ES2112219T3

ES2112219T3 - Sistema para determinar la posición de un motor en dispositivo biomédico

Info

Publication number: ES2112219T3
Application number: ES95931802T
Authority: ES
Inventors: Charles R. Holdaway; Eric A. Warner
Original assignee: CareFusion 303 Inc; Cardinal Health 303 Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH10509598A; JP3399961B2; GR970300059T1; EP0781399B1; CA2199161A1; WO1996008694A1; EP0781399A4; CA2199161C; EP0781399A1; DE781399T1; ES2112219T1; US5534691A

Abstract

UN ELEMENTO DE ARRASTRE DE UN MECANISMO DE BOMBEO PERISTALTICO INCLUYE UN DISCO (24) QUE ROTA CON EL ELEMENTO DE ARRASTRE (18) Y TIENE DOS SECTORES TRANSPARENTES (27, 26) Y DOS SECTORES OPACOS (28, 29) QUE ALTERNAN CON LOS SECTORES TRANSPARENTES. AL TIEMPO QUE UN MOTOR DE MANDO (19) ROTA EL ELEMENTO DE ARRASTRE PARA BOMBEAR EL FLUIDO (13), UN UNICO SENSOR OPTICO (30) SIENTE EL DISCO Y PROPORCIONA UNAS SEÑALES INDICATIVAS DE SI SE HA DETECTADO UN SECTOR TRANSPARENTE O UN SECTOR OPACO. UN PROCESADOR (21) CUENTA EL NUMERO DE PASOS DEL MOTOR EN EL SECTOR OPACO O TRANSPARENTE DETECTADO Y, BASANDOSE EN EL NUMERO DE PASOS CONTADOS EN UN TIPO DE SECTOR DETECTADO O EL NUMERO DE PASOS CALCULADOS CUANDO OCURRE UN CAMBIO DE UN ESTADO A OTRO TIPO DE SECTOR, DETERMINA LA POSICION DEL MOTOR.

Description

Sistema para determinar la posición de un motor en un dispositivo biomédico

5 Antecedentes

La presente invención se refiere, en general, a la detección de una posición y, más particularmente, a un sistema y a un método para determinar la posición de un miembro de accionamiento que usa un disco de posicionamiento adaptado para que gire junto con dicho miembro de accionamiento.

Se han desarrollado bombas de infusión para una infusión más precisa de fluidos parenterales a un paciente. Estas bombas han permitido un mayor control de la tasa de infusión y han sido beneficiosas para la administración de fluidos parenterales de múltiples formas. Sin embargo, existe un deseo continuo de que mejore la exactitud y la precisión de estas bombas sobre una gran variedad de caudales.

Un tipo de bomba de infusión es una bomba peristáltica lineal. En esta bomba, un motor de accionamiento hace girar un eje para hacer que las levas pongan en contacto y separen los dedos compresores y un conducto de fluido, provocando así una oclusión secuencial del conducto que sigue un movimiento ondulatorio. Esta oclusión secuencial empuja al fluido parenteral desde un contenedor hasta el paciente a un caudal programado. Las levas están dispuestas a lo largo del árbol de levas de forma que los lóbulos de levas adyacentes sobresalgan en diversas posiciones angulares en relación con el árbol de levas. Los dedos oclusores siguen a los lóbulos de la leva correspondiente cuando gira el motor. El motor de accionamiento es típicamente un motor de velocidad gradual que tiene un número concreto de pasos del motor por rotación completa; por ejemplo, doscientos pasos. En general, el motor de velocidad gradual gira de manera progresiva (paso a paso), gradual y secuencial durante una rotación completa, definiendo la rotación completa un ciclo de la bomba.

Cada movimiento gradual o paso del motor provoca el movimiento gradual correspondiente de las levas y de los dedos, lo que da como resultado el bombeo de un volumen de fluido discreto. Este volumen discreto puede denominarse "volumen de paso". Debido a las diversas piezas mecánicas implicadas, sus interrelaciones y la configuración lineal del mecanismo de bombeo, una característica inherente de las bombas peristálticas lineales es la desviación entre estos volúmenes de paso. Además, la configuración mecánica de la bomba peristáltica lineal desencadena un contraflujo en el conducto flexible en algún punto o puntos del ciclo de bombeo y los volúmenes de paso en estos puntos son realmente negativos.

La cantidad volumétrica particular bombeada por cada movimiento de un mecanismo de bombeo puede medirse mediante mediciones gravimétricas y puede almacenarse, seguidamente, para referencias posteriores. Un motor de velocidad gradual proporciona una referencia adecuada para una posición y un movimiento del mecanismo de bombeo, ya que existen incrementos definidos de movimiento o "pasos" con los motores de velocidad gradual. Debido a que el motor de velocidad gradual típicamente se monta rígidamente en el árbol de levas, un paso del motor siempre da como resultado un incremento del movimiento del árbol de levas, de las levas y de los dedos de bombeo. De esta manera, determinar una posición del árbol de levas permite determinar la pOSición del motor que acciona el árbol de levas. En los casos en los que se tengan en cuenta los volúmenes de paso en el control de la bomba, debe conocerse la posición del miembro de accionamiento de forma que pueda tenerse en cuenta dicho volumen de paso. Es posible que exista una aplicación así cuando se vaya a aumentar la uniformidad del flujo. Por lo tanto, se requiere información más precisa de la posición del motor.

Tras el arranque de la bomba de infusión, el procesador de bomba típicamente desconoce la posición del miembro de accionamiento. Debido a esta condición, una bomba que considera volúmenes de paso para aumentar la uniformidad del flujo no puede comenzar a controlar la posición del motor con este objetivo y debe dejar que la bomba funcione hasta que la posición pueda determinarse. En primer lugar, el procesador debe determinar el paso en el que está localizado el motor. Sin embargo, es deseable que el procesador pueda determinar rápidamente la posición del miembro de accionamiento del motor de forma que la cantidad de fluido bombeado no sea excesiva antes de que se determine la posición.

