超限运行防止机构的制作方法

1.本实用新型和本文所述的技术方案总体上涉及用于药物输送的流体输送装置中的剂量控制和过量防止，更具体地涉及一种机构，该机构用于以控制流体输送装置每循环仅输送单剂量并且当致动器旋转超过期望的操作点时停止能量传递到动力系统的方式，将来自致动器的输入能量转换成输出能量到流体输送装置的动力系统中的下一部件。


背景技术：

2.施药过量是指药物的用量大于预期剂量，并且可能导致使用者无法忍受的风险。施药过量可能由于负责剂量输送的任何部件的故障而在药物输送装置中发生。这些部件通常是致动器、电子器件和软件。在用于药物输送的流体输送装置中，需要防止施药过量。


技术实现要素：

3.通过本文所述的例示性实施例，克服了诸如过量之类的问题，并且实现了附加的优点。
4.本实用新型提供了一种超限运行防止机构，其设置在具有驱动机构和致动器的流体输送装置中，该驱动机构使用旋转输入来控制流体输送部件，该致动器操作该驱动机构，该超限运行防止机构具有第一正齿轮和第二正齿轮，该第一正齿轮和第二正齿轮包括齿轮齿并且布置为彼此相邻以接合选定数量的其相应齿轮齿，该第一正齿轮能够顺时针旋转，而该第二正齿轮能够逆时针旋转，并且该超限运行防止机构具有板，该板具有的销由流体输送装置中的致动器致动，以在循环期间以受控制的量而旋转，从而使销相对于第一正齿轮和第二正齿轮沿弧形路径移动。该板被致动以在交替的循环中沿顺时针方向和逆时针方向旋转。第一正齿轮和第二正齿轮中的每一个都具有朝向具有销的板的面。每个面被构造为具有至少一个表面特征部，当板旋转时销可沿着该表面特征部运动。当销朝向弧形路径的相应端部行进时，每个正齿轮的表面特征部由销接触，以使该正齿轮以选定量而旋转，并且该正齿轮的齿与另一正齿轮的齿啮合以传递旋转。每个正齿轮的表面特征部还被构造为在致动器使板的旋转方向反向以开始另一循环之前在弧形路径的相应端部处与销失去接触。
5.根据说明性实施例的一个方面，在一个循环期间，到超限运行防止机构的输入对应于板沿着弧形路径的126度的旋转，并且正齿轮被配置为在该循环期间旋转90度。例如，该超限运行防止机构的输出是由在一个循环过程中被旋转90度的这些正齿轮中的一个正齿轮所赋予的90度旋转。作为进一步的例子，该流体输送装置具有齿轮系组件，该齿轮系组件被配置为接收该超限运行防止机构的输出作为输入，并产生较小旋转的第二输出，以施加到该驱动机构，从而获得预定量的流体剂量。另外，通过另一示例，流体输送装置可以是在筒型储存器中移动柱塞的注射器型泵，并且驱动机构包括可操作以移动柱塞的伸缩嵌套式螺杆，并且第二输出被提供给驱动机构以使柱塞移动的距离与输送预定量的流体剂量相称。
6.根据说明性实施例的一方面，所述至少一个表面特征部包括两个弧形凹槽，所述两个弧形凹槽限定设置在中心双凹透镜状突起的任一侧上的两个双凸透镜状突起。例如，当销朝向弧形路径的相应端部行进以使正齿轮以选定量而旋转时，双凹透镜状突起上的凸表面与销接合。作为另一示例，两个双凸透镜状突起和中心双凹透镜状突起被配置为一旦销到达弧形路径的末端就失去销的接合以不再旋转。
7.根据说明性实施例的一方面，至少一个表面特征部包括半泪珠状突起，每个突起具有平坦表面和凸形表面。例如，在各正齿轮的表面上彼此对角相对地布置半泪珠状突起，其相应的平坦表面彼此面对。
8.根据说明性实施例的一个方面，超限运行防止机构设置有用于检测销何时到达弧路径的端部的传感器。例如，流体输送装置被构造为具有处理器，以接收传感器的输出，并且当输出指示销已经到达弧形路径的端部时控制致动器进行反向。
9.说明性实施例的附加和/或其它方面和优点将在以下描述中阐述，或者将从描述中显而易见，或者可通过实践说明性实施例来了解。说明性实施例可以包括具有一个或更多个上述方面和/或一个或更多个特征及其组合的装置和用于操作该装置的方法。例示性实施例可以包括一个或更多个特征和/或例如在所附权利要求中所述的上述方面的组合
附图说明
10.从下面结合附图的详细描述中，将更容易理解说明性实施例的上述和/或其它方面和优点，附图中：
11.图1是例示性流体输送装置的立体俯视图，其中为了清楚起见去除了顶部和基板；
