ES2333546T3 - Sistema y procedimiento de acoplamiento dinamico de roscas de tornillo de avance. - Google Patents
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Abstract
Un sistema para alinear roscas de un tornillo de avance con las roscas de un mecanismo de atornillamiento, operándose el mecanismo de atornillamiento para traducir un movimiento giratorio del tornillo de avance en un movimiento lineal cuando sus roscas se encuentran acopladas completamente entre sí, comprendiendo el sistema: un motor acoplado al tornillo de avance que gira de manera selectiva el tornillo de avance; un accionador del émbolo acoplado al mecanismo de atornillamiento para acoplar de manera selectiva un émbolo de la jeringa para el movimiento del émbolo en respuesta al movimiento del mecanismo de atornillamiento; un sensor de posición que proporciona una señal de posición representativa de una posición axial del mecanismo de atornillamiento a lo largo del tornillo de avance; un dispositivo de liberación que desacopla las roscas del mecanismo de atornillamiento de un acoplamiento con las roscas del tornillo de avance, permitiendo de ese modo que un operador mueva el mecanismo de atornillamiento hasta una posición seleccionada a lo largo del tornillo de avance en la que las roscas del mecanismo de atornillamiento pueden ser acopladas de nuevo con las roscas del tornillo de avance; y un procesador que recibe señales de posición del sensor de posición y controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición rotacional predeterminada basada en las señales de posición.
Description
Sistema y procedimiento de acoplamiento dinámico
de roscas de tornillo de avance.
La presente invención versa generalmente acerca
de mecanismos de atornillamiento y, más en particular, acerca de un
sistema y un procedimiento de acoplamiento para acoplar un
accionador con un tornillo de avance.
La infusión de fluidos como fluidos parenterales
en el cuerpo humano se lleva a cabo en muchos casos por medio de
una bomba de jeringa que tiene un tornillo de avance sobre el que
hay montado un mecanismo de atornillamiento. El giro del tornillo
de avance se traduce en un movimiento lineal por medio del mecanismo
de atornillamiento. Se transmite el movimiento lineal a un émbolo
de la jeringa por medio de un accionador del émbolo que normalmente
se encuentra conectado de forma rígida al mecanismo de
atornillamiento. Para facilitar la sustitución de una jeringa
vacía, se utilizan tuercas divididas o medias tuercas como parte del
mecanismo de atornillamiento en algunas bombas de jeringa para un
reposicionamiento fácil y rápido del mecanismo de atornillamiento y
del accionador del émbolo en el tornillo de avance para acoplar el
émbolo de una jeringa llena con el accionador del émbolo. Se
proporciona una palanca de activación u otra interfaz mecánica para
el operador en el accionador del émbolo para separar las roscas de
la tuerca dividida de las roscas del tornillo de avance y para
separar el accionador del émbolo del presente émbolo de la jeringa.
Entonces, se mueve manualmente el accionador del émbolo alejándolo
de la jeringa vacía de forma que pueda ser sacado. En el caso en el
que se debe cargar una nueva jeringa en la bomba de la jeringa, el
operador continúa manipulando la palanca de activación u otra
interfaz mecánica para desacoplar las tuercas divididas del tornillo
de avance, mover el accionador del émbolo y las tuercas divididas a
lo largo del tornillo de avance hasta una posición apropiada, e
insertar la nueva jeringa en la bomba. Entonces, el operador mueve
el accionador del émbolo en contacto con el tirador del émbolo de
la nueva jeringa, suelta la palanca de activación cuando se presiona
el accionador del émbolo contra el émbolo de la jeringa, y permite
de ese modo que las tuercas divididas caigan sobre el tornillo de
avance. Idealmente, las crestas de las roscas de la tuerca dividida
caen tanto como sea posible en las raíces de las roscas del
tornillo de avance, de forma que las roscas de ambos dispositivos
están completamente acopladas. Por desgracia, las roscas no siempre
se acoplan por completo.
Como se muestra en la Fig. 1, en algunos casos
las crestas de las roscas 10 de la tuerca dividida se alinean de
forma no deseada con las crestas de las roscas 12 del tornillo de
avance, y entran en contacto con las mismas, en vez de que las
roscas se acoplen entre sí. Debido a que cualquier conjunto de
roscas puede ser relativamente plano en sus crestas, no se acoplan
entre sí hasta que el tornillo de avance ha girado una cantidad
suficiente y un dispositivo de empuje del mecanismo de
atornillamiento ha forzado a las roscas de la tuerca dividida a
caer y acoplarse con las roscas del tornillo de avance. Con tasas
bajas de infusión, dicho giro suficiente del tornillo de avance
puede llevar una cantidad sustancial de tiempo durante el que el
paciente no recibe fluido de infusión.
En otro caso como se presente en la Fig. 2, las
superficies no motrices de las roscas 10 de la tuerca dividida
pueden entrar en contacto de forma no deseada con las superficies no
motrices de las roscas 12 del tornillo de avance cuando se suelta
la palanca de activación. La flecha indica la dirección de avance de
las tuercas divididas y del accionador del émbolo. Debido a la
holgura 14 de la rosca entre los dos conjuntos de roscas, puede
pasar algo de tiempo antes de que las superficies motrices de las
roscas 12 del tornillo de avance se acoplen completamente con las
superficies motrices de las roscas 10 de la tuerca dividida y
comiencen realmente a mover el émbolo de la jeringa junto con las
tuercas divididas. Esta cantidad de tiempo también sería un periodo
durante el que el paciente no recibe fluido de infusión.
En aún otro caso como se presenta en la Fig. 3,
las superficies motrices de las roscas 10 de la tuerca dividida
pueden acoplarse solo parcialmente con las superficies motrices de
las roscas 12 del tornillo de avance. El acoplamiento parcial se
produce cuando las crestas de las roscas 10 de la tuerca dividida no
caen completamente en las raíces de las roscas 12 del tornillo de
avance. Cuando esto ocurre, una gran cantidad de contrapresión
ejercida por la jeringa llena y un vector de fuerza desarrollados
por las roscas 12 del tornillo de avance tienden a forzar a las
roscas 10 de la tuerca dividida hacia arriba y fuera de las roscas
12 del tornillo de avance. Si la fuerza de empuje sobre las tuercas
divididas es insuficiente para superar estos factores, las roscas
10 de la tuerca dividida pueden ser forzadas fuera de contacto con
las superficies motrices de las roscas 12 del tornillo de avance y
en la posición mostrada en la Fig. 1. Este caso probablemente
tendría como resultado un periodo de tiempo durante el que el
paciente no recibiría fluido de infusión y este periodo de tiempo
puede exceder el asociado con la Fig. 1.
Con tasas bajas de infusión, podría llevar una
hora o más antes de que se descubran y se corrijan las condiciones
de no acoplamiento o de acoplamiento parcial ilustradas en las
Figuras 1-3 y la falta de consecución resultante
para administrar fluido de infusión o se superen automáticamente por
medio del giro lento del tornillo de avance. Este problema solo se
supera parcialmente en un sistema anterior que gira automáticamente
el tornillo de avance en una dirección de avance para eliminar
cualquier holgura de la rosca o en una combinación de direcciones
de avance y retroceso para asentar completamente las roscas de la
tuerca dividida y luego eliminar cualquier holgura de la rosca. Se
emplea un sensor de acoplamiento para dar una señal de acoplamiento
positivo cuando las roscas de la tuerca dividida estén asentadas en
las roscas del tornillo de avance en un punto, o por debajo del
mismo, correspondiente a un porcentaje de la profundidad de la raíz
de la rosca que se considera que representa un acoplamiento
suficiente. Si la señal de acoplamiento es positiva, el tornillo de
avance se gira automáticamente una cantidad fija en la dirección de
avance para eliminar cualquier holgura de la rosca. Esto se lleva a
cabo incluso cuando las roscas 10 de la tuerca dividida ya se
encuentran completamente asentadas. Por lo tanto, el giro
automático podría mover el émbolo de la jeringa junto con las
tuercas divididas y provocar una infusión excesiva de fluido. Si la
señal de acoplamiento es negativa, el tornillo de avance se gira una
cantidad fija en la dirección de retroceso y se toma otra lectura
del sensor de acoplamiento. Si la señal de acoplamiento sigue
siendo negativa, se gira de nuevo el tornillo de avance una cantidad
fija en la dirección de retroceso y se vuelve a tomar una lectura
del sensor de acoplamiento. Los giros de retroceso se repetirían un
número fijo de veces, después de lo cual se giraría el tornillo de
avance una cantidad fija en la dirección de avance seguido de otra
lectura del sensor de acoplamiento. Se dispararía una alarma después
de un número fijo de intentos sin éxito del acoplamiento roscado.
