專利名稱：自動微量注射裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種注射器，尤其是一種安全可控上的微量注射裝置，可廣泛應用于生物醫藥、復合材料制備、噴涂、潤滑、食品加工等微流體精密注入領域。
背景技術：
傳統注射器結構細長，標準針頭在制造時已固定到注射器上。使用者必須保證操作時拇指和食指間較寬的伸展范圍，才能適當推動注射器柱塞，完成注射動作。因此，對該類傳統注射器的操作受到操作者使用技巧、身體健康狀況和協調性的制約，特別對老人和身體病弱者而言更是難以自行使用。隨著科技的進步，藥物注射儀器越來越自動化、精密化，傳統的注射器面臨挑戰。如今市場上也出現了諸多自動注射儀器、自動注射泵、精密注射器等新型注射儀器，此類儀器的出現提高了藥物注射方式的自動化程度。但現有藥物注射儀器在安全性、可控性和注射穩定性等方面還不夠理想。另外，有研究顯示，活體電穿孔技術利用電脈沖信號改變細胞膜的通透性，有利于藥物進入細胞組織從而極大的提高了受體對藥物的吸收效果，這項技術已在醫學領域得到廣泛重視。因此，在提高自動注射器性能的同時加入電刺激裝置，不僅能夠更好的保證注射的安全性，而且還能有效的提高藥物的吸收率。以往分離式操作導致的微量注射和弱電刺激兩者的執行間隔長，影響藥物受體細胞對注射藥液的吸收率。
發明內容
為了解決現有技術問題，本發明的目的在于提供一種自動微量注射裝置，使用更加便攜，采用更為平穩、精準的傳動結構，并引入考慮到各種安全要素的控制系統，提高了操作實施過程的精確有效性和安全性。該發明可廣泛應用于生物醫藥、復合材料制備、噴涂、潤滑、食品加工等微流體精密注入的領域。其中特別針對生物醫藥領域，除完成藥物注射功能外，還能對注射部位的細胞組織進行弱電刺激，以提高細胞對作用液體的吸收效率。為達到上述發明目的，本發明采用下述技術方案
一種自動微量注射裝置，包括容納液體的注射針筒、注射裝置殼體、微量注射模塊、控制模塊和安全模塊，注射裝置殼體包括依次連接的注射裝置前端部殼體、注射裝置主體殼體和注射裝置手持部殼體，注射裝置前端部殼體和注射裝置主體殼體活動連接，注射裝置主體殼體和注射裝置手持部殼體組成的裝置內腔形成電器元件安裝空間，注射針筒安裝于注射裝置前端部殼體的內腔中，具體地，微量注射模塊包括可控高精度的微型電機和傳動部件,微型電機通過驅動傳動部件,使傳動部件的動力輸出端連接的滑塊帶動注射針筒的注射器推桿實現微量注射；控制模塊包括人機交互子系統和 安裝于裝置內腔中的檢測子系統、驅動單元和控制器，控制器根據人機交互子系統設定的參數進行運算，根據運算結果發出運行指令，檢測子系統實時監測滑塊的運動位置，并將滑塊的位置信號實時傳遞給控制器，控制器通過驅動單元控制微型電機啟動和停止，從而控制注射量；安全模塊包括運動安全單元和結構安全單元，運動安全單元安裝于裝置內腔中，包括壓力傳感器、前后限位部件和限位開關，壓力傳感器設置于滑塊表面上，壓力傳感器實時監測滑塊和注射器推桿之間的壓力信號，并將該壓力信號反饋至控制器，通過驅動單元控制微型電機運行與停止，前后限位部件通過限制滑塊的運動，實現對注射器推桿的直線進給位移區間進行控制，限位開關位于限位部件上，限位開關向控制器發送彈性接觸反饋信號，通過驅動單元實現微型電機運行與停止；結構安全單元至少包括啟動按鈕，啟動按鈕與控制器信號連接。
作為本發明技術方案的改進，本發明自動微量注射裝置還包括電刺激模塊，電刺激模塊包括電極針和安裝于裝置內腔中的激勵源、電激傳導線路，電極針安裝于注射裝置前端部殼體的前端，激勵源受控制于控制器，在控制器向微型電機發出啟動指令后，激勵源接收來自控制器的延時指令信號，使激勵源被觸發并釋放電刺激脈沖電流，該電刺激脈沖電流通過電激傳導線路傳至電極針，進入受體組織，實現與微量注射短時間隔的電刺激；當限位開關向控制器發送彈性接觸反饋信號時，驅動單元接受來自控制器指令，并向激勵源發出電刺激中止信號，控制器根據壓力傳感器實時監測數據控制激勵源的通斷。作為本發明技術方案的進一步改進，檢測子系統還包括光電編碼器，光電編碼器將微型電機的當前旋轉角度信息轉換成脈沖信號并反饋發送至控制器，并與由人機交互子系統輸入的預設參數進行對比，根據對比后的結果向驅動單元發送指令信號，進而控制微型電機的運行與停止，實現對注射量的控制，控制器還根據對比后的結果一并控制激勵源的通斷，設置于裝置內腔中的PCB板和導線使控制模塊和安全模塊的各電子器件信號連接，實現信號通信及電傳輸。作為本發明技術方案的更進一步改進，傳動部件為雙聯齒輪及齒條機構、錐齒輪及滾珠絲杠機構或雙聯齒輪及同步帶機構，傳動部件和滑塊將微型電機的旋轉運動轉換為直線運動以帶動注射器推桿實現微量注射。作為本發明技術方案的更進一步的另一種改進，人機交互子系統具有人機交互界面，通過顯示屏和觸控按鍵對微量注射模塊的電機轉速、液體流量的參數值進行設置，也一并對電刺激模塊的參數值進行設定，并實時顯示裝置系統運行的相關數據，實現注射過程的負反饋實時控制。