一种预充式注射器联动线灌装系统的制作方法

本发明涉及医疗设备生产技术领域，更进一步涉及一种预充式注射器联动线灌装系统。

背景技术：

肌肉注射是一种较为常见的给药方式，以其简单易行不受环境、设备等限制的特点受到广泛应用。肌肉注射的给药点通常为肌肉，能适用大部分药品种类，即使没有接受过专业培训的人员在必要情况下也可以操作。广泛应用于疫苗类、激素类药物的给药以及常规临床上很多较轻病症的治疗。

随着肌肉注射应用越来越广泛，以及需要频繁给药的人群(如糖尿病患者需要自行注射胰岛素)越来越庞大，再加上近几年美容行业越来越多地采用注射的方式进行某些美容操作，有越来越多的非专业人员接触或从事肌肉注射这一工作。某些药物需要事先进行溶解，再将药液吸入注射器内，非专业人员在操作时难以掌握正确比例的药量，可能存在偏差，给受药者带来比较大的安全隐患，可能影响治疗效果甚至影响到受药者正常的生理机能。因此，市场急需一种简化肌肉注射操作的解决方案，降低肌注工作对人员专业技能的要求，减少带给受药者的安全隐患。

基于上述需求，预充式注射器应运而生，在生产时预先将药液填充在注射器内，免去非专业人员操作时出现剂量比例偏差的情况，同时也避免吸取药液时造成污染。生产过程中最关键的步骤是向空注射器内灌装药液以及注射器加塞封装。对于本领域的技术人员来说，需要设计一种能够自动化对注射器灌装及加塞的设备，满足日益增长的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种预充式注射器联动线灌装系统，可对注射器进行灌装及加塞，具有更高的灵活性，可根据使用需求调整各结构的运行状态，具体方案如下：

一种预充式注射器联动线灌装系统，包括：

灌装升降装置，包括第一电子凸轮和用于向注射器内注射药液的喷嘴；所述第一电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动所述喷嘴上下移动的升降连接件以及对所述升降连接件进行引导的升降引导件；

导筒升降装置，包括第二电子凸轮和能够伸入注射器内、用于导向橡胶塞的导筒；所述第二电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动所述导筒上下移动的升降连接件以及对所述升降连接件进行引导的升降引导件；所述导筒的外径小于注射器的内径；

加塞升降装置，包括第三电子凸轮和用于将橡胶塞向下压入所述导筒内的顶针；所述第三电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动所述顶针上下移动的升降连接件以及对所述升降连接件进行引导的升降引导件；所述顶针在初始位置位于所述导筒的上方；

取塞装置，包括相互固定设置的转动杆和夹塞板，所述夹塞板的一侧边缘设置多个用于夹取橡胶塞的弧形凹槽，接收从供料系统输送的橡胶塞；所述转动杆由第四电子凸轮驱动沿其中心轴转动，以使所述夹塞板在所述导筒与供料系统输出端之间以180度的方式来回翻转取塞、放塞。

可选地，所述升降引导件固定于所述机架的上表面，所述升降连接件贯穿所述机架并由所述升降引导件限位伸缩。

可选地，所述第一电子凸轮、所述第二电子凸轮、所述第三电子凸轮和所述第四电子凸轮四者分别包括与所述机架的底部固定的支架，所述支架包括上下两块平行设置的固定板，上固定板与下固定板之间转动设置丝杠，所述丝杠的底端与伺服电机的输出端连接，所述丝杠上螺纹连接螺母副；所述螺母副连接所述升降连接件；所述支架的上固定板与下固定板之间还固定设置导向杆，所述导向杆与所述丝杠平行设置，所述导向杆贯穿所述螺母副，限定所述螺母副的滑动方向。

可选地，所述伺服电机的壳体固定在固定座上，所述固定座固定于所述机架的底面，所述固定座呈筒形，内腔中设置用于连接所述丝杠和所述伺服电机联轴器；所述丝杠的两端分别通过轴承连接于所述机架上。

