CN114247015B - 一种无针注射器用自动换取药管的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无针注射器用自动换取药管的装置，包括机械臂、注射压力控制模块和自动换取药管模块；所述注射压力控制模块上设置有电动无针注射器；所述机械臂分别与注射压力控制模块和自动换取药管模块配合使用。本发明采用了无针注射技术，大大减少了恐针人群的痛苦，极大减少了护士的工作量，同时更换药管阻断了血液类传染病的传播，避免了医护人员的职业暴露风险，为疫情防控作出贡献。

Description

一种无针注射器用自动换取药管的装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种无针注射器用自动换取药管的装置。

背景技术

无针注射技术是一种没有传统毛细管针头的注射方式，它不需要通过针头扎入肉体，而是由无针注射推动器通过机械性能稳定的环形压缩弹簧系统产生一定的压力，在压力作用下推动药液，药液通过一个直径约为0.12mm的小孔喷出，喷出初始速度约为200m/s，药液喷出则为弥散状态，从而药液穿透皮肤注入患者的皮下组织。因此也会一定程度上减少患者针扎肉刺的痛苦与恐惧。弹簧的弹射通过触发按压开关来控制。首先通过手动操作给弹簧加压、触发后将力传给撞击杆，撞击杆与活塞杆之间有一定的间隙，撞击杆撞击活塞杆，活塞杆推动注射管中的药液从直径0.12mm的小孔喷出，从而注入皮肤。

现有技术存在以下缺点：

一：疫情集中爆发时，医护工作量大，而采用传统的大规模皮下注射疫苗，势必会挤占大量的医疗资源。

二：在专利----用于猪只疫苗的自动注射设备中提到：注射方式为有针注射，若采取有针的方式来实现疫苗大规模注射，技术方面较为困难，且有针注射会给恐针人群带来大量不适感。而无针注射则可以避免这些缺点。

三：现有的电动无针注射器大多为手动操作，若疫情集中爆发时，势必会给医护人员带来大量的负担，若采用全自动装置代替医护人员进行注射则可大大减少医护劳动量，为疫情防控节省更多的医护资源，为疫情防控做出巨大贡献。

四：现有电动无针注射器在注射前缺少去除针管中的气泡这个环节，而气泡注入人体那日轻则红肿疼痛，重则伤害到人体血管神经组织。

五：现有电动无针注射器换取药管只能依靠人力来进行，无法实现自动换取药管，如果每次注射时不更换药管，容易导致血液类传染病的传播

无针自动注射技术，是指用磁力/高压气体/电机来控制电机通过传动机构实现压缩弹簧、触发等动作来实现自动注射。参考专利：CN202235764U一种无针注射器机械传动装置。

专利一：CN107441594A-一种全自动无痛注射装置，该专利采用的是有针注射，用托架、电磁铁、步进电机、控制器来移动针头，并将针头快速扎入人体皮肤，但是对有针注射来说，在没有其他辅助条件下，具体注射部位难以通过现有的机器视觉技术来确认，具体针头注射深度也难以控制，但是无针注射技术能避免以上问题，只需要注射在护士提前画的圆形区域即可，因为没有针头，所以也无需考虑针头注射深度的问题。

专利二：CN110882083A-一种可用于猪只疫苗自动注射设备也与本专利有相似之处

该专利包括了括AI视觉感知模块、机械臂2动作模块、注射枪模块、猪只捕捉固定模块、控制系统及基座，猪排队进入注射通道，由工业相机识别猪身需要注射的部位，再由机械臂2带动注射器运动到指定部位实现注射，并实现消毒和换针，该专利针对的是猪，而且采用的是在AI视觉的引导下采用有针自动注射。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的一种无针注射器用自动换取药管的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无针注射器用自动换取药管的装置，包括机械臂、注射压力控制模块和自动换取药管模块；

所述注射压力控制模块上设置有电动无针注射器；

所述机械臂分别与注射压力控制模块和自动换取药管模块配合使用。

作为对本发明一种无针注射器用自动换取药管的改进：

所述机械臂包括x轴基座、y轴基座和z轴基座；x轴基座上滑动设置有y轴滑块，y轴基座固定安装在y轴滑块上，y轴基座上滑动设置有z轴滑块，z轴基座固定安装在z轴滑块上，z轴基座上滑动设置有大方盖注射压力控制模块固定安装在大方盖上；