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種改進，光電編碼器記錄反映當前注射器推桿直線行程的微型電機主軸轉過的角度總數并轉換為脈沖數，在控制器內與由人機交互界面輸入的預設參數進行對比，當記錄脈沖數未達預設值則裝置系統照常運行；當記錄脈沖數到達預設值，即為注射器推桿直線位移到達規定行程，此時控制器向驅動單元發出微型電機停止運行指令信號，使微型電機停止運行，并同時向激勵源發出電刺激中止指令信號。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種改進，運動安全單元還包括滑塊的極限位置進行限位的鎖定裝置，鎖定裝置上還設有極限位置開關，當滑塊運動到極限位置時，極限位置開關向控制器發送彈性接觸反饋信號，終止微型電機的運轉，一并終止激勵源的運行。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種改進，啟動按鈕通過兩次觸發設置進入工作模式。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種改進，注射裝置前端部殼體和注射裝置主體殼體之間通過螺紋結構活動連接。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種進一步改進，注射裝置主體殼體上開設注射裝置透視窗，實現對注射針筒中液位的觀察和監測。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種更進一步改進，裝置內腔中靠近內壁設有電磁屏蔽罩，包裹裝置系統的各電氣元件和電路。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種更進一步改進，結構安全單元還包括安全電源按鈕，安全電源按鈕信號輸出端與控制器信號接收端信號相連，控制安全外接電源為裝置系統供電。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種更進一步改進，滑塊在傳動部件的推動下沿著安全模塊導桿運動，安全模塊導桿引導滑塊的直線運動，前后限位裝置固定安裝安全模塊導桿上。作為本發明技術方案的再更進一步的另一種更進一步改進，微型電機的輸出軸上固定一個錐齒輪，錐齒輪與傳動部件配合傳遞運動，光電編碼器的信號輸入端與傳動部件的錐齒輪相配合，紀錄錐齒輪轉過的角度并將其轉換成脈沖信號反饋至控制器。本發明的工作原理簡述如下
將所需注射的微量液體進行適當的、必要的預處理，如混合、脫泡等，注入注射針筒中；將填充好液體的注射針筒安裝入注射裝置前端部殼體內。連接外接好電源，調試好系統各個功能模塊，準備電刺激微量注射。開啟電源按鈕，在人機交互界面設置注射模塊的電機轉速、液體流量等工藝參數，設置電刺激模塊的電壓值和時間；按動回復鈕，通過傳感器、限位開關、控制器和驅動器的信號使注射模塊的傳動部件回復到起始位置。確保一切就緒后，兩次觸發啟動該按鈕，實現平穩、精確、可控的電刺激微量注射過程。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
I.本發明自動微量注射裝置結構新穎，攜帶便捷，操作方便。2.采用的新型微電刺激模塊，可突破以往分離式操作導致的微量注射和弱電刺激兩者的執行間隔長的缺陷。3.通過單片機和軟件程序控制注射動作，使注射速度和用量精確可調，帶有系統反饋。4.設有包括運動安全單元、結構安全單元的安全模塊，實現硬件和軟件的雙重安全控制。5.設有電磁屏蔽罩，保障控制模塊不受外界環境干擾，保障正常運行。6.友好的人機界面放寬了使用該裝置對操作者的專業技術水平的要求，易于操作，同時可直觀反映注射過程的參數信息。7.本發明自動微量注射裝置可實現微量且高精度的流體注入，可廣泛應用于生物醫藥、復合材料制備、噴涂、潤滑、食品加工等微流體精密注入的領域。
圖I是本發明實施例一自動微量注射裝置結構示意圖。圖2是本發明實施例一的安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖3是本發明實施例二自動微量注射裝置結構示意圖。
圖4是本發明實施例二安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖5是本發明實施例三自動微量注射裝置結構示意圖。圖6是本發明實施例三自動微量注射裝置的工作原理流程圖。圖7是本發明實施例五的人機交互子系統結構示意圖。圖8是本發明實施例七自動微量注射裝置結構示意圖。