12.图2是图1中装置的注射器筒式贮存器中的柱塞的致动器、齿轮系和驱动机构的一部分的侧视立体图；
13.图3a和3b是用于具有例示性端部止动回路的例示性流体输送装置的齿轮系和驱动机构的侧视图；
14.图4a、4b、4c、4d、4e和4f是根据说明性实施例构造的致动器和齿轮系的侧视图，用于操作图1的例示性流体输送装置的驱动机构；
15.图5a、5b、5c、5d、5e和5f是根据另一说明性实施例构造的致动器和齿轮系的侧视图，用于操作图1的例示性流体输送装置的驱动机构。
16.在所有附图中，相同的附图标记将被理解为指代相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
17.现在将详细参考在附图中描述的说明性实施例。这里描述的实施例通过参考附图来举例说明而不是限制说明性实施例。
18.通过使用各种设计方案，可以降低与施药过量有关的使用者风险。这些解决方案本质上可以是机械的、电的、算法的或它们中的任何组合。一种机械解决方案是间隙工作机构或间隙工作驱动器，其是使用具有销的驱动轮和具有狭槽的从动轮将连续输入运动转换成离散输出运动的机械机构。当驱动轮旋转时，销进入从动轮中的槽，从而转动从动轮，直到其旋转到足以使销随着驱动轮的旋转而继续行进时离开槽。从动轮的转动程度取决于从动轮中的槽的数量，以及其它因素。然而，间隙工作机构在超限输入的情况下不具有停止输
出运动的能力。
19.本文描述的技术方案提供了一种用于在药物输送装置中进行剂量控制和防止过量施药的新颖的机械方案，所述药物输送装置例如可以是用于胰岛素输送的可佩戴式输注装置或药物输送笔。技术方案是一种设置在流体输送装置的动力系中的超限运行防止机构。该动力系可包括例如位于致动器和用于流体输送装置的流体储存器中的柱塞的驱动机构之间的齿轮系。根据技术方案和例示性实施例，在此描述的超限运行防止机构直接或间接地从致动器(例如，马达)接收输入动力(例如，扭矩
×
速度)，并且将输出动力(例如，扭矩
×
速度)传递到动力系中的下一个部件。该超限运行防止机构被设计为通过使该机构的输出物理地饱和来调节运动，这样使得该机构的输出以及任何连接的中间传动系部件的对应输出与所希望的剂量相称，并且还在该致动器旋转超过所希望的操作点时停止能量传递。
20.超限运行防止机构是一种独立的操作机构，并且在每个循环内只输送一个剂量。一个循环被理解为致动器和超限运行防止机构的一个指定量的运动，以控制该流体输送装置中的驱动机构以及任何介于其间的动力系部件，从而从该流体储存器输送一个预定量的流体。例如，如下所述，一个循环可以是致动器输入轴的可逆部分旋转，以实现具有销或凸轮从动件的超限运行防止机构部件沿着小于180度(例如126 度)的弧形路径行进，从而实现90度的输出旋转，该输出旋转被施加到中间动力系部件，以将它们的输出减小到驱动机构的较小输入，从而实现预定量流体的期望剂量。根据技术方案的方面和超限运行防止机构的一些例示性实施例，致动器需要停止并沿相反方向旋转以启动另一剂量输送循环。无论致动器的输入旋转方向如何，超限运行防止机构的输出都沿单一方向旋转。需要反转输入旋转方向以进入下一个输送循环，直到分配了所期望的剂量。
21.超限运行防止机构基于板中的一个或更多个定位销与两个正齿轮上的凸轮表面特征部之间的物理相互作用而操作。这些部件之间的载荷传递的方式高度取决于它们的几何形状，并且输入扭矩曲线可以通过改变这些特征的几何形状来调节，这将在下面分别结合图4a-4f和图5a-5f中所示的两个例示性实施例来描述。为了说明的目的，例示性实施例结合例示性流体输送装置进行描述，例如图1所示的具有注射器型泵的可佩戴的输注装置。
