作用下，驅動機構將發生如圖1中的虛線所示的傾斜，從而影響注射精度。在驅動機構4不直接與導軌、絲槓配合的情況下，f的作用還是最終會傳導到與導軌、絲槓配合的其它部件上，因此同樣會產生上述問題，本文不再詳細描述。如果在醫療領域，採用現有技術的注射泵在對人體注射時，是緩慢勻速推動注射器柄的，首先，反作用力f並不大，因此磨損慢；其次，注射量取決於醫生所開的藥劑用量，一般要求將注射器內的藥物全部推入人體即可，精度要求並不高，少量的磨損是能夠被接受的。而在化工領域，化學藥品的注射時一般需要較大的推進力(例如高壓推進)，因此f也較大，磨損快，而且經常會進行微量注射，對精度要求高，因而磨損會對注射精度產生很大影響，進而影響到化學實驗結果、檢測結果。
[0039]參考圖2，注射泵100包括基座110，安裝在基座110上的電機160、注射器管壓塊120，左導向杆141、右導向杆142、下導向杆143(圖4及圖5中示出)。三根導向杆141、142、143在基座110上X向平行布置，並與注射器柄裝配機構150滑動配合形成一對滑動副。絲槓180受電機160驅動，並且絲槓180與注射器柄裝配機構150配合形成一對絲槓副。工作時，將注射器(未示出)裝夾到注射泵100上，利用注射器管壓塊120壓住注射器的前端，注射器柄裝配機構150用於固定注射器柄。電機160為動力源，電機160的轉動經絲槓180轉換為注射器柄裝配機構150的X向直線運動，從而推動注射器柄，使注射器中的化學藥品注入實驗裝置或者檢測裝置。因此，注射器柄裝配機構150也是驅動機構。
[0040]結合圖3、圖4、圖5，注射器柄裝配機構150的三個導向孔分別為左導向孔151、右導向孔152和下導向孔153，三個導向孔的中心Cl、C2、C3位於等邊三角形(如圖3中的虛線所示)的三個頂點上，而驅動孔154的中心H位於該等邊三角形的中心位置。因此，絲槓180的推力在三個導向孔151、152、153處是均勻分配的。左導向杆141與左導向孔151滑動配合、右導向杆142與右導向孔152滑動配合、下導向杆153與下導向孔153滑動配合，絲槓180與驅動孔154配合。為了增加耐磨性，導向孔151、152、153內還能夠設置銅套(未示出)。本領域普通技術人員能夠很容易地想像，為了實現絲槓傳動，既能在驅動孔154內安裝螺母155，也能夠直接在驅動孔154內機加工內螺紋，在本說明書中統稱為絲槓160與驅動孔154配合形成絲槓副。為了提高通用性，在本實用新型中，注射器柄限位槽採用了兩種形式:一種是T形槽1510(從俯視角度看的話，其大致為T形)，適用於裝配具有端板的注射器柄；另一種是豎直槽1511，適用於注射器柄末端具有螺紋孔的情況。本領域普通技術人員能夠很容易地想像，兩種形式的注射器柄限位槽既能夠單獨採用，也能夠同時採用，或者加工出其它形狀的限位槽。但從提高通用性的角度來看，優選同時採用T形槽1510和豎直槽1511，此時，豎直槽1511本身是開在T形槽1510的底壁上的一個長孔，因此兩個限位槽能夠被視為一體，並且從機加工的角度講，例如通過銑削加工限位槽時，銑刀在銑削T形槽1510的基礎上局部增加銑刀進給量就能銑削出豎直槽1511，容易實現。並且，注射器柄限位槽1510、1511的對稱軸與上述等邊三角形的Z向中線重合，如圖3中的長點劃線所示出的。因此，圖1中所示出的注射器柄的反作用力f被最大限度地平均分散至三個導向孔和驅動孔位置，從而在這些位置所產生的應力集中均很小，並且，絲槓180的中心線與下導向孔153的中心線之間的距離要大於其與注射器柄中心線的距離，根據槓桿原理，下導向杆143所述的滑動摩擦力最小，而兩個水平的導向杆141、142的滑動摩擦力平均,大大減小了磨損程度，使得注射器柄裝配機構150不至於發生如圖1中虛線所示的傾斜，注射器柄裝配機構150的實際行程與設定的注射量嚴格對應，從而提高了注射精度。
[0041]同時，由於採用了 T形槽1510，本實用新型還設置了與之配合的注射器柄壓塊130。注射器柄壓塊130與左導向杆141、右導向杆142為滑動配合。注射器柄壓塊130上開有螺紋孔133、134，相應地，注射器柄裝配機構150上開有通孔158、159，注射器柄的端板卡入T形槽1510後，採用螺栓穿過通孔158、159擰入螺紋孔133、134，從而使注射器柄壓塊130壓住注射器柄。為了保證注射器柄壓塊130與注射器柄裝配機構150之間的相對位置不變，在裝夾注射器時容易將注射器調水平(平行X向)，在注射器柄壓塊130上還設置了左限位杆131和右限位杆132，相應地，注射器柄裝配機構150上設置了左限位孔157和右限位孔156。並且，為了適應不同容量的注射器(其管徑也不同)，在注射器柄壓塊130上開有臺階槽135。
