专利名称：配置伺服机构的胰岛素泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医用辅助自动注射装置，特别是涉及所述医用辅助自动注射装置 的直流电机伺服机构。
背景技术：
胰岛素泵是以人体仿生学原理制造的模仿人体正常胰腺工作的用于治疗糖尿病 的重要医疗仪器。胰岛素泵又称开环人工胰岛，采用持续皮下胰岛素输入方法将人体平时 所需要的胰岛素基础量按照正常胰腺分泌规律持续不断地向体内输注，同时对餐前所需要 的大剂量胰岛素适时地向体内输注，以供应正常人体需要，从而使血糖控制平稳，使患者恢 复正常的生活，提高生活质量。现有技术胰岛素泵所使用的动力驱动装置主要是脉冲电机。 所述脉冲电机依靠控制器提供脉冲信号，每次注射一个最小单位的量。由于每次注射量的 细分单位很大，限制了胰岛素泵对正常胰腺分泌规律的准确模拟；同时，每次注射还会形成 很大的注射波动，给病人带来不舒服的感觉。现有技术直流电机伺服机构就可以完全克服 脉冲电机存在的上述问题，但是，现有技术直流电机伺服机构硬件复杂，体积庞大，不适于 胰岛素泵向小型化、便携式的方向发展。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种配置伺 服机构的胰岛素泵，一方面实现了胰岛素泵对注射量的高精度跟踪，另一方面，解决了直流 电动机伺服机构的微型化的问题。本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现设计、制造一种配置伺服机构的胰岛素泵，包括用于盛装胰岛素药剂的装药筒和 微处理器。尤其是，还包括直流伺服电动机、磁编码器、给药传动组件和控制面板。所述直 流伺服电动机电连接微处理器，获取该微处理器发出的转向和启动/停转指令。所述给药 传动组件连接在装药筒和直流伺服电动机的输出轴之间，将直流伺服电动机的输出轴的旋 转运动变换为直线运动，令装药筒内的药剂被推出。所述磁编码器安装于直流伺服电动机， 并与所述微处理器电连接，用于侦测所述直流伺服电动机输出轴的旋转位置并将体现旋转 位置的电信号反馈给微处理器。所述控制面板接收被输入的注射方式并输出相应指令至所 述微处理器。所述胰岛素泵还包括第一 P沟道绝缘栅型场效应管、第二 P沟道绝缘栅型场效应 管、第一 N沟道绝缘栅型场效应管和第二 N沟道绝缘栅型场效应管。所述两P沟道绝缘栅 型场效应管各自的漏极分别电连接直流伺服电动机的正极输入端和负极输入端，源极和基 底电连接电源，栅极通过各自相应的第一电阻分别电连接第二转向信号输入端点和第一转 向信号输入端点。所述两N沟道绝缘栅型场效应管各自的漏极分别电连接直流伺服电动机 的正极输入端和负极输入端，源极和基底接地，栅极通过各自相应的第二电阻分别电连接 第一控制信号输入端点和第二控制信号输入端点。在所述直流伺服电动机两输入端并联有
4电容，该电容电连接直流伺服电动机的正极输入端的一端电连接第一转向信号输入端点， 所述电容电连接直流伺服电动机的负极输入端的一端电连接第二转向信号输入端点。所述 两转向信号输入端点电连接微处理器分别接收正向旋转控制信号和反向旋转控制信号，所 述控制信号输入端点电连接微处理器分别接收正转起始控制信号和方向旋转控制信号。所述给药传动组件包括与所述直流伺服电动机的输出轴联结的齿轮减速箱，以及 齿轮组件、丝杆直线进给组件和直线进给固定座。所述丝杆直线进给组件包括设置有外螺 纹的丝杆和末端中央孔内设置有内螺纹的柱状直线进给推杆，所述直线进给推杆的末端从 丝杆首端旋入。所述齿轮组件包括传动齿轮组、与所述齿轮减速箱的输出轴联结的主动齿 轮和与所述丝杆的末端联结的从动齿轮。所述传动齿轮组包括同轴的第一传动齿轮和第二 传动齿轮，借助轴承固定，所述第一传动齿轮与主动齿轮啮合，所述第二传动齿轮与从动齿 轮啮合。所述装药筒包括药筒和安装在该药筒末端的给药活塞。所述给药活塞与直线进给 推杆的首端可拆卸地联结，所述直线进给固定座借助中央通孔套在直线进给推杆外，以限 制该直线进给推杆随旋转的丝杆做旋转运动，令所述直线进给推杆随着旋转的丝杆沿该丝 杆的轴线做直线移动，从而令给药活塞完成推药过程。具体地，所述直流伺服电机是杯形绕组直流伺服电机。所述齿轮减速箱是行星齿 轮减速箱。所述传动齿轮的第一传动齿轮的外径大于第二传动齿轮的外径。所述轴承是含 油轴承。另外，所述胰岛素泵还包括用透明材料制成的壳体和电池盒。装入所述电池盒的 电池包括一次电池和二次电池。同现有技术相比较，本实用新型“配置伺服机构的胰岛素泵”的技术效果在于所述微处理器实时接收直流伺服电动机的工作状态，并根据反馈的状态对微处理 器实施控制，使所述胰岛素泵的伺服机构能够根据实时数据完成控制，使得胰岛素的大剂 量、长时间注射过程中，注射速度更加贴合人体的吸收、消耗速度，确保准确模拟正常胰腺 分泌规律；同时所述胰岛素泵的结构简单，较现有技术胰岛素泵功耗更低、噪音更小。