Si después de cualquier intento se considera que las roscas de la
tuerca dividida están lo suficientemente asentadas, se giraría
automáticamente el tornillo de avance una cantidad fija en la
dirección de avance para eliminar cualquier holgura posible de la
rosca. Por lo tanto, el sistema anterior siempre gira el tornillo
de avance una cantidad fija independientemente de la posición
lineal de las crestas de las roscas de la tuerca dividida con
respecto a las crestas de las roscas del tornillo de avance.
Además, el giro automático en el sistema
anterior se inicia después de que una señal de un sensor del émbolo
indique que hay presente un émbolo de la jeringa y después de que
una señal del sensor de acoplamiento indique que las roscas 10 de
la tuerca dividida no están asentadas suficientemente. De forma no
deseable, el giro se produce de forma prematura en algunos casos
cuando una indicación negativa del sensor de acoplamiento se
produce porque el operador no ha soltado la palanca de activación,
no porque las crestas de las roscas 10 de la tuerca dividida están
descansando en las crestas de las roscas 12 del tornillo de
avance.
Por lo tanto, cuando se ha completado la rutina
de giro automático y el operador suelta subsiguientemente la
palanca de activación, los dos conjuntos de roscas pueden
encontrarse de nuevo en una de las posiciones mostradas en las
FIGURAS 1-3 y tener como resultado una infusión
retardada de fluido. La infusión retardada y excesiva de fluido
resultante asociada con una sustitución de jeringa, como puede
ocurrir en sistemas anteriores, no es deseable con tasas bajas de
infusión en las que se requiere un control más preciso y exacto de
la infusión de fluido.
Por lo tanto, los expertos en la técnica han
reconocido la necesidad de un sistema mejorado de acoplamiento de
tornillos que reduzca la posibilidad de una infusión retardada y
excesiva asociada con el montaje de la jeringa en la bomba. La
presente invención satisface esta necesidad y otras.
La presente invención está dirigida hacia un
sistema y un procedimiento que alinea automáticamente las roscas de
un mecanismos de atornillamiento con las roscas de un tornillo de
avance de una bomba de infusión de la jeringa cuando las dos están
acopladas para reducir la posibilidad de la incidencia de una
infusión retardada o excesiva de fluido y, por lo tanto, permite un
control más preciso y exacto sobre la infusión de fluido.
En un aspecto de la presente invención, el
sistema para alinear roscas de un tornillo de avance con roscas de
un mecanismo de atornillamiento para un acoplamiento completo de las
roscas comprende un motor acoplado al tornillo de avance, un
accionador del émbolo acoplado al mecanismo de atornillamiento, un
sensor de posición que proporciona una señal de posición
representativa de una posición axial del mecanismo de
atornillamiento a lo largo del tornillo de avance, un dispositivo
de liberación que desacopla las roscas del mecanismo de
atornillamiento del acoplamiento con las roscas del tornillo de
avance, y un procesador que recibe señales de posición del sensor
de posición y que controla el motor para hacer girar el tornillo de
avance hasta una posición rotacional predeterminada en base a las
señales de posición. El dispositivo de liberación permite que un
operador mueva el mecanismo de atornillamiento hasta una posición
seleccionada a lo largo del tornillo de avance en la que las roscas
del mecanismo de atornillamiento pueden volver a ser acopladas con
las roscas del tornillo de avance.
En otro aspecto, el procesador recibe la señal
de posición del sensor de posición indicativa de la posición en la
que el operador está volviendo a acoplar las roscas del mecanismo de
atornillamiento con las roscas del tornillo de avance; y el
procesador controla el motor para hacer girar el tornillo de avance
hasta una posición en la que las roscas del tornillo de avance
están alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento en
la posición seleccionada por el operador.
En aún otro aspecto, las roscas del tornillo de
avance tienen un paso, las roscas del mecanismo de atornillamiento
tienen un paso, y el procesador controla el motor para hacer girar
el tornillo de avance hasta una posición en la que los dos
conjuntos de roscas están alineados según se vuelven a acoplar las
roscas. La posición está basada en la recepción de la señal de
posición y está basada en el paso de la rosca de al menos uno de
entre el tornillo de avance y el mecanismo de atornillamiento.
En un aspecto, el sistema para alinear las
roscas incluye una memoria en la que se registra una posición de
referencia a lo largo del tornillo de avance en la que los dos
conjuntos de roscas han sido alineados y se han acoplado
completamente entre sí. En este aspecto, el procesador compara la
señal de posición con la posición de referencia, y controla el
motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición en
la que los dos conjuntos de roscas están alineados según se vuelven
a acoplar las roscas del tornillo de avance y del mecanismo de
atornillamiento.
En otro aspecto, el sistema para alinear las
roscas incluye un sensor del émbolo de la jeringa que proporciona
una señal del sensor del émbolo al detectar el acoplamiento de un
émbolo de la jeringa con el accionador del émbolo. En este aspecto,
al recibir el procesador la señal del sensor del émbolo, el
procesador compara la señal de posición con la posición de
referencia, y controla el motor para hacer girar el tornillo de
avance hasta una posición en la que vuelven a estar acoplados los
dos conjuntos de roscas del tornillo de avance y del mecanismo de
atornillamiento.
En aún otro aspecto, el sistema para alinear las
roscas incluye un sensor del acoplamiento de las roscas que
proporciona una señal del acoplamiento de las roscas al detectar que
las roscas del mecanismo de atornillamiento están completamente
acopladas con las roscas del tornillo de avance. En este aspecto, al
recibir la señal de acoplamiento de las roscas, el procesador
registra la posición del mecanismo de atornillamiento a lo largo
del tornillo de avance como una posición de referencia. También, el
procesador compara la señal de posición con la posición de
referencia, y controla el motor para hacer girar el tornillo de
avance hasta una posición rotacional en la que los dos conjuntos de
roscas están alineados según se vuelven a acoplar las roscas.
En un aspecto, el sensor de posición proporciona
una señal eléctrica de posición representativa de la posición axial
del mecanismo de atornillamiento con respecto al tornillo de avance,
y procesa la señal de posición con un factor de conversión para
determinar la ubicación axial del mecanismo de atornillamiento con
respecto al tornillo de avance.
En un aspecto adicional, el sistema para alinear
las roscas incluye un sensor de acoplamiento de las roscas que
proporciona una señal de acoplamiento de las roscas al detectar que
los dos conjuntos de roscas son roscas del mecanismo de
atornillamiento completamente acopladas con las roscas del tornillo
de avance. En este aspecto, al recibir la señal de acoplamiento de
las roscas, el procesador registra la posición del mecanismo de
atornillamiento a lo largo del tornillo de avance como una posición
de referencia. Además, el procesador compara la señal de posición
con la posición de referencia, y controla el motor para hacer girar
el tornillo de avance hasta una posición rotacional en la que los
dos conjuntos de roscas están alineados según se vuelven a acoplar
las roscas.
En aún otro aspecto adicional, el procesador
monitoriza la señal de acoplamiento de las roscas al volverse a
acoplar las roscas del mecanismo de atornillamiento con las roscas
del tornillo de avance y si no se recibe la señal de acoplamiento
de las roscas, el procesador altera el factor de conversión.
