張斌才，周大威，劉木林，何笑筱，邵君華，潘 波，鄭 龍

（邁得醫(yī)療工業(yè)設(shè)備股份有限公司，浙江 臺(tái)州 317607）

醫(yī)療行業(yè)里，一次性醫(yī)用細(xì)導(dǎo)管被大量使用[1]。該管狀醫(yī)療用品在出廠前都需要將其纏繞包裝起來(lái)，使用時(shí)不需要再次消毒，只需拆開(kāi)包裝就可以使用。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)細(xì)導(dǎo)管纏繞和包裝的自動(dòng)化設(shè)備，其卷繞包裝都由工人手工完成[2-3]。手工操作容易附上病菌，往往要對(duì)工人進(jìn)行嚴(yán)格的消毒，同時(shí)還要在無(wú)菌凈化車間內(nèi)進(jìn)行操作，需要消耗巨大的能源和生產(chǎn)空間[2]。另外由于細(xì)導(dǎo)管的尺寸較細(xì)，手工纏繞包裝的效率較低，因此亟需研發(fā)全自動(dòng)細(xì)導(dǎo)管卷繞包裝設(shè)備。

1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

采血針細(xì)導(dǎo)管通常由靜脈針、細(xì)導(dǎo)管、針座、采血針幾部分組成，如圖1所示。采血針用于輸液管和真空采血管的連通，細(xì)導(dǎo)管是血液流通的通道，靜脈針用于穿刺靜脈。

圖1 采血針細(xì)導(dǎo)管實(shí)物

醫(yī)用耗材產(chǎn)品所使用的軟導(dǎo)管黏粘，導(dǎo)管壁薄，存在配件位置隨機(jī)、折管率高等問(wèn)題，要將其以一定的位置和形狀進(jìn)行包裝難度大[4]。本項(xiàng)目通過(guò)柔性定位、多級(jí)定向、恒線速度隨動(dòng)、恒張力控制等技術(shù)，解決了軟管在全自動(dòng)包裝時(shí)所需的形態(tài)固定、統(tǒng)一等問(wèn)題，降低了耗材質(zhì)量不穩(wěn)定可能導(dǎo)致的藥物輸送不暢等風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 采血針細(xì)導(dǎo)管整體架構(gòu)

此醫(yī)用軟導(dǎo)管定型裝置包括機(jī)架、水平的導(dǎo)軌、卷繞機(jī)械爪、送管機(jī)械爪等，如圖2所示。卷繞機(jī)械爪和送管械爪分別能夠夾取目標(biāo)軟導(dǎo)管的兩端并將軟導(dǎo)管拉直成與導(dǎo)軌相平行的直線狀，導(dǎo)軌上滑動(dòng)連接有滑動(dòng)架，機(jī)架和滑動(dòng)架之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)架沿導(dǎo)軌往復(fù)滑動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)架連接有卷繞機(jī)械手，卷繞機(jī)械手的上端能夠夾取軟導(dǎo)管的一端并有定位靜脈針的作用，能夠通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)將軟導(dǎo)管卷繞在該卷繞機(jī)械爪外側(cè)面上。本醫(yī)用軟導(dǎo)管定型裝置使卷繞機(jī)械爪和送管機(jī)械抓同步進(jìn)行，通過(guò)彈簧浮動(dòng)裝置減緩因卷繞速度變化引起的彈力波動(dòng)，從而使得軟導(dǎo)管的張緊度處于適當(dāng)狀態(tài)，能夠整齊地卷繞軟導(dǎo)管，獲得卷繞整齊的線圈[5]。

圖2 成品采血針細(xì)導(dǎo)管自動(dòng)卷繞整體構(gòu)架

圖3為成品采血針細(xì)導(dǎo)管自動(dòng)卷繞定型裝置。以靜脈針手指夾為固定點(diǎn)，卷繞手指夾為外支撐，通過(guò)同步輪傳遞扭力，將導(dǎo)管層次分明地纏繞在繞管定型手指夾上。

圖3 成品采血針細(xì)導(dǎo)管自動(dòng)卷繞定型裝置

因卷繞定型手指夾是非標(biāo)準(zhǔn)圓形，所以在卷繞時(shí)存在速度波動(dòng)，影響卷繞定型效果。圖4為成品采血針細(xì)導(dǎo)管自動(dòng)送管裝置。送管手指夾機(jī)械裝置在滑軌滑塊中有彈簧裝置，當(dāng)卷繞速度加快時(shí)，導(dǎo)管張力會(huì)增大，此時(shí)牽引送管手指夾前移，彈簧壓縮；當(dāng)卷繞速度減慢時(shí)，導(dǎo)管張力會(huì)減小，此時(shí)牽引送管手指夾后退，彈簧回彈；往復(fù)進(jìn)行，從而降低卷繞的速度波動(dòng)。