圖9是本發明實施例七安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖10是本發明實施例八自動微量注射裝置結構示意圖。圖11是本發明實施例八安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖12是本發明實施例九自動微量注射裝置結構示意圖。圖13是本發明實施例九安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖14是本發明實施例十自動微量注射裝置結構示意圖。圖15是本發明實施例十安全模塊的架構及其信號傳輸關系圖。圖16是本發明實施例^^一自動微量注射裝置結構示意圖。圖17是本發明實施例十二自動微量注射裝置結構示意圖。圖18是本發明實施例十四自動微量注射裝置結構示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下
實施例一
參見圖I和圖2，一種自動微量注射裝置，包括容納液體的注射針筒I、注射裝置殼體、微量注射模塊100、控制模塊300和安全模塊400，注射裝置殼體包括依次連接的注射裝置前端部殼體2、注射裝置主體殼體3和注射裝置手持部殼體4，注射裝置前端部殼體2和注射裝置主體殼體3活動連接，注射裝置主體殼體3和注射裝置手持部殼體4組成的裝置內腔形成電器元件安裝空間，注射針筒I安裝于注射裝置前端部殼體2的內腔中，其特征在于微量注射模塊100包括可控高精度的微型電機101和傳動部件103，微型電機101通過驅動傳動部件103，使傳動部件103的動力輸出端連接的滑塊104帶動注射針筒I的注射器推桿105實現微量注射；控制模塊300包括人機交互子系統和安裝于裝置內腔中的檢測子系統、驅動單元302和控制器301，控制器301根據人機交互子系統設定的參數進行運算，根據運算結果發出運行指令，檢測子系統實時監測滑塊104的運動位置，并將滑塊104的位置信號實時傳遞給控制器301，控制器301通過驅動單元302控制微型電機101啟動和停止，從而控制注射量；安全模塊400包括運動安全單元5和結構安全單元6，運動安全單元5安裝于裝置內腔中，包括壓力傳感器405、前后限位部件401和限位開關410，壓力傳感器405設置于滑塊104表面上，壓力傳感器405實時監測滑塊104和注射器推桿105之間的壓力信號，并將該壓力信號反饋至控制器301，通過驅動單元302控制微型電機101運行與停止，前后限位部件401通過限制滑塊104的運動，實現對注射器推桿105的直線進給位移區間進行控制，限位開關410位于限位部件401上，限位開關410向控制器301發送彈性接觸反饋信號，通過驅動單元302實現微型電機101運行與停止；結構安全單元6至少包括啟動按鈕409，啟動按鈕409與控制器301信號連接。在本實施例中，微量注射模塊100在控制模塊300的控制下完成注射用量精確可控、注射運動穩定的自動注射功能，該模塊中的微型電機101由控制系統控制，從而實現帶有反饋且安全可靠的自動注射，實現注射用量精確可控、注射運動穩定的自動注射功能。微量注射模塊100實現工作介質一液體在注射針筒內用量高度可控且平穩的注射運動。控制系統安置于控制模塊300中，使用可視化人機交互子系統對整個系統進行可編程操作，控制器301根據人機交互子系統設定的參數發出運行指令，控制器301結合安全模塊400的反饋信息做出判斷，并通過內置的控制器301和驅動單元302等元件實現整個系統的自動運行，即通過驅動單元302實現微型電機101運行與停止，以完成微量注射的反饋控制過程。安全模塊400中的運動安全單元保障在注射過程中將系統的運行從故障導向安全，結構安全元件的設置保障操作人員安全。運動安全單元5的壓力傳感器405將注射器推桿105處的壓力信息反饋到控制系統當壓力傳感器405測定壓力值超越安全值時，控制系統自動通過控制器301發送信號至驅動單元302停止微型電機101的運轉，以實現安全控制；當滑塊104達到運動行程前后極位時，通過觸發限位開關410獲得急停信號，經由導線傳送至控制器301，以實現安全控制，保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全。通過運動安全控制和結構安全控制，實現微量注射模塊100安全、可靠運行。它能夠實現高精度的流體注射及電刺激功能，同時具有較高的安全性和可控性。自動微量注射裝置可廣泛應用于生物醫藥、復合材料制備、噴涂、潤滑、食品加工等微流體精密注入領域實施例二
本實施例與實施例一的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖3和圖4，在本實施例中，自動微量注射裝置還包括電刺激模塊200，電刺激模塊200包括電極針202和安裝于裝置內腔中的激勵源203、電激傳導線路204，電極針202安裝于注射裝置前端部殼體2的前端，激勵源203受控制于控制器301，在控制器301向微型電機101發出啟動指令后，激勵源203接收來自控制器301的延時指令信號，使激勵源203被觸發并釋放電刺激脈沖電流，該電刺激脈沖電流通過電激傳導線路204傳至電極針202，進入受體組織，實現與微量注射短時間隔的電刺激；當限位開關410向控制器301發送彈性接觸反饋信號時，驅動單元302接受來自控制器301指令，并向激勵源203發出電刺激中止信號，控制器301根據壓力傳感器405實時監測數據控制激勵源203的通斷。