CN114558198A - 药物输注器件的驱动结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种药物输注器件的驱动结构，包括：驱动单元与驱动轮，驱动单元在驱动方向上运动以驱动驱动轮转动；线性驱动器，线性驱动器与驱动单元电连接；用于向线性驱动器供电的电源；程序单元和第一开关单元，电源、程序单元、第一开关单元和线性驱动器之间电连接而形成供电电路，当线性驱动器被供电时，驱动单元实施驱动，驱动单元可触发表征到达驱动方向终点的第一信号，第一信号控制第一开关单元断开，以切断向线性驱动器供电，降低了输注器件的功耗。
Description
技术领域
本发明主要涉及医疗器械领域，特别涉及一种药物输注器件的驱动结构。
背景技术
正常人身体中的胰腺可自动监测人体血液中的葡萄糖含量，并自动分泌所需的胰岛素/胰高血糖素。而糖尿病患者胰腺的功能出现异常状况，无法正常分泌人体所需胰岛素。因此糖尿病是人体胰腺功能出现异常而导致的代谢类疾病，糖尿病为终身疾病。目前医疗技术尚无法根治糖尿病，只能通过稳定血糖来控制糖尿病及其并发症的发生和发展。
糖尿病患者在向体内注射胰岛素之前需要检测血糖。目前多数的检测手段可以对血糖连续检测，并将血糖数据实时发送至远程设备，便于用户查看，这种检测方法称为连续葡萄糖检测(Continuous Glucose Monitoring，CGM)。该方法需要检测装置贴在皮肤表面，将其携带的探头刺入皮下的组织液完成检测。根据CGM检测到的血糖值，输注设备将当前所需的胰岛素输入皮下，进而构成闭环或者半闭环人工胰腺。
但是，目前的药物输注器件驱动结构的功耗较大，提高了对电源的要求，而且可靠性较差。
因此，现有技术亟需一种功耗较小且可靠性较高的药物输注器件。
发明内容
本发明实施例公开了一种药物输注器件的驱动结构，由程序单元和第一开关单元控制向线性驱动器供电，而由第一开关单元切断向线性驱动器供电，第一开关单元的响应速度快，降低了输注器件的功耗。
本发明公开了一种药物输注器件的驱动结构，包括：驱动单元与驱动轮，驱动单元在驱动方向上运动以驱动驱动轮转动；线性驱动器，线性驱动器与驱动单元电连接，通电后的线性驱动器可拉动驱动单元在驱动方向上运动；用于向线性驱动器供电的电源；程序单元和第一开关单元，电源、程序单元、第一开关单元和线性驱动器之间电连接而形成供电电路，当线性驱动器被供电时，驱动单元实施驱动，驱动单元可触发表征到达驱动方向终点的第一信号，第一信号控制断开第一开关单元，以切断向线性驱动器供电。
根据本发明的一个方面，驱动单元包括至少一个驱动部，驱动轮上设置有轮齿，驱动部推动轮齿以驱动驱动轮。
根据本发明的一个方面，驱动单元的运动方式包括线性往复运动或者旋转往复运动。
根据本发明的一个方面，还包括弹性部件，弹性部件向驱动单元施加复位回弹力，弹性部件与线性驱动器互相配合使驱动单元往复运动。
根据本发明的一个方面，还包括电接触点，电接触点用于确定驱动单元在驱动方向上的运动终点，驱动单元与电接触点接触而触发第一信号，第一信号为电信号。
根据本发明的一个方面，电接触点与第一开关单元电连接而形成连接电路，电信号控制第一开关单元断开。
根据本发明的一个方面，还包括控制器，控制器分别与第一开关单元和电接触点电连接，电信号通过控制器控制断开第一开关单元。
根据本发明的一个方面，驱动单元与电接触点接触前后，电接触点的电压高低不同，电信号为电压变化信号。
根据本发明的一个方面，程序单元与电接触点电连接，以接收电信号。
根据本发明的一个方面，程序单元包括计时器，当线性驱动器开始被供电时，计时器开始计时，当计时器计时一段时间T后，计时器控制断开供电电路，若线性驱动器从开始被供电至触发第一信号用时为t，则T≥t。
根据本发明的一个方面，0ms≤T-t≤30ms。
根据本发明的一个方面，还包括第二开关单元，第二开关单元设置于供电电路上，程序单元通过控制第二开关单元断开供电电路。
根据本发明的一个方面，还包括电连接点，电连接点位于线性驱动器与第一开关单元之间的供电电路上，程序单元与电连接点电连接以获取电连接点的第二信号，第二信号为电压变化信号。
根据本发明的一个方面，还包括压力传感器，压力传感器用于确定驱动单元的运动终点，第一信号为压力变化信号。
根据本发明的一个方面，第一开关单元或者第二开关单元包括MOS场效应晶体管、模拟开关或者继电器。
根据本发明的一个方面，线性驱动器为形状记忆合金。
与现有技术相比，本发明的技术方案具备以下优点：