可选地，所述加塞升降装置的所述升降连接件为第一升降连接件，所述导筒升降装置的所述升降连接件为第二升降连接件，所述第二升降连接件的内部贯通设置限位滑道，所述第一升降连接件贯穿插入所述第二升降连接件中并由所述第二升降连接件导向滑动。

可选地，所述取塞装置包括所述升降引导件和所述升降连接件，所述升降连接件上设置竖向齿条，所述齿条与所述转动杆上的齿轮啮合传动，以带动所述转动杆在所述导筒与供料系统输出端之间以180度的方式来回翻转取塞。

可选地，还包括蜂巢盒交替错位输送装置，所述蜂巢盒交替错位输送装置包括X轴导向座和Y轴导向座，所述Y轴导向座驱动其上放置的蜂巢盒运动，所述X轴导向座驱动所述Y轴导向座及其上的蜂巢盒一起运动，所述Y轴导向座的运动方向垂直于所述X轴导向座。

可选地，所述灌装升降装置的运行包括：喷嘴向下运动至注射器底部的行程、在喷射药液的同时随液面的升高逐渐向上移动的行程、以及当药液喷射完毕后加速复位的行程。

可选地，所述导筒升降装置和所述加塞升降装置的运行包括：所述加塞升降装置的顶针向下运动将橡胶塞压入所述导筒内的行程、所述导筒与所述顶针同时向下移动的行程、当所述顶针和所述导筒分别到达最低点，所述顶针保持静止，所述导筒向上移动使橡胶塞进入注射器内的行程；所述顶针和所述导筒同时向上移动到初始位置的行程。

可选地，所述灌装升降装置的运行与所述导筒升降装置和所述加塞升降装置的运行同步进行；灌装和加塞执行动作分别针对隔行设置的两排注射器。

可选地，所述取塞装置配置为所述加塞升降装置未到最高点时所述取塞升降装置无法翻转至导筒上方。

本发明提供了一种预充式注射器联动线灌装系统，包括灌装升降装置、导筒升降装置、加塞升降装置、取塞装置和机架等结构，灌装升降装置包括第一电子凸轮和用于向注射器内注射药液的喷嘴；第一电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动喷嘴上下移动的升降连接件以及对升降连接件进行引导的升降引导件；导筒升降装置包括第二电子凸轮和能够伸入注射器内、用于导向橡胶塞的导筒；第二电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动导筒上下移动的升降连接件以及对升降连接件进行引导的升降引导件；导筒的外径小于注射器的内径；加塞升降装置包括第三电子凸轮和用于将橡胶塞向下压入所述导筒内的顶针；第三电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动顶针升降连接件以及对升降连接件进行引导的升降引导件；顶针在初始位置位于导筒的上方；取塞装置包括相互固定设置的转动杆和夹塞板，夹塞板的一侧边缘设置多个用于夹取橡胶塞的弧形凹槽，接收从供料系统输送的橡胶塞；转动杆由第四电子凸轮驱动沿其中心轴转动，以使夹塞板在导筒与供料系统输出端之间以180度的方式来回翻转取塞、放塞。

本申请通过灌装升降装置、导筒升降装置、加塞升降装置、取塞装置等结构实现了灌装、取塞和加塞等过程，实现了标准化机械灌装，保证了无菌、安全生产；灌装升降装置、导筒升降装置、加塞升降装置等结构均通过电子凸轮带动，不需要加工机械凸轮结构，仅需通过控制软件修改运动规律曲线就可以完成运动轨迹的修改，当动作规律不合适或者有其他需求时可在最短时间内完成过渡，具有更好的适应性。电子凸轮不存在机械凸轮的磨损了油污问题，对空间的需求也不像机械凸轮那么大，设备更加紧凑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的预充式注射器联动线灌装系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的电子凸轮及导向部的一种具体结构图；