所述注射压力控制模块包括连接件一、连接件二、舵机摆臂一、舵机摆臂二、舵机、压力传感器、弹簧垫、弹簧、圆形件、滚动轴承、连接轴和注射器底座；

所述机械臂上的大方盖与圆形件固定连接，圆形件与连接件一固定连接，连接件一与舵机摆臂一固定连接；所述舵机摆臂一与舵机卡扣连接，舵机摆臂二与舵机卡扣连接，舵机摆臂二与连接件二焊接，连接件二上固定有压力传感器，压力传感器上固定有弹簧垫，弹簧垫与弹簧固定连接，弹簧垫上固定设置有连接轴，弹簧套设在连接轴外侧，滚动轴承内嵌在注射底座内，滚动轴承套连接轴上，弹簧与滚动轴承抵接，电动无针注射器固定设置在注射器底座上上；

所述自动换取药管模块中包括丝杠滑台和药管盒，丝杠滑台上设置有丝杠承重板和直流电机，丝杠承重板的数量为若干个，丝杠承重板在同一直线上等距设置；所述直流电机上设置有丝杠，丝杠穿过所有丝杠承重板；

所述药管盒固定放置在丝杠承重板顶部，药管盒上设置有孔洞，孔洞中均匀放置注射管，注射管顶部固定设置有外螺纹杆，注射管底部开设有药液喷出孔，电动无针注射器开设有内螺纹孔，内螺纹孔与外螺纹杆相适配。

作为对本发明一种无针注射器用自动换取药管的改进：

还包括手臂固定器；

所述电动无针注射器与手臂固定器配合使用。

作为对本发明一种无针注射器用自动换取药管的改进：

所述丝杠滑台上还固定设置有固定板，固定板上设置有承重板连接轴，承重板连接轴穿过所有的丝杠承重板。

作为对本发明一种无针注射器用自动换取药管的改进：

所述连接轴的长度方向与丝杠的长度方向一致。

作为对本发明一种无针注射器用自动换取药管的改进：

所述孔洞为正方形孔洞；注射管为长方体形。

本发明一种无针注射器用自动换取药管的装置的技术优势为：

1、本发明大大提升了无针注射器的自动化程度，大大减轻了医护人员的工作量，可在疫情爆发时，即可实现疫苗的大规模快速接种，可在疫情爆发时腾出更多的医疗资源，为疫情防控做出巨大贡献。

2、本发明采用了无针注射技术，大大减少了恐针人群的痛苦，极大减少了护士的工作量，同时更换药管阻断了血液类传染病的传播，避免了医护人员的职业暴露风险，为疫情防控作出贡献。

3、本发明的手臂固定器可以将手臂固定住，使肩膀与地面保持水平，方便自动注射。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明一种无针注射器用自动换取药管的装置的立体结构示意图；

图2是图1的主视结构示意图；

图3是自动换取药管模块的结构示意图；

图4是注射压力控制模块的结构示意图；

图5是舵机303、机械臂2、压力控制部分三者连接的结构示意图；

图6是舵机303的结构示意图；

图7是压力传感部分的结构示意图；

图8是气泡检测模块的结构示意图；

图9是标记圆识别模块的结构示意图

图10是相机803的结构示意图；

图11是电动无针注射器4的结构示意图；

图12是注射管41的结构示意图；

图13是取药管过程的示意图；

图14是气泡检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、一种无针注射器用自动换取药管的装置，用于对手臂7进行注射，如图1-14所示，包括控制端1、机械臂2、注射压力控制模块3、电动无针注射器4、自动换取药管模块5、手臂固定器6和视觉模块8。

控制端1包括PC机和32单片机；PC机和32单片机相互连接；

机械臂2的型号为LH4572模组，机械臂2可以在32单片机的带动下实现x、y、z轴三个方向的来回移动；

机械臂2包括x轴基座21、y轴基座22和z轴基座23；x轴基座21上滑动设置有y轴滑块211，y轴基座22固定安装在y轴滑块211上，y轴基座22上滑动设置有z轴滑块221，z轴基座23固定安装在z轴滑块221上，z轴基座23上滑动安装有大方盖201注射压力控制模块3固定安装在大方盖201上。