55 En un sistema anterior para determinar la posición del motor, un disco de posicionamiento se fija al eje del motor de accionamiento y tiene una pluralidad de pistas circulares concéntricas de diferentes radios, estando formada cada pista con aberturas de diferentes anchos angulares. Se encuentra asociado a cada pista un sensor óptico, tal como un diodo emisor de luz acoplado a un fotodetector, para detectar las aberturas angulares. Las aberturas están configuradas en la pluralidad de pistas para que correspondan a códigos binarios predeterminados representativos de una posición del motor particular. Se detectan las aberturas durante la rotación del disco codificador y la posición del motor particular determinada. Sin embargo, este sistema incorpora múltiples sensores con sus múltiples sei'iales de salida consecuentes que dan como resultado una complejidad y un gasto crecientes y que requieren un software más complejo para descifrar las numerosas entradas de datos para obtener una posición del motor particular.

65 Un sistema menos complicado utiliza un indicador individual tipo bandera situado en el eje del accionamiento del motor para indicar la posición. Algunos sistemas peristálticos lineales usan esta bandera para indicar el final del ciclo normal de la bomba y el comienzo del ciclo de aceleración. Aunque los costes en hardware y softw¡:¡re se reducen gracias a un sistema como este, puede necesitar casi una rotación completa del motor para determinar la posición del miembro de accionamiento cuando la posición del arranque del motor esté justo detrás de la bandera. Permitir este gasto de tiempo y movimiento antes de poder determinar la posición del miembro de posicionamiento puede no

5 ser deseable, especialmente cuando estén implicados pasos de flujo negativos.

Otra consideración en el uso de discos o banderas de posición es la precisión requerida para montarlos físicamente en el árbol de levas. Del mismo modo, cuando se usan múltiples levas, estas deben situarse con exactitud en el árbol de levas cada una en relación a la otra y al disco de posición. Cuando todas estas partes están separadas,

10 cada una debe alinearse individualmente, dando como resultado un aumento de complejidad y gasto.

Por lo tanto, los expertos en la materia lo han encontrado deseable para proporcionar una información más precisa pertinente a la posición del miembro de accionamiento, mientras que, a la vez, se reducen los costes en hardware y software. El sistema debería ser capaz de determinar rápida y eficientemente la posición rotacional del miembro de

15 accionamiento, sin un bombeo excesivo, antes de determinar la posición y sin un uso relativamente caro, ni un hardware o software complejos. También se ha considerado deseable proporcionar un sistema de bombeo de infusión que alivie la necesidad de un bombeo múltiple de alineación individual y de componentes de detección de posición. La presente invención satisface estas y otras necesidades.

20 El documento EP-A-0530773 desvela una bomba de infusión peristáltica en la que un árbol de levas, que lleva levas que manejan los dedos de la bomba, es accionada por un motor de velocidad gradual y lleva un disco que tiene una hendidura de referencia detectable por una unidad de sensor optoelectrónico en una posiCión circunferencial, que sirve como posición de referencia. Un procesador que controla el motor puede contar impulsos de motor procedentes de la detección de la hendidura de referencia para determinar la posición angular del árbol de levas,

25 para evaluar si este último se encuentra en la zona muerta o en la zona activa. Como alternativa, es posible que el procesador cuente con ranuras periféricas en el disco y determine la posición del árbol de levas mediante el número de estas ranuras periféricas desde la detección de la hendidura de referencia.

El documento FR-A-2595461 desvela diversas disposiciones para detectar la posición angular de un miembro

30 rotatorio, cuya posición angular está codificada en términos de números binarios de N bits, cada uno de los cuales comprende las últimas señales binarias N producidas en las posiciones del eje respectivas mediante elementos sobre el miembro rotatorio que atraviesa un sensor para estas señales. En una disposición como esta, el miembro rotatorio tiene codificaciones en forma de codificaciones blancas y negras detectadas ópticamente, y tiene una pista de sincronización con codificaciones en blanco y negro separadas equitativamente que determinan la posición

35 angular en la que se leen los códigos de señales.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para determinar la posición de un miembro de 40 accionamiento que se mueve en incrementos secuenciales durante una rotación completa, estando el sistema de acuerdo con la reivindicación 1 del presente documento.

En realizaciones de la invención, un procesador controla un motor para mover el miembro de accionamiento en incrementos de movimiento a través de un ciclo del motor. Un disco se mueve con el miembro de accionamiento e

45 incluye una pluralidad de sectores que forman marcadores de posición. Un sensor detecta los sectores cuando el disco rota con el miembro de accionamiento, produciendo una señal de posición en cada incremento de movimiento correspondiente al sector que se detecte. El procesador cuenta el número de incrementos de movimiento rotados durante la detección de un sector y entre las modificaciones encontradas en los tipos de sector. El procesador calcula la posición del miembro de accionamiento basándose en el número de incrementos de accionamiento contados en un sector y el número de incrementos antes y después de un cambio en el tipo de sector detectado.

En una realización de la invención, los marcadores de posición del disco comprenden sectores radiales opacos y transparentes de tamaños angulares diferentes en una configuración que alterna sectores opacos y transparentes, y el sensor comprende un detector de tipo óptico usado para detectar un rayo de luz que se rompe mediante el paso de un sector opaco durante la rotación del disco.