本发明公开的药物输注器件的驱动结构中，程序单元和第一开关单元，电源、程序单元、第一开关单元和线性驱动器之间电连接而形成供电电路，当线性驱动器被供电时，驱动单元实施驱动，驱动单元可触发表征到达驱动方向终点的第一信号，第一信号控制断开第一开关单元，以切断向线性驱动器供电。第一开关单元的响应速度快于程序单元。与程序单元同时控制对线性驱动器通电和断电相比，第一开关单元能够更快速地切断向线性驱动器供电，缩短线性驱动器被供电的时间，降低了输注器件的的功耗。另外，缩短线性驱动器被供电的时间，也同时降低了线性驱动器疲劳断裂的几率，提高驱动的安全性，提升了输注器件的输注可靠性。
进一步的，弹性部件向驱动单元施加复位回弹力，弹性部件与线性驱动器互相配合使驱动单元往复运动。弹性部件能够使驱动单元自动复位，不需要消耗电能，降低输注器件的功耗。
进一步的，程序单元与电接触点电连接，以接收电信号。程序单元接收到电信号不仅可用于控制切断向线性驱动器供电的供电电路，还能够记录线性驱动器的通断电次数，优化程序单元的控制过程。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的药物输注器件的驱动结构的单元模块结构连接关系示意图；
图2为根据本发明一个实施例的驱动结构的部分结构示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的驱动结构的部分结构示意图；
图4a-图4c为根据本发明一个实施例驱动结构控制电路示意图；
图5a-图5c为根据本发明另一个实施例驱动结构控制电路示意图；
图6a-图6b为根据本发明又一个实施例驱动结构控制电路示意图。
具体实施方式
如前所述，现有技术的输注器件中的功耗较大。
经研究发现，造成上述问题的原因为线性驱动器被加电或断电完全有程序单元控制，由于程序单元需要响应的时间较长，因此，线性驱动器被加电的时间较长，功耗较大。
为了解决该问题，本发明提供了一种药物输注器件的驱动结构，由程序单元和第一开关单元控制向线性驱动器供电，而由第一开关单元切断向线性驱动器供电，第一开关单元的响应速度快，降低了输注器件的功耗。
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本发明范围的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些单元的厚度、宽度、长度或距离可以相对于其他结构有所放大。
以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。这里对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。
应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图说明中将不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明实施例的药物输注器件的驱动结构的单元模块结构连接关系示意图。
药物输注器件包括输注针、储药单元、设置于储药单元中的活塞、与活塞相连接的螺杆和驱动结构等。螺杆前进可直接推动活塞前进，以实现药物输注。
药物输注器件的驱动结构包括电源、程序单元、第一开关单元、线性驱动器、驱动单元和驱动轮。
电源用于向线性驱动器供电。线性驱动器与驱动单元互相电连接。电源、程序单元、第一开关单元与线性驱动器之间电连接，进而形成向线性驱动器供电的供电电路。
需要说明的是，本发明实施对第一开关单元与程序单元的连接顺序不做限制。优选的，在本发明实施例中，程序单元、第一开关单元与线性驱动器依次电连接。在本发明的另一个实施例中，第一开关单元、程序单元与线性驱动器依次电连接。
程序单元用于控制输注器件某些功能单元执行相应的功能，如包括但不限于直接控制向线性驱动器通电或者断开上述供电电路，检测药物余量，告警，充盈输注针。
在本发明的一个实施例中，驱动装置还包括第二开关单元。第二开关单元设置于供电电路上。程序单元通过控制第二开关单元的闭合与断开进而控制连通与断开供电电路。其中，第二开关单元的工作原理与第一开关单元相似。第一开关单元的工作原理如下文所述。
在本发明实施例中，第一开关单元用于切断向线性驱动器供电，使得驱动单元停止驱动驱动轮。第一开关单元或者第二开关单元包括MOS场效应晶体管、模拟开关或者继电器。优选的，在本发明实施例中，第一开关单元为MOS场效应晶体管，根据作用于栅极电压的变化，控制沟道导通与断开导通，进而实现对供电电路的连接与断开。第二开关单元为模拟开关。
这里需要说明的是，“切断向线性驱动器供电”与“断开向线性驱动器供电的供电电路”具有完全不同的意义。“切断向线性驱动器供电”是指直接导致停止向线性驱动器供电，进而停止向驱动单元施加拉力，如第一开关单元的断开直接导致线性驱动器被停止供电。然而，“断开向线性驱动器供电的供电电路”仅仅是指将供电电路断开，并不一定直接导致停止向线性驱动器供电，如下文所述的程序单元控制断开的是供电电路。