在本實施例中，電刺激模塊200提供電極針202的伴隨微量注射模塊100注射運動的微電流刺激功能。電極針202通過電激傳導線路204與激勵源203相連接，從而產生微電流實現電刺激，電極針202是實現電刺激的媒介。激勵源203受到控制模塊300的控制當藥物自動注射開始后的短時間內，激勵源203通過激勵源產生電流，經由電激傳導線路204將產生的電脈沖信號經由電極針202傳入受體組織，改變組織細胞膜的通透性，提高注射過程中細胞對藥物的吸收率，以實現電刺激注射。在本實施例中，激勵源203在控制器301發出運行指令后動作，產生電脈沖信號，該指令滯后于微型電機101運行指令。電刺激脈沖通過電激傳導線路204傳至注射裝置前端部殼體2上的電極針202，進入受體組織，改變組織細胞膜的通透性，提高細胞對藥物的吸收率。控制器301結合安全模塊400的反饋信息做出判斷，通過驅動單元302實現微型電機101運行與停止和激勵源203的通斷，以完成微量注射和電刺激的反饋控制過程。通過運動安全控制和結構安全控制，實現微量注射模塊100和電刺激模塊200安全、可靠運行。本實施例自動微量注射裝置具有電刺激功能和高精度流體注射功能，同時具有較高的安全性和可控性。該自動微量注射裝置的使用擺脫操作技能和靈活協調性的制約，可讓使用者自行完成安全可控的注射，它可廣泛應用于醫藥行業的微流體精密注入領域。此夕卜，本實施例自動微量注射裝置可以在使用過程中減小環境帶來影響，可以實現一種安全、可靠注射和噴涂，可被廣泛應用于多種領域。實施例三
本實施例與實施例二的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖5和圖6，在本實施例中，檢測子系統還包括光電編碼器304，光電編碼器304將微型電機101的當前旋轉角度信息轉換成脈沖信號并反饋發送至控制器301，并與由人機交互子系統輸入的預設參數進行對比，根據對比后的結果向驅動單元302發送指令信號，進而控制微型電機101的運行與停止，實現對注射量的控制，控制器301還根據對比后的結果一并控制激勵源203的通斷，設置于裝置內腔中的PCB板303和導線305使控制模塊300 和安全模塊400的各電子器件信號連接，實現信號通信及電傳輸。在本實施例中，PCB板303可作為布置和聯接各元器件的載體安裝于電機容腔下部的PCB板槽中，并通過安置其上元器件的I/O接口實現整個系統相互連接。導線305連接各部分硬件并可合理安置于裝置內壁上，以實現各硬件間的I/O通訊及電路通斷。控制器301根據人機交互子系統設定的參數發出運行指令，光電編碼器304實時監測傳動部件103的運動狀態，并傳遞信號給控制器301 ;控制器301結合安全模塊400的反饋信息做出判斷，通過驅動單元302實現微型電機101運行與停止和激勵源203的通斷，以完成微量注射和電刺激的反饋控制過程，并規劃每次注射用量。本實施例自動微量注射裝置的使用方法
I.將所需注射的微量液體進行適當的、必要的預處理后，注入注射針筒I中。2.將填充好液體的注射針筒I安裝入注射裝置前端部殼體2的內腔中。3.連接外接電源，調試好系統的各個功能模塊，準備電刺激微量注射。4.通過人機交互子系統設置微量注射模塊100的微型電機101轉速、液體流量等工藝參數；設置電刺激模塊200的電壓值和時間。5.按動回復按鈕，通過各傳感器、限位開關、控制器301和驅動單元302的信號，使微量注射模塊100的傳動部件103回復到起始位置。6.確保一切就緒后，觸發啟動按鈕409，實現平穩、精確、可控的電刺激微量注射過程。實施例四
本實施例與前述實施例的技術方案基本相同，不同之處在于
在本實施例中，傳動部件103為雙聯齒輪及齒條機構、錐齒輪及滾珠絲杠機構或雙聯齒輪及同步帶機構，傳動部件103和滑塊104將微型電機101的旋轉運動轉換為直線運動以帶動注射器推桿105實現微量注射。實施例五
本實施例與實施例三的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖7，在本實施例中，人機交互子系統具有人機交互界面306，通過顯示屏307和觸控按鍵308對微量注射模塊100的電機轉速、液體流量的參數值進行設置，也一并對電刺激模塊200的參數值進行設定，并實時顯示裝置系統運行的相關數據，實現注射過程的負反饋實時控制。在本實施例中，人機交互界面306可安裝于自動微量注射裝置后端，它是本實施例自動微量注射裝置的信息輸入與輸出窗口，通過顯示屏307、觸控按鍵308及軟件設置微量注射模塊100的電機轉速、液體流量等工藝參數及電刺激模塊200的電壓值和時間等參數，實現人機交互和自動控制。人機交互子系統是本實施例的信息輸入與輸出窗口，通過顯示屏307、觸控按鍵308及相應的交互程序控制微量注射及電刺激系統按照預設指令的運行、實時顯示，及同步存儲電刺激微量注射系統設置、運行和輸出的各個參數及其變化，保證注射過程的負反饋控制。