图1是本实用新型“配置伺服机构的胰岛素泵”优选实施例的硬件工作原理示意 图；图2是所述优选实施例直流伺服电动机10的控制电路示意图；图3是所述优选实施例正投影主视示意图；图4是所述优选实施例在单波峰输注方式下，向直流伺服电动机10输入的波形 图；图5是所述优选实施例在双波峰输注方式下，向直流伺服电动机10输入的波形 图；图6是所述优选实施例的反馈控制环示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示优选实施例作进一步详述。本实用新型提出一种配置伺服机构的胰岛素泵，如图1所示，包括用于盛装胰岛素药剂的装药筒50和微处理器40，还包括直流伺服电动机10、磁编码器20、给药传动组件 300和控制面板70。所述直流伺服电动机10电连接微处理器40，获取该微处理器40发出 的转向和启动/停转指令。所述给药传动组件300连接在装药筒50和直流伺服电动机10 的输出轴之间，将直流伺服电动机10的输出轴的旋转运动变换为直线运动，令装药筒50内 的药剂被推出。所述磁编码器20安装于直流伺服电动机10，并与所述微处理器40电连接， 用于侦测所述直流伺服电动机10输出轴的旋转位置并将体现旋转位置的电信号反馈给微 处理器40。所述控制面板70接收被输入的注射方式并输出相应指令至所述微处理器40。本实用新型利用自动化技术的反馈自动控制方式根据反馈信息对直流伺服电动 机10实施控制，利用闭环控制的可靠性，实现了胰岛素泵对注射量的高精度跟踪，并确保 准确模拟正常胰腺分泌规律，使得胰岛素的大剂量、长时间注射过程中，注射速度更加贴合 人体的吸收、消耗速度。解决了使用脉冲电机产生的注射波动问题。同时，本实用新型自动 控制的反馈结构简单可靠，使直流电动机伺服机构能够满足微型化的需求，顺应了市场对 胰岛素泵提出的便携式结构需求。本实用新型优选实施例，如图2所示，所述胰岛素泵还包括第一 P沟道绝缘栅型场 效应管P1、第二 P沟道绝缘栅型场效应管P2、第一 N沟道绝缘栅型场效应管m和第二 N沟 道绝缘栅型场效应管N2。所述两P沟道绝缘栅型场效应管PI、P2各自的漏极D分别电连 接直流伺服电动机10的正极输入端和负极输入端，源极S和基底B电连接电源V。。，栅极G 通过各自相应的第一电阻Rl、R2分别电连接第二转向信号输入端点MB和第一转向信号输 入端点MA。所述两N沟道绝缘栅型场效应管Ni、N2各自的漏极D分别电连接直流伺服电 动机10的正极输入端和负极输入端，源极S和基底B接地，栅极G通过各自相应的第二电 阻R3、R4分别电连接第一控制信号输入端点AL和第二控制信号输入端点BL。在所述直流 伺服电动机10两输入端并联有电容C，该电容C电连接直流伺服电动机10的正极输入端的 一端电连接第一转向信号输入端点MA，所述电容C电连接直流伺服电动机10的负极输入端 的一端电连接第二转向信号输入端点MB。所述两转向信号输入端点MA、MB电连接微处理 器40分别接收正向旋转控制信号和反向旋转控制信号，所述控制信号输入端点AL、BL电连 接微处理器40分别接收正转起始控制信号和方向旋转控制信号。本实用新型优选实施例，如图3所示，所述给药传动组件300包括与所述直流伺服 电动机10的输出轴联结的齿轮减速箱310，以及齿轮组件320、丝杆直线进给组件330和直 线进给固定座340。所述丝杆直线进给组件330包括设置有外螺纹的丝杆331和末端中央 孔内设置有内螺纹的柱状直线进给推杆332，所述直线进给推杆332的末端从丝杆331首 端旋入。所述齿轮组件320包括传动齿轮组321、与所述齿轮减速箱310的输出轴联结的 主动齿轮322和与所述丝杆332的末端联结的从动齿轮323。