线性驱动器用于向驱动单元施加动力进而使驱动单元运动。通电后，线性驱动器材料的物理形态发生变化，线性驱动器发生收缩形变，输出使驱动单元转动的驱动力。电流越大，线性驱动器的收缩形变量越大，驱动力就越大。明显的，当电流恒定，线性驱动器输出的驱动力就恒定。因此，线性驱动器能够输出稳定且可控的输注驱动力。
线性驱动器为电驱动型线性驱动器或者电加热型线性驱动器。通过交替通断电，线性驱动器输出或停止输出动力。优选的，在本发明实施中，线性驱动器为形状记忆合金。
驱动单元可以驱动驱动轮转动，进而实现药物输注。在本发明的实施例中，驱动单元包括至少一个驱动部(如图2中的151)，驱动轮上设置有轮齿，驱动部可推动轮齿以驱动驱动轮转动，进而驱动螺杆前进。优选的，在本发明实施例中，驱动单元上设置一个驱动部，驱动轮为棘轮，轮齿为棘轮齿。棘轮齿能够更容易被推动，提高驱动效率。
驱动单元的运动方式包括线性往复运动或者旋转往复运动。优选的，在本发明实施例中，驱动单元绕着一个固定的转轴进行旋转往复运动。驱动结构还包括用于向驱动单元施加复位回弹力的弹性部件(如图2中的170)。当驱动单元向驱动方向运动时，弹性部件对驱动单元施加不断增强的回弹力。弹性部件能够使驱动单元自动复位，不需要消耗电能，降低输注器件的功耗。优选的，弹性部件为弹簧。在弹性部件与线性驱动器的互相配合下，驱动单元进行旋转往复运动。且驱动单元在驱动方向运动可推动轮齿，在复位方向运动将停止推动轮齿。下文将结合图2详细叙述。
在本发明的其他实施例中，驱动单元还可以包括两个或者多个驱动部。不同的驱动部可以与不同的驱动轮相互配合驱动。此时，线性驱动器能够拉动驱动单元在往复旋转的两个方向上分别推动轮齿，进而驱动驱动轮转动，此时不需要再设置弹性部件。
在本发明的其他实施例中，驱动单元还可以是齿轮，并与驱动轮互相配合，在这里不作具体限制。
常规的，在运动一定的行程后，驱动单元需要停止运动。因此，为了确定驱动单元在驱动方向的运动终点，驱动单元需要触发表征其到达驱动方向终点的第一信号，该第一信号用于控制第一开关单元断开，以切断向线性驱动器供电。下文将详细叙述。
图2为本发明实施例驱动结构的部分结构示意图。
在本发明实施例中，当线性驱动器180以FP拉动驱动单元150时，驱动单元150绕着转轴160逆时针转动，推动轮齿141前进，驱动轮140转动，进而驱动螺杆130向DA方向前进。此时，弹性部件170产生逐渐增强的弹力FR。驱动结构还设置有电接触点171，用于确定驱动单元150驱动方向的运动终点，驱动单元150与电接触点171接触将触发电信号。电接触点171与第一开关单元直接电连接而形成连接电路。当驱动单元150与电接触点171接触时，电接触点171电压高低发生变化。电压变化信号直接断开第一开关单元，切断向线性驱动器180供电，线性驱动器180停止提供动力，驱动单元150在弹力FR的作用下绕着转轴160顺时针复位转动。
图3为本发明另一个实施例驱动结构的部分结构示意图。
线性驱动器280和弹性部件270分别将动力FP、FR作用于驱动单元250上，使驱动单元250在L方向上线性往复运动，驱动单元250在驱动方向上能够推动轮齿241，使驱动轮240沿W方向转动，以实现药物输注。
同样的，驱动结构内设置有电接触点271。当驱动单元250向线性驱动方向运动而接触电接触点271后，第一开关单元断开，以切断向线性驱动器280供电，驱动单元250停止运动，并在弹性部件270的作用下复位运动。其驱动原理请参考前文所述，在此不再赘述。
在本发明的又一个实施例中，压力传感器用于确定驱动单元在驱动方向上的运动终点，因此，第一信号为压力变化信号。
类似的，在本发明的其他实施例中，第一电信号不限于电信号或者压力变化信号，还可以是其他本领域技术人员熟知的信号，只要能够满足确定驱动单元在驱动方向上的运动终点的条件即可。
下文将以驱动单元旋转往复运动为例说明驱动结构的电路控制原理。图4a-图6b中未示出弹性部件。
图4a-图4c本发明实施例驱动结构控制电路示意图。
如图4a所示，电接触点3710与第一开关单元3200电连接形成连接电路。当驱动单元3500未与电接触点3710接触时，驱动单元3500为低电压，电接触点3710为高电压。当输注器件需要线性控制器3800工作时，程序单元3100与第一开关单元3200控制从电源3000向线性控制器3800供电，驱动单元3500开始实施驱动，即，驱动单元3500向驱动方向运动(如向逆时针方向转动)。