Serán evidentes otras características y ventajas
de la presente invención a partir de la siguiente descripción
detallada, tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, que
ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 presenta una vista de corte
transversal de las roscas de un tornillo de avance y las roscas de
una tuerca dividida que muestra las crestas de las roscas en la
tuerca dividida descansando en las crestas de las roscas en el
tornillo de avance, lo que resulta en un desacoplamiento efectivo de
los dos conjuntos de roscas;
la Fig. 2 presenta una vista de corte
transversal de las superficies no motrices de las roscas de una
tuerca dividida en contacto con las superficies no motrices de las
roscas de un tornillo de avance y muestra la holgura resultante de
la rosca;
la Fig. 3 presenta una vista de corte
transversal de un acoplamiento parcial de las roscas de la tuerca
dividida con las roscas del tornillo de avance;
la Fig. 4 presenta una vista en perspectiva de
una bomba de jeringa que muestra una jeringa montada en la bomba
con el accionador del émbolo retraído alejándose del émbolo de la
jeringa antes de su acoplamiento con el tirador del émbolo para
comenzar la infusión de los contenidos del barril de la jeringa;
la Fig. 5 presenta un diagrama de bloques de un
sistema de acoplamiento dinámico de roscas y muestra un mecanismo
de atornillamiento que incluye un tornillo de avance, un
accionamiento por motor, un controlador de motor, un cojinete, y
muestra el accionador del émbolo acoplado a un sensor de posición
del accionador;
la Fig. 6 presenta una vista ampliada en detalle
del accionador del émbolo de la Fig. 4 y muestra un sensor del
émbolo y una palanca de activación, estando la palanca acoplada a un
tubo de tuerca partida;
la Fig. 7 presenta una vista ampliada en detalle
de las tuercas divididas, de un sensor de la palanca, y de un
sensor de acoplamiento de las roscas y los muestra estando acoplados
al tubo de tuerca partida, mostrando al sensor de la palanca
dispuesto para detectar la impulsión de la palanca de activación, y
muestra el sensor de acoplamiento dispuesto para detectar la
posición de las tuercas divididas con respecto a las roscas del
tornillo de avance;
la Fig. 8 presenta un gráfico de una relación
curvilínea entre el giro de la palanca de activación de la Fig. 6 y
el movimiento radial de las tuercas divididas de la Fig. 7, y
muestra un punto en el que se dispara para el sensor de la palanca
en la porción plana superior de la curva;
\newpage
la Fig. 9 presenta un diagrama de bloques de un
sistema dinámico de acoplamiento que tiene las señales del sensor
del émbolo y del sensor de posición del accionador acopladas a un
procesador para controlar la alineación de las roscas de la tuerca
dividida con las roscas del tornillo de avance;
la Fig. 10 presenta un diagrama de flujo de un
procedimiento dinámico de acoplamiento que utiliza la señal del
sensor del émbolo para controlar la alineación de las roscas;
la Fig. 11A presenta un diagrama de bloques de
un sistema dinámico de acoplamiento de las roscas y muestra un
mecanismo de atornillamiento acoplado al accionador del émbolo,
siendo retraído el mecanismo de atornillamiento por el operador una
cierta distancia desde el émbolo de una jeringa montada en la bomba
de jeringa que es utilizada por el procesador para controlar la
alineación de las roscas;
la Fig. 11B presenta una vista de la distancia
que debe recorrer el botón del sensor del émbolo del accionador del
émbolo de la Fig. 11A desde el punto en el que el sensor se dispara
hasta el punto en el que el botón se encuentra a ras con la cara
frontal del accionador del émbolo;
la Fig. 12 presenta una vista de corte
transversal de las roscas de un tornillo de avance que están
desalineadas con las roscas de una tuerca dividida y muestra en
líneas discontinuas la posición que deben tener las roscas del
tornillo de avance para un acoplamiento completo de las roscas;
la Fig. 13 presenta un diagrama de flujo de un
procedimiento dinámico de acoplamiento que utiliza las señales del
sensor del émbolo y del sensor de la posición del accionador para
controlar la alineación de las roscas;
la Fig. 14 presenta un diagrama de bloques de un
sistema dinámico de acoplamiento que tiene señales del sensor de la
palanca acopladas al procesador para controlar la alineación de las
roscas;
la Fig. 15 presenta un diagrama de flujo de un
procedimiento dinámico de acoplamiento que utiliza señales del
sensor de la palanca para controlar la alineación de las roscas;
la Fig. 16 presenta un diagrama de bloques de un
sistema dinámico de acoplamiento que tiene señales de un sensor de
la palanca y de un sensor de acoplamiento acopladas al procesador;
y
la Fig. 17 presenta un diagrama de flujo de un
procedimiento dinámico de acoplamiento que utiliza las señales de
acoplamiento del sensor de acoplamiento para indicar que las roscas
de las tuercas divididas y la rosca del tornillo de avance se
encuentran completamente acopladas.
Haciendo referencia ahora a los dibujos
ejemplares, en los que los números de referencia similares designan
elementos similares o correspondientes entre las distintas vistas,
en la Fig. 4 se muestra una bomba 16 de jeringa que tiene una
jeringa 18 montada en la bomba. Un accionador 20 del émbolo aún no
acoplado con el tirador 24 del émbolo de la jeringa incluye un
botón 22 del sensor del émbolo que se utiliza para detectar la
presencia de un émbolo 24 de la jeringa presionado contra el
accionador del émbolo. Durante la infusión de fluidos, el
accionador del émbolo presiona contra el émbolo de la jeringa. En la
Fig. 4, se retrae hacia atrás el accionador del émbolo alejándolo
del émbolo de la jeringa de forma que se pueda ver el botón del
sensor del émbolo. El accionador del émbolo de la jeringa también
incluye dos brazos giratorios 25a y 25b en esta realización que
apresará el tirador del émbolo de la jeringa contra el accionador
para evitar el sifonado de la jeringa.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 5, un
tornillo 26 de avance se encuentra en acoplamiento roscado con un
mecanismo amovible 28 de atornillamiento que está acoplado con el
accionador 20 del émbolo. El mecanismo de atornillamiento tiene un
mecanismo de acoplamiento de roscas para acoplarlo o desacoplarlo de
manera selectiva del tornillo de avance. El mecanismo de
acoplamiento tiene un diseño de media tuerca o de tuerca dividida,
descrito con mayor detalle a continuación. El movimiento giratorio
del tornillo de avance se traduce en un movimiento lineal por medio
del mecanismo de atornillamiento. La velocidad de giro del motor 30,
controlada por un control adecuado 32 del motor, determina la
velocidad de movimiento lineal del accionador del émbolo. La
posición del mecanismo de atornillamiento es detectada por medio de
un sensor adecuado de posición de alta resolución, denominado en el
presente documento un sensor 34 de posición del accionador, que
proporciona señales representativas de la posición del mecanismo de
atornillamiento y del accionador del émbolo a lo largo del tornillo
de avance. El sensor de la posición del accionador puede comprender
un potenciómetro estacionario que se extiende a lo largo del
tornillo de avance por el intervalo de desplazamiento del mecanismo
de atornillamiento. Sin embargo, el sensor de posición del
accionador puede tener muchas formas. Como un ejemplo, el sensor
puede comprender un potenciómetro que tiene tiras planas estrechas
de material que son paralelas entre sí. Una capa es de naturaleza
cortocircuitante o no conductora y otra capa, a la que se aplica una
fuente de alimentación V_{b}, es de naturaleza no conductora. Un
patín 35 de contacto, similar a un dedo, que está firmemente fijado
al mecanismo de atornillamiento, presiona contra la capa
cortocircuitante con suficiente fuerza como para hacer que la capa
cortocircuitante entre en contacto con la capa no conductora. Por lo
tanto, según se mueve el mecanismo de atornillamiento, se
desarrolla un voltaje V_{o} (entre V_{b} y el potencial de
tierra) a través de la capa no conductora en el punto de contacto.
Preferentemente, el potenciómetro del sensor de posición del
accionador tiene una precisión de al menos +/- 0,013 cm tal como la
proporcionada por el elemento transductor conductor de movimiento
KITLMF5D103, de plástico, fabricado por Vishay Sfernice (Malvern,
Pensilvania, EE. UU.). Se apreciará que se pueden utilizar otros
tipos adecuados de sensores que tengan la misma precisión, o una
mayor, y dependiendo de la aplicación de la bomba, una precisión
menor puede resultar ser adecuada.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 6, se
muestra una vista ampliada de un ejemplo de un accionador 20 del
émbolo. El alojamiento frontal 36 ha sido separado del alojamiento
trasero 38 para observar el botón 22 del sensor del émbolo con
mayor detalle. El botón del sensor del émbolo ha sido apartado de su
posición normal en el alojamiento frontal. El botón del sensor del
émbolo tiene una superficie frontal achaflanado 40 para permitir
una flexibilidad adicional al instalar la jeringa 18. El botón del
sensor del émbolo tiene un resorte 42 para proporcionar un empuje
del botón del sensor del émbolo hacia el émbolo 24 (mostrado en la
Fig. 4) de la jeringa. En esta realización, el resorte descansa
contra el alojamiento trasero para empujar el botón del sensor del
émbolo para que se extienda fuera del alojamiento frontal a través
de una abertura 44. El botón del sensor del émbolo incluye un tope
46 anular del tirador para retener el botón del sensor del émbolo en
el alojamiento frontal. El botón del sensor del émbolo se extenderá
a través de la abertura formada en el alojamiento frontal para
presionar contra el émbolo 24 de una jeringa instalada.