22.参考图1，为了清楚起见，例示性流体输送装置10被示出为没有盖和基板。流体输送装置10具有注射器筒型储存器12，其具有柱塞 14，该柱塞可由驱动机构16控制，以便以所期望的量而延伸到储存器 12中，以从其中排出符合期望的量的流体。驱动机构可以是例如具有最内螺杆的伸缩嵌套式螺杆的布置，最内螺杆连接到柱塞并且通过动力系可控地延伸。例如，该传动系可以包括旋转致动器(例如，马达)19，该致动器具有连接到齿轮系18上的输入轴20，该齿轮系具有对应的齿轮，这些齿轮进而连接到该驱动机构16上。超限运行防止机构22 的例示性实施方案展示了该机构22被定位在该致动器附近，其中中间齿轮被布置在机构22与驱动机构16之间，然而，应该理解的是，超限运行防止机构22可以被连接在沿着传动系19与驱动机构16之间的任何点处，此外，应该理解的是，致动器可以是除了马达之外的其他类型的致动器(例如，液压的、弹簧加载的、手动的、以及螺线管致动器)，这些致动器能够提供至少半转以及可逆的旋转输入，并且驱动机构16并非必须被限制为用于驱动圆筒储存器中的柱塞的多个相嵌套的螺杆。例如，超限运行防止机构22可以被用于各种类型的正排量泵的动力系中。
23.在这些例示性实施例中，输入的126度旋转导致输出通过超限运行防止机构而旋
转90
°
，这可以使用一组中间正齿轮18减小到例如泵水平(例如，具有嵌套伸缩螺杆的驱动机构16的输入)的2.57度输入水平。泵(例如，具有筒和柱塞的注射器型泵)的2.57度旋转等于一个剂量输送。如下所述，该超限运行防止机构被设计为使该输入部旋转超过126度不会改变输出部的90度旋转。因此，稍微大于126度地致动输入轴和用销连接的板保证了定量的精度。而且，可以在流体输送装置控制系统上增加电开关，以检测126度的输入旋转并向致动器发送停止和反向指令。应该理解，根据所需的剂量输送量和驱动机构16 和流体输送装置10的其它部件的设计特征，可以调整超限运行防止机构22的输入和输出的不同旋转程度。
24.参考图2，超限运行防止机构22通常包括两个正齿轮28和30以及板24或设置有一个或更多个销26的其它构件。销26与正齿轮28 和30的前表面上的特征配合，如下所述，以确保销完成期望的致动路径32，而仅传递预定的输出(例如，正齿轮28和30的90度旋转)，以保持一致的完整剂量。即使致动器19或其他部件发生故障并导致超限，超限运行防止机构22的部件也被配置为防止超过与输送该循环的预定剂量相当的输出。
25.参见图3a和3b，该超限运行防止机构22的多个部件被组装成一种不同的构形，该构形相对于齿轮系部件18比如图2中所示的以及以下说明的例示性实施方案更垂直。图3a和3b所示的结构有助于节省流体输送装置10中的空间并使其尺寸最小化。图3a和3b还示出了用于致动器19的方向何时应该被反转的例示性检测电路40。例如，具有销26的板24可以被配置为导电的，并且当其端部止动位置42a、 b中的任一个在弧32的端部处到达电路40时可以使电路40短路，从而产生用于控制器的信号以检测和命令由致动器19停止和反转方向。然而也可以使用对于弧32的端部进行检测的其他方法。
26.现在将参考图4a到4f描述超限运行防止机构22的一个例示性实施例。每个正齿轮28、30的前表面36具有两个弧形凹槽或迹线50，其限定了两个双凸透镜状突起52和中心双凹透镜状突起54。正齿轮 28、30的表面36上的这些特征50、52和54协作，以间歇地为销26 和凸轮表面提供s形路径34，利用该路径来防止销沿弧32进一步行进。
27.正齿轮30逆时针(ccw)旋转，而与致动器输入轴20的输入方向无关。正齿轮28顺时针(cw)旋转，而与致动器输入轴20的输入方向无关。致动器输入轴20交替地顺时针和逆时针旋转，以允许销26在停止和反向之前行进通过弧32(例如，126度或小于180度的某个其它值)，并在相反方向上行进通过该弧。为了清楚起见，图4a-4f中的具有销26的板24被示出为没有连接的输入轴20。
28.图4a示出了板24，销26从底部弧形位置顺时针旋转。当连接到板24的输入轴继续使板沿顺时针旋转时，销26沿着图4a所示的正齿轮30上的凹透镜状突起54的下凹表面，并且使正齿轮逆时针移动 90度，如图4b所示。正齿轮28和30上的相互协作的齿，使得正齿轮28顺时针旋转90度。正齿轮30上的双凸透镜状突起52a和双凹透镜状突起54的凸轮表面被构造为一旦销26到达弧32的顶端就不再推动销。在致动器19停止并且使连接到板34的输入轴20的方向反向之后，通过正齿轮28、30上的相应凹槽50建立了另一个s形路径34，用于销26沿着如图4c所示的弧32的逆时针运动。
