CN117504056A - 用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法 - Google Patents

用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法 Download PDF

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CN117504056A CN202311689398.XA CN202311689398A CN117504056A CN 117504056 A CN117504056 A CN 117504056A CN 202311689398 A CN202311689398 A CN 202311689398A CN 117504056 A CN117504056 A CN 117504056A
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Abstract

本发明提供了一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法,包括在控制装置的作用下,蓄力释放装置释放指定的活塞行程,蓄力装置输出旋转力矩推动活塞推杆装置的活塞本体沿指定方向运动指定的活塞行程。向储药装置内加注足量的药液;控制装置获得外部输入的注射指令或注射程序;控制装置启动控制蓄力释放装置释放指定的活塞行程,蓄力装置输出旋转力矩推动活塞推杆装置的活塞本体沿指定方向运动指定的活塞行程。通过输出旋转力矩的方式推动活塞,根据需要输注的剂量或活塞运动的距离计算所需要的脉冲数量就通过控制装置精确控制蓄力释放装置释放指定的活塞行程,有助于提高给药剂量的精确度,且结构简单,成本低。

Description

用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,具体地,涉及一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法。
背景技术
连续给药是指每天连续给药以维持药物的有效血药浓度。在当前的临床医疗体系中,在内分泌和镇痛等医疗领域经常采用连续给药的方式进行治疗。
以对糖尿病的治疗为例,目前对糖尿病的治疗和控制主要有两种方法:一种是常规方法治疗,即每天1-2次注射胰岛素和1-2次血糖监测;另一种是采用强化治疗方法,每日多次血糖监测,模拟胰岛细胞分泌胰岛素的方式连续输注胰岛素,尽可能使血糖接近正常水平,此种方法多是使用胰岛素泵来实现。
现有公告号为CN209984717U的中国专利申请文献,其公开了一种安全的自动注射胰岛素笔,包括胰岛素笔芯、针头、笔芯外壳、注射部、控制部和用于拆卸所述针头的推杆单元;所述注射部包括注射外壳、丝杆螺母副、活塞推盘和用于安装所述丝杆螺母副的螺母的第一基座,所述丝杆螺母副的螺母外圈设置有轮齿;所述控制部包括控制外壳、电机、电机齿轮和用于安装所述电机齿轮的第二基座,所述电机齿轮的外圈设置有轮齿,所述电机齿轮上的轮齿与所述丝杆螺母副的螺母上的轮齿相啮合;所述推杆单元设置在所述笔芯外壳的外部。
现有技术中的注射胰岛素笔采用电机作为动力源进行药液注射,其结构复杂,成本高,且定量注射精度低,存在待改进之处。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法。
根据本发明提供的一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统,包括活塞推杆装置、蓄力装置、蓄力释放装置以及控制装置;在所述控制装置的作用下,所述蓄力释放装置释放指定的活塞行程,所述蓄力装置输出旋转力矩推动活塞推杆装置的活塞本体沿指定方向运动指定的活塞行程。
优选地,所述活塞推杆装置包括活塞本体、丝杆、套筒组件以及蜗轮,所述丝杆的一端与活塞本体固定连接,所述丝杆的另一端伸入套筒组件内并与套筒组件的内壁螺纹连接,所述蜗轮与套筒组件的外壁固定连接;所述蓄力装置向活塞推杆装置输出旋转力矩,所述蓄力释放装置包括蜗杆,所述蜗轮与蜗杆啮合。
优选地,所述蓄力装置包括第一扭簧,所述第一扭簧的一端与套筒组件固定连接,所述第一扭簧的另一端与壳体固定连接,且所述第一扭簧处于压缩状态。