En una realización particular de la invención, los sectores del disco comprenden dos sectores transparentes, cada uno de los cuales tiene un tamaño angular diferente, y de dos sectores opacos, cada uno de los cuales tienen un tamaño angular diferente. Los tamaños angulares de los sectores se seleccionan para que correspondan a una

60 pluralidad diferente de incrementos de movimiento de tal forma que el procesador del sistema, al contar el número de incrementos de movimientos antes de que ocurra un cambio de sector, pueda determinar la posición del miembro de accionamiento del motor en muchos menos que una rotación completa del motor.

La pluralidad de sectores transparentes puede comprender aberturas abiertas y es posible usar un sensor óptico 65 individual.

El disco de posición puede estar formado integralmente, y como una sola pieza, con un árbol de levas y las levas para formar el miembro de accionamiento de un mecanismo de bombeo peristáltico que se hace girar mediante un motor de velocidad gradual para bombear fluido por un conducto. El miembro de accionamiento puede estar formado por un plástico con las lineas de rotura del molde colocadas sobre superficies no criticas de las levas.

Otras caracteristicas y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos adjuntos que ilustran, a modo de ejemplo, las caracteristicas de la invención:

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de suministro de fluido peristáltico que incluye un motor controlado para moverse en incrementos de movimiento secuenciales acoplado a un eje de bomba fijado a un disco de posicionamiento, de acuerdo con un aspecto de la invención; La Figura 2 es una vista ampliada del disco de posicionamiento mostrado en la Figura 1 que tiene una

15 pluralidad de marcadores opacos y transparentes alternos, de tamaños seleccionados, de acuerdo con un aspecto de la invención; Las Figuras 3A y 38 son una representación tabular de posiciones graduales del miembro de accionamiento que corresponden a la localización predeterminada de los marcadores opacos y transparentes del disco de posicionamiento y a la posición angular respectiva del mismo; La Figura 4 es un gráfico de estado que muestra los pasos del proceso para determinar la posición del miembro de accionamiento derivada de la detección de los marcadores opacos y transparentes a medida que gira el disco de posicionamiento, de acuerdo con la invención; La Figura 5 es un gráfico del disco de la Figura 2, con trayectorias de flujo indicadas para mostrar gráficamente la sincronización de la posición del disco con la posición del motor de velocidad gradual;

25 La Figura 6 es una vista en perspectiva de una realización de un aspecto de la invención que muestra un disco de posicionamiento, similar al mostrado en la Figura 2, formado integralmente con el eje de la bomba y las levas de un sistema de suministro de fluido peristáltico; y La Figura 7 es una vista posterior ampliada del disco de posicionamiento, del eje de la bomba y de las levas mostradas en la Figura 6.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En la siguiente descripción, se emplearán números de referencia similares para hacer referencia a elementos iguales o correspondientes en las diferentes figuras de los dibujos. Haciendo referencia ahora a los dibujos, y en 35 particular a la Figura 1, se muestra una ilustración esquemática de un sistema de administración de fluido parenteral 10 que expresa caracteristicas de la invención. En esta realización, el sistema de administración de fluido comprende una bomba peristáltica lineal 11 para ejercer presión en un movimiento peristáltico ondulatorio, frente a un conducto fijo de administración de fluido 12 para forzar este fluido procedente del contenedor 13 a través de una cánula 14, y de forma intravenosa, a un paciente 15. La bomba peristáltica 11 incluye una pluralidad de levas 16 montadas en un árbol de levas 17, árbol de levas que está acoplado a un miembro de accionamiento 18 de un motor de accionamiento 19. Por ejemplo, las levas están montadas a presión sobre el árbol de levas 17 de tal forma que los lóbulos auxiliares de las levas se proyectan en diferentes posiciones angulares respecto al árbol de levas. Como se muestra en esta realización, el miembro de accionamiento 18 está acoplado directamente a un árbol de levas 17, aunque, en otras realizaciones, es posible una disposición diferente. A cada leva le sigue respectivamente un dedo

45 de bombeo 20, ocluyendo cada dedo secuencialmente una parte adyacente del conducto 12 para conducir fluido a través del conducto, en respuesta a la rotación del árbol de levas y al movimiento de las levas.

En la realización preferida, el motor de accionamiento 19 es un motor de velocidad gradual que se mueve a través de una rotación completa o un ciclo de bombeo en incrementos o pasos secuenciales de movimiento. El sistema de suministro de fluido 10 tiene un microprocesaor 21 que proporciona señales de control a un controlador del motor 22 para que haga avanzar el motor de velocidad gradual 19 a través de los pasos secuenciales, conduciendo así el árbol de levas, las levas y los dedos. Debido a la configuración mecánica del mecanismo de bombeo que incluye la interconexión de los componentes de la bomba peristáltica 11, cada paso que se mueve el motor de velocidad gradual provoca un movimiento discreto correspondiente de las levas 16, los dedos 20 y una interacción con el conducto 12 por los dedos respectivos. Por lo tanto, cuando el microprocesador 21 controla el motor 19 para que se mueva un paso, se bombea un volumen de pasos correspondiente a través del conducto.

En la realización preferida, un disco de localización de posición 24 está adaptado para moverse con el miembro de accionamiento del motor 18. En este caso, el disco tiene un cubo con una perforación axial a través del mismo y está montado a presión en el árbol de levas 17 entre las levas 16 y el motor 19. Debido a la conexión directa con el miembro de accionamiento del motor 18, cada posición del disco 24 corresponde a una posición particular del miembro de accionamiento 18 y del motor 19. El disco de localización de posición 24 tiene una pluralidad de marcadores que comprenden sectores transparentes y sectores opacos altemos. Los marcadores del disco de posición 24 son detectados por un sensor óptico individual 24 localizado adyacente a los mismos. El sensor 65 comprende un detector de luz de fototransistor 32 y una fuente de luz 34, tal como un diodo emisor de luz (LEO), con la fuente de luz y el fotodetector localizados en una relación separada, enfrentados, en lados opuestos del disco. El

fotodetector 32 Y la fuente de luz 34 se encuentran situados de tal forma que un rayo de luz dirigido hacia el disco de rotación es detectado por el fotodetector cuando los sectores transparentes del disco están situados en el dispositivo detector óptico, y el rayo de luz es interrumpido cuando los sectores opacos están situados en el dispositivo sensorial óptico.