所述传动齿轮组321包括同 轴的第一传动齿轮324和第二传动齿轮325，借助轴承350固定，所述第一传动齿轮324与 主动齿轮啮合322，所述第二传动齿轮325与从动齿轮323啮合。所述装药筒50包括药筒 51和安装在该药筒51末端的给药活塞52。所述给药活塞52与直线进给推杆332的首端 可拆卸地联结，所述直线进给固定座340借助中央通孔套在直线进给推杆332外，以限制该 直线进给推杆332随旋转的丝杆331做旋转运动，令所述直线进给推杆142随着旋转的丝 杆331沿该丝杆331的轴线做直线移动，从而令给药活塞52完成推药过程。为了使上述给药传动组件300更精确可靠的工作，本实用新型优选实施例，所述直流伺服电机10是杯形绕组直流伺服电机。所述齿轮减速箱310是行星齿轮减速箱。所述 传动齿轮组321的第一传动齿轮324的外径大于第二传动齿轮325的外径。所述轴承350 是含油轴承。所述胰岛素泵还包括用透明材料制成的壳体60和电池盒80 ；装入所述电池盒80 的电池包括一次电池和俗称为可充电电池的二次电池。使用者可以通过控制面板70选择输注方式。本实用新型优选实施例，所述输注方 式包括基础量注射和餐前量注射。所述基础量注射以一天为一个周期，将一天分为24段， 每段1小时，每段有一个基础量，每个基础量分15次注射，每次间隔4分钟，每次采用单波 峰注射。图4是输入直流伺服电动机10的单波峰波形示意图。所述餐前量注射包括定时 餐前量和临时餐前量，产前量注射通常是大剂量，可以使用单波峰注射也可以使用双波峰 注射。图5是输入直流伺服电动机10的双波峰波形示意图。所述磁编码器输出4路正交信号X/X、Y/Y来检测电机旋转角度，因此，编码器的分 辨率为主轴每旋转一周发出4个脉冲信号。本实用新型优选实施例采用比例积分微分调节控制，即Proportion IntegrationDifferentiation0本实用新型采用双环控制，以确保伺服机构稳定。所述双环是指注射量控制反馈 环路和直流伺服电动机10的速度控制反馈环路。如图6所示，以采用单波峰的基础量注射 为例，每次注射时直流伺服电动机速度控制采用固定参数PID控制算法，加系统惯量修正， 并且设置提前量减速，完成后取得本次误差，根据误差修正下次注射速度。类似地，注射量 控制反馈环路也采用上述方式构成。所述双波峰注射模式下，其双环控制流程与单波峰注 射双环控制流程相同。本实用新型优选实施例至少需要设定三组用于PID的参数，即一组用于单波峰输 注；另一组用于双波峰输注的第一峰；最后一组用于双波峰输注的第二峰。本实用新型所述胰岛素泵的结构简单，较现有技术胰岛素泵功耗更低、噪音更小。
权利要求一种配置伺服机构的胰岛素泵，包括用于盛装胰岛素药剂的装药筒(50)和微处理器(40)；其特征在于还包括直流伺服电动机(10)、磁编码器(20)、给药传动组件(300)和控制面板(70)；所述直流伺服电动机(10)电连接微处理器(40)，获取该微处理器(40)发出的转向和启动/停转指令；所述给药传动组件(300)连接在装药筒(50)和直流伺服电动机(10)的输出轴之间，将直流伺服电动机(10)的输出轴的旋转运动变换为直线运动，令装药筒(50)内的药剂被推出；所述磁编码器(20)安装于直流伺服电动机(10)，并与所述微处理器(40)电连接，用于侦测所述直流伺服电动机(10)输出轴的旋转位置并将体现旋转位置的电信号反馈给微处理器(40)；所述控制面板(70)接收被输入的注射方式并输出相应指令至所述微处理器(40)。
2.根据权利要求1所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于还包括第一 P沟道绝缘栅型场效应管(Pl)、第二 P沟道绝缘栅型场效应管(P2)、第一 N沟道绝缘栅型场效应管(Ni)和第二 N沟道绝缘栅型场效应管(N2)；所述两P沟道绝缘栅型场效应管(P1、P2)各自的漏极⑶分别电连接直流伺服电动机 (10)的正极输入端和负极输入端，源极(S)和基底(B)电连接电源(Vrc)，栅极(G)通过各 自相应的第一电阻(Rl、R2)分别电连接第二转向信号输入端点(MB)和第一转向信号输入 端点(MA)；所述两N沟道绝缘栅型场效应管(N1、N2)各自的漏极⑶分别电连接直流伺服 