优选地,所述套筒组件包括丝杆套筒、蜗轮套筒以及锁定组件,所述丝杆套筒伸入蜗轮套筒内,且所述丝杆套筒的外壁与蜗轮套筒的内壁沿套筒组件的轴向滑动配合;所述锁定组件将丝杆套筒和蜗轮套筒二者固定连接,所述丝杆伸入丝杆套筒(341)内,所述蜗轮设置在蜗轮套筒的外壁上。
优选地,所述锁定组件包括锁定钢珠以及锁定卡槽,所述锁定卡槽与蜗轮套筒相对固定连接,所述丝杆套筒穿过锁定卡槽并伸入蜗轮套筒内;所述锁定钢珠设置在丝杆套筒外表面,所述锁定卡槽靠近锁定钢珠的一侧设置有直径逐渐减小的容纳槽,所述锁定钢珠与容纳槽嵌入配合。
优选地,所述蓄力释放装置包括旋转磁力刹车组件和耦合组件,所述旋转磁力刹车组件通过耦合组件与活塞推杆装置耦合。
优选地,所述旋转磁力刹车组件包括固定线圈和转动设置的永磁体,所述永磁体为径向充磁,所述固定线圈产生磁场的与永磁体径向磁场相互作用推动永磁体转动或定位,且所述永磁体上固定设置有输出齿轮。
优选地,所述耦合组件包括齿轮组,所述输出齿轮与齿轮组的传动起始端齿轮啮合,所述齿轮组的传动末端齿轮与蜗杆同轴固定连接。
根据本发明提供的一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统的工作方法,工作方法包括如下步骤:
步骤S1、向储药装置内加注足量的药液;
步骤S2、控制装置获得外部输入的注射指令或注射程序;
步骤S3、控制装置启动控制蓄力释放装置释放指定的活塞行程,蓄力装置输出旋转力矩推动活塞推杆装置的活塞本体沿指定方向运动指定的活塞行程。
优选地,针对步骤S3,包括如下子步骤:
步骤S3.1、控制装置将外部输入的注射指令或注射程序转换为一串相应的电脉冲信号传递至固定线圈;
步骤S3.2、固定线圈驱动永磁体做相应的运动使输出齿轮转动,并通过齿轮组带动蜗轮转动,丝杆套筒向蜗轮套筒内运动,直至锁定钢珠嵌入锁定卡槽的容纳槽内使丝杆套筒和蜗轮套筒二者锁定;
步骤S3.3、控制装置获取丝杆套筒和蜗轮套筒二者的锁定信号,通过固定线圈、输出齿轮以及齿轮组释放外部输入的注射指令内包含的活塞行程,完成定量注射。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明通过蓄力装置作为动力源,通过输出旋转力矩的方式推动活塞,根据需要输注的剂量或活塞运动的距离计算所需要的脉冲数量就通过控制装置精确控制蓄力释放装置释放指定的活塞行程,有助于提高给药剂量的精确度,且结构简单,成本低。
2、本发明通过蓄力释放装置借助蜗杆与蜗轮的配合释放活塞推杆装置的行程,蓄力装置通过旋转力矩的方式推动活塞推杆装置向储药装置内运动一定长度,从而实现药液的定量注射。
3、本发明通过药液注入储药装置内,此时活塞本体会随着药液的注入而向后移动,与活塞本体相连的丝杆和丝杆套筒需要在蜗轮套筒中向后自由滑动,当开始注射给药时蜗轮套筒与丝杆套筒必须锁定,不能自由滑动才能通过丝杆推动活塞本体向前运动推注药液,实现了向储药装置内注药以及定量注射。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明主要体现给药装置整体结构示意图;
图2为本发明主要体现旋转磁力刹车组件整体结构的爆炸图;
图3为本发明主要体现旋转磁力刹车组件整体结构的剖视图;
图4为本发明主要体现活塞运动系统整体结构的爆炸示意图;
图5为本发明主要体现锁定组件整体结构的爆炸示意图;
图6为本发明主要体现活塞推杆装置整体结构的剖视图。
图中所示:
蓄力释放装置1 蜗轮33
旋转磁力刹车组件11 套筒组件34
固定线圈111 丝杆套筒341
永磁体112 蜗轮套筒342
输出齿轮113 锁定组件35
导磁片114 锁定钢珠351
限位孔115 锁定卡槽352
耦合组件12 容纳槽353
齿轮组121 锁定触发簧片354
传动起始端齿轮122 导向杆36
传动末端齿轮123 储药装置4
蜗杆126 储药空腔41
蓄力装置2 控制装置6
第一扭簧22 电路板61
活塞推杆装置3 壳体8
活塞本体31 套筒锁定信号开关81
丝杆32 导向座82
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,根据本发明提供的一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统,包括活塞推杆装置3、蓄力装置2、蓄力释放装置1以及控制装置6。在控制装置6的作用下,所述蓄力释放装置1释放指定的活塞行程,所述蓄力装置2输出旋转力矩推动活塞推杆装置3的活塞本体31沿指定方向运动指定的活塞行程。