圖4 成品采血針細(xì)導(dǎo)管自動(dòng)送管裝置

1.2 采血針細(xì)導(dǎo)管實(shí)施路徑

1.2.1 抓取部分

先用卷繞械爪和送管機(jī)械爪夾取軟導(dǎo)管的兩端將軟導(dǎo)管拉直，拉直后的軟導(dǎo)管一般和導(dǎo)軌相平行，卷繞機(jī)械手的上端先夾住軟導(dǎo)管的一端，同時(shí)限制住靜脈針，然后卷繞機(jī)械手的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卷繞。在卷繞的過(guò)程中，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑動(dòng)架沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，從而間接帶動(dòng)送管機(jī)械爪沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，使得卷繞機(jī)械手卷繞的同時(shí)，送管機(jī)械爪往前移送。通過(guò)伺服匹配速度，加之送管機(jī)械爪裝有彈簧浮動(dòng)裝置，減緩因卷繞速度變化引起的彈力波動(dòng)，從而使得軟導(dǎo)管的張緊度處于適當(dāng)狀態(tài)，能夠整齊地卷繞軟導(dǎo)管，獲得卷繞后整齊的線圈[6]。

在醫(yī)用軟導(dǎo)管定型裝置中，卷繞機(jī)械爪和送管機(jī)械爪成一定角度，送管機(jī)械爪要高于卷繞機(jī)械爪，使得卷繞后的線圈沿豎直方向依次排列，且采血針始終在靜脈針上方，大大提高卷繞的整齊度。

1.2.2 旋轉(zhuǎn)卷繞部分

在醫(yī)用軟導(dǎo)管定型裝置中，卷繞裝置包括固定套、轉(zhuǎn)軸、定型氣缸和夾緊氣缸，固定套沿豎直方向設(shè)置且其側(cè)部固定在機(jī)架上，轉(zhuǎn)軸沿豎直方向插接在固定套內(nèi)且兩者沿轉(zhuǎn)軸的軸向定位，該轉(zhuǎn)軸能夠繞軸線相對(duì)固定套轉(zhuǎn)動(dòng)且該轉(zhuǎn)軸的兩端分別伸出固定套的兩端面，夾緊氣缸固定在轉(zhuǎn)軸的上端部，夾緊氣缸上有一對(duì)夾緊塊，用于夾緊定位靜脈針。夾緊氣缸側(cè)面有定型氣缸，定型氣缸上裝有4根沿豎直方向設(shè)置的卷繞柱，卷繞柱相互平行且處于相同水平高度。固定套的作用是對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行軸向定位，轉(zhuǎn)軸在卷繞伺服的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)卷繞柱轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣讓軟導(dǎo)管在卷繞柱上卷繞能夠起到更好的定型效果。

2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

整臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)主要任務(wù)是輸液器包裝的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械爪控制和定位控制。通過(guò)PLC（Programmable Logic Controller）控制導(dǎo)向伺服機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管定位實(shí)時(shí)控制[6]。同時(shí)利用觸摸屏進(jìn)行工作過(guò)程的監(jiān)控及各種模式的切換和操作。整機(jī)控制方案如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)方案圖

2.2 PLC控制系統(tǒng)

本設(shè)備整體控制系統(tǒng)以PLC為核心，完成氣缸、伺服電機(jī)的檢測(cè)控制、運(yùn)動(dòng)控制、封口和指示燈的控制，同時(shí)裝配Proface觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互。核心的多級(jí)定向、柔性定位工藝通過(guò)多個(gè)磁性開(kāi)關(guān)獲得導(dǎo)管的階段位移，同時(shí)配合點(diǎn)膠模塊實(shí)現(xiàn)同步有序的導(dǎo)管接口裝配。

整體控制系統(tǒng)以PLC為核心，選用了歐姆龍伺服驅(qū)動(dòng)器、歐姆龍電機(jī)、Proface觸摸屏、正泰電器等硬件，電氣柜布局如圖6所示。

圖6 卷繞模塊電氣布局圖

整機(jī)控制程序較龐大，主要分為公共程序、卷繞伺服程序和包裝伺服程序等，能夠?qū)崿F(xiàn)初始化運(yùn)行、軟管自動(dòng)夾持和位置控制、高頻加熱熔頭磨具溫度控制、故障處理等各項(xiàng)任務(wù)，PLC的輸出控制主要是通過(guò)輔助繼電器輔助實(shí)現(xiàn)的。

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本設(shè)備使用了Proface人機(jī)界面，通過(guò)與PLC的組態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控及操作。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)用性原則，觸摸屏畫(huà)面以自動(dòng)伸出畫(huà)面為主界面，有設(shè)定運(yùn)行參數(shù)、位置參數(shù)和手動(dòng)操作的按鈕窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的設(shè)定以及手動(dòng)操作等；并且根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)用性原則，觸摸屏畫(huà)面還以生產(chǎn)畫(huà)面為主界面，下設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝設(shè)定、模具控制等子窗口，通過(guò)按鈕切換進(jìn)入。主界面主要顯示設(shè)備實(shí)時(shí)工況，如圖7所示。

圖7 人機(jī)界面主界面

3 結(jié)論

本設(shè)備通過(guò)采用多級(jí)定向、柔性定位控制傳感器技術(shù)、卷繞恒線速度及恒張力同步控制系統(tǒng)技術(shù)，將產(chǎn)品卷繞成要求的外形，解決了軟管在全自動(dòng)包裝時(shí)所需的形態(tài)固定，降低了耗材質(zhì)量不穩(wěn)定可能導(dǎo)致的藥物輸送不暢等風(fēng)險(xiǎn)。相比人工卷繞，解決了效率低下、卷繞形態(tài)不統(tǒng)一、折管率高等問(wèn)題。