如图4b所示，当驱动单元3500与电接触点3710接触时，电接触点3710的电压发生变化，如，由高电压变为低电压。电压变化信号能够立即控制断开第一开关单元3200。在本发明实施例中，程序单元3100同样与电接触点3710电连接以接收电压变化信号，并可以控制断开向线性控制器3800供电的供电电路。
明显的，程序单元3100与第一开关单元3200能同时接收到电压变化信号，且均断开向线性控制器3800供电的供电电路。但是，常规的，程序单元3100的响应需要时间，而第一开关单元3200响应的速度极快，因此，第一开关单元3200切断向线性控制器3800供电。
如图4c所示，当驱动单元3500在弹性部件的作用下离开电接触点3710，电接触点3710重新恢复到高电压状态，第一开关单元3200将重新闭合。由于程序单元3100控制断开了供电电路，因此，线性驱动器3800依然不能被供电，驱动单元3500复位运动。当下一次供电开始，程序单元3100控制闭合供电电路，线性驱动器3800重新被供电。
图5a-图5c为本发明另一个实施例驱动结构控制电路示意图。
电源4000、程序单元4100、第一开关单元4200与线性驱动器4800电连接形成供电电路。驱动单元4500的运动方式与前文所述相同。如图5a所示，电连接点A位于所述第一开关单元4200与线性驱动器4800之间的供电电路上。程序单元4100与电连接点A电连接，以获取电连接点A的第二信号。优选的，第二信号为电压信号。当驱动单元4500与电接触点4710接触之前，电连接点A为低电压。
如图5b所示，当驱动单元4500与电接触点4710接触时，触发的第一信号(如电压信号)将断开第一开关单元4200，切断向线性驱动器4800供电，电接触点4710处于低电压状态。常规的，由于线性驱动器4800断电后并不会立即撤回或者卸除拉力(材料发生相变需要一定的时间)，因此驱动单元4500与电接触点4710将持续接触一段时间。电连接点A的电压将于电接触点4710的电压一致，即，变为高电压状态。因此，第一开关单元4200断开前后，电连接点A的电压发生变化，进而产生第二信号发送至程序单元4100。明显的，在本发明实施例中，第二信号为电压变化信号。
如图5c所示，当线性驱动器4800卸除拉力后，驱动单元4500在弹性部件的作用下离开电接触点4710，电接触点4710重新恢复到高电压状态，第一开关单元4200重新闭合。由于程序单元4100控制切断了供电电路，因此，线性驱动器4800依然不能被供电，驱动单元4500复位运动。当下一次供电开始，程序单元4100控制闭合供电电路，线性驱动器4800重新被电源4000供电。
图6a-图6b为本发明又一个实施例驱动结构控制电路示意图。
如图6a所示，在该实施例中，程序单元5100包括计时器5101，用于控制断开和连通向线性驱动器5800供电的供电电路。当计时器5101计时一段时间T后，计时器5101控制断开供电电路，若线性驱动器5800从开始被供电至触发所述第一信号用时为t，则T≥t。在本发明的一些实施例中，0ms≤T-t≤30ms。优选的，T-t＝5ms。在本发明的另一个实施例中，T-t＝10ms。在本发明的再一个实施例中，T-t＝25ms。
如图6b所示，当驱动单元5500与电接触点5710接触，触发的第一信号将第一开关单元5200断开，线性驱动器5800被停止被电源5000供电。在经过T-t时间后，计时器5101控制断开向线性驱动器5800供电的供电电路。
如前文所述，当驱动单元5500离开电接触点5710后，第一开关单元5200重新闭合，但由于计时器5101控制断开了供电电路，线性驱动器5800不被供电，直至下一次驱动开始。
在本发明的实施例中，第一开关单元的响应速度快于程序单元。与程序单元同时控制对线性驱动器通电和断电相比，第一开关单元能够更快速地切断向线性驱动器供电，缩短线性驱动器被供电的时间，降低了输注器件的的功耗。另外，缩短线性驱动器被供电的时间也同时降低了线性驱动器疲劳断裂的几率，提高驱动的安全性，提升了输注器件的输注可靠性。
在这里，第一开关单元的响应速度快于程序单元是指在接收到电信号后，第一开关单元迅速切断向线性驱动器供电，从而避免程序单元控制切断向线性驱动器供电的供电电路。因此，程序单元检测到的第一信号或者第二信号并不一定用于断开向线性驱动器的供电的供电电路，还可以用于其他用途，如记录线性驱动器被供电的次数等，优化程序单元的控制过程。
综上所述，本发明公开了一种药物输注器件的驱动结构，由程序单元和第一开关单元控制向线性驱动器供电，而由第一开关单元切断向线性驱动器供电，提高了输注器件的可靠性。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (16)