本申请的指定方向为活塞推杆装置3中活塞本体31的运动方向,本申请中的指定的活塞行程,是工作人员通过蓝牙通讯等信息传输方式向控制装置6下达的输注指令,控制装置6在接收到输注指令后发出相应的电脉冲至蓄力释放装置1,实现释放指定的活塞行程。
具体地,注射装置还包括壳体8,壳体8为注射装置上器件的安装基础,具有一定的结构强度。蓄力释放装置1包括旋转磁力刹车组件11和耦合组件12,旋转磁力刹车组件11与控制装置6电连接,旋转磁力刹车组件11通过耦合组件12控制活塞推杆装置3的活塞行程,蓄力装置2向活塞推杆装置3输出旋转力矩。
更为具体地,旋转磁力刹车组件11包括固定线圈111和转动设置的永磁体112,永磁体112为径向充磁,固定线圈111产生的磁场与永磁体112径向磁场相互作用推动永磁体112转动或定位,且永磁体112上固定设置有输出齿轮113。固定线圈111包括线圈和固定支架,线圈绕设在固定支架上,固定支架通过紧固件固定安装在壳体8上,壳体8上还通过紧固件固定安装有导磁片114,导磁片114上设置有允许永磁体112转动和定位的限位孔115,永磁体112的形状为圆柱型,圆柱状的永磁体112置于限位孔115内并通过同轴设置的转轴转动安装在壳体8上。导磁片114能够用于产生交变方向的磁场,固定线圈111产生的磁场能够与永磁体112的磁场相互作用从而使永磁体112转动一定的角度,尤其是一百八十度转动。输出齿轮113同轴紧固安装在永磁体112上,永磁体112转动能够带动输出齿轮113转动。
需要说明的是,本申请的旋转磁力刹车组件11还可以选用现有技术中能够输出转矩的磁电刹车、电磁摆叉或电磁环等。
控制装置6包括电路板61,电路板61上集成有通讯模块、数据处理模块、数据储存模块和信号转换模块,信号转换模块和通讯模块电连接,且电路板61与固定线圈111电连接,控制装置6的通讯模块能够接收外界的有线或无线输注指令信号或输注程序,根据接收到的输注信息数据处理模块可以按照需求自动控制信号转换模块产生相应的电脉冲信号,电脉冲信号传输至固定线圈111控制永磁体112转动一定角度,从而实现控制输出齿轮113转动一定角度。
耦合组件12包括齿轮组121,齿轮组121包括多个啮合的齿轮结构,齿轮组121的任一齿轮均通过转轴与壳体8转动连接,且齿轮组121包括至少一个传动起始端齿轮122和至少一个传动末端齿轮123,输出齿轮113与齿轮组121的传动起始端齿轮122啮合,齿轮组121的传动末端齿轮123上设置有蜗杆126。传动起始端齿轮122和传动末端齿轮123之间设置有至少一个中间传动齿轮,中间传动齿轮与传动起始端齿轮122和另一中间传动齿轮分别啮合,或与传动末端齿轮123和另一中间传动齿轮分别啮合,或与另外两个中间传动齿轮分别啮合。
蓄力装置2输出旋转力矩,蓄力装置2包括第一扭簧22,第一扭簧22处于压缩状态。活塞推杆装置3包括活塞本体31、丝杆32、套筒组件34以及蜗轮33,活塞本体31设置在储药装置4内,丝杆32的一端与活塞本体31固定连接,丝杆32的另一端伸入套筒组件34内并与套筒组件34的内壁螺纹连接,蜗轮33与套筒组件34的外壁固定连接,蜗轮33与蜗杆126啮合。第一扭簧22的一端与套筒组件34固定连接,第一扭簧22的另一端与注射装置的壳体8固定连接。
进一步地,套筒组件34包括丝杆套筒341、蜗轮套筒342以及锁定组件35,丝杆套筒341伸入蜗轮套筒342内,且丝杆套筒341的外壁与蜗轮套筒342的内壁沿套筒组件34的轴向滑动配合。锁定组件35将丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者固定连接。在锁定组件35将丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者固定连接之前,丝杆套筒341能够沿套筒组件34的轴线在蜗轮套筒342滑移,在在锁定组件35将丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者固定连接后,丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者不产生相对运动。
锁定组件35包括锁定钢珠351以及锁定卡槽352,锁定卡槽352与蜗轮套筒342相对固定连接,丝杆套筒341穿过锁定卡槽352并伸入蜗轮套筒342内。锁定钢珠351设置在丝杆套筒341外表面,锁定卡槽352靠近锁定钢珠351的一侧设置有直径逐渐减小的容纳槽353,锁定钢珠351与容纳槽353嵌入配合。容纳槽353是由锁定卡槽352内壁和丝杆套筒341外壁配合形成,且容纳槽353的剖面形状近似为“V”型,当锁定钢珠351进入锁定卡槽352内部一定距离到达处间隙小于锁定钢珠351的直径时锁定钢珠351、锁定卡槽352与丝杆套筒341三者相互卡死,丝杆套筒341与蜗轮套筒342相互锁定。
