CN110801553A - 一种针头切割器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针头切割器，包括：容纳筒，其为空心圆筒状结构；切割座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；半圆形通槽，其竖直贯穿设置在所述切割座开口端的两侧面上，用于容纳针头；刀座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且开口端与所述切割座的开口端正相对设置，闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；转轴，其两端垂直可旋转穿过所述刀座的开口端的两侧面；切割刀片，其设置在所述刀座的开口内，且偏心固定套设在所述转轴上；其中，工作时，所述切割刀片旋转通过所述切割座的开口；不工作时，所述切割刀片旋转完全置于所述刀座的开口内。本发明还提供一种针头切割器的控制方法。

Description

一种针头切割器及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的是，本发明涉及一种针头切割器及其控制方法。

背景技术

临床上用的锐器盒没有配备简单，当需分离输液器上的针头时需要配备一把剪刀，而为了病人的安全着想，剪刀不能放在治疗车上，以防止病人或者病人家属使用剪刀做出危险动作。

中国实用新型专利201621176035.1公开“一种收集输液针头的切割刀具”，在现有的输液针头专用收集桶上盖竖起的边沿安装一把铡刀式切割装置，铡刀由两块刀片组成，两块刀片的一端用销钉铆接，形成活动的上刀片与不活动的下刀片，实现对针头的切割。

中国实用新型专利201120047522.9公开一种“针头切割收集盒”，其由盒体、盒盖、切割口、刀片和把手组成，在盒体上设置有扣接的盒盖，盒盖上有一缺口，缺口上覆盖有刀片，刀片与盒盖通过滑道滑动连接，刀片的刀刃与盒盖间形成一条切割口，刀片的外侧边缘与把手连接。

而上述技术均包含如下缺陷：

(1)切割过程需要人为手工操作，无论针头的大小以及针头的软硬程度，耗时耗力，并且由于是人工操作，由于使用力度掌握不好，往往会造成针头的切割面很粗糙，甚至有倒钩，使得留在外面的针头余部可能造成危险，出现不必要的伤害。

(2)收集盒的上部不是完全开口就是留有缺口，在进行人为切割时，由于使用力度掌握不好，往往会造成针头的飞溅，而飞溅的针头轻则造成皮肤伤害，重则造成人员失明或者更严重的损伤，或者飞落他处，存在潜在危险。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发一种针头切割器，通过切割刀片的旋转对针头进行快速切割，切口平滑，并且整个过程在收纳筒的密闭空间内完成，安全可靠。

本发明的另一个目的是设计开发一种针头切割器的控制方法，能够根据针头的直径和针头的深入长度，并基于模糊控制确定切割刀片的转速，实现针头的快速切割，使得切口更平滑。

本发明还能根据切割刀片的使用寿命对切割刀片的转速进行校正，确保针头的快速切割。

本发明还能根据收纳盒内收集的针头的总重量对电磁线圈中通过的电流大小进行调控，使得收集的针头平铺，避免堵塞收集孔。

本发明提供的技术方案为：

一种针头切割器，包括：

容纳筒，其为空心圆筒状结构；以及

切割座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；

半圆形通槽，其竖直贯穿设置在所述切割座开口端的两侧面上，用于容纳针头；

刀座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且开口端与所述切割座的开口端正相对设置，闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；