注射压力控制模块3包括连接件一3011、连接件二3012、舵机摆臂一3021、舵机摆臂二3022、舵机303、压力传感器304、弹簧垫305、弹簧306、圆形件307、滚动轴承308、连接轴309和注射器底座401；

其中舵机303可以在32单片机的带动下实现绕x轴旋转和绕y轴旋转。

其中机械臂2上的大方盖201与圆形件307紧固连接，圆形件307与连接件一3011焊接，连接件一3011与舵机摆臂一3021焊接，舵机摆臂一3021与舵机303卡扣连接，舵机摆臂二3022与舵机303卡扣连接，舵机摆臂二3022与连接件二3012焊接，连接件二3012上固定有压力传感器304，压力传感器304为片状压力传感器，压力传感器304上固定有弹簧垫305，弹簧垫305与弹簧306焊接，弹簧垫305上还焊接有连接轴309，弹簧306套设在连接轴309外侧，滚动轴承308内嵌在注射底座401内，同时滚动轴承308套连接轴309上，弹簧306与滚动轴承308抵接，具有自动注射功能的电动无针注射器4焊接在注射器底座上401。

视觉模块8包括了气泡检测模块和标记圆识别模块；

气泡检测模块包括固定架804，固定架804从下到上依次安装有水平设置的固定杆一81和固定杆二82，固定杆二82的长度大于固定杆一81的长度，固定杆一81竖直方向的开设有注射管放置孔801，固定杆一81水平方向开设有红外激光器放置孔802，注射管放置孔801与红外激光器放置孔802相互连通。注射管放置孔801尺寸：直径15mm，深50mm。红外激光器放置孔802内装有红外激光发射器805和红外激光接收器806，红外激光发射器805和红外激光接收器806分别位于注射管放置孔801左右两侧。

标记圆识别模块包括相机803、PC机、机械臂2和注射压力控制模块3，相机803识别出标记圆701的具体坐标，将信号传给PC机，PC机处理信号，控制机械臂2和注射压力控制模块3将无针注射器带动到具体坐标。

相机803安装在固定杆二82底部。

相机803可以采用工业双目相机，也可以采用其他相机，只要能识别出标记圆即可，803指的是一个双目相机，一个相机表示单目，两个相机表示双目，采用双目是提高识别标记圆的准确性，双目相机常用于立体视觉。

相机803与注射管放置孔801、红外激光器放置孔802不在一条竖直线上，固定杆一81不能挡住相机803的视野范围，以免影响标记圆701的识别。

自动换取药管模块5中包括丝杠滑台51和药管盒505，丝杠滑台51上安装有丝杠承重板501和直流电机502，丝杠承重板501的数量为若干个，丝杠承重板501在同一直线上等距设置。直流电机502上安装有丝杠503，丝杠503穿过所有丝杠承重板501，从而带动丝杠承重板501左右移动。

丝杠滑台51上还固定安装有固定板506，固定板506上安装有承重板连接轴504，连接轴504的长度方向与丝杠503的长度方向一致，承重板连接轴504穿过所有的丝杠承重板501，用于辅助保持所有的丝杠承重板501位于同一直线上。

药管盒505固定放置在丝杠承重板501顶部，药管盒505中有呈规律分布的正方形孔洞，孔洞规格为10mm×10mm。

孔洞中均匀放置注射管41，注射管41为长方体形，注射管41顶部固定安装有外螺纹杆412，注射管41底部开设有药液喷出孔411，电动无针注射器4开设有内螺纹孔402，内螺纹孔402与外螺纹杆412相适配，内螺纹孔402与外螺纹杆412的各个参数一致，均为30圈。注射管41内装有疫苗。药管盒505在直流电机502的带动下，每隔40秒向右平移一个正方形的距离，每人次预计注射总时间为40秒。