再进一步地,丝杆套筒341上同轴套设有锁定触发簧片354,锁定触发簧片354设置在锁定钢珠351背离锁定卡槽352的一侧,锁定触发簧片354上设置有与锁定钢珠351嵌入配合的半圆槽。锁定钢珠351在丝杆套筒341的周侧绕丝杆套筒341的中心轴线等间隔设置有一个或多个,锁定触发簧片354上的半圆槽与锁定钢珠351呈对应设置。壳体8上设置有套筒锁定信号开关81。
使用前储药装置4里没有药液,需要用户使用注射器将药液注入储药空腔41,此时活塞本体31会随着药液的注入而向后移动,与活塞本体31相连的丝杆32和丝杆套筒341需要在蜗轮套筒342中向后自由滑动,当开始注射给药时蜗轮套筒342与丝杆套筒341必须锁定,不能自由滑动才能通过丝杆32推动活塞本体31向前运动推注药液。
当注射时涡轮开始转动,锁定触发簧片354跟随涡轮一起转动,转动到套筒锁定信号开关81无法挡住锁定触发簧片354时锁定触发簧片354推动锁定钢珠351进入锁定卡槽352内部,锁定卡槽352内部与丝杆套筒341之间的间隙为V形,越往锁定卡槽352内部其与丝杆套筒341之间的间隙约小,当锁定钢珠351进入锁定卡槽352内部一定距离到达处间隙小于锁定钢珠351直径时锁定钢珠351、锁定卡槽352与丝杆套筒341三者相互卡死,丝杆套筒341与蜗轮套筒342相互锁定。这样即解决了蜗轮套筒342与丝杆套筒341之间在充药时需要自由滑动而在注射时相互锁定的问题。
更进一步地,活塞本体31上还固定设置有导向杆36,导向杆36的长度方向与丝杆32的长度方向平行,壳体8上设置有导向座82,导向杆36水平穿过导向座82并与其滑移配合。
根据本发明提供的一种连续微量给药装置的注射方法,注射方法包括如下步骤:
步骤S1、向储药装置4内加注足量的药液。
步骤S2、控制装置6获得外部输入的注射指令或注射程序。
步骤S3、控制装置6启动控制蓄力释放装置1释放指定的活塞行程,蓄力装置2推动活塞推杆装置3向储药装置4内运动指定的活塞行程,完成定量注射。
步骤S3,包括如下子步骤:
步骤S3.1、控制装置6将外部输入的注射指令或注射程序转换为一串相应的电脉冲信号传递至固定线圈。
步骤S3.2、固定线圈111驱动永磁体112做出相应的运动使输出齿轮113转动,并通过齿轮组121带动蜗轮33转动,丝杆套筒341向蜗轮套筒342内运动,直至锁定钢珠351嵌入锁定卡槽352的容纳槽353内使丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者锁定。
步骤S3.3、控制装置6获取丝杆套筒341和蜗轮套筒342二者的锁定信号,通过线圈、输出齿轮113以及齿轮组121释放外部输入的注射指令内包含的活塞行程,完成定量注射。
初始安装时蓄力释放装置1、蓄力装置2以及活塞推杆装置3安装到位,因三者耦合且静态不动,活塞提位于储药空腔41顶端。用户借助注射器通过加注孔向储药空腔41内加注胰岛素,活塞本体31受力后退,触发电源开关接通电路,加注结束后,用户通过控制器以蓝牙通讯方式下达输注指令,控制装置6接收指令后发出相应的电脉冲,旋转磁力刹车组件11在电脉冲下发生角度偏移,输出齿轮113也跟随转动相应角度,经耦合机构传递相应角度,锁定组件35起效锁定丝杆套筒341和涡轮套筒342使得蓄力装置2能够推动活塞本体31做相应运动,受挤压的药液通过管路后在软针56针头流出。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,包括活塞推杆装置(3)、蓄力装置(2)、蓄力释放装置(1)以及控制装置(6);
在所述控制装置(6)的作用下,所述蓄力释放装置(1)释放指定的活塞行程,所述蓄力装置(2)输出旋转力矩推动活塞推杆装置(3)的活塞本体(31)沿指定方向运动指定的活塞行程。
2.如权利要求1所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述活塞推杆装置(3)包括活塞本体(31)、丝杆(32)、套筒组件(34)以及蜗轮(33),所述丝杆(32)的一端与活塞本体(31)固定连接,所述丝杆(32)的另一端伸入套筒组件(34)内并与套筒组件(34)的内壁螺纹连接,所述蜗轮(33)与套筒组件(34)的外壁固定连接;