图3为加塞升降装置与导筒升降装置相互配合装配的结构示意图；

图4为灌装升降装置、导筒升降装置、加塞升降装置和取塞装置竖直运动的曲线图，

其中包括：

灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3、取塞装置4、转动杆41、夹塞板42、机架5、伺服电机61、联轴器62、支架63、导向杆64、固定座65、轴承66、丝杠67、螺母副68、升降连接件71、升降引导件72、X轴导向座8、Y轴导向座9。

具体实施方式

本发明提供了一种预充式注射器联动线灌装系统，可对注射器进行灌装及加塞，具有更高的灵活性，可根据使用需求调整各结构的运行状态。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的预充式注射器联动线灌装系统进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本申请所提供的预充式注射器联动线灌装系统的结构示意图。该系统包括灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3、取塞装置4和机架5等结构，其中灌装升降装置1包括第一电子凸轮和喷嘴，喷嘴用于向注射器内注射药液；第一电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动喷嘴上下移动的升降连接件71以及对升降连接件71进行引导的升降引导件72；第一电子凸轮驱动第一导向部竖直移动，喷嘴向下伸出，上方连接输液管道，用于向注射器内注射药液；一般情况下喷嘴成排设置，一次性可以填充多个注射器，多个喷嘴并排固定于水平设置的横梁上，通过第一导向部带动横梁竖向运动。需要注意的是，为了避免药液飞溅，最初时喷嘴的底端靠近注射器的底端，填充时喷嘴随着药液的填充不断上移，喷嘴始终高于液面的高度，喷嘴上升的速度由第一电子凸轮控制，根据预设的运动曲线移动。

导筒升降装置2与灌装升降装置1的结构相似，也包括两部分，分别为第二电子凸轮和导筒，导筒能够伸入注射器内、用于导向橡胶塞；第二电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动所述导筒上下移动的升降连接件71以及对升降连接件71进行引导的升降引导件72；导筒的外径小于注射器的内径，与注射器内壁具有间隙，导筒用于导向橡胶塞，导筒上下贯通，橡胶塞从上方进入导筒，从导筒的底端推出，在推出时导筒的底端位于注射器内部，使橡胶塞到达指定的位置。由于导筒与注射器的内壁之间具有间隙，橡胶塞在导筒内被压缩，与导筒间保持密封，橡胶塞向下运动时使注射器内的空气沿间隙向外排出，橡胶塞被推出导筒后直径扩张与注射器的内壁保持密封，此时橡胶塞两侧的压缩保持一致。

加塞升降装置3与灌装升降装置1、导筒升降装置2两者的结构相似，包括第三电子凸轮和用于将橡胶塞向下压入导筒内的顶针；第三电子凸轮竖向布置，其设有用于驱动顶针上下移动的升降连接件71以及对升降连接件71进行引导的升降引导件72；顶针在初始位置位于导筒的上方。顶针为柱状杆件，尺寸小于导筒的内壁，长度大于导筒，顶针的底端在初始位置位于导向的上方，也即运动前底端位于导筒的顶端之上；当取塞装置4将橡胶塞放到导筒的上端时将橡胶塞向下推动以推出导筒的底端。导筒和顶针的运动均通过各自的驱动部件实现，两者仅作上下竖直运动。

导筒升降装置2的导筒和加塞升降装置3的顶针保持竖直设置，两者一个在下一个在上。灌装升降装置1的喷嘴与导筒、顶针平行设置，喷嘴在前，也就是说喷嘴先灌装一排注射器，导筒、顶针对准后一排注射器，当灌装后的注射器水平移动到下一工位后进行加塞操作，尽量减少各部件之间可能出现的干涉情况。