5 Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se muestra el disco de posición 24 más detalladamente y tiene dos sectores opacos, Sector A 28 Y Sector C 29, y dos sectores transparentes, Sector 8 26 Y Sector D 27. Los sectores se alternan entre transparentes y opacos. En la realización mostrada, los sectores opacos comprenden secciones del disco sólido, mientras que los sectores transparentes se forman cortando el material del disco. El disco puede

10 estar compuesto de un plástico de policarbonato cargado con Teflón. Como alternativa, el disco 24 puede estar formado de aluminio anodizado laminado o de latón. En otra realización, el disco puede estar formado como un disco de plástico sólido que tiene partes opacas y transparentes para definir los sectores respectivos.

El motor de velocidad gradual 19 tiene doscientos pasos de motor espaciados equitativamente en cada rotación

completa. Cuando el motor de velocidad gradual se mueve de manera secuencial paso a paso, el disco de posición gira de forma correspondiente en incrementos de movimiento angular paso a paso pasado el sensor 30. Estos incrementos de paso se muestran por marcas de comprobación fuera de la periferia del disco 24 en la Figura 2. La sensibilidad del fotodetector 32 (Figura 1) es tal que puede detectar si se ha realizado una transición desde un sector opaco hacia un sector transparente, y viceversa, en lo que respecta a un paso individual del motor de velocidad

20 gradual. Por lo tanto, los marcadores de esta realización son los sectores opacos y transparentes y, de forma inherente, sus transiciones.

En general, un marcador indica un cambio de estado, al tener el disco de la realización preferida dos estados, claro y oscuro. Como los marcadores tienen una anchura, se producen cuatro cambios de estado durante una rotación

25 completa del disco; dos transiciones de claro a oscuro y dos transiciones de oscuro a claro. En otras configuraciones, un marcador puede comprender un tipo diferente de indicador, tal como una banda magnética a través de la cual un sensor magnético detectaría si ha pasado la banda magnética indicando un cambio de estado. Tal sensor magnético puede ser un sensor de reluctancia variable o un sensor de efecto Hall.

30 En las Figuras 3A y 38, se muestra una representación tabular de las localizaciones de los marcadores de posicionamiento dispuestos en el disco, correspondientes a las posiciones de los pasos secuenciales y sus respectivas posiciones angulares. En las columnas marcadas como "Paso" 36, se presentan los pasos secuenciales del motor numerados consecutivamente de cero a ciento noventa y nueve y comprenden una rotación completa del motor. Los marcadores de comprobación del disco 24 mostrados en la Figura 2 indican los pasos del motor

35 enumerados. Las posiciones de pasos angulares secuenciales correspondientes se enumeran en las columnas "Ángulo· 37. Cada incremento angular en esta realización es de 1,8 grados. La tabla también ilustra en las columnas marcadas como "Foto· 38 el valor lógico de cada paso. En esta realización, un valor lógico de "1" indica un sector oscuro u opaco, mientras que un valor lógico de "O" indica un sector claro o transparente. Se puede determinar la

localización y el tamaño de los marcadores de posición en el disco y si un sector particular es transparente u opaco. Como se muestra en las Figuras 2, 3A y 38, el primer Sector A 28 oscuro tiene veintiún pasos, y el Sector C 29 oscuro tiene ciento siete pasos. El primer Sector 8 26 claro tiene veinticinco pasos y el segundo Sector D 27 claro tiene cuarenta y siete pasos.

Sector A = 21 pasos (oscuro)

45 Sector 8 = 25 pasos (claro) Sector C =107 pasos (oscuro) Sector D = 47 pasos (claro)

Debido al número de sectores opacos y transparentes, sus tamaños y sus emplazamientos, el sistema puede

50 determinar la posición del disco y el motor en un número limitado de incrementos de movimiento del disco detectando las transiciones de sectores transparentes a opacos, y viceversa, a partir de lo cual se cuenta el número de pasos junto a los cambios de estado.

Durante la fabricación del disco de posición 24, puede ser difícil obtener un borde preciso entre los sectores opacos

55 y transparentes relativos a los pasos pequeños del motor. Además, la resolución del sensor óptico puede dar como resultado incertidumbre en los pasos. Por lo tanto, la realización descrita aquí toma en consideración las tolerancias de fabricación, as! como la resolución del sensor óptico. En este caso, el sistema permite una incertidumbre o un error de tolerancia de más o menos dos pasos.

60 Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se presenta un ejemplo de operación del sistema. El operario pone en marcha la alimentación del sistema 40 para activar el sistema de bombeo. Se bloquea un cierre 42 mediante un interruptor 44 para evitar que el interruptor se active hasta que se produzca por primera vez una instalación adecuada del conducto de fluido en el sistema de bombeo, y otros acontecimientos hayan ocurrido primero. Una vez fijado el cierre 42 y activado el interruptor 44, el microprocesador 21 (Figura 1) controla el motor 16 para dar lugar a

una manera paso a paso secuencial. Como se ha descrito anteriormente, el motor y el miembro de accionamiento 18 pueden estar en una posición desconocida al iniciarse el bombeo. El microprocesador 21 provoca un movimiento

paso a paso del motor y del miembro de accionamiento y supervisa la salida del sensor óptico 30 en cada uno de esos pasos. El sensor óptico 30 produce una señal indicativa de si se detecta inmediatamente un sector opaco o transparente y, mediante la supervisión de sus cambios de estado y del número de pasos tomados por el miembro de accionamiento después o antes de los cambios de estado, el procesador puede determinar rápidamente la

5 posición del motor.