转轴，其两端垂直可旋转穿过所述刀座的开口端的两侧面；

切割刀片，其设置在所述刀座的开口内，且偏心固定套设在所述转轴上；

其中，工作时，所述切割刀片旋转通过所述切割座的开口；不工作时，所述切割刀片旋转完全置于所述刀座的开口内；

驱动机构，其固定设置在所述刀座上，且输出端与所述转轴固定连接，用于驱动所述转轴旋转；

盖板，其可拆卸设置在所述容纳筒顶面上，且中心设置有与所述半圆形通槽对应的圆形过孔；

收纳盒，其可拆卸设置在所述容纳筒底部，用于收集针头。

优选的是，还包括：

导流板，其为半球结构面，设置在位于所述切割座下方在所述容纳筒内，且周向与所述容纳筒内壁固定连接；

其中，所述导流板的球侧凸面背向所述切割座设置；

导流孔，其设在所述导流板中心；

导流筒，其一端与所述导流孔同轴密闭连接，另一端与所述收纳盒对应。

优选的是，所述收纳盒包括：

收集盒，其为空心圆筒结构，且外圆周侧壁与所述容纳筒螺纹连接；

收集盖，其为弧面结构，且周向与所述收集盒顶面周向一体成型连接；

其中，所述收集盖收集孔的弧面朝向所述导流板设置；

收集孔，其设置在所述收集盖中心，且与所述导流筒同轴对应；

其中，所述导流筒底面与所述收集孔的间距为0～10mm。

优选的是，所述收纳盒还包括：

底座，其为圆形板状结构；

振动板，其同轴间隔设置在所述底座上方，且底部设置有电磁线圈，所述振动板与所述收集盒底面一体成型；

多个弹簧片，其周向均匀设置在所述底座和所述振动板之间，且轴向两端分别与所述底座和所述振动板固定连接，并围成空心圆柱结构；

电磁铁，其同轴设置在所述空心圆柱结构内，且底面与所述底座固定连接，顶面与所述振动板间隙设置。

优选的是，所述底座包括：

圆形凹槽，其设置在所述底座的底面中心；

固定块，其为圆柱形结构，且同轴固定设置在所述圆形凹槽内，用于手握拆卸所述收纳盒。

优选的是，还包括：

海绵垫，其为圆形，且设置在所述收集盒内部底面上；

开关，其设置在所述盖板上；

电源，其分别与所述电磁线圈、驱动机构连接，用于分别为所述电磁线圈和所述驱动机构供电。

优选的是，还包括：

多个红外传感器，其周向均匀设置在所述圆形过孔上，用于检测针头的直径和针头的深入长度；

重量传感器，其设置在所述收集盒底面上，用于检测收集针头的总重量；

控制器，其与所述红外传感器、开关和驱动机构连接，用于接收所述红外传感器和重量传感器的检测数据，并控制所述驱动机构和工作。

一种针头切割器的控制方法，包括模糊控制器：

将针头的直径D_s和针头的深入长度H_s输入模糊控制器，所述模糊控制器中针头的直径D_s和针头的深入长度H_s分为7个等级；

模糊控制器输出驱动机构的转速n，输出分为7个等级；

所述针头的直径D_s的模糊论域为[0.2,1.5]，其量化因子为1；针头的深入长度H_s的模糊论域为[1,5]，定量化因子为10；输出驱动机构的转速n的模糊论域为[1,5]，定量化因子为1；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

优选的是，还包括对驱动机构的转速n进行校正，且校正后的转速满足：

其中，n_c为校正后的转速，N_lt为切割刀片的使用寿命次数，N为切割刀片已经使用的次数。

优选的是，当收集盒收集的针头的总重量满足：

m≥m₀；

控制器控制电磁线圈中通过的电流为：

其中，I为电磁线圈中通过的电流；z为弹簧片的数量，k_p为弹簧片的弹性系数，A₀为标准振幅，m₀为设定的基础重量，m为收集盒收集的针头的总重量，N为电磁线圈的匝数；r为电磁铁的半径；δ为电磁铁顶面和振动板底面的距离；R为电磁线圈的半径，x为电磁线圈的高度，l为电磁线圈的总长度；

所述电磁线圈中通过的电流为交变电流，每隔1～1.5s改变一次方向。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明设计开发针头切割器，通过切割刀片的旋转对针头进行快速切割，切口平滑，并且整个过程在收纳筒的密闭空间内完成，安全可靠。

(2)本发明设计开发针头切割器的控制方法，能够根据针头的直径和针头的深入长度，并基于模糊控制确定切割刀片的转速，实现针头的快速切割，使得切口更平滑。还能根据切割刀片的使用寿命对切割刀片的转速进行校正，确保针头的快速切割。本发明还能根据收纳盒内收集的针头的总重量对电磁线圈中通过的电流大小进行调控，使得收集的针头平铺，避免堵塞收集孔。