本實施例按照實施例三的圖6的工作流程圖實現自動微量注射裝置的參數設定，完成流體微量注射功能和電刺激功能的精確控制；控制模塊300通過人機交互界面306進行參數設定，可設置微量注射模塊100的電機轉速、液體流量等工藝參數及電刺激模塊200的電壓值和時間；控制模塊300通過I/O接口通訊，將信號送至控制器301再經由驅動單元302驅動微型電機101運行；通過微量注射模塊100中高精度可控微型電機101帶動傳動部件103和滑塊104組成的高精度傳動機構，實現平穩、精確的直線運動傳遞，經由滑塊104推動注射活塞推桿105實現平穩、精確、可控的微量注射運動；電刺激模塊200通過接收來自控制器301的電機啟動后延時信號以觸發激勵源203，通過電刺激傳導線路204傳遞至電極針202，以實現與微量注射短時間隔的電刺激功能；控制模塊300通過光電編碼器304記錄反映當前行程的微型電機101的主軸旋轉角度總數并轉換為脈沖數，并與控制器301內由人機交互界面306輸入的預設參數對比，當記錄脈沖數未達預設值則系統照常運行；當記錄脈沖數到達預設值即表示到達規定行程，此時控制器301向驅動單元302發信停止微型電機101運行，同時向激勵源203發信以中止電刺激功能；安全模塊400通過限位裝置401和壓力傳感器405滿足運動安全控制當壓力傳感器405檢測到的壓力超出程序預設值時，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行；當傳動部件103直線運動的輸出端滑塊104接觸前后限位裝置401的限位開關410時，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行。實施例六
本實施例與實施例五的技術方案基本相同，不同之處在于
在本實施例中，光電編碼器304記錄反映當前注射器推桿105直線行程的微型電機101主軸轉過的角度總數并轉換為脈沖數，在控制器301內與由人機交互界面306輸入的預設參數進行對比，當記錄脈沖數未達預設值則裝置系統照常運行；當記錄脈沖數到達預設值，即為注射器推桿105直線位移到達規定行程，此時控制器301向驅動單元302發出微型電機101停止運行指令信號，使微型電機101停止運行，并同時向激勵源203發出電刺激中止指令信號。實施例七
本實施例與實施例六的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖8和圖9，在本實施例中，運動安全單元5還包括滑塊104的極限位置進行限位的鎖定裝置404，鎖定裝置404上還設有極限位置開關411，當滑塊104運動到極限位置時，極限位置開關411向控制器301發送彈性接觸反饋信號，終止微型電機101的運轉，一并終止激勵源203的運行。在本實施例中，當傳動機構達到運動極限位置時，通過觸發極限位置開關411獲得急停信號，經由導線傳送至控制器301，以實現安全控制。同時，該鎖定裝置404亦作為物理限位裝置限制傳動機構的運動行程，保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全。安全模塊400通過前后限位裝置401、鎖定裝置404和壓力傳感器405滿足運動安全控制當傳動部件103直線運動的輸出端滑塊104接觸前后限位裝置401或鎖定裝置404的位置開關410、411時，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行。同時，該鎖定裝置404亦作為物理限位裝置限制傳動機構的運動行程，保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全。實施例八
本實施例與實施例七的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖10和圖11，在本實施例中，注射裝置主體殼體3上開設注射裝置透視窗402，實現對注射針筒I中液位的觀察和監測。在本實施例中，注射裝置透視窗402設置于自動微量注射裝置的兩側殼體外壁，通過注射裝置透視窗402，便于操作者觀察、監測注射裝置運行及注射針筒內流體推進的過程。實施例九
本實施例與實施例八的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖12和圖13，在本實施例中，裝置內腔中靠近內壁設有電磁屏蔽罩407，包裹裝置系統的各電氣兀件和電路。在本實施例中，電磁屏蔽罩407可避免外界電磁信號對控制模塊300的干擾，以保障整個系統的安全運行。實施例十