El botón 22 del sensor del émbolo también
incluye un indicador 48 para indicar la posición del botón del
sensor del émbolo y la presencia de un émbolo 24 de la jeringa. Se
monta un primer sensor de haz óptico, denominado en el presente
documento un sensor 50 del émbolo, encima del botón del sensor del
émbolo pero en línea con el indicador para determinar la posición
del indicador. El sensor del émbolo proporciona una señal del émbolo
que indica si el accionador 20 del émbolo está presionado contra un
émbolo de jeringa. El punto en el que el sensor del émbolo se
dispara depende de la posición del indicador con respecto al sensor.
Preferentemente, el punto en el que se dispara está fijado de forma
que la señal del émbolo indica que el accionador del émbolo está
presionado contra el émbolo de la jeringa cuando el botón del sensor
del émbolo ha sido empujado hacia atrás a través de la abertura 44
de forma que se encuentre casi a ras con el alojamiento frontal 36
del accionador del émbolo. Se pueden encontrar detalles adicionales
en el documento U.S. 5.106.375 otorgado a Conero. Como se muestra,
el accionador del émbolo está conectado a un tubo 52 de tuerca
partida.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 7, se
muestra una vista ampliada de un mecanismo 28 de atornillamiento.
El mecanismo de atornillamiento está montado en un tornillo 26 de
avance e incluye el tubo 52 de tuerca partida que tiene un primer
collarín 54 sobre el que se monta un pasador 56 para acoplarse a una
ranura superior 58 en un plato excéntrico 60. El plato excéntrico
60 también incluye dos ranuras alargadas 62, cada una para
acoplarse a un pasador 64 en cada una de las dos tuercas divididas
66. Las tuercas divididas y el plato excéntrico están insertados
entre una placa 67 de soporte y un alojamiento 68 de tuerca dividida
y se mantienen en su posición por medio de tornillos 70. En
consecuencia, el giro del tubo de tuerca partida gira el plato
excéntrico, que a su vez separa las tuercas divididas de las roscas
del tornillo de avance.
El tubo accionador 72 acopla de forma rígida el
mecanismo 28 atornillamiento con el accionador 20 del émbolo. Por
lo tanto, un movimiento lineal del mecanismo de atornillamiento que
se produce por el giro del tornillo de avance se transmite al
accionador del émbolo y el movimiento del accionador del émbolo por
parte del operador se transmitirá con el mecanismo de
atornillamiento. La palanca 74 (mostrada en las Figuras 4 y 6) de
activación en el accionador 20 del émbolo está acoplada de forma
rígida al tubo 52 de tuerca partida de forma que la presión sobre
la palanca de activación tiene como resultado el giro del tubo de
tuerca partida y la separación de las tuercas divididas 66 de las
roscas del tornillo 26 de avance. Soltar la palanca 74 de activación
hace que las tuercas divididas 66 entren en contacto con las roscas
del tornillo de avance.
Haciendo referencia a ambas Figuras 6 y 7, hay
montado un indicador 80 de forma rígida en el primer collarín 54
del tubo 52 de tuerca partida. Presionar la palanca 74 de activación
para separar las tuercas divididas 66 del tornillo 26 de avance
hace girar el indicador. Hay montado un segundo sensor de haz
óptico, denominado en el presente documento un sensor 82 de la
palanca, en una plataforma 84 que forma parte del alojamiento 68 de
la tuerca dividida y detecta la posición del indicador. El sensor de
la palanca proporciona una señal de la palanca que indica la
posición rotacional de la palanca de activación, que está
relacionada con la profundidad a la que están asentadas las roscas
de la tuerca dividida en las roscas del tornillo de avance. La
relación entre el giro de la palanca de activación y el movimiento
de las tuercas divididas depende de la forma de las ranuras
alargadas 62 que se acoplan a los pasadores 64 de la tuerca
dividida.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 8, se
muestra la relación entre el giro de la palanca 74 de activación y
el movimiento de las tuercas divididas 66 alejándose del tornillo 26
de avance como una curva no lineal 75. El punto en el que se
dispara el sensor 82 de la palanca depende de la posición del
indicador 80 con respecto al sensor 82 cuando se ha soltado la
palanca de activación y se encuentra en una posición de descanso.
Preferentemente, el punto en el que se emite la señal de la palanca
está fijado en un punto 85 en la curva en la Fig. 8 correspondiente
a cerca del máximo giro de la palanca cuando se presiona y hay una
separación máxima de las tuercas divididas del tornillo de avance.
En esta realización, cuando el operador presiona por completo la
palanca de activación, el indicador no interrumpirá el haz del
sensor de la palanca haciendo que la señal de la palanca indique que
las roscas de las tuercas divididas están completamente separadas
de las roscas del tornillo de avance. Cuando el operador comienza a
soltar la palanca de activación, el ligero movimiento del indicador,
antes de que las roscas de la tuerca dividida caigan en las roscas
del tornillo de avance, provocará que la señal de la palanca
indique que las roscas de las tuercas divididas han comenzado a
moverse de forma radial hacia las roscas del tornillo de
avance.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 9, se
muestra una realización que tiene ambas señales del sensor 50 del
émbolo y del sensor 34 de posición del accionador acopladas a un
procesador 86. El procesador analiza estas señales y en base a
diversos factores, como se presenta a continuación, proporciona una
señal al control 32 del motor para controlar el giro del tornillo
de avance. Dependiendo del contenido de la información de la señal
del procesador, el control del motor puede controlar el motor 30
para que gire el tornillo de avance.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 10, se
muestra un diagrama operativo de flujo que ilustra un procedimiento
en el que el procesador utiliza la señal del émbolo (que indica la
existencia o la no existencia de un émbolo acoplado por el
accionador del émbolo) para detectar la colocación de la jeringa y
para inferir un desacoplamiento de las roscas de la tuerca dividida
de las roscas del tornillo de avance. Entre los bloques 90 y 92 del
diagrama de flujo, el operador presiona la palanca 74 de activación
para sacar de la bomba 16 de jeringa una primera jeringa que
necesita ser sustituida. Al hacerlo, las tuercas divididas 66 se
desacoplan del tornillo 26 de avance para permitir que el operador
deslice el accionador 20 del émbolo hacia atrás alejándolo de la
jeringa de forma que se pueda sacar la jeringa. En consecuencia, en
el bloque 92, la señal del émbolo del sensor 50 del émbolo al
procesador 86 indica que el accionador del émbolo se encuentra
desacoplado del émbolo de la jeringa que va a ser sacado. El
procesador infiere de este cambio en la señal del émbolo que las
roscas de las tuercas divididas se acaban de desacoplar de las
roscas del tornillo de avance. Antes del cambio en la señal del
émbolo y mientras las roscas de la tuerca dividida se encontraban
completamente acopladas con las roscas del tornillo de avance, el
procesador 86 recibió y registró una primera señal de posición del
sensor 34 de la posición del accionador. En el bloque 94, después
de la instalación de una segunda jeringa en el lugar de la primera
jeringa, el operador desliza el accionador del émbolo hacia delante
de forma que presiona contra el émbolo de la segunda jeringa. En
consecuencia, en el bloque 96, la señal del émbolo indica ahora que
el accionador del émbolo se encuentra acoplado con el émbolo de la
segunda jeringa que ha sustituido a la primera jeringa. Con esta
indicación, o después de ella, el procesador recibe y registra una
segunda señal de posición del sensor de la posición del accionador.
El procesador determina, utilizando la primera señal de posición y
la segunda señal de posición, una cantidad necesaria de giro del
tornillo de avance para hacer que las roscas de la tuerca dividida
se acoplen completamente con las roscas del tornillo de avance
cuando se liberan las tuercas divididas de su posición retraída y
se mueven hacia un acoplamiento con las roscas del tornillo de
avance. Si el número no es cero, el procesador 86 proporciona una
señal al control del motor para hacer que el motor dé al tornillo
de avance el número requerido de giros.