附图说明

图1为本发明所述针头切割器的结构示意图。

图2为本发明所述针头切割器的结构示意图。

图3为本发明所述针头切割器除去盖板的结构示意图

图4为本发明所述针头切割器的剖视结构示意图。

图5为本发明所述针头切割器的剖视结构示意图。

图6为本发明所述针头切割器的剖视结构示意图。

图7为本发明所述针头切割器的剖视结构示意图。

图8为本发明的模糊控制器的示意图。

图9为本发明的模糊控制器的输入针头的直径D_s的隶属度函数图。

图10为本发明的模糊控制器的输入针头的深入长度H_s的隶属度函数图。

图11为本发明的模糊控制器的输出驱动机构的转速n的隶属度函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-7所示，本发明提供一种针头切割器，包括：容纳筒100，其为空心圆筒状结构。在容纳筒100内部上侧水平设置有切割座110，其为U型结构，且闭口端与容纳筒100内壁固定连接。在切割座110开口端的两侧面上竖直贯穿设置半圆形通槽111，用于深入容纳针头。在容纳筒100内部上侧水平设置刀座120，其为U型结构，且开口端与切割座110的开口端正相对设置，闭口端与容纳筒100内壁固定连接。在刀座120的开口端的两侧面垂直可旋转穿过有转轴121，一般通过轴承将转轴121可旋转设置在刀座120上。在刀座120的开口内设置有切割刀片130，其偏心固定套设在转轴121上；使得切割刀片130在工作时能够旋转通过切割座110的开口，对半圆形桶槽111内深入的针头进行切割；而切割刀片130在不工作时，能够旋转完全置于刀座120的开口内，以便于针头深入至半圆形凹槽111内。在刀座120上固定设置有驱动机构140，一般为驱动电机，其输出轴与转轴121花间连接，用于驱动转轴121旋转，进而驱动切割刀片130工作。

在容纳筒100的顶面上可拆卸扣合有盖板150，其中心设置有与半圆形凹槽111对应的圆形过孔151，便于针头通过圆形过孔151深入至半圆形凹槽111内。而盖板的存在，将切割座110、刀座120和切割刀片130密闭置于容纳筒100内，使得针头切割的过程在密闭环境中进行，安全可靠。

在容纳筒100底部可拆卸设置有收纳盒160，用于收集切割下来的针头，本实施例中，收纳盒160与容纳筒100螺纹连接。

在位于切割座110下方在容纳筒100内设置有导流板170，其为半球结构面，且周向与容纳筒100内壁固定连接；所述的导流板170的球侧凸面背向切割座110设置，在导流板170的中心设置有导流孔171，并在导流孔171的下方设置有导流筒171，其一端与导流孔171同轴密闭连接，另一端与收纳盒160对应。使得切割下来的针头能够沿着导流板170的弧面导向流至导流板170中心导流孔171，并沿着导流筒172集中流至收纳盒160，避免针头切割后飞散，便于稳定收集针头。

所述的收纳盒160包括：收集盒161，其为空心圆筒结构，且外圆周侧壁与容纳筒100螺纹连接，便于收纳盒160的拆卸与安装与容纳筒100上。在收集盒161的顶面一体成型盖合有收集盖162，其为弧面结构，且弧面朝向导流板170设置.在收集盖162的中心设置有收集孔163，其与导流筒72同轴对应，所述的导流筒172底面与收集孔163的间距为0～10mm，优选为0mm，即刚好接触，确保导流板170收集的针头稳定流入收纳盒160内。

所述的收纳盒160还包括：底座164，其为圆形板状结构；在底座上方同轴间隔设置有振动板165，且振动板165底部设置有电磁线圈(图中未示出)，所述的振动板165与收集盒161底面一体成型。在底座164和振动板165之间的周向均匀设置有多个弹簧片166，且弹簧片166的轴向两端分别与底座164和振动板165固定连接，并围成空心圆柱结构。在空心圆柱结构内同轴设置有电磁铁167，且电磁铁167的底面与底座164固定连接，顶面与振动板165间隙设置。通过对电磁线圈通交流电，使得电磁线圈与电磁铁167产生相互吸引盒相互排斥的力，使得振动板165振动，进而带动收集盒161振动，使得针头能够平铺在收集盒161内，避免针头通过导流筒172流入收集孔163在流入收集盒161时，一直在收集盒161中心堆积，而造成收集孔163处堵塞。而没有达到收集盒161本应该的收集量。

所述的底座164包括：圆形凹槽1641，其设置在底座164的底面中心，固定块1642，其为圆柱形结构，且同轴固定设置在圆形凹槽1641内，便于手握固定块1642拆卸收纳盒160。