本實施例與實施例九的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖14和圖15，在本實施例中，結構安全單元6還包括安全電源按鈕403，安全電源按鈕403信號輸出端與控制器301信號接收端信號相連，控制安全外接電源408為裝置系統供電。在本實施例中，外置的安全電源408與自動微量注射裝置通過導線電連接，該安全電源408電壓設定可采用小于36V的安全電壓，可在緊急情況下即時停止注射器的運行，保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全。安全電源按鈕403可在緊急情況下按下以停止自動微量注射裝置的運行，保障操作人員、操作對象及自動微量注射裝置的安全。通過外接安全電源408的電壓限制、安全電源按鈕403的即時斷電急停功能、啟動按鈕409的觸發啟動功能來保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全，避免誤操作，實現結構安全控制。實施例^^一
本實施例與實施例十的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖16，在本實施例中，滑塊104在傳動部件103的推動下沿著安全模塊導桿406運動，安全模塊導桿406引導滑塊104的直線運動，前后限位裝置401固定安裝安全模塊導桿406上。在本實施例中，安全模塊導桿406可通過結構裝配與注射裝置本體的殼壁固連，它用于引導滑塊104的直線運動，同時用于安置前后限位裝置401，在滑塊104達到行程極限位置時實現安全急停。滑塊104在傳動部件103的推動下沿著安全模塊導桿406運動，當滑塊104與注射器推桿105相接觸，位于滑塊104上 的壓力傳感器405將壓力信息反饋到控制器301，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行。滑塊104在傳動部件103的推動下沿著安全模塊導桿406運動，當滑塊104與前后限位部件401相接觸，位于前后限位部件401上的限位開關410動作，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行。滑塊104在傳動部件103的推動下沿著安全模塊導桿406運動，當滑塊104與鎖定裝置404相接觸，位于鎖定裝置404上的極限位置開關411動作，通過控制器301及驅動單元302停止微型電機101和激勵源203的運行。安全模塊導桿406使滑塊104的直線運動更加穩定和精確，方便實現高精度自動控制。實施例十二
本實施例與實施例i 的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖17，在本實施例中，微型電機101的輸出軸上固定一個錐齒輪102，錐齒輪102與傳動部件103配合傳遞運動，光電編碼器304的信號輸入端與傳動部件103的錐齒輪相配合，紀錄錐齒輪102轉過的角度并將其轉換成脈沖信號反饋至控制器301。在本實施例中，微型電機101可通過聯軸器與錐齒輪102相連，錐齒輪102的輸出端與傳動部件103相配合，安置于自動微量注射裝置的容腔內，該傳動結構將微型電機101主軸的轉動轉換成傳動部件103的線性運動，該傳動結構可實現對運動更加平穩、精準的傳遞。微型電機101可固定于自動微量注射裝置的內腔下部，微型電機101的輸出軸上固定一個錐齒輪102，該錐齒輪102與傳動部件103配合，以平穩、精確地傳遞運動。通過微量注射模塊100中高精度可控微型電機101帶動由齒輪102、傳動部件103和滑塊104組成的高精度傳動機構實現平穩、精確的直線運動傳遞，經由滑塊104推動注射活塞推桿105實現平穩、精確、可控的微量注射運動。控制模塊300通過光電編碼器304記錄反映當前行程的傳動齒輪102轉過的角度總數并轉換為脈沖數，并與控制器301內由人機交互界面306輸入的預設參數對比，若記錄脈沖數未達預設值則系統照常運行。實施例十三
本實施例與實施例三 實施例六的技術方案基本相同，不同之處在于
在本實施例中，啟動按鈕409通過兩次觸發設置進入工作模式。在本實施例中，啟動按鈕409設置于適合手指觸發的位置，通過導線與控制系統相連。通過兩次觸發啟動按鈕409使注射裝置動作，可很大程度上避免誤操作引起的注射裝置運行。通過外接安全電源408的電壓限制、安全電源按鈕403的即時斷電急停功能、啟動按鈕409的雙擊觸發啟動功能來保障操作人員、操作對象及注射裝置的安全，實現結構安全控制。微型電機101在整個注射過程中，控制模塊300通過壓力傳感器405和位置開關的信號反饋和人機交互界面306的參數設定對其進行全程控制，包括行程控制和急停控制，從而實現安全可控的自動注射。實施例十四
本實施例與實施例三 實施例六的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖18，在本實施例中，注射裝置前端部殼體2和注射裝置主體殼體3之間通過螺紋結構201活動連接。在本實施例中，螺紋結構201使自動微量注射裝置得腔體活動連接組合，便于拆卸及更換。本實施例所需注射的微量液體進行適當的、必要的預處理后，注入注射針筒I中，將填充好液體的注射針筒I安裝入注射裝置前端部殼體2，通過螺紋結構201擰緊，與注射器主體配合。注射裝置前端部殼體2作為安置電極針202和部分電激傳導線路的殼體，是獨立于注射裝置主體的配件部分；此外，注射裝置前端部殼體2和注射裝置主體殼體3兩者的配合端口均設計有便于相互裝配的螺紋結構，使得使用者可以快速且頻繁地更換使用完畢或者填裝有不同流體的電極針202的注射裝置。