Cuando el microprocesador 21 comienza el primer paso de rotación del motor, se ha encontrado que estos motores de velocidad gradual pueden invertir, inicialmente, la dirección del primer paso respecto a la planeada. Por lo tanto, es posible que el sensor detecte un cambio de estado en la dirección contraria. En reconocimiento de este

10 fenómeno, se ha incorporado un equipamiento de reseteo de recuento para terminar con cualquier posibilidad de rotación inversa inicial de la rotación del motor, en el caso de que el sensor óptico detecte un cambio de estado en los tres pasos de rotación.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 4 y 5 si, durante el arranque, el sensor óptico detecta inicialmente un sector

15 claro 46 (CLARO 1), el microprocesador controla el motor para avanzar de nuevo y empezar a contar el número de pasos 48 dados por del motor. Si el sensor detecta un sector opaco en menos de tres pasos 50, el microprocesador resetea el recuento de pasos, para superar la fluctuación inicial de la rotación del motor, como se ha descrito anteriormente, y se inicia a continuación un primer recuento oscuro 70 (OSCURO 1), cuyo funcionamiento se describirá posteriormente. Si el número de pasos "claros" consecutivos contados son más de veintisiete 52 (incluida

20 la compensación de dos pasos por incertidumbre) cuando se encuentre un sector opaco, el microprocesador sabe que el sensor ha detectado el Sector D 27 Y el procesador asigna 54 un número de pasos de motor de cuarenta y siete para la posición de la transición de claro a oscuro. Por lo tanto, se ha determinado la posición del miembro de accionamiento y ha ocurrido la "sincronización". Esta rápida determinación de la posición ha ocurrido en este caso porque el primer Sector B 26 transparente solo tiene veinticinco pasos. Por tanto, si el miembro de accionamiento ha

25 girado más de veinticinco pasos, más dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, sin un cambio de estado en un sector opaco, el miembro de accionamiento está necesariamente en el segundo Sector D 27 transparente. Al esperar hasta los cambios de estado a "oscuro·, el microprocesador informa de la posición exacta del miembro de accionamiento.

30 Si se descubre que el número de pasos consecutivos "claros' contados 48 antes de un sector "oscuro" es mayor que dos pero menor que veintiocho 54, el microprocesador 21 resetea el recuento de pasos e inicia un segundo recuento oscuro 56 (OSCURO 2), ya que es incapaz de decir en qué sector transparente estaba el miembro de accionamiento cuando ocurrió el cambio. Si el número de señales oscuras contadas es menor que veinticuatro cuando detecta 60 un sector transparente, el microprocesador determina que el miembro de accionamiento se encuentra ahora en la

35 posición de paso número sesenta y ocho (en el cambio de sector). Se conoce ahora la posición del miembro de accionamiento y se sincroniza. El microprocesador pudo llegar a esta conclusión porque el primer sector opaco 28 solo tiene veintiún pasos, mientras que el segundo sector opaco 29 tiene ciento-siete pasos. El procesador sabía cuándo entrar en los sectores oscuros producidos, además, un sector cambia en veintiún pasos, más los dos pasos relativos a la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, lo que indica positivamente que el sensor óptico

40 estaba en el primer Sector A 28 opaco.

Si tras la transición de claro a oscuro, el número de pasos oscuros contados es mayor que veintitrés 64, el procesador sabe entonces que el sensor está en el segundo Sector C 29 opaco. Como el procesador sabia cuándo comenzaba el sensor a detectar el sector oscuro, no necesita esperar a otro cambio de sector pero, en vez de eso,

45 puede asignar 66 la posición al número de pasos ciento diecisiete. Este microprocesador podía llegar a esta conclusión porque el primer Sector A 28 opaco tiene solo veintiún pasos; además, sobrepasar esta cantidad, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, significa que el sensor se encuentra en el segundo Sector C 29 opaco.

Si, como alternativa, el primer sector detectado por el sensor 30 en el arranque 44 es un sector oscuro, el microprocesador 21 inicia un primer recuento oscuro (OSCURO 1) 70 Y empieza a contar el número consecutivo de pasos "oscuros" 72. Si el número de pasos oscuros es menor que tres 74 antes de que se detecte un sector transparente, el microprocesador resetea el recuento de pasos y, a continuación, inicia el primer recuento claro "CLARO 1" 46 Y empieza la rutina descrita anteriormente.

Si el número de pasos oscuros contados 72 es mayor que veintiuno 76, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, el microprocesador sabe que el sensor estaba en el Sector C29 cuando se detecta un sector transparente, y asigna el número cero de la posición de los pasos a la posición del miembro de accionamiento en el cambio de estado de oscuro a claro. Esto se debe solo a que el Sector C29 opaco

60 tiene un tamaño mayor que veintiún pasos. Sin embargo, el procesador debe esperar a que ocurra el cambio de estado para determinar exactamente la posición.

Si el número de pasos de señales "oscuras" consecutivas generadas 72 es mayor que dos pero menor que veintidós, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, el microprocesador 21 65 no sabe qué sector oscuro estaba siendo detectado por el sensor cuando se detecta un sector transparente, e inicia el segundo recuento claro 82 (CLARO 2) Y comienza a contar el número consecutivo de pasos "claros". Si el número

de pasos claros contados previos a la creación de la señal oscura es menor que veintiséis 86, más dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, el microprocesador asigna el número de pasos noventa y tres a la posición de este paso porque el microprocesador sabe que se encontraba en el Sector B 26.