El número requerido de los giros del tornillo de
avance puede determinarse a partir de las señales primera y segunda
de posición en combinación con el paso conocido de las roscas del
tornillo de avance. Dado que las tuercas divididas 66 son parte del
mecanismo 28 de atornillamiento que está acoplado al sensor 34 de
posición del accionador, la primera señal de posición es
representativa de la última posición lineal conocida, X_{E}, de
las tuercas divididas a lo largo del tornillo 26 de avance en la que
las roscas de la tuerca dividida estuvieron completamente acopladas
con las roscas del tornillo de avance. La segunda señal de posición
es representativa de la nueva posición lineal, X_{D}, de las
tuercas divididas a lo largo del tornillo de avance. El paso P,
siendo la distancia lineal entre las crestas de las roscas del
tornillo de avance, se corresponde con la distancia lineal asociada
con un único giro del tornillo de avance. La función:
en la
que:
- n'_{R}
- = el número de giros de retroceso del tornillo de avance;
- \DeltaX
- = la diferencia entre las posiciones X_{E} y X_{D};
- P
- = el paso de las roscas del tornillo de avance;
da el número de giros de retroceso del tornillo
26 de avance requeridos para mover las tuercas divididas 66 hacia
atrás desde X_{E} hasta X_{D} si las tuercas divididas 66
hubiesen permanecido acopladas al tornillo 26 de avance. Se debe
comprender que se puede determinar la distancia axial \DeltaX a
partir de un cambio correspondiente en la señal de posición del
sensor 34 de posición del accionador. Por lo tanto, habiendo
desacoplado el operador las tuercas divididas 66 y vuelto a
colocarlas en X_{D}, dar vueltas al tornillo 26 de avance
n'_{R} giros de retroceso garantizará un acoplamiento completo de
las roscas.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 11A, 11B
y 12, se muestra un mecanismo 28 de atornillamiento en el que las
roscas 100 de las tuercas divididas 66 han sido desacopladas por el
operador de las roscas 102 del tornillo 26 de avance y luego
movidas de forma axial desde X_{E} hasta X_{D} a lo largo del
tornillo 26 de avance. Por lo tanto, el mecanismo 28 de
atornillamiento y las tuercas divididas 66 fueron movidos una
distancia axial dada por \DeltaX, que está ilustrada como la
flecha 98 en la Fig. 11A. Haciendo referencia a la Fig. 12, las
roscas 100 de la tuerca dividida en la posición X_{E} se muestran
con las roscas 102 del tornillo de avance en una posición
rotacional antes de dar vueltas al tornillo 26 de avance para
garantizar un acoplamiento completo de las roscas. Las posiciones
X_{E} y XD se ilustran como puntos 101A y 101B. Las roscas 102'
del tornillo de avance mostradas en líneas discontinuas indican la
posición rotacional deseada de las roscas 102 del tornillo de
avance que alineará las raíces de la rosca del tornillo de avance
con las crestas de la rosca de la tuerca dividida después de
n'_{R} giros de retroceso del tornillo 26 de avance. En la Fig.
12, se ilustra n'_{R} como el punto 101C. Se debe comprender que
se puede reducir el número de giros de retroceso cualquier número
entero, siendo determinado el máximo número entero al truncar el
valor dado por n'_{R}, según se representa por TRUNC (n'_{R}).
Por lo tanto, la función:
también da los giros de retroceso
que garantizarán un acoplamiento completo de las roscas. En la Fig.
12, se ilustra TRUNC (n'_{R}) como el punto 101D, y se ilustra
n_{R} como la flecha 101E, que es la diferencia entre los puntos
101C y 101D. Puede ser preferible la reducción del número de giros
para disminuir el tiempo correspondiente para alinear los dos
conjuntos de roscas. Además, se debe comprender que el tornillo 26
de avance también puede dar vueltas en la dirección de avance y que
la
función:
da los giros de avance que
garantizarán un acoplamiento completo de las roscas. En la Fig. 12,
se ilustra TRUNC (n'_{R} + 0,99) como el punto 101F, y se ilustra
n_{F} como la flecha 101G, que es la diferencia entre los puntos
101F y 101C. Puede ser preferiblemente dar vueltas en la dirección
de avance para simplificar el sistema de forma que el motor solo
tenga que ser configurado para funcionar solamente en una dirección.
Además, cuando n_{F} es menor que n_{R}, llevará menos tiempo
alinear los dos conjuntos de roscas al dar vueltas en la dirección
de
avance.
Las anteriores funciones que dan el número de
giros de avance y de retroceso son ejemplares en el sentido de que
se pueden emplear otras funciones. Por ejemplo, se puede aumentar el
número de giros cualquier número entero de giros. Como un ejemplo
adicional, también se puede determinar el número de giros de avance
a partir del número de giros de retroceso restados de un giro
completo, como se dan por la función:
La función n'_{F} difiere de n_{F} en que
n'_{F} da un valor de uno, mientras que n_{F} da cero, cuando
n_{R} y n'_{R} son cero. Pueden ser preferentes las funciones
n_{R} y n_{F}, que dan la menor cantidad de giro en las
direcciones de retroceso y de avance, respectivamente, ya que se
corresponden con menores cantidades de tiempo para alinear los dos
conjuntos de roscas. Además, se debe comprender que la primera señal
de posición puede ser representativa de cualquier posición axial
detectada de las tuercas divididas 66 a lo largo del tornillo 26 de
avance en la que las roscas de las tuercas divididas estuvieron
acopladas con las roscas del tornillo de avance. Se contempla que
tomando la primera señal de posición inmediatamente antes del tiempo
del desacoplamiento de las roscas minimiza las imprecisiones que
puedan surgir, tal como debidas a una diferencia de temperatura con
el tiempo.
Únicamente a modo de ejemplo, en el caso de que
el operador mueva el accionador del émbolo hacia atrás una
distancia de 5,359 cm en una bomba de infusión que tiene un tornillo
de avance con un paso de 0,127 cm, un giro de avance de 288 grados,
siendo 0,80 un giro completo, garantizará un acoplamiento completo
de las roscas. Un giro de retroceso de 72 grados, siendo 0,20 de un
giro completo, también garantizará un acoplamiento completo de las
roscas.
Se contempla que se podrían producir
imprecisiones al determinar el número requerido de giros del
tornillo de avance cuando se toma la segunda señal de posición.
Como se ha mencionado anteriormente en conexión con la Fig. 10, un
cambio en la señal del émbolo insta al procesador a tomar la segunda
señal de posición, que se supone representa la posición final de
las tuercas divididas 66 a lo largo del tornillo 26 de avance. Sin
embargo, después del cambio en la señal del émbolo, puede que las
tuercas divididas junto con el accionador 20 del émbolo se
necesiten mover una distancia pequeña pero significativa antes de
que el accionador del émbolo presione contra el émbolo de la
jeringa. Esa distancia, mostrada como el número 103 de referencia en
la Fig. 11B, se corresponde con la distancia que se desplaza el
botón 22 del sensor del émbolo, después de que se dispara el sensor
del émbolo, hasta el punto en el que el botón del sensor del émbolo
se encuentra a ras con la placa frontal 36 del accionador del
émbolo, de forma que el émbolo de la jeringa se encuentra en
contacto real con la placa frontal. Esta distancia depende de la
posición del indicador 48 con respecto al sensor 50 del émbolo
cuando el botón se encuentra completamente extendido delante de la
placa frontal. Por lo tanto, se contempla que se puede conocer la
distancia por adelantado de forma que pueda ser utilizada por el
procesador para determinar con mayor precisión el número requerido
de giros del tornillo de avance.
Para aumentar la precisión, se contempla además
que se pueda utilizar el sensor de posición del accionador para
detectar la sustitución de la jeringa y para inferir que las roscas
de las tuercas divididas se encuentran desacopladas de las roscas
del tornillo de avance. Puede ser preferente este procedimiento, a
diferencia del uso únicamente del sensor del émbolo, en la
situación en la que la bomba de jeringa tiene un diseño que permite
que el operador saque la jeringa sin presionar en primer lugar la
palanca de activación y de retraer el accionador del émbolo hacia
atrás. Preferentemente, el procesador recibe y registra la primera
señal de posición cerca del momento en el que el operador desliza
subsiguientemente el accionador del émbolo para acomodar otra
jeringa, que puede ser horas después. Debido a que la retracción
del accionador del émbolo es un indicador de que las roscas de las
tuercas divididas fueron desacopladas por el operador, se recibe y
se registra la primera señal de posición más cerca del momento del
desacoplamiento real de las roscas y, por lo tanto, minimiza las
imprecisiones que pueden surgir, tal como debido a una diferencia
en la temperatura con el tiempo.