1.一种药物输注器件的驱动结构，其特征在于，包括：
驱动单元与驱动轮，所述驱动单元在驱动方向上运动以驱动所述驱动轮转动；
线性驱动器，所述线性驱动器与所述驱动单元电连接，通电后的所述线性驱动器可拉动所述驱动单元在驱动方向上运动；
用于向所述线性驱动器供电的电源；
程序单元和第一开关单元，所述电源、所述程序单元、所述第一开关单元和所述线性驱动器之间电连接而形成向所述线性驱动器供电的供电电路，当所述线性驱动器被供电时，所述驱动单元实施驱动，所述驱动单元可触发表征到达驱动方向终点的第一信号，所述第一信号控制断开所述第一开关单元，以切断向所述线性驱动器供电。
2.根据权利要求1所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述驱动单元包括至少一个驱动部，所述驱动轮上设置有轮齿，所述驱动部推动所述轮齿以驱动所述驱动轮。
3.根据权利要求2所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述驱动单元的运动方式包括线性往复运动或者旋转往复运动。
4.根据权利要求3所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括弹性部件，所述弹性部件向所述驱动单元施加复位回弹力，所述弹性部件与所述线性驱动器互相配合使所述驱动单元在驱动方向和复位方向往复运动。
5.根据权利要求4所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括电接触点，所述电接触点用于确定所述驱动单元在驱动方向上的运动终点，所述驱动单元与所述电接触点接触而触发第一信号，所述第一信号为电信号。
6.根据权利要求5所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述电接触点与所述第一开关单元电连接而形成连接电路，所述电信号控制所述第一开关单元断开。
7.根据权利要求5所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述第一开关单元和所述电接触点电连接，所述电信号通过所述控制器控制断开所述第一开关单元。
8.根据权利要求6或7所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述驱动单元与所述电接触点接触前后，所述电接触点的电压高低不同，所述电信号为电压变化信号。
9.根据权利要求5所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述程序单元与所述电接触点电连接，以接收所述电信号。
10.根据权利要求9所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述程序单元包括计时器，当所述线性驱动器开始被供电时，所述计时器开始计时，所述计时器计时T时间后，所述计时器控制断开所述供电电路，若所述线性驱动器从开始被供电至触发所述第一信号用时为t，则T≥t。
11.根据权利要求10所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，0ms≤T-t≤30ms。
12.根据权利要求10所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括第二开关单元，所述第二开关单元设置于所述供电电路上，所述程序单元通过控制所述第二开关单元断开所述供电电路。
13.根据权利要求4所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括电连接点，所述电连接点位于所述线性驱动器与所述第一开关单元之间的所述供电电路上，所述程序单元与所述电连接点电连接以获取所述电连接点的第二信号，所述第二信号为电压变化信号。
14.根据权利要求3所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器用于确定所述驱动单元的运动终点，所述第一信号为压力变化信号。
15.根据权利要求12所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述第一开关单元或者所述第二开关单元包括MOS场效应晶体管、模拟开关或者继电器。
16.根据权利要求1所述的药物输注器件的驱动结构，其特征在于，所述线性驱动器为形状记忆合金。
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