5 Si el volumen de pasos "claros' contados llega a veintiséis 90, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, el microprocesador asigna, antes de que se genere una señal "oscura", el volumen de pasos veintiocho a esa posición de paso particular 92. Esto se debe solo a que el segundo Sector D 27 transparente tiene un tamaño mayor que veinticinco pasos. Mediante la detección de un número de pasos claros mayor que veinticinco (el tamaño del Sector B), más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del

10 borde del sector, el microprocesador sabe que el miembro de accionamiento debe estar en el Sector D.

Se han seleccionado los tamaños y las localizaciones del sector para dar como resultado una rápida determinación de la posición para que el flujo antes de que esta determinación no sea excesivo o negativo. La Figura 5 presenta algunos ejemplos de los rápidos tiempos de sincronización junto al peor caso de las posiciones de arranque. En la

15 Trayectoria A, el motor arranca con el sensor que detecta el Sector D justo después del Sector C. Como se ha descrito anteriormente, el sistema podrá ajustar la posición del motor en el paso cuarenta y siete cuando se detecte el cambio de sector de claro a oscuro, porque el sensor habrá detectado más de veinticinco pasos de luz, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, que están en el Sector B.

20 El motor arranca en la Trayectoria B del Sector D, pero con menos de veinticinco pasos de luz, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, de tal forma que el procesador no sepa qué sector de luz detectó el sensor. Sin embargo, tras el cambio de estado de claro a oscuro, al contar veintiún pasos y cambiar el estado de claro a oscuro, el procesador puede determinar que el detector se encuentra ahora en el paso sesenta y ocho porque el otro sector oscuro tiene muchos más pasos.

25 En la Trayectoria C, el sensor comienza en el Sector A justo después del Sector D y cuenta veintiún pasos de oscuro antes del cambio de estado a claro. Por lo tanto, el procesador es incapaz de señalar en qué sector oscuro ha ocurrido el arranque. Sin embargo, tras un cambio de estado de claro a oscuro y veinticinco pasos después, el procesador puede determinar que la posición es ahora el paso noventa y tres porque el Sector D tiene muchos más

30 pasos de luz.

La Trayectoria D empieza en el Sector B justo después del Sector A. Debido a que hay solo veinticinco pasos en el Sector B, el procesador no puede determinar si el sensor estaba detectando el Sector B o el D. Sin embargo, tras el cambio de estado a oscuro y el recuento de veintidós pasos, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de

35 tolerancia del borde del sector, el procesador asigna a la posición el paso ciento-diecisiete porque el Sector A solo tiene veintiún pasos de oscuro.

La Trayectoria E comienza en el Sector C justo después del Sector B. Tras contar veintidós pasos continuos de oscuro, más dos pasos para permitir la inseguridad de la tolerancia del borde del sector, el procesador sabe que el

sensor está detectando el Sector C; sin embargo, no sabe en qué sector se encuentra y debe esperar al cambio de estado para obtener una posición positiva de paso del paso cero.

En la Trayectoria F, el sensor arranca en el Sector C en un punto que tiene veintiuno, más dos pasos para permitir la inseguridad de la tolerancia del borde del sector, o menos pasos oscuros restantes. El procesador debe esperar

45 entonces hasta que se hayan contado veintiséis pasos claros, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector, para confirmar que el sensor se encuentra en el paso veintiocho.

Finalmente, la Trayectoria G es similar a la Trayectoria E en que el procesador determina que el sensor está en el Sector C tras veintidós pasos, más los dos pasos para permitir la incertidumbre de tolerancia del borde del sector,

pero debe esperar hasta el cambio de estado de oscuro a claro para obtener una posición precisa. Esta trayectoria fija el volumen negativo máximo que puede bombearse previamente a la sincronización.

En una realización, las trayectorias tenían los siguientes números de pasos dados y las siguientes cantidades de fluido bombeado antes de que se realizara la determinación de la posición:

Pasos dados Volumen bombeado

A: 47 73,97

B: 48 71,07

C: 46 67,92

D: 48 50,25

E: 107 30,80

F: 51 64,88

G: 82 15,10

A pesar de que la Trayectoria E dio ciento siete pasos antes de que se determinara la posición, solo se bombearon 30,8 ¡d. Esto se debe a que esta trayectoria incluía un área de volumen negativo 98 y disminuyó la cantidad neta

bombeada.

Como se ha mencionado anteriormente, varían los volúmenes de paso secuencial. Algunas secuencias de pasos de bombeo bombean más volumen que otras. Esto se ha ilustrado gráficamente y descrito anteriormente. La

5 Trayectoria A incluía solo cuarenta y siete pasos pero bombeaba 73,97 Ill, mientras que la Trayectoria E incluía muchos más pasos pero bombeaba menos que la mitad de la cantidad. En la realización mostrada, el disco de posición 24 se había colocado para tener las posiciones de paso secuencial correspondientes a un periodo de flujo bajo situadas en el segundo o gran sector opaco 29. Como el segundo sector opaco se caracteriza por necesitar el mayor volumen de pasos de motor girados antes de que pueda determinarse la posición del paso, se recomienda contar con el menor volumen de fluido bombeo durante el mayor volumen de pasos.