En la Fig. 13 se muestra un diagrama operativo
de flujo que ilustra un procedimiento en el que el procesador 86
utiliza la señal de posición para detectar la sustitución de la
jeringa y para inferir el desacoplamiento de las roscas de la
tuerca dividida de las roscas del tornillo de avance. Entre los
bloques 104 y 106 del diagrama de flujo, el operador saca la
primera jeringa de la bomba de jeringa. En algún momento posterior,
entre los bloques 106 y 108, el operador presiona la palanca 74 de
activación para desacoplar las tuercas divididas 66 y desliza el
accionador 20 del émbolo hacia atrás. En consecuencia, en el bloque
108, la señal de posición del sensor 34 de posición del accionador
indica un movimiento de las tuercas divididas a lo largo del
tornillo 26 de avance. El procesador infiere del cambio en la señal
de posición no acompañado por un giro del motor que las roscas de
las tuercas divididas se acaban de desacoplar de las roscas del
tornillo de avance. Antes del cambio en la señal de posición, el
procesador 86 recibió y registró una primera señal de posición del
sensor de posición del accionador. En el bloque 112, después de la
instalación de una segunda jeringa en lugar de la primera jeringa,
el operador desliza el accionador del émbolo hacia delante de forma
que presiona contra el émbolo de la segunda jeringa. En
consecuencia, en el bloque 114, la señal del émbolo indica ahora
que el accionador del émbolo se encuentra acoplado con el émbolo de
la segunda jeringa. Con esta indicación, o después de ella, el
procesador recibe y registra una segunda señal de posición del
sensor de posición del accionador. Utilizando la primera señal de
posición y la segunda señal de posición, el procesador determina
una cantidad requerida de giro del tornillo de avance garantizando
que las roscas de la tuerca dividida se acoplan completamente con
las roscas del tornillo de avance. Se determina la cantidad
requerida de giro como se ha mencionado anteriormente en conexión
con la Fig. 9. Entonces, el procesador 86 proporciona una señal al
control 32 del motor para hacer que el motor 30 gire el tornillo de
avance la cantidad requerida.
En consecuencia, en la Fig. 14 se muestra otra
realización que tiene señales del sensor 82 de la palanca y del
sensor 34 de posición del accionador acopladas al procesador 86, y
en la Fig. 15 se muestra un diagrama operativo de flujo que ilustra
un procedimiento en el que el procesador utiliza la señal de la
palanca para detectar la sustitución de la jeringa y para inferir
la incidencia del desacoplamiento de las roscas de la tuerca
dividida de las roscas del tornillo de avance. En el bloque 116 del
diagrama de flujo, el operador saca la primera jeringa de la bomba
de jeringa. En algún momento posterior, en el bloque 118, el
operador comienza a presionar la palanca 74 de activación para
desacoplar las tuercas divididas 66 del tornillo 26 de avance.
Entonces, el operador desliza el accionador 20 del émbolo hacia
atrás. En consecuencia, en el bloque 120, la señal de la palanca al
procesador indica que las tuercas divididas están separadas del
tornillo de avance. Antes de este cambio en la señal de la palanca,
el procesador recibió y registró la primera señal de posición del
sensor de posición del accionador. En el bloque 122, el operador
comienza a soltar la palanca de activación antes de instalar la
segunda jeringa. Como se ha explicado anteriormente en conexión con
la Fig. 8, la señal de la palanca cambia la indicación restando aún
algún periodo de tiempo antes de que las roscas de la tuerca
dividida entren en contacto con las roscas del tornillo de avance.
Durante ese periodo de tiempo restante, ilustrado como el bloque
124, el procesador recibe y registra la segunda señal de posición
del sensor de posición del accionador. Utilizando el paso de la
rosca, la primera señal de posición, y la segunda señal de
posición, el procesador determina la cantidad requerida de giro del
tornillo de avance que garantice que las roscas de la tuerca
dividida se acoplen completamente con las roscas del tornillo de
avance, siendo determinada la cantidad requerida de giro como se ha
mencionado anteriormente en conexión con la Fig. 9. El procesador
proporciona inmediatamente una señal al control 32 del motor para
hacer que el motor 30 gire el tornillo de avance la cantidad
requerida antes de que las roscas de la tuerca dividida entren en
contacto con las roscas del tornillo de avance. Con dicho contacto,
el procedimiento comienza de nuevo desde la parte superior del
diagrama de flujo.
Con referencia continuada a la Fig. 15, en el
bloque 116 del diagrama de flujo, el operador instala la segunda
jeringa en la bomba 16 de jeringa. Entonces, en el bloque 118, el
operador comienza a presionar la palanca 74 de activación para
desacoplar las tuercas divididas 66 del tornillo 26 de avance.
Entonces, el operador desliza el accionador 20 del émbolo hacia
delante, de forma que presiona contra el émbolo de la jeringa. En
consecuencia, en el bloque 120, la señal de la palanca al procesador
86 indica que las tuercas divididas se encuentran separadas del
tornillo de avance. Antes de este cambio en la señal de la palanca,
el procesador recibió y registró la primera señal de posición del
sensor 34 de posición del accionador. En el bloque 122, el operador
comienza a soltar la palanca de activación. Durante el periodo de
tiempo restante antes de que las roscas de la tuerca dividida
entren en contacto con las roscas del tornillo de avance, el
procesador recibe y registra la segunda señal de posición del
sensor de posición del accionador. Utilizando el paso de la rosca,
la primera señal de posición, y la segunda señal de posición, el
procesador 86 determina la cantidad requerida de giro del tornillo
de avance que garantice que las roscas de la tuerca dividida se
acoplarán completamente con las roscas del tornillo de avance,
siendo determinada la cantidad requerida como se ha mencionado
anteriormente en conexión con la Fig. 9. El procesador proporciona
inmediatamente una señal al control 32 del motor para hacer que el
motor 30 gire el tornillo de avance la cantidad requerida antes de
que las roscas de la tuerca dividida entren en contacto con las
roscas del tornillo de avance.
En el caso en el que el sensor 34 de posición
sea de naturaleza eléctrica, proporcionará distintos voltajes (o
corrientes, u otro nivel de energía) conforme a la posición del
mecanismo de atornillamiento a lo largo del sensor de posición. En
lo que respecta a la bomba de jeringa que está siendo presentada en
el presente documento, el patín 35 de contacto (Fig. 5), similar a
un dedo, presiona el sensor de posición. En el punto en el que se
presiona, el sensor de posición proporciona un voltaje único. Por
ejemplo, en un extremo del recorrido del mecanismo 28 de
atornillamiento, el sensor de posición puede proporcionar un voltaje
V_{1} y en el otro extremo del recorrido del mecanismo de
atornillamiento, el sensor de posición puede proporcionar un
segundo voltaje V_{2}, distinto de V_{1}. En la fábrica, se
puede determinar y programar el factor de conversión de
voltaje/distancia en el procesador 86. Cuando el sensor de posición
es lineal y tiene la misma longitud que la porción de la longitud
del tornillo de avance que está siendo utilizado para el
desplazamiento por parte del mecanismo de atornillamiento, la
posición del mecanismo de atornillamiento a lo largo del sensor de
posición lineal es igual a la posición del mecanismo de
atornillamiento a lo largo del tornillo de avance. Por lo tanto, se
puede determinar la posición exacta del mecanismo de atornillamiento
a partir del voltaje proporcionado por el sensor de posición.
Combinando esto con el paso conocido de las roscas del tornillo de
avance, que es también el paso de las roscas de la tuerca dividida,
se puede determinar la posición a lo largo del tornillo de avance
del mecanismo de atornillamiento a partir de la salida de voltaje
del sensor de posición. El procesador puede determinar el cambio
\DeltaX en la posición axial con un factor G de conversión de
voltaje a distancia, como mediante la fórmula:
en la
que:
- \DeltaV
- = a diferencia en voltios entre V2 y V1;
- \DeltaX
- = el cambio en la posición axial del mecanismo de atornillamiento a lo largo del mecanismo de tornillo de{}\hskip0,2cm avance en unidades de distancia; y
- G
- = el factor de conversión de voltios a unidades de distancia.