取塞装置4包括相互固定设置的转动杆41和夹塞板42，夹塞板42连接在转动杆41的一端，另一端与第四电子凸轮连接。夹塞板42的一侧边缘设置多个用于夹取橡胶塞的半圆形凹槽，设置凹槽的侧边与连接转动杆41所在的侧边相对；如图1所示，夹塞板42处于与供料系统对接的状态，夹塞板42接收从供料系统输送的橡胶塞，橡胶塞被推入半圆形凹槽中，凹槽的尺寸略小于橡胶塞，可以夹住橡胶塞。夹装橡胶塞后转动杆41由第四电子凸轮驱动沿自身的中心轴转动，以使夹塞板42在所述导筒与供料系统输出端之间以180度的方式来回翻转取塞。夹塞板42向左翻转180度至导筒的上方，使橡胶塞对准导筒的上端，此时顶针向下移动将橡胶塞推入导筒，沿导筒一直向下推动到指定的位置。

本申请通过灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3、取塞装置4等结构实现了灌装、取塞和加塞等一系列过程，实现了标准化机械灌装，保证了无菌、安全生产。灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3等结构均通过电子凸轮带动，不需要加工机械凸轮结构，仅需通过控制软件修改运动规律曲线就可以完成运动轨迹的修改，当动作规律不合适或者有其他需求时可在最短时间内完成过渡，具有更好的适应性。电子凸轮不存在机械凸轮的磨损了油污问题，对空间的需求也不像机械凸轮那么大，设备更加紧凑。

如图2所示，为本申请所提供的电子凸轮及导向部的一种具体结构，升降引导件72固定于机架5的上表面，升降连接件71向下贯穿机架5，与下方的电子凸轮连接，并由升降引导件72限位伸缩，升降连接件71滑动贯穿升降引导件72内腔，由升降引导件72限位升降连接件71仅能作竖直运动。升降连接件71的顶端根据各装置的不同作用连接不同的负载。

具体地，第一电子凸轮、第二电子凸轮、第三电子凸轮和第四电子凸轮的结构类似，均用于提供往复升降的动力，可统称为电子凸轮，与机械凸轮的作用相似，可以实现预设的轨迹，并且电子凸轮自带动力，通过伺服电机61实现升降。电子凸轮包括与机架5的底部固定的支架63，支架63包括上下两块平行设置的固定板，上固定板与下固定板之间转动设置丝杠67；丝杠67的底端与伺服电机61的输出端连接，丝杠67上螺纹连接螺母副68；螺母副68连接导向部的升降连接件71，升降连接件71和螺母副68为铰接。伺服电机61运动带动丝杠67旋转，螺母副68上设置内螺纹，与丝杠67螺纹配合，丝杠旋转带动螺母副68上下移动。

支架63的上固定板与下固定板之间还固定设置导向杆64，导向杆64与丝杠67平行设置，导向杆64贯穿螺母副68，导向杆64和螺母副68为滑动连接，通过导向杆64限定螺母副68保持竖直滑动方向。

伺服电机61的壳体固定在固定座65上，固定座65的顶端固定于机架5的底面，底端与伺服电机61的壳体连接，固定座65呈筒形，上下两端开通，伺服电机61的输出轴伸入其内部与丝杠67连接。固定座65的内腔中设置用于连接丝杠67和伺服电机61联轴器62，丝杠67的两端与机架5之间通过轴承66连接，减小丝杠与机架5之间产生的摩擦。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，为了优化结构，进一步降低整体的体积，为方便叙述，在此称加塞升降装置3的升降连接件71为第一升降连接件71＇，导筒升降装置2的升降连接件71为第二升降连接件71″。第二升降连接件71″的内部贯通，中心设置限位滑道，第一升降连接件71＇贯穿插入第二升降连接件71″中，并由第二升降连接件71″导向滑动。第一升降连接件71＇的两侧分别上下穿出第二升降连接件71″，由第二升降连接件71″限位竖直滑动。如图3所示，为加塞升降装置3与导筒升降装置2相互配合装配的结构示意图。加塞升降装置3与导筒升降装置2分别由各自的电子凸轮带动，加塞升降装置3的导向部的导向结构由第二升降连接件71″代替，第二升降连接件71″又由其外部的升降引导件72限位，形成三重嵌套的结构，不必单独设置一套导向结构，加塞升降装置3与导筒升降装置2的结构更加紧凑。