29.参看图4d，销26跟随正齿轮28上的凹透镜状突起54的下凹表面，且如图4e中所示将正齿轮28顺时针移动90度。正齿轮28和30 上的协作齿使得正齿轮30逆时针旋转90度。正齿轮28上的双凸透镜状突起52a和双凹透镜状突起54的凸轮表面被构造为一旦销26到达弧
32的另一顶端就不再推动销。在致动器19停止并且与板34连接的输入轴20反向之后，通过正齿轮28、30上的各自的槽50建立另一个 s形路径34，用于销26沿着如图4f所示的弧32的顺时针运动。各个正齿轮28、30中的任何一个都可以用作超限运行防止机构22的输出部。
30.现在将参照图5a到5f描述超限运行防止机构22的另一个例示性实施例。每个正齿轮28、30的前表面36具有两个半泪珠状突起70a、 b，板24具有两个销26a、b，并且示出为连接到致动器的输入轴20。正齿轮30逆时针旋转，而与致动器输入轴20的输入方向无关。正齿轮28顺时针旋转，而与致动器输入轴20的输入方向无关。致动器输入轴20交替地顺时针和逆时针旋转，以允许销26行进通过弧32(例如，126度或小于180度的某个其它值)，然后停止并反向，并在相反方向上行进该弧。
31.每个正齿轮28、30上的半泪珠状突起70a、b被布置为由相应的销26a、b中的一个推动，以使正齿轮28或30转动90度，由于其间的协作齿，使得另一个正齿轮也转动90度。正齿轮28或30的表面上的半泪珠状突起70a、b彼此对角相对地布置，其中它们的平坦表面彼此面对。正齿轮28、30上的成对的半泪珠状突起70a、b相对于彼此偏移，且板24上的销26a、b相对于彼此间隔开，使得当板24顺时针地横穿弧32的至少一部分时，销26b推动正齿轮30上的半泪珠状突起70的平坦表面，且当板24逆时针地横穿弧32的至少一部分时，销 26a推动正齿轮28上的半泪珠状突起70的平坦表面。在所示的示例中，正齿轮28、30及其相应特征70a、b的尺寸和销的尺寸被构造为允许输入轴20和板24旋转约126度，以引起从正齿轮28、30输出约 90度。
32.例如，图5a示出了输入轴20和板24逆时针旋转。销26a沿着正齿轮28上的半泪珠状突起70的平坦表面行进，以将其顺时针转动 90度。正齿轮28的齿又与正齿轮30的齿配合，以将其逆时针转动90 度，如图5b和5c所示。在旋转90度之后，销26a与正齿轮28分离，并且各个正齿轮停止旋转。然后，致动器反转方向并开始如图5d所示地使输入轴20和板24顺时针旋转。反转输入旋转方向，在另一个销26b和另一个正齿轮30上的半泪珠状突起70之间建立接触。如图 5e和5f所示，当板24沿顺时针跨过弧32时，销26b推动半泪珠状突起70的平坦表面以将其逆时针转动90度。正齿轮30的齿又与正齿轮28的齿配合，以顺时针将其转动90度。在旋转90度之后，销26b 与正齿轮30分离，并且各个正齿轮停止旋转。然后致动器反向并开始再次使输入轴20和板24逆时针旋转。正齿轮28、30中的任何一个都可以用作超限运行防止机构22的输出部。
33.如上所述，这里关于一个技术方案和一些例示性实施例描述的超限运行防止机构22可以在可佩戴的输液泵型流体输送设备中实现，并且还可以用作药物输送笔中的过量施用防止机构。正齿轮28、30的面上的半泪珠特征70或突起52、54的几何形状可被修改以用于调整机构22的输入和输出扭矩轮廓。这里所示的销26可以用具有不同横截面的销代替，以实现不同的负载分布。超限运行防止机构22可以被制造成各种尺寸，同时保持其关键特征(例如，半泪珠特征70或突起52、 54)，并且可以由不同材料制成。正齿轮28和30可以用其它类型的齿轮代替，例如螺旋或锥形齿轮，同时保持重要的特征，例如它们的顺时针和逆时针旋转并且配合的齿，以在销接合到正齿轮28和30的特征(例如，半泪珠状特征70或突起52、54)之一之后转动相同的量。此外，除了126度和90度之外，完整循环所需的输入旋转和输出旋转可以分别修改为其它角度。可以修改超限运行防止机构22以基于所需的规格输送不同的剂量体积。