[0042]參考圖6，在本實用新型的實施例中，控制單元300與兩臺注射泵100、200電連接，用於控制兩臺注射泵的電機160的工作。本領域普通技術人員應當理解，控制單元300也能夠控制一臺或者更多數量的注射泵，但在化工領域，為了實現多種化學藥品的注入，應當由控制單元300控制兩臺及以上注射泵的注入。在注射泵100、200上，還安裝有旋轉編碼器170，用於測量電機160的轉速。同時，旋轉編碼器170還與控制單元300點連接，將所測得的轉速信號反饋給控制單元300。控制單元300根據所設定的時序參數、注射速度參數控制注射泵100、200的工作狀態，在工作過程中，旋轉編碼器170將電機160的轉速反饋給控制單元300，控制單元300根據反饋的速度值和預先設置的速度相比較，運用一些智能算法(目前主要採用的算法為比例-積分-微分控制算法，簡稱PID控制算法)，算出下一步給電機160驅動的信號使電機轉速更接近理論值，從而提高了注射精度。而且，控制單元300具有人機互動界面，便於操作人員的現場參數輸入。作為進一步的優選方案，控制單元300還提供了與電腦400的通訊接口，在一些有電腦400的場合，可以把控制單元300接到電腦400上，然後在電腦400上設置注射泵100、200的運行程序，這樣，控制單元300本身可以不具備人機互動界面，而以可攜式的電腦來控制，有利於控制單元300的小型化，尤其在一些需要電腦400同時控制其它儀器的場合，可以在電腦400上實現對整個系統的操作，提高通用性。
[0043]利用本實用新型的注射系統進行化學藥品的注射時，步驟如下:
[0044](I)將容納有不同液體的注射器安裝到各注射泵100、200上。
[0045](2)進入控制單元300的操作界面，選擇單臺工作模式或者多臺工作模式。
[0046](3)以時間為主線設置程序，首先選擇第一臺注射泵100，按後再選擇具體的時間段，再設置注射泵100在這段時間完成任務所需要的參數，然後進入下一個時間段設置，直到把注射泵所有時間段參數包括注射起始時間、終止時間、注射速度等設置完畢，才能進入下一臺注射泵200的參數設置，設置和注射泵100的順序和步驟相同，然後依次類推。雖然每臺注射泵是單獨輸入參數的，但每臺注射泵的參數是按照整個系統所要完成的任務而設置的參數，因此，可以通過調整每臺注射泵的參數設置，從而簡單的實現不同注射泵的注射先後順序和注射速率。
[0047](4)完成所有注射慄的設直後,起動注射。
[0048](5)注射終止。
[0049]由上述可知，本實用新型的注射系統尤其適合於需要實現各種濃度變化注射液的場合。
[0050]雖然本實用新型是結合以上實施例進行描述的，但本實用新型並不被限定於上述實施例，本領域普通技術人員能夠容易地對其進行等效替換和變型，但並不離開本實用新型的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種注射泵，包括: 基座; 安裝在所述基座上的電機、注射器管壓塊、三根X向平行的導向杆； 受所述電機驅動的絲槓； 注射器柄裝配機構，其具有三個導向孔、一個注射器柄限位槽和一個驅動孔； 所述絲槓與所述驅動孔配合形成絲槓副，所述導向杆與所述導向孔配合形成滑動副；其特徵在於，所述三個導向孔的中心位於等邊三角形的三個頂點上，所述驅動孔的中心位於所述等邊三角形的中心位置，所述注射器柄限位槽的對稱軸與所述等邊三角形的Z向中線重合。
2.根據權利要求1所述的注射泵，其特徵在於，所述注射器柄限位槽包括豎直槽和/或T形槽。
3.根據權利要求2所述的注射泵，其特徵在於，還包括注射器柄壓塊，所述注射器柄壓塊與所述三根導向杆中的至少兩根為滑動配合，所述注射器柄壓塊與所述注射器柄裝配機構通過螺栓緊固，且所述注射器柄壓塊上開有臺階槽。
4.根據權利要求3所述的注射泵，其特徵在於，所述注射器柄壓塊上具有左、右限位杆。
5.根據權利要求2或3所述的注射泵，其特徵在於，所述注射器柄限位槽包括豎直槽和T形槽，所述豎直槽為開在所述T形槽的底壁上的長孔。
6.一種注射系統，其特徵在於，包括: 如權利要求1至5中的任一項所述的注射泵； 控制單元； 旋轉編碼器； 所述控制單元與多臺所述注射泵電連接，並根據所設定的時序參數、注射速度參數控制多臺所述注射泵的工作狀態，所述旋轉編碼器與所述控制單元和所述電機電連接從而將所述電機的轉速反饋給所述控制單元。
7.根據權利要求6所述的注射系統，其特徵在於，所述控制單元具有人機互動界面。
8.根據權利要求6或7所述的注射系統，其特徵在於，所述控制單元具有與電腦的通訊接口。
【文檔編號】F04B49/06GK203463247SQ201320594835
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】唐禾雨, 朱凱旋, 趙剛, 蔣振東 申請人:中國科學技術大學