手臂7的三角肌肌肉外侧为护士提前盖的绿色标记圆701，尺寸：直径40mm的圆。手臂固定器6的作用是为了将注射人群的手臂7固定住并尽量使肩膀与地面水平，方便注射。手臂固定器6只需要注射前后全过程方便固定手臂7即可，手臂7不能与自动换取药管模块5、三轴直线滑轨2相撞。

电动无针注射器4分别与自动换取药管模块5、手臂固定器6及视觉模块8配合使用。

控制端1的32单片机分别与机械臂2的电机、舵机303及电动无针注射器4信号连接。

控制端1的PC机分别与红外激光接收器806、相机803及32单片机信号连接。

注射方法包括以下步骤：

第一步、护士用印章在注射对象的三角肌外侧上盖上标记圆701；注射对象将手臂固定在手臂固定器6上，并尽量使标记圆701与地面保持水平；

标记圆701为圆形绿色标记圆；

第二步、取药管；

控制端1的32单片机控制机械臂2和舵机303带动电动无针注射器4移动到药管盒505正上方，注射管41垂直于水平面，使注射管41正对于药管盒505孔洞的正上方，同时注射器41的内螺纹孔402与注射管41的外螺纹杆412上下保持一致，水平位置对准后，机械臂2带动电动无针注射器4垂直下移，同时舵机303开始带动无针注射器4旋转30圈，使外螺纹杆412与内螺纹孔402啮合连接为一体；

因为注射管41上部分外形为长方体，截面是个10mm×10mm的正方形，药管盒505内的孔洞的截面为12mm×12mm的正方形，孔洞为挖空的长方体形，所以电动无针注射器4旋转时注射管会被卡主，内螺纹和外螺纹均为30圈。以上类似于一个拧螺母的一个过程，是整个取药管的过程，如图13所示。

第三步、检测注射管内的气泡；

控制端1的32单片机控制机械臂2带动电动无针注射器4垂直上移，使得注射管41脱离药管盒505，并通过舵机303转动180°调整电动无针注射器4的姿态，使注射管41的药液喷出孔411垂直向上；

通过机械臂2带动整体移动到视觉模块8的气泡检测模块，因为注射管放置孔801与红外激光器放置孔802的空间距离一定，所以只需要通过既先设定好的程序，就可以通过32单片机来控制注射管41准确移动到注射管放置孔801正下方，随后注射管41在机械臂2的带动下垂直上移，将注射管41准确插入注射管放置孔802内；红外激光接收器806采集到信号；

注射管放置孔802的顶部封闭，目的是营造黑暗环境方便检测气泡，左右两侧留有注射管放置孔801，方便激光穿入，注射管放置孔802的尺寸比注射管41的尺寸稍大，方便注射管41准确插入，整个过程如图14所示。

第四步、去除气泡；

红外激光接收器806将采集到的信号传递给控制端1的PC机，PC机分析是否有气泡；

若分析为有气泡，则控制端1的32单片机带动注射管41下移，使注射管41离开气泡检测模块，执行去除气泡动作；

执行去除气泡动作：控制端1的32单片机控制机械臂2带动电动无针注射器4垂直下移，使注射管41离开注射管放置孔801，舵机303左右来回摇摆，使气泡集中于注射管41的顶端，并通过32单片机控制电动无针注射器推动内部的活塞杆，使气泡通过药液喷出孔411排出，执行完动作后，再次依照第二步的过程将注射管41插入注射管放置孔801中，再次进行检测，若有气泡则再次执行去除气泡的动作，直至气泡完全去除；执行步骤第五步；

若分析为无气泡，执行步骤第五步；

第五步、识别标记圆；

相机803识别标记圆701；并将信号发送给控制端1的PC机，PC机处理信号，并运算出绿色标记点的中心坐标，控制机械臂2和舵机303将注射管41移动到绿色标记圆的中心坐标正上方，并保持注射管41垂直向下，使药液喷出孔411正对于标记圆701的圆心；

以上过程实现了标记圆701的xy坐标定位，接下来实现z坐标的定位；

机械臂2相继带动舵机303、压力传感器304、电动无针注射器4，使注射管41垂直向下移动，直至注射管的药液喷出孔411贴紧人体皮肤，由压力传感器304接收向下压力的大小，并将信号传递给PC机，当压力达到预设压力(预设压力可以为10N)时，停止下移，以上过程完成了注射点的x、y、z坐标的定位，接下来32单片机控制电动无针注射器4完成注射动作。

