醫用彈性導管定長切割系統研制

周大威，屠昌躍，耿傳熙，何笑筱，劉木林，潘 波，邵君華

（邁得醫療工業設備股份有限公司，浙江 臺州 317607）

醫藥產業是關系國計民生的重要產業，是培育戰略新興產業的重要領域。醫用導管是醫藥產業中的重要一員[1]。醫用導管主要由醫用材料（如醫用塑料PVC、尼龍、聚氨酯好硅橡膠等）制備而成[2-3]，是可插入人體內或體外用于疾病的診斷或治療的一種管材，醫用導管的制備離不開對導管的切割。

隨著醫療行業的高速發展，對于切割質量、精度要求不斷提高，對提高生產效率、降低生產成本的自動切割功能的要求也在不斷提升。在對醫用導管定長切割過程中，很多生產廠家需要將各種醫用所需導管切割成一定長度，以便于醫用導管設備組裝使用，因此，對于一種醫用導管定長切割系統的迫切需求顯而易見[4]。

醫用導管行業越來越注重品質所帶來的收益，其次才是價格。高品質的產品才是未來行業發展的最大趨勢，價格僅僅是在一定的品質前提下吸引消費者的一些輔助因素。

隨著中國的人口老齡化及醫療經濟水平的提升，醫用導管市場持續穩定增長，行業得到快速發展。就產品趨勢來看，當前低端醫用導管已經實現國產替代，市場趨于穩定，但是在高端醫用導管方面，受限于技術，國內需要主要依賴于進口，但未來高端醫用導管領域國產替代空間很大。

目前常用的導管定長切割裝置中由于導管彈性、機構中的阻力和配重力的影響，使得切出的導管長度不一致，彈性導管料卷由于導管的黏性使得導管在放卷過程中回纏，導致整個供給系統卡死。而這些因素導致導管切割的長短精度和一致性達不到要求。全自動化醫用導管組裝設備需要一套穩定的導管供給系統，基于這些需求，研制了一套自動上管切割系統。

1 設備的結構及工作原理

整套系統可分為導管牽引切割系統和導管供給系統。

導管牽引切割系統由導管切割機構、導管推送機構和導管配重機構組成，如圖1所示。系統運行時導管固定手指夾打開，導管推出手指夾夾住導管將導管推出一段距離使導管露出切管機構，方便拉管手指夾夾取，拉管手指夾再將前端漏出部分導管夾住，同時導管推出手指夾打開，拉管手指通過伺服機構將導管拉出到相應長度，此時固定手指夾夾住導管，拉管手指通過伺服機構后退一段距離，使導管拉出規定長度準備切割，配重塊將前端導管部分通過重力往后拉直，推出手指夾退回并將導管夾住，切割機構將導管切斷，得到規定長度的導管。

通過伺服機構牽引導管手指夾的回撤，緩解了導管在伺服機構牽引時產生的彈性變形，通過伺服機構保證夾管手指夾和導管切管機構的位置，通過配重塊來實現導管的回退，保證了整根切割導管在配重塊重力拉直的情況下變形量不會太大。由于導管的大小、變形量不同，此機構可以通過調節配重塊的質量和位置，使切割好的導管長度一致。

導管供給系統由導管牽引機構、導管制動機構和導管配重機構組成，如圖2所示。導管料卷固定在轉軸上，可隨轉軸一起轉動，導管從料卷抽出經過導輪組2導向進入到牽引輪，然后穿過配重塊，再經過導向輪組1，導管進入輸送裝置。

牽引氣缸壓住牽引輪上的導管，通過牽引電機帶動牽引輪的轉動，將導管不斷抽出同時料卷隨之轉動。導管在配重塊的作用下往下移動進行導管緩存，當感應器感應到配重塊位置，牽引電機停止轉動同時制動氣缸壓住料卷轉軸，料卷停止轉動導管釋放完成。當導管被前端牽引切割系統抓取后，配重塊位置上移，離開感應器位置時，牽引電機再次啟動同時制動氣缸打開，導管再次進行釋放直至感應器感應到配重塊。

導管通過牽引電機直接拉管配合制動氣缸使導管料卷轉動，防止了料卷主動轉動時導管反向纏繞整個供給系統卡死，由于本機構設有導管緩存區且不用考慮牽引電機和料卷釋放電機的速度匹配問題。配重塊結構簡單、質量輕，緩解了導管的彈性變形。

2 控制系統設計

2.1 控制系統整體設計

整臺設備的控制系統主要任務是彈性導管在運行過程中的運動控制、機械爪控制和定位控制。通過PLC控制導向伺服機構實現導管定位實時控制[5]，同時利用觸摸屏進行工作過程的監控及各種模式的切換和操作。導管牽引切割系統和導管供給系統控制方案分別如圖3、圖4所示。

圖3 導管牽引切割系統控制方案

2.2 PLC控制系統

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一種具有微處理機的數字電子設備，用于自動化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載內存內儲存與執行?？删幊炭刂破饔蓛炔緾PU、指令及資料內存、輸入輸出單元、電源模組、數字模擬等單元所模組化組合成。

本設備整體控制系統以PLC為核心，完成氣缸、伺服電機的檢測控制、運動控制和指示燈的控制，同時裝配Proface觸摸屏實現人機界面交互[6-7]。核心的多級定向、柔性定位工藝通過多個磁性開關獲得導管的階段位移，同時配合供給模塊實現同步有序的導管定長切割。圖5、圖6為每個動作的操作界面，可通過按鈕進行單個動作的操作。

圖5 操作按鈕界面1

圖6 操作按鈕界面2

整體控制系統以PLC為核心，選用了歐姆龍伺服驅動器以及歐姆龍電機、Proface觸摸屏、正泰電器等硬件。整機控制程序較龐大，主要分為公共程序、牽引伺服程序和放卷伺服程序等，能夠實現初始化運行、軟管自動夾持和位置控制、高頻加熱熔頭磨具溫度控制、故障處理等各項任務，PLC的輸出控制主要是通過輔助繼電器實現的。

圖4 導管供給系統控制方案

3 結論

經濟的發展、醫療保險制度的完善和群眾醫療需求的不斷提高等，一直推動著醫療行業技術的提升。在市場需求額的刺激和經濟穩定持續增長的背景下，中國的醫療器械行業也面臨著重大考驗，亟需解決現如今醫療設備上所存在的問題難點。

針對彈性導管切割所面臨的設備在工作運行中所觸及的阻力以及添加的配重的影響及導管切割時的長短不均等問題，最終導致整個系統卡死無法運行。本設備通過采用多級緩存、柔性定位控制傳感器技術、恒張力同步控制系統技術，解決了軟管在全自動組裝設備中導管拉伸、長度不準確的問題。相比其他機構同等長度導管長度偏差減少90%，對于定長切割彈性大的細導管優勢明顯。

本設計的意義在于歸納總結了原有普通導管的切割形式，并以此設計出了穩定的彈性導管定長切割，解決了彈性導管切割時由于彈性張力導致的長短不均問題。