上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代 、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明自動微量注射裝置的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種自動微量注射裝置，包括容納液體的注射針筒(I)、注射裝置殼體、微量注射模塊(100)、控制模塊(300)和安全模塊(400)，所述注射裝置殼體包括依次連接的注射裝置前端部殼體(2)、注射裝置主體殼體(3)和注射裝置手持部殼體(4)，所述注射裝置前端部殼體(2 )和所述注射裝置主體殼體(3 )活動連接，所述注射裝置主體殼體(3 )和注射裝置手持部殼體(4)組成的裝置內腔形成電器元件安裝空間，所述注射針筒(I)安裝于所述注射裝置前端部殼體(2)的內腔中，其特征在于所述微量注射模塊(100)包括可控高精度的微型電機(101)和傳動部件(103)，所述微型電機(101)通過驅動傳動部件(103)，使所述傳動部件(103)的動力輸出端連接的滑塊(104)帶動所述注射針筒(I)的注射器推桿(105)實現微量注射； 所述控制模塊(300)包括人機交互子系統和安裝于所述裝置內腔中的所述檢測子系統、驅動單元(302)和控制器(301)，控制器(301)根據所述人機交互子系統設定的參數進行運算，根據運算結果發出運行指令，所述檢測子系統實時監測所述滑塊(104)的運動位置，并將所述滑塊(104)的位置信號實時傳遞給所述控制器(301)，所述控制器(301)通過所述驅動單元(302)控制所述微型電機(101)啟動和停止，從而控制注射量； 所述安全模塊(400)包括運動安全單元(5)和結構安全單元(6)，所述運動安全單元(5)安裝于所述裝置內腔中，包括壓力傳感器(405)、前后限位部件(401)和限位開關(410)，所述壓力傳感器(405)設置于所述滑塊(104)表面上，所述壓力傳感器(405)實時監測所述滑塊(104)和所述注射器推桿(105)之間的壓力信號，并將該壓力信號反饋至所述控制器(301 )，通過所述驅動單元(302)控制所述微型電機(101)運行與停止，所述前后限位部件(401)通過限制所述滑塊(104)的運動，實現對所述注射器推桿(105)的直線進給位移區間進行控制，所述限位開關(410)位于限位部件(401)上，所述限位開關(410)向所述控制器(301)發送彈性接觸反饋信號，通過驅動單元(302)實現微型電機(101)運行與停止；所述結構安全單元(6)至少包括啟動按鈕(409)，所述啟動按鈕(409)與所述控制器(301)信號連接。
2.根據權利要求I所述的自動微量注射裝置，其特征在于其還包括電刺激模塊(200),所述電刺激模塊(200)包括電極針(202)和安裝于所述裝置內腔中的激勵源(203)、電激傳導線路(204)，所述電極針(202)安裝于所述注射裝置前端部殼體(2)的前端，所述激勵源(203)受控制于所述控制器(301)，在所述控制器(301)向所述微型電機(101)發出啟動指令后，所述激勵源(203)接收來自控制器(301)的延時指令信號，使所述激勵源(203)被觸發并釋放電刺激脈沖電流，該電刺激脈沖電流通過所述電激傳導線路(204)傳至電極針(202)，進入受體組織，實現與微量注射短時間隔的電刺激；當所述限位開關(410)向所述控制器(301)發送彈性接觸反饋信號時，所述驅動單元(302)接受來自所述控制器(301)指令，并向激勵源(203)發出電刺激中止信號，所述控制器(301)根據所述壓力傳感器(405)實時監測數據控制所述激勵源(203)的通斷。
3.根據權利要求2所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述檢測子系統還包括光電編碼器(304)，所述光電編碼器(304)將所述微型電機(101)的當前旋轉角度信息轉換成脈沖信號并反饋發送至所述控制器(301)，并與由所述人機交互子系統輸入的預設參數進行對比，根據對比后的結果向驅動單元(302)發送指令信號，進而控制所述微型電機(101)的運行與停止，實現對注射量的控制，所述控制器(301)還根據對比后的結果一并控制所述激勵源(203 )的通斷，設置于所述裝置內腔中的PCB板(303 )和導線(305 )使所述控制模塊(300 )和所述安全模塊(400 )的各電子器件信號連接，實現信號通信及電傳輸。