整个过程参考总成图。

第六步、去除药管；

控制端1的32单片机控制舵机303和机械臂2使注射管41脱离人体，垂直上移，因为药管盒505的位置是固定的，标记圆701的中心位置已知，32单片机根据设定好的程序将注射管原路返回，将注射管41插入药管盒505的孔洞中；接着机械臂2带动注射管41向上移动，舵机303带动注射管41旋转，使注射管41与电动无针注射器4分离。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无针注射器用自动换取药管，其特征在于：包括机械臂（2）、注射压力控制模块（3）和自动换取药管模块（5）；所述注射压力控制模块（3）上设置有电动无针注射器（4）；所述机械臂（2）分别与注射压力控制模块（3）和自动换取药管模块（5）配合使用；所述机械臂（2）包括x轴基座（21）、y轴基座（22）和z轴基座（23）；x轴基座（21）上滑动设置有y轴滑块（211），y轴基座（22）固定安装在y轴滑块（211）上，y轴基座（22）上滑动设置有z轴滑块（221），z轴基座（23）固定安装在z轴滑块（221）上，z轴基座（23）上滑动设置有大方盖（201）注射压力控制模块（3）固定安装在大方盖（201）上；所述注射压力控制模块（3）包括连接件一（3011）、连接件二（3012）、舵机摆臂一（3021）、舵机摆臂二（3022）、舵机（303）、压力传感器（304）、弹簧垫（305）、弹簧（306）、圆形件（307）、滚动轴承（308）、连接轴（309）和注射器底座（401），其中舵机（303）可以在（32）单片机的带动下实现绕x轴旋转和绕y轴旋转；所述机械臂（2）上的大方盖（201）与圆形件（307）固定连接，圆形件（307）与连接件一（3011）固定连接，连接件一（3011）与舵机摆臂一（3021）固定连接；所述舵机摆臂一（3021）与舵机（303）卡扣连接，舵机摆臂二（3022）与舵机（303）卡扣连接，舵机摆臂二（3022）与连接件二（3012）焊接，连接件二（3012）上固定有压力传感器（304），压力传感器（304）上固定有弹簧垫（305），弹簧垫（305）与弹簧（306）固定连接，弹簧垫（305）上固定设置有连接轴（309），弹簧（306）套设在连接轴（309）外侧，滚动轴承（308）内嵌在注射底座（401）内，滚动轴承（308）套连接轴（309）上，弹簧（306）与滚动轴承（308）抵接，电动无针注射器（4）固定设置在注射器底座上（401）上；所述自动换取药管模块（5）中包括丝杠滑台（51）和药管盒（505），丝杠滑台（51）上设置有丝杠承重板（501）和直流电机（502），丝杠承重板（501）的数量为若干个，丝杠承重板（501）在同一直线上等距设置；所述直流电机（502）上设置有丝杠（503），丝杠（503）穿过所有丝杠承重板（501）；所述药管盒（505）固定放置在丝杠承重板（501）顶部，药管盒（505）上设置有孔洞，孔洞中均匀放置注射管（41），注射管（41）顶部固定设置有外螺纹杆（412），注射管（41）底部开设有药液喷出孔（411），电动无针注射器（4）开设有内螺纹孔（402），内螺纹孔（402）与外螺纹杆（412）相适配。

2.根据权利要求1所述的一种无针注射器用自动换取药管，其特征在于：还包括手臂固定器（6）；所述电动无针注射器（4）与手臂固定器（6）配合使用。

3.根据权利要求2所述的一种无针注射器用自动换取药管，其特征在于：所述丝杠滑台（51）上还固定设置有固定板（506），固定板（506）上设置有承重板连接轴（504），承重板连接轴（504）穿过所有的丝杠承重板（501）。

4.根据权利要求3所述的一种无针注射器用自动换取药管，其特征在于：所述连接轴（504）的长度方向与丝杠（503）的长度方向一致。

5.根据权利要求4所述的一种无针注射器用自动换取药管，其特征在于：所述孔洞为正方形孔洞；注射管（41）为长方体形。

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