Inicialmente, se determina el factor G de
conversión para el sensor 34 de posición durante el procedimiento
de fabricación. Con el tiempo, la precisión del sensor de posición
puede cambiar de forma que el valor computado para \DeltaX basado
en G no se corresponda con la distancia axial real \DeltaX del
mecanismo de atornillamiento a lo largo del sensor de posición, y
del tornillo de avance. Cuando esto ocurre, el procesador no girará
el tornillo de avance la cantidad correcta y las roscas de la
tuerca dividida no se acoplarán completamente con las roscas del
tornillo de avance debido a que se utilizó un valor incorrecto de
\DeltaX para determinar n_{R} y n_{F}. Por lo tanto, se
apreciará que son deseables las correcciones al factor G de
conversión.
En una realización de la presente invención, se
emplea un sensor de acoplamiento para llevar a cabo correcciones al
factor G de conversión como se describe en detalle a continuación en
conexión con la Fig. 17. El sensor 129 de acoplamiento, mostrado
esquemáticamente en la Fig. 16, proporciona una señal de
acoplamiento que es representativa de la distancia radial entre las
crestas de las roscas de las tuercas divididas 66 y las raíces de
las roscas del tornillo 26 de avance. No se debe confundir la
distancia radial con la distancia axial \DeltaX. Según se utiliza
en el presente documento, la distancia radial es perpendicular al
eje de giro que discurre a lo largo de la longitud del tornillo 26
de avance. Por lo tanto, una indicación de que la distancia radial
es insignificativa o no existente es también una indicación de que
las roscas se encuentran completamente acopladas.
Haciendo de nuevo referencia a la Fig. 7, el
sensor 129 de acoplamiento puede comprender un tercer sensor óptico
montado sobre la plataforma 84 que forma parte del alojamiento 68 de
la tuerca dividida. También se muestra un segundo collarín 130 en
el tubo 52 de tuerca partida. Presionar la palanca 74 de activación
para separar las tuercas divididas 66 del tornillo 26 de avance
hace que gire un indicador 131 en el segundo collarín 130. El punto
en el que se dispara el sensor 129 de acoplamiento depende de la
posición del indicador 131 con respecto al sensor. Haciendo de
nuevo referencia a la Fig. 8, se conoce la relación curvilínea entre
el giro de la palanca 74 de activación y la distancia radial entre
las roscas. Preferentemente, el punto de disparo está fijado en un
punto 132 en la curva 75 correspondiente al acoplamiento completo de
las roscas de las tuercas divididas 66 con las roscas del tornillo
26 de avance. Se proporciona una señal de acoplamiento del sensor
que indica un acoplamiento completo de la rosca cuando la distancia
radial cae por debajo del punto de disparo 132.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 17, antes de
que el operador mueva el accionador 38 del émbolo, la señal de
acoplamiento indica que las roscas de la tuerca dividida se
encuentran completamente acopladas con las roscas del tornillo de
avance. En el bloque 134 del diagrama de flujo, el operador comienza
a presionar la palanca 74 de activación para separar las tuercas
divididas 66 del tornillo 26 de avance. En consecuencia, en el
bloque 135, la señal de la palanca indica que se ha presionado la
palanca 74 de activación. Antes de este cambio en la señal de la
palanca, el procesador 86 recibió y registró la primera señal
V_{1} de posición del sensor 34 de posición del accionador. Entre
los bloques 135 y 136, el operador coloca el accionador 20 del
émbolo en una nueva posición X_{D} y comienza a soltar la palanca
de activación de forma que la señal de la palanca cambia. En el
bloque 136, durante un periodo de tiempo restante antes de que las
roscas de la tuerca dividida entren en contacto con las roscas del
tornillo de avance, el procesador recibe y registra la segunda
señal V_{2} de posición del sensor de posición del accionador.
Utilizando G, el procesador determina la cantidad requerida de giro
del tornillo de avance deseada para garantizar que las roscas de la
tuerca dividida se acoplan completamente con las roscas del
tornillo de avance. El procesador proporciona inmediatamente una
señal al control 32 del motor para hacer que el motor 30 gire el
tornillo de avance la cantidad requerida antes de que las roscas de
la tuerca dividida entren en contacto con las roscas del tornillo de
avance. En el bloque 138, después de que las roscas han entrado en
contacto, la señal de acoplamiento proporciona una indicación de la
distancia radial a la que han caído las roscas de las tuercas
divididas hacia las roscas del tornillo de avance. Cuando las
roscas de la tuerca dividida han caído lo suficiente en las roscas
del tornillo de avance, de forma que las roscas se encuentran
completamente acopladas, no se requiere un giro adicional del
tornillo de avance ni una corrección al factor G de conversión. De
lo contrario, se lleva a cabo automáticamente un procedimiento de
calibración en el bloque 140.
Preferentemente, el procedimiento de calibración
se lleva a cabo cuando el operador ha soltado la palanca 74 de
activación y las roscas de la tuerca dividida no se acoplan
completamente con las roscas del tornillo de avance. El
procedimiento incluye girar el tornillo de avance una segunda vez
hasta que las roscas de la tuerca dividida se acoplan con las
roscas del tornillo de avance, seguido de llevar a cabo una
corrección al factor G de conversión en esta realización.
Inicialmente, el tornillo de avance se gira, preferentemente, una
pequeña cantidad en una dirección, como por ejemplo 0,10 de un giro
completo. Se continúa el giro en esa dirección hasta que la señal
de acoplamiento indica un acoplamiento completo de las roscas, en el
que las crestas de las roscas de las tuercas divididas han caído lo
suficientemente en las raíces de las roscas del tornillo de avance
y viceversa. Si la señal de acoplamiento no llega a indicar un
acoplamiento completo de las roscas después de 0,10 de un giro
completo, se gira el tornillo de avance en la dirección opuesta
hasta que la señal de acoplamiento indica un acoplamiento completo
de las roscas. En dicho momento en el que la señal de acoplamiento
indica un acoplamiento completo de las roscas, el tornillo 26 de
avance habrá girado una cantidad conocida n_{E}, que representa
el cambio en la posición rotacional del tornillo de avance después
del bloque 136 de la Fig. 17. En base a n_{E} y al presente valor
de G (denominado G_{O}), el procesador 86 determina y registra un
valor corregido de G, conforme a la siguiente fórmula:
en la
que:
- G
- = el factor corregido de conversión de voltios a las unidades de distancia;
- n_{E}
- = la cantidad de giro durante el procedimiento de calibración;
- P
- = el paso de la rosca del tornillo de avance;
- G_{O}
- = el presente valor del factor de conversión de voltios a las unidades de distancia; y
- \DeltaV
- = la diferencia en voltios entre V_{2} y V_{1}.
Se apreciará que se puede determinar el valor
corregido de G utilizando otras fórmulas basadas en n_{E}. Por
ejemplo, cuando se gira el tornillo de avance una cantidad n_{E}
en la dirección de retroceso, se puede determinar un valor corregido
de G por medio de la fórmula:
en la
que:
- G
- = el factor corregido de conversión de voltios a las unidades de distancia;
- G_{O}
- = el presente valor del factor de conversión de voltios a las unidades de distancia;
- n_{E}
- = la cantidad de giro durante el procedimiento de calibración; y
- n'_{R}
- = el número de giros de retroceso del tornillo de avance.
La siguiente vez que el operador mueva el
accionador 38 (entre los bloques 135 y 136 de la Fig. 17) del
émbolo, el procesador utilizará el valor corregido de G para
determinar la cantidad requerida de giro del tornillo de avance
(bloque 136 de la Fig. 17).