在收集盒161的内部底面上设置有圆心海绵垫1611，便于收集针头。在盖板上设置有开关151，还设置有电源，其分别与电磁线圈、驱动机构140连接，用于分别为电磁线圈和驱动机构140供电。

本实施例中，还包括多个红外传感器，其周向均匀设置在圆形过孔151上，用于检测针头的直径和针头的深入长度；在收集盒161的底面上设置有重量传感器，用于检测收集针头的总重量；控制器，其与红外传感器、开关和驱动机构连接，用于接收红外传感器和重量传感器的检测数据，并控制驱动机构和工作。

工作原理：

将针头通过圆形过孔深入半圆形凹槽内，控制切割刀片旋转进入切割座的开口内，对针头进行切割，切割后的针头顺着导流板，导流孔、导流筒，并经过收集孔进行收集盒内。

本发明设计开发针头切割器，通过切割刀片的旋转对针头进行快速切割，切口平滑，并且整个过程在收纳筒的密闭空间内完成，安全可靠。

本发明还提供一种针头切割器的控制方法，控制器包括模糊控制器，如图8所述，包括以下步骤：

步骤1、将针头的直径D_s和针头的深入长度H_s以及驱动机构的转速n进行模糊处理；在无控制时，针头的直径D_s的模糊论域为[0.2,1.5]，其量化因子为1；针头的深入长度H_s的模糊论域为[1,5]，定量化因子为10；驱动机构的转速n的模糊论域为[1,5]，定量化因子为1。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，针头的直径D_s和针头的深入长度H_s分为7个等级；输出驱动机构的转速n，输出分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，详见图9、10和11。其中所述模糊控制器的模糊控制规则为：

(1)针头的直径D_s一定，针头的深入长度H_s增大，需要增大驱动机构的转速n；

(2)针头的深入长度H_s一定，针头的直径D_s增大，需要增大驱动机构的转速n；

模糊控制的具体控制规则详见表一。

表一 驱动机构的转速n的模糊控制表

模糊控制器输入针头的直径D_s和针头的深入长度H_s，用模糊控制规则表一得出模糊控制器的输出量驱动机构的转速n，驱动机构的转速n利用重心法解模糊化。

步骤2、根据切割刀片的使用次数和使用寿命对驱动机构的转速n进行校正，且校正后的转速满足：

其中，n_c为校正后的转速，N_lt为切割刀片的使用寿命次数，N为切割刀片已经使用的次数。

步骤3|、重量传感器实时检测收集盒收集的针头的总重量，当收集盒收集的针头的总重量满足：

m≥m₀；

控制器控制电磁线圈中通过的电流为：

其中，I为电磁线圈中通过的电流；z为弹簧片的数量，k_p为弹簧片的弹性系数，A₀为标准振幅，m₀为设定的基础重量，m为收集盒收集的针头的总重量，N为电磁线圈的匝数；r为电磁铁的半径；δ为电磁铁顶面和振动板底面的距离；R为电磁线圈的半径，x为电磁线圈的高度，l为电磁线圈的总长度；

所述的电磁线圈中通过的电流为交变电流，每隔1～1.5s改变一次方向。

本发明设计开发针头切割器的控制方法，能够根据针头的直径和针头的深入长度，并基于模糊控制确定切割刀片的转速，实现针头的快速切割，使得切口更平滑。还能根据切割刀片的使用寿命对切割刀片的转速进行校正，确保针头的快速切割。本发明还能根据收纳盒内收集的针头的总重量对电磁线圈中通过的电流大小进行调控，使得收集的针头平铺，避免堵塞收集孔。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种针头切割器，其特征在于，包括：