34.由于上述原因，超限运行防止机构22不仅消除了药物过量的危险，而且还控制了每个循环内输送剂量的精度。而且，由于齿轮的使用，该超限运行防止机构22以与齿轮系部件的其余部分相似的噪声水平而运行。
35.此外，该超限运行防止机构22是有利的，因为它可以位于该动力系中的不同阶段(例如，在变速箱之前、之后、或在变速箱的中间)。例如，正齿轮容易地与经常用于马达的变速箱集成，以将运动传递给流体输送装置中的柱塞或活塞的驱动机构，并且超限运行防止机构22 可以位于动力系的不同阶段(例如，在马达和变速箱之间，在变速箱和泵机构之间，或在变速箱内部)。使得超限运行防止机构22移动而远离泵(例如，注射器筒12中的柱塞14)并且更为靠近致动器19，具有的附加益处是：能够减小施加在其上的扭矩值、并且降低由于高负载而导致的故障的风险。
36.超限运行防止机构22具有可缩放的齿轮比并且可以被配置为基于对其他部件如致动器、齿轮箱、以及泵机构的选择来优化该系统的效率。这种技术方案比其它分度方案，例如由insulet公司开发的 omnipod可佩戴泵的双棘轮系统，明显更节能。而且，omnipod的工作，是基于多个部件(臂、形状记忆合金线、棘轮、铰链、止动销等) 之间的复杂相互作用而进行的，并且在制造或组装过程中的小偏差可能导致设备中的故障。
37.尽管它可以与电子设备结合以优化性能，但是该超限运行防止机构22是纯机械的解决方案，并且并非一定需要电子设备来操作，这与需要电子设备的直接驱动型分度系统相反。将电子器件引入流体输送装置的分度系统可能导致不希望的额外成本。作为一个例子，直接驱动型分度系统可能需要编码器和可能的第二微处理器来分析编码器数据，这可能显著地增加流体输送装置10的最终成本，相反，在超限运行防止机构22中使用的所有部件都可以使用价廉的方法(如注塑成型) 来制造。
38.此外，由于直接驱动型分度系统的非离散化输出，由于各种原因在系统中发生的误差是累积的，并且在流体输送装置10的寿命期间可能合计达到更高的误差值。而另一方面，超限运行防止机构22中的每个剂量输送循环都独立于先前的循环，并且误差不会传递到下一个剂量输送循环。
39.如上所述，传统的槽轮机构不具有在超限输入的情况下防止输出旋转的特征。相反，本实用新型的超限运行防止机构22通过在达到一定条件之后停止输出来防止过量施用。超限运行防止机构22需要反转致动器19的方向(例如，马达方向)作为安全特征以继续计量过程。另一方面，槽轮工作机构与沿单方向旋转的马达连续工作，这可能导致患者施药过量。
40.本公开的示例实施例可以解决至少上述问题和/或缺点以及上面未描述的其他缺点。此外，示例实施例并非必须克服上述缺点，并且可以不克服上述任何问题。
41.本领域技术人员将理解，本公开在其应用方面不限于以上描述中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本文的实施例可以演化成其它实施例，并且能够以各种方式实践或执行。而且，应当理解，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应当被认为是限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用意在包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另外限制，否则术语“连接”、“联接”和“安装”及其变型在本文中被广泛地使用，并且涵盖直接和间接连接、联接和安装。此外，术语“连接”和“耦合”及其变型不限于物理或机械连接或耦合。此外，诸如上、下、底和顶的术语是相对的，并且用
于帮助说明，而不是用以限制。
42.上述说明和附图仅作为示例，而不是以任何方式限制例示性实施例，除了在所附权利要求中阐述的之外。特别注意，本领域技术人员可以容易地以多种其他方式组合以上已经描述的各种说明性实施例的各种元件的各种技术方面，所有这些都被认为在权利要求的范围内。