Por otro lado, el disco de posición 24 se ha situado para que las posiciones de paso secuencial correspondientes a un periodo de flujo alto se sitúen en el primer o pequeño sector opaco 28. Sin embargo, en estos sectores, se han girado el menor número de pasos antes de determinar la posición del disco. Se bombeará el mayor volumen de

15 fluido durante este periodo, pero la posición del disco se determinará más rápidamente.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 6 y 7, el árbol de levas 122,Ias levas 124 y el disco de posición 112 se han formado todos integralmente como una sola pieza, y la pieza se denomina "miembro de accionamiento·. Con particular referencia a la Figura 6, el miembro del árbol de levas es alargado y generalmente está formado sobre un eje longitudinal central 102, teniendo el miembro del árbol de levas un primer 104 Y segundo 106 extremos. El segundo extremo 106 del miembro del árbol de levas tiene un diámetro 122 reducido para montarlo como se describirá a continuación. El primer extremo incluye un cubo cilíndrico 108 de mayor diámetro formado por una perforación axial 110 en su interior que se extiende internamente desde el primer extremo para terminar en el cubo a una distancia axial predeterminada para recibir el eje de salida del motor 19.

25 El disco de posición 112 de esta realización también incluye una pluralidad de ranuras en el disco para formar marcadores para determinar la posición con un solo sensor fotoeléctrico, como se ha descrito previamente en el ejemplo. Las dos ranuras 114 y 116 corresponden a los dos sectores transparentes descritos anteriormente, y los dos sectores del material sobrante 118 y 120 del disco corresponden a los sectores opacos descritos anteriormente.

El miembro del árbol de levas 100 mostrado se ha formado de un material plástico, tal como plástico de policarbonato, cargado con Teflón, y puede formarse por procesos de moldeo por inyección bien conocidos por los expertos en la materia. Usando este material, las levas tienen pocas propiedades de fricción para que los dedos compresores y los seguidores de levas se deslicen fácilmente por las levas, mientras que la característica de

35 opacidad del material trabaja en los sectores opacos 118 y 120 del disco de posición 112 para bloquear la transmisión de luz al fotodetector del dispositivo de detección óptica.

También se ha descubierto que se consigue un mejor rendimiento cuando se construye el molde de inyección usado en el proceso de tal forma que las lineas de rotura o líneas de separación causadas por la separación de las mitades del molde están situadas en localizaciones no críticas de las superficies de la leva. En la realización mostrada, las lineas de rotura estaban localizadas en las superficies laterales de cada una de las levas entre los puntos de compensación radial más grandes y más pequeños desde el centro de la rotación, y no de los puntos centrales muertos inferiores ni superiores. De esta manera, los dedos que interactúan con las levas no experimentarán las fuerzas mayores en una línea de separación, y esto reduce el desgaste de los componentes respectivos. Además,

45 no se producirán ni imperfecciones en la formación ni irregularidades, como el hundimiento de la superficie en o cerca de la línea de separación, en las superficies críticas de la leva.

Puede apreciarse que el miembro de accionamiento formado integralmente que tiene las levas y el disco de posición formados como una sola pieza, puede reducir las dificultades de fabricación asociadas con el intento de ajustar a presión una pluralidad de levas y el disco de posición en una alineación correcta sobre un árbol de levas. Además, el moldeo por inyección del miembro de accionamiento de plástico da como resultado un menor gasto en la formación del miembro de accionamiento que el que habría si se hiciera de latón o de cualquier otro material. Además, el proceso de moldeo por inyección puede producir una gran cantidad de unidades similares a un coste considerablemente reducido.

Al instalarlo en un mecanismo de bombeo peristáltico, el eje de accionamiento 122 del miembro del árbol de leva 11, se adapta a un casquillo incluido en la carcasa de la bomba de tal forma que el segundo extremo 106 del miembro del árbol de levas 100 pueda girar libremente. El eje de salida del motor se ajusta a presión en la perforación del cubo 110 del eje, haciendo girar al miembro del árbol de leva mediante el motor porque puesto que este está controlado mediante el microprocesador. Como el disco de posición se moldea con las levas, aumenta la precisión. La posición del eje del motor, cuando se presiona en el cubo del miembro de accionamiento, no es crítica porque el disco de posición proporciona información sobre la posición de las levas. Por lo tanto, siempre y cuando los sensores ópticos se monten consistentemente con los discos de posición, y los miembros de accionamiento se presionen sobre los ejes del motor sin hacer girar el eje del motor excediendo una posición de reposo, se pueden

65 obtener resultados consistentes al crear grandes números del sistema de accionamiento.

El tamaño de los sectores opacos y transparentes no se limita al disco ilustrado y descrito anteriormente y mencionado desde la Figura 2 hasta la 5. Los sectores correspondientes a más o menos incrementos de pasos se pueden usar dependiendo del limite de cantidad máxima de fluido que pueda bombearse antes de determinar la posición del miembro de accionamiento. Además, puede usarse un número diferente de sectores opacos y

5 transparentes alternos para proporcionar una posición rotacional del miembro de accionamiento del motor. Sin embargo, se ha descubierto que un disco de posición compuesto solo por dos sectores opacos y otros dos transparentes y un sensor óptico individual para detectar el disco, reduce la complejidad del software y del hardware del sistema, ya su vez reduce los costes de fabricación. Debido al menor número de partes y a la reducción de la complejidad, aumenta la fiabilidad del sistema.

10 A partir de lo anterior, resultará evidente que el sistema de la invención es capaz de determinar eficaz, exacta y rápidamente la posición de un miembro de accionamiento en un número limitado de pasos girados por un miembro de accionamiento con una cantidad reducida de costes de fabricación y hardware.