具体地，取塞装置4包括第四导向部，第四导向部与灌装升降装置1、导筒升降装置2和加塞升降装置3三者的导向部结构基本相同，包括升降引导件72和升降连接件71，通过升降引导件72限定竖直的位移，转动杆41水平设置，其上套装转动齿轮，升降连接件71上竖直设置用于驱动转动杆41上套装齿轮的齿条，齿条上下竖直移动，使齿轮转动，从而带动转动杆41和夹塞板42转动，齿条作上下往复运动使夹塞板42往复翻转180度，不断重复将橡胶塞从供料系统送到导筒上方并复位的过程。转动杆41还设有与之配合的用于限位其转动的转动座。

更进一步，本申请还包括蜂巢盒交替错位输送装置，用于调整各排注射器与喷嘴、导筒和顶针的相对位置，具体又包括X轴导向座8和Y轴导向座9，Y轴导向座9设置在X轴导向座8之上，X轴导向座8驱动Y轴导向座9和其上的蜂巢盒运动，Y轴导向座9驱动其上放置的蜂巢盒运动，X轴导向座8和Y轴导向座9作相互垂直的水平运动。X轴导向座8带动Y轴导向座9和蜂巢盒一次向前移动一排，当灌装升降装置1对一排注射器灌装完成，同时导筒升降装置2和加塞升降装置3对下一排注射器完成了加塞动作并退出后，由X轴导向座8向后推一排。因蜂巢盒相邻两排所放置的注射器并非横竖对齐，而是交错设置，本申请中灌装升降装置1、导筒升降装置2和加塞升降装置3均只作竖直移动，水平方向不移动，为了使注射器开口在每次注射时均能对齐，通过X轴导向座8带动蜂巢盒前后水平移动，Y轴导向座9水平移动的方向与X轴导向座8的方向垂直，校正蜂巢盒左右的位置。X轴导向座8和Y轴导向座9均可采用直线电机实现，精确控制每次位移的幅度。

上述方案中X轴导向座8位于Y轴导向座9的下方，若将两者位置互换也是可以的，Y轴导向座9位于X轴导向座8的下方，由Y轴导向座9带动左右移动，X轴导向座8带动前后移动也可起到相同的效果，蜂巢盒放置于上方的X轴导向座8上。

为保证装置的运行安全，灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3三者与X轴导向座8、Y轴导向座9互锁，X轴导向座8和Y轴导向座9配置为当灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3三者任一伸入注射器时不能运动，仅当三者完全退出注射器后才能移动，避免出现撞车的现象。互锁设定根据伺服电机的状态作为依据，也可以设置相应的位置感应器，连接到控制器上。

灌装升降装置1中喷嘴的运行包括：从初始位置向下运动至注射器底部的行程；接着开始喷射药液并向上移动的行程，避免喷嘴接触到药液，在注射药液的同时向上移动可防止药液飞溅；当药液喷射完毕时加速移动至初始位置的行程，准备下一次喷射操作。

导筒升降装置2和加塞升降装置3的运动包括：加塞升降装置3的顶针向下运动将橡胶塞压入导筒升降装置2的导筒内的行程，此时导筒保持静止；橡胶塞进入后导筒与顶针同时向下移动到指定位置的行程；当顶针和导筒分别到达各自设定的最低点时，顶针保持静止，导筒向上移动使橡胶塞进入注射器内的行程，此时橡胶塞仍位于导筒内；顶针和导筒同时向上移动到初始位置的行程，以备下次加塞操作。