所述蓄力装置(2)向活塞推杆装置(3)输出旋转力矩,所述蓄力释放装置(1)包括蜗杆(126),所述蜗轮(33)与蜗杆(126)啮合。
3.如权利要求2所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述蓄力装置(2)包括第一扭簧(22),所述第一扭簧(22)的一端与套筒组件(34)固定连接,所述第一扭簧(22)的另一端与壳体(8)固定连接,且所述第一扭簧(22)处于压缩状态。
4.如权利要求2所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述套筒组件(34)包括丝杆套筒(341)、蜗轮套筒(342)以及锁定组件(35),所述丝杆套筒(341)伸入蜗轮套筒(342)内,且所述丝杆套筒(341)的外壁与蜗轮套筒(342)的内壁沿套筒组件(34)的轴向滑动配合;
所述锁定组件(35)将丝杆套筒(341)和蜗轮套筒(342)二者固定连接,所述丝杆(32)伸入丝杆套筒(341)(341)内,所述蜗轮(33)设置在蜗轮套筒(342)的外壁上。
5.如权利要求4所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述锁定组件(35)包括锁定钢珠(351)以及锁定卡槽(352),所述锁定卡槽(352)与蜗轮套筒(342)相对固定连接,所述丝杆套筒(341)穿过锁定卡槽(352)并伸入蜗轮套筒(342)内;
所述锁定钢珠(351)设置在丝杆套筒(341)外表面,所述锁定卡槽(352)靠近锁定钢珠(351)的一侧设置有直径逐渐减小的容纳槽(353),所述锁定钢珠(351)与容纳槽(353)嵌入配合。
6.如权利要求2所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述蓄力释放装置(1)包括旋转磁力刹车组件(11)和耦合组件(12),所述旋转磁力刹车组件(11)通过耦合组件(12)与活塞推杆装置(3)耦合。
7.如权利要求6所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述旋转磁力刹车组件(11)包括固定线圈(111)和转动设置的永磁体(112),所述永磁体(112)为径向充磁,所述固定线圈(111)产生磁场的与永磁体(112)径向磁场相互作用推动永磁体(112)转动或定位,且所述永磁体(112)上固定设置有输出齿轮(113)。
8.如权利要求7所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,其特征在于,所述耦合组件(12)包括齿轮组(121),所述输出齿轮(113)与齿轮组(121)的传动起始端齿轮(122)啮合,所述齿轮组(121)的传动末端齿轮(123)与蜗杆(126)同轴固定连接。
9.一种用于连续微量给药装置的活塞运动系统的工作方法,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统,工作方法包括如下步骤:
步骤S1、向储药装置(4)内加注足量的药液;
步骤S2、控制装置(6)获得外部输入的注射指令或注射程序;
步骤S3、控制装置(6)启动控制蓄力释放装置(1)释放指定的活塞行程,蓄力装置(2)输出旋转力矩推动活塞推杆装置(3)的活塞本体(31)沿指定方向运动指定的活塞行程。
10.如权利要求9所述的用于连续微量给药装置的活塞运动系统及工作方法,其特征在于,针对步骤S3,包括如下子步骤:
步骤S3.1、控制装置(6)将外部输入的注射指令或注射程序转换为一串相应的电脉冲信号传递至固定线圈(111);
步骤S3.2、固定线圈(111)驱动永磁体(112)做相应的运动使输出齿轮(113)转动,并通过齿轮组(121)带动蜗轮(33)转动,丝杆套筒(341)向蜗轮套筒(342)内运动,直至锁定钢珠(351)嵌入锁定卡槽(352)的容纳槽(353)内使丝杆套筒(341)和蜗轮套筒(342)二者锁定;
步骤S3.3、控制装置(6)获取丝杆套筒(341)和蜗轮套筒(342)二者的锁定信号,通过固定线圈(111)、输出齿轮(113)以及齿轮组(121)释放外部输入的注射指令内包含的活塞行程,完成定量注射。
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