容纳筒，其为空心圆筒状结构；以及

切割座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；

半圆形通槽，其竖直贯穿设置在所述切割座开口端的两侧面上，用于容纳针头；

刀座，其为U型结构，水平设置在所述容纳筒内部上侧，且开口端与所述切割座的开口端正相对设置，闭口端与所述容纳筒内壁固定连接；

转轴，其两端垂直可旋转穿过所述刀座的开口端的两侧面；

切割刀片，其设置在所述刀座的开口内，且偏心固定套设在所述转轴上；

其中，工作时，所述切割刀片旋转通过所述切割座的开口；不工作时，所述切割刀片旋转完全置于所述刀座的开口内；

驱动机构，其固定设置在所述刀座上，且输出端与所述转轴固定连接，用于驱动所述转轴旋转；

盖板，其可拆卸设置在所述容纳筒顶面上，且中心设置有与所述半圆形通槽对应的圆形过孔；

收纳盒，其可拆卸设置在所述容纳筒底部，用于收集针头。

2.如权利要求1所述的针头切割器，其特征在于，还包括：

导流板，其为半球结构面，设置在位于所述切割座下方在所述容纳筒内，且周向与所述容纳筒内壁固定连接；

其中，所述导流板的球侧凸面背向所述切割座设置；

导流孔，其设在所述导流板中心；

导流筒，其一端与所述导流孔同轴密闭连接，另一端与所述收纳盒对应。

3.如权利要求2所述的针头切割器，其特征在于，所述收纳盒包括：

收集盒，其为空心圆筒结构，且外圆周侧壁与所述容纳筒螺纹连接；

收集盖，其为弧面结构，且周向与所述收集盒顶面周向一体成型连接；

其中，所述收集盖收集孔的弧面朝向所述导流板设置；

收集孔，其设置在所述收集盖中心，且与所述导流筒同轴对应；

其中，所述导流筒底面与所述收集孔的间距为0～10mm。

4.如权利要求3所述的针头切割器，其特征在于，所述收纳盒还包括：

底座，其为圆形板状结构；

振动板，其同轴间隔设置在所述底座上方，且底部设置有电磁线圈，所述振动板与所述收集盒底面一体成型；

多个弹簧片，其周向均匀设置在所述底座和所述振动板之间，且轴向两端分别与所述底座和所述振动板固定连接，并围成空心圆柱结构；

电磁铁，其同轴设置在所述空心圆柱结构内，且底面与所述底座固定连接，顶面与所述振动板间隙设置。

5.如权利要求4所述的针头切割器，其特征在于，所述底座包括：

圆形凹槽，其设置在所述底座的底面中心；

固定块，其为圆柱形结构，且同轴固定设置在所述圆形凹槽内，用于手握拆卸所述收纳盒。

6.如权利要求5所述的针头切割器，其特征在于，还包括：

海绵垫，其为圆形，且设置在所述收集盒内部底面上；

开关，其设置在所述盖板上；

电源，其分别与所述电磁线圈、驱动机构连接，用于分别为所述电磁线圈和所述驱动机构供电。

7.如权利要求6所述的针头切割器，其特征在于，还包括：

多个红外传感器，其周向均匀设置在所述圆形过孔上，用于检测针头的直径和针头的深入长度；

重量传感器，其设置在所述收集盒底面上，用于检测收集针头的总重量；

控制器，其与所述红外传感器、开关和驱动机构连接，用于接收所述红外传感器和重量传感器的检测数据，并控制所述驱动机构和工作。

8.一种针头切割器的控制方法，其特征在于，包括模糊控制器：

将针头的直径D_s和针头的深入长度H_s输入模糊控制器，所述模糊控制器中针头的直径D_s和针头的深入长度H_s分为7个等级；

模糊控制器输出驱动机构的转速n，输出分为7个等级；

所述针头的直径D_s的模糊论域为[0.2,1.5]，其量化因子为1；针头的深入长度H_s的模糊论域为[1,5]，定量化因子为10；输出驱动机构的转速n的模糊论域为[1,5]，定量化因子为1；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

9.如权利要求8所述的针头切割器的控制方法，其特征在于，还包括对驱动机构的转速n进行校正，且校正后的转速满足：

其中，n_c为校正后的转速，N_lt为切割刀片的使用寿命次数，N为切割刀片已经使用的次数。

10.如权利要求8或9所述的针头切割器的控制方法，其特征在于，当收集盒收集的针头的总重量满足：

m≥m₀；

控制器控制电磁线圈中通过的电流为：

其中，I为电磁线圈中通过的电流；z为弹簧片的数量，k_p为弹簧片的弹性系数，A₀为标准振幅，m₀为设定的基础重量，m为收集盒收集的针头的总重量，N为电磁线圈的匝数；r为电磁铁的半径；δ为电磁铁顶面和振动板底面的距离；R为电磁线圈的半径，x为电磁线圈的高度，l为电磁线圈的总长度；

所述电磁线圈中通过的电流为交变电流，每隔1～1.5s改变一次方向。

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