导筒升降装置2和加塞升降装置3两者的运行与灌装升降装置1中喷嘴的运行同步进行；灌装和加塞执行动作分别针对隔行的两排注射器，例如导筒升降装置2和加塞升降装置3对第一行注射器执行加塞动作，灌装升降装置1对第三行注射器执行灌装动作，尽可能提升操作效率；隔行的两排注射器的位置前后对齐，无需调整蜂巢盒左右的位置。

加塞升降装置3与取塞装置4互锁，取塞装置4配置为当加塞升降装置3未到达最高点时取塞装置4不能翻转至导筒上方，当加塞升降装置3到达最高点时完全不对取塞装置4的夹塞板42造成阻碍，防止出现碰撞。

上述结构仅作为一种具体实现方式，其他原理相同的实现方式均应视为在本发明的保护范围内，本发明中升降动作以伺服电机驱动竖直放置的丝杠旋转，进而驱动螺母副进行升降来实现；水平动作由直线电机带动，也可以通过伺服电机驱动水平放置的丝杠旋转进而驱动螺母在水平方向上动作来实现；若是通过伺服系统借助其他传动方式如电缸等输出升降或水平动作也应视为本发明保护范围。

本发明对应的结构包括几个用于驱动升降动作的伺服电机和控制水平动作的伺服系统，各自独立安装于设备机架上，各动作机构之间不存在刚性或柔性连接，但是在空间上有重叠的区域，若是控制不当存在撞车的可能性。

该系统作为预充式注射器联动线的一个重要组成部分，主要为该设备比较重要的灌装加塞升降提供动力输出，考虑到还有对应的水平动作，综合分析后得出整个动作系统的时序图，需要有多个升降动作且几个升降动作之间存在一定的协同关系，具体地，如图4所示，为灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3和取塞装置4运动的曲线图，按图中所示的曲线运行避免撞车也可保证操作的效率。

图4中，曲线1、2、3、4分别代表灌装升降装置1、导筒升降装置2、加塞升降装置3和取塞装置4的升降动作，图中横坐标为时间，纵坐标为各升降动作的位移，实际曲线可能会与图中略有差异。对于图4中曲线有几点要求：曲线2、3、4是联动的，有一定的相对运动关系，必须要满足才能保证设备正常运行，若是出现偏差，将导致设备停机甚至故障；曲线1、2、3各自存在某一纵坐标点，使得当该升降动作到达或超过该点对应的位移值时，不影响前述的水平动作，因此，需要1、2、3都达到或超过各自的位移，即处于各自对应的时间段内时，水平动作才可以进行。对此，可以采用伺服电机通过驱动丝杠螺母副的升降动作分别实现四条曲线中的动作，水平动作的动力也通过伺服系统提供，通过电子凸轮系统实现各伺服系统的匹配，实现上述对图线的要求。

工作时，伺服电机61在程序控制下输出旋转动力，该动力通过联轴器62传递至丝杠67的丝杠；伺服电机61是间接与机架5刚性连接的，所以丝杠67在上述动力的作用下以两端轴承66为支点做旋转动作。在升降引导件72的作用下，升降连接件71驱动负载作可控的升降动作。

若是在运行过程中发现某一个升降动作的规律存在问题需要修改，可以直接通过软件修改图4中对应的曲线即可实现对应动作的修改，无需重新加工机械凸轮，修改运动规律也变得非常简单易行，只需要通过控制软件修改运动规律曲线即可完成动作轨迹的修改，当动作规律不合适或者有其他需求时都可以在最短的时间内完成过渡，具有更好的适应性。并且，电子凸轮不存在机械凸轮的磨损和油污等问题，对空间的需求也不像机械凸轮那么大，可以减少设备用户的空间成本。电子凸轮系统的应用，可以使灌装加塞工位的所有动作通过控制系统相互影响相互制约，最大程度上保证了各动作之间的配合，避免撞车。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。