4.根據權利要求3所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述傳動部件(103)為雙聯齒輪及齒條機構、錐齒輪及滾珠絲杠機構或雙聯齒輪及同步帶機構，所述傳動部件(103)和滑塊(104)將所述微型電機(101)的旋轉運動轉換為直線運動以帶動所述注射器推桿(105)實現微量注射。
5.根據權利要求3所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述人機交互子系統具有人機交互界面(306 )，通過顯示屏(307 )和觸控按鍵(308 )對微量注射模塊(100 )的電機轉速、液體流量的參數值進行設置，也一并對所述電刺激模塊(200)的參數值進行設定，并實時顯示裝置系統運行的相關數據，實現注射過程的負反饋實時控制。
6.根據權利要求5所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述光電編碼器(304)記錄反映當前所述注射器推桿(105)直線行程的所述微型電機(101)主軸轉過的角度總數并轉換為脈沖數，在所述控制器(301)內與由所述人機交互界面(306)輸入的預設參數進行對t匕，當記錄脈沖數未達預設值則裝置系統照常運行；當記錄脈沖數到達預設值，即為所述注射器推桿(105)直線位移到達規定行程，此時所述控制器(301)向所述驅動單元(302)發出所述微型電機(101)停止運行指令信號，使所述微型電機(101)停止運行，并同時向激勵源(203)發出電刺激中止指令信號。
7.根據權利要求3 6中任意一項所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述運動安全單元(5)還包括所述滑塊(104)的極限位置進行限位的鎖定裝置(404)，所述鎖定裝置(404)上還設有極限位置開關(411)，當所述滑塊(104)運動到極限位置時，所述極限位置開關(411)向所述控制器(301)發送彈性接觸反饋信號，終止所述微型電機(101)的運轉，一并終止激勵源(203)的運行。
8.根據權利要求7所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述注射裝置主體殼體(3)上開設注射裝置透視窗(402)，實現對注射針筒(I)中液位的觀察和監測。
9.根據權利要求8所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述裝置內腔中靠近內壁設有電磁屏蔽罩(407),包裹裝置系統的各電氣兀件和電路。
10.根據權利要求9所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述結構安全單元(6)還包括安全電源按鈕(403)，所述安全電源按鈕(403)信號輸出端與所述控制器(301)信號接收端信號相連，控制安全外接電源(408)為裝置系統供電。
11.根據權利要求10所述的自動微量注射裝置，其特征在于所所述滑塊(104)在傳動部件(103)的推動下沿著安全模塊導桿(406)運動，所述安全模塊導桿(406)引導滑塊(104)的直線運動，所述前后限位裝置(401)固定安裝所述安全模塊導桿(406)上。
12.根據權利要求11所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述微型電機(101)的輸出軸上固定一個錐齒輪(102)，所述錐齒輪(102)與所述傳動部件(103)配合傳遞運動，所述光電編碼器(304)的信號輸入端與所述傳動部件(103)的錐齒輪相配合，紀錄所述錐齒輪(102)轉過的角度并將其轉換成脈沖信號反饋至所述控制器(301)。
13.根據權利要求3 6中任意一項所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述啟動按鈕(409)通過兩次觸發設置進入工作模式。
14.根據權利要求3 6中任意一項所述的自動微量注射裝置，其特征在于所述注射裝置前端部殼體(2)和注射裝置主體殼體(3)之間通過螺紋結構(201)活動連接。
全文摘要
本發明公開了一種自動微量注射裝置，包括容納液體的注射針筒、注射裝置殼體、微量注射模塊、控制模塊和安全模塊，微量注射模塊包括可控高精度的微型電機和傳動部件，微型電機通過驅動傳動部件，使傳動部件的動力輸出端連接的滑塊帶動注射針筒的注射器推桿實現微量注射；控制模塊包括人機交互子系統和安裝于裝置內腔中的檢測子系統、驅動單元和控制器；安全模塊包括運動安全單元和結構安全單元，通過驅動單元實現微型電機運行與停止，結構安全單元至少包括啟動按鈕，啟動按鈕與控制器信號連接。本發明自動微量注射裝置，使用更加便攜和安全，可廣泛應用于生物醫藥、復合材料制備、噴涂、潤滑、食品加工等微流體精密注入的領域。
文檔編號A61M5/20GK102614565SQ20121009455
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者張毅成, 張金松, 趙翠蓮, 陳曉君 申請人:上海大學