15 Aunque se han ilustrado y descrito formas particulares de la invención, pueden realizarse diversas modificaciones sin alejarse del alcance de la invención, definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Un sistema para determinar la posición de un miembro de accionamiento (18), moviéndose el miembro de accionamiento en una pluralidad de incrementos de movimiento durante una rotación completa, comprendiendo el sistema un disco (24), un sensor (30) y un procesador; el disco está acoplado al miembro de accionamiento para rotación con el mismo, teniendo el disco (24) una pluralidad de sectores (26-29) y transiciones dispuestas entre los sectores, teniendo cada sector un estado, indicando las transiciones un cambio de estado de un sector a otro sector, estando localizado el sensor (30) para detectar los sectores (26-29) y las transiciones sobre el disco a medida que el miembro de accionamiento gira respecto al sensor y para producir señales de sensor que indican el estado de un sector detectado y el paso de una transición, proporcionando el procesador (21) señales de control para provocar que el miembro de accionamiento (18) gire secuencialmente a través de la pluralidad de incrementos de movimiento; caracterizado por que cada uno de los sectores (26-29) incluye un número predeterminado de incrementos de movimiento, variando el número de incrementos de movimiento entre los sectores, seleccionándose las posiciones de las transiciones en el disco de manera que las transiciones sirvan para conocer las posiciones del miembro de accionamiento, estando adaptado el procesador (21) para recibir las señales del sensor (30) y contar los incrementos de movimiento del miembro de accionamiento en lo que respecta a la recepción de una señal del sensor que indica el paso de una transición para calcular la posición del miembro de accionamiento basado en la recepción de señales del sensor y en el número de los incrementos de movimiento contados.
2.

El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los números de incrementos de movimiento abarcados por los sectores (26-29) son diferentes unos de otros en el hecho de que cada sector incluye un único número de incrementos de movimiento.
3.

El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que el miembro de accionamiento (18) está conectado a un mecanismo de bombeo (16, 17, 20) de tal forma que, cuando el miembro de accionamiento gira a través de la pluralidad de incrementos de movimiento durante la rotación completa, el mecanismo de bombeo bombea de forma correspondiente los incrementos de volumen de fluido, siendo al menos parte de los incrementos de volumen relativamente mayor en volumen que otros incrementos de volumen, estando seleccionados los números de incrementos de movimiento incluidos por los sectores para que correspondan a diferentes volúmenes bombeados por el mecanismo de bombeo, y los sectores (26, 28) que incluyen un número menor de incrementos de movimiento están localizados para que correspondan a mayores volúmenes bombeados por un mecanismo de bombeo; mientras que los sectores (27, 29) que incluyen un mayor número de incrementos de movimiento están localizados para que correspondan a menores volúmenes bombeados por el mecanismo de bombeo, de tal forma que el procesador que cuenta el número de incrementos de movimiento en lo que respecta a la recepción de una señal del sensor que indique el paso de una transición pueda determinar la posición del miembro de accionamiento

(18) en menos que una rotación completa a la vez que se reduce la cantidad de fluido bombeado para realizar dicha determinación de la posición.
4.

El sistema de acuerdo con la reivindicación 3 en el que el sensor es un sensor óptico, y dichos sectores son sectores transparentes (26, 27) Y opacos (28, 29).
5.

El sistema de acuerdo con la reivindicación 4 en el que el disco tiene dos sectores transparentes (26, 27) Y dos sectores opacos (28, 29), Y los sectores transparentes (26, 27) tienen tamaños diferentes y los dos sectores opacos (28, 29) están separados y se alternan con los sectores transparentes (26, 27) Y en el que los tamaños de los sectores opacos (28, 29) se seleccionan para que correspondan a diferentes pluralidades de incrementos de volumen y los números de incrementos de movimiento incluidos por los sectores transparentes (26, 27) localizados entre los sectores opacos se seleccionan para que sean diferentes entre sí y de los sectores opacos, con sectores transparentes y opacos (26, 28) que incluyen menores números de incrementos de movimientos localizados para que correspondan a mayores volúmenes bombeados por el mecanismo de bombeo y con sectores transparentes y opacos (27, 29), que incluyen mayores números de incrementos de movimiento localizados para que correspondan a menores volúmenes bombeados por el mecanismo de bombeo, para que el procesador (21), al contar el número de incrementos de movimiento relativos a la recepción de una señal del sensor que indica el paso de una transición, pueda determinar la posición del miembro de accionamiento en menos que una rotación completa a la vez que se reduce la cantidad de fluido bombeado para realizar dicha determinación de la posición.
6.

El sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior en el que el miembro de accionamiento es accionado por un motor de velocidad gradual y el procesador está adaptado para controlar el motor de velocidad gradual para que gire en movimientos graduales durante la rotación completa.
7.

El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el miembro de accionamiento forma parte de una bomba de infusión, y en el que; los sectores (26-29) tienen un primer estado o un segundo estado; el sensor (30) está localizado para producir una señal de primera posición en cada incremento de movimiento que corresponde a un sector (26, 27) que tenga el primer estado y una señal de segunda posición en cada incremento de movimiento que corresponde a un sector (28, 29) que tenga el segundo estado; y el procesador (21) está adaptado para recibir las señales de la primera y segunda posiciones del sensor y contar un

número de incrementos de movimiento girados mientras se reciben las señales de la primera y segunda posiciones y

calcular la posición del miembro de accionamiento (18) basándose en un número de incrementos de movimiento

contados y el estado del sector en el que se contó el número.

5 8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7 en el que los primeros sectores comprenden sectores opacos (28, 29) Y los segundos sectores comprenden sectores transparentes (26, 27).
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que adicionalmente los tamaños y el emplazamiento de los

sectores opacos (28, 29) Y transparentes (26, 27) se seleccionan para que el miembro de accionamiento (18) no gire 10 más que un cierto número de incrementos de movimiento antes de calcular su posición.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 y 9 en el que los sectores transparentes (26, 27) se forman como dos aberturas en el disco.

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