电动机(10)的正极输入端和负极输入端，源极(S)和基底(B)接地，栅极(G)通过各自相 应的第二电阻(R3、R4)分别电连接第一控制信号输入端点(AL)和第二控制信号输入端点 (BL)；在所述直流伺服电动机(10)两输入端并联有电容(C)，该电容(C)电连接直流伺服 电动机(10)的正极输入端的一端电连接第一转向信号输入端点(MA)，所述电容(C)电连接 直流伺服电动机(10)的负极输入端的一端电连接第二转向信号输入端点(MB)；所述两转向信号输入端点(MA、MB)电连接微处理器(40)分别接收正向旋转控制信号 和反向旋转控制信号，所述控制信号输入端点(AL、BL)电连接微处理器(40)分别接收正转 起始控制信号和方向旋转控制信号。
3.根据权利要求1所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于所述给药传动组件(300)包括与所述直流伺服电动机(10)的输出轴联结的齿轮减速 箱(310)，以及齿轮组件(320)、丝杆直线进给组件(330)和直线进给固定座(340)；所述丝杆直线进给组件(330)包括设置有外螺纹的丝杆(331)和末端中央孔内设置有 内螺纹的柱状直线进给推杆(332)，所述直线进给推杆(332)的末端从丝杆(331)首端旋 入；所述齿轮组件(320)包括传动齿轮组(321)、与所述齿轮减速箱(310)的输出轴联结的 主动齿轮(322)和与所述丝杆(332)的末端联结的从动齿轮(323)；所述传动齿轮组(321) 包括同轴的第一传动齿轮(324)和第二传动齿轮(325)，借助轴承(350)固定，所述第一传 动齿轮(324)与主动齿轮啮合(322)，所述第二传动齿轮(325)与从动齿轮(323)啮合；所述装药筒(50)包括药筒(51)和安装在该药筒(51)末端的给药活塞(52)；所述给药 活塞(52)与直线进给推杆(332)的首端可拆卸地联结，所述直线进给固定座(340)借助中 央通孔套在直线进给推杆(332)外，以限制该直线进给推杆(332)随旋转的丝杆(331)做 旋转运动，令所述直线进给推杆(332)随着旋转的丝杆(331)沿该丝杆(331)的轴线做直线移动，从而令给药活塞(52)完成推药过程。
4.根据权利要求1所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于 所述直流伺服电机(10)是杯形绕组直流伺服电机。
5.根据权利要求3所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于 所述齿轮减速箱(310)是行星齿轮减速箱。
6.根据权利要求3所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于所述传动齿轮组(321)的第一传动齿轮(324)的外径大于第二传动齿轮(325)的外径。
7.根据权利要求3所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于 所述轴承(350)是含油轴承。
8.根据权利要求1所述的配置伺服机构的胰岛素泵，其特征在于还包括用透明材料制成的壳体(60)和电池盒(80)；装入所述电池盒(80)的电池包括 一次电池和二次电池。
专利摘要一种配置伺服机构的胰岛素泵，包括直流伺服电动机、磁编码器、给药传动组件、微处理器、装药筒和控制面板。所述直流伺服电动机从微处理器获取转向和启动/停转指令。所述给药传动组件连接在装药筒和直流伺服电动机的输出轴之间，将直流伺服电动机的输出轴的旋转运动变换为直线运动。所述磁编码器安装于直流伺服电动机，并与所述微处理器电连接，用于侦测所述直流伺服电动机输出轴的旋转位置并将体现旋转位置的电信号反馈给微处理器；所述控制面板接收被输入的注射方式并输出相应指令至所述微处理器。本实用新型使得胰岛素的大剂量、长时间注射过程中，注射速度更加贴合人体的吸收、消耗速度；同时所述胰岛素泵的结构简单，功耗低、噪音小。
文档编号A61M5/142GK201692426SQ201020171848
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者王永禄, 王超, 钟伟鹏 申请人:深圳市利泰尔科技有限公司