Únicamente a modo de ejemplo, una bomba de
infusión puede tener un tornillo de avance con un paso de la rosca
de 0,127 cm y un sensor de posición que desarrolla un aumento de 4
voltios en su señal de posición cuando se mueve hacia atrás su patín
de contacto, que está conectado al mecanismo 28 de atornillamiento,
una distancia axial de
2,540 cm. Como tal, el sensor de posición tiene un factor G de conversión de 6,3500 mm/v. Cuando el operador mueve el accionador del émbolo hacia atrás una distancia axial \DeltaX haciendo que la señal de posición aumente 8,440 v, el procesador determinará que la distancia axial \DeltaX es 5,359 cm y girará el tornillo de avance en la dirección de retroceso una cantidad n_{R} equivalente a 0,10 de un giro completo antes de que las roscas de las tuercas divididas y del tornillo de avance se acoplen completamente. En consecuencia, el procesador cambiará el factor G de conversión de, en esta realización, 6,3500 mm/v a 6,3652 mm/v. Si el operador mueve de nuevo el émbolo hacia atrás haciendo que la señal de posición aumente 8,440 voltios, el procesador determinará que la distancia axial \DeltaX es 5,372 cm en la dirección hacia atrás y girará el tornillo de avance en la dirección de retroceso una cantidad n_{R} equivalente a 0,30 de un giro completo.
2,540 cm. Como tal, el sensor de posición tiene un factor G de conversión de 6,3500 mm/v. Cuando el operador mueve el accionador del émbolo hacia atrás una distancia axial \DeltaX haciendo que la señal de posición aumente 8,440 v, el procesador determinará que la distancia axial \DeltaX es 5,359 cm y girará el tornillo de avance en la dirección de retroceso una cantidad n_{R} equivalente a 0,10 de un giro completo antes de que las roscas de las tuercas divididas y del tornillo de avance se acoplen completamente. En consecuencia, el procesador cambiará el factor G de conversión de, en esta realización, 6,3500 mm/v a 6,3652 mm/v. Si el operador mueve de nuevo el émbolo hacia atrás haciendo que la señal de posición aumente 8,440 voltios, el procesador determinará que la distancia axial \DeltaX es 5,372 cm en la dirección hacia atrás y girará el tornillo de avance en la dirección de retroceso una cantidad n_{R} equivalente a 0,30 de un giro completo.
De lo anterior, se apreciará que el sistema y el
procedimiento de acoplamiento dinámico del tornillo de avance
conforme a los principios de la invención reducen la incidencia de
una infusión retardada y excesiva de fluidos asociados con la
desalineación de las roscas de la tuerca dividida y de las roscas
del tornillo de avance en una bomba de infusión. Además, el uso del
sensor de posición del accionador conforme a la invención tiene
como resultado una alineación más precisa de las roscas de la tuerca
dividida y de las roscas del tornillo de avance. Un sistema
dinámico y un procedimiento de acoplamiento dinámico del tornillo de
avance conforme a los aspectos de la invención tienen como
resultado una administración más precisa de medicinas al paciente y
es particularmente útil cuando se requieren tasas bajas de flujo
para el paciente.
Aunque se han ilustrado y descrito varias formas
particulares de la invención, también será evidente que se pueden
llevar a cabo diversas modificaciones sin alejarse del alcance de la
invención. Por ejemplo, las señales del sensor del émbolo y del
sensor de la palanca pueden ser utilizadas en una variedad de formas
adecuadas junto con la señal del sensor de posición del accionador.
Como un ejemplo adicional, se pueden utilizar una variedad de
sensores adecuados del émbolo, de sensores de la palanca o de
sensores de posición del accionador. También se contempla que
diversas combinaciones o subcombinaciones de las características
específicas y aspectos de las realizaciones dadas a conocer puedan
ser combinadas con otras, o sustituidas unas por otras para formar
modos variantes de la invención. En consecuencia, no se pretende que
la invención esté limitada, excepto por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (13)
1. Un sistema para alinear roscas de un tornillo
de avance con las roscas de un mecanismo de atornillamiento,
operándose el mecanismo de atornillamiento para traducir un
movimiento giratorio del tornillo de avance en un movimiento lineal
cuando sus roscas se encuentran acopladas completamente entre sí,
comprendiendo el sistema:
- \quad
- un motor acoplado al tornillo de avance que gira de manera selectiva el tornillo de avance;
- \quad
- un accionador del émbolo acoplado al mecanismo de atornillamiento para acoplar de manera selectiva un émbolo de la jeringa para el movimiento del émbolo en respuesta al movimiento del mecanismo de atornillamiento;
- \quad
- un sensor de posición que proporciona una señal de posición representativa de una posición axial del mecanismo de atornillamiento a lo largo del tornillo de avance;
- \quad
- un dispositivo de liberación que desacopla las roscas del mecanismo de atornillamiento de un acoplamiento con las roscas del tornillo de avance, permitiendo de ese modo que un operador mueva el mecanismo de atornillamiento hasta una posición seleccionada a lo largo del tornillo de avance en la que las roscas del mecanismo de atornillamiento pueden ser acopladas de nuevo con las roscas del tornillo de avance; y
- \quad
- un procesador que recibe señales de posición del sensor de posición y controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición rotacional predeterminada basada en las señales de posición.
2. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 1, en el que:
- \quad
- el procesador recibe la señal de posición del sensor de posición indicativa de la posición en la que el operador está volviendo a acoplar las roscas del mecanismo de atornillamiento con las roscas del tornillo de avance; y
- \quad
- el procesador controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición rotacional en la que las roscas del tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento en la posición seleccionada.
3. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 2, en el que:
- \quad
- las roscas del tornillo de avance tienen un paso;
- \quad
- las roscas del mecanismo de atornillamiento tienen un paso;
- \quad
- el procesador controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición rotacional en la que las roscas del tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento según las roscas del tornillo de avance y del mecanismo de atornillamiento están siendo acopladas de nuevo, en base a la recepción de la señal de posición y en base al paso de la rosca de al menos uno de entre el tornillo de avance y el mecanismo de atornillamiento.
4. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 2, que comprende una memoria en la que se registra
una posición de referencia a lo largo del tornillo de avance en la
que las roscas del mecanismo de atornillamiento y las roscas del
tornillo de avance han estado alineadas y acopladas completamente
entre sí;
en el que el procesador recibe la señal de
posición, compara la señal de posición con la posición de
referencia, y, en base a la posición de referencia y a la señal de
posición, controla el motor para hacer girar el tornillo de avance
hasta la posición rotacional en la que las roscas del tornillo de
avance están alineadas con las roscas del mecanismo de
atornillamiento según están siendo vueltas a acoplar las roscas del
tornillo de avance y del mecanismo de atornillamiento.
5. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 4, que comprende además un sensor del émbolo de la
jeringa que proporciona una señal del sensor del émbolo al detectar
el acoplamiento de un émbolo de la jeringa con el accionador del
émbolo;
en el que al recibir el procesador la señal del
sensor del émbolo, el procesador compara la señal de posición con la
posición de referencia, y controla el motor para hacer girar el
tornillo de avance hasta la posición rotacional en la que las roscas
del tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del
mecanismo de atornillamiento según están volviendo a ser acopladas
las roscas del tornillo de avance y del mecanismo de atornillamiento
en base a la posición de referencia y a la señal de posición.
6. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 5, en el que al recibir el procesador la señal del
sensor del émbolo, recibe la señal de posición, el procesador
compara la señal de posición con la posición de referencia, y
controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta la
posición rotacional en la que las roscas del tornillo de avance se
encuentran alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento
según están siendo acopladas de nuevo las roscas del tornillo de
avance y del mecanismo de atornillamiento en base a la posición de
referencia y a la señal de posición.
7. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 2, que comprende además un sensor de acoplamiento de
roscas que proporciona una señal de acoplamiento al detectar que las
roscas del mecanismo de atornillamiento se encuentran completamente
acopladas con las roscas del tornillo de avance;
- \quad
- en el que al recibir la señal de acoplamiento de las roscas, el procesador registra la posición del mecanismo de atornillamiento a lo largo del tornillo de avance como una posición de referencia; y
- \quad
- en el que el procesador recibe la señal de posición, compara la señal de posición con la posición de referencia, y controla el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta la posición rotacional en la que las roscas del tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento según están siendo acopladas de nuevo las roscas del tornillo de avance con las del mecanismo de atornillamiento en base a la posición de referencia y a la señal de posición.
8. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 7, que comprende además un sensor del émbolo de la
jeringa que proporciona una señal del sensor del émbolo al detectar
el acoplamiento de un émbolo de la jeringa con el accionador del
émbolo;
en el que al recibir el procesador la señal del
sensor del émbolo, el procesador compara la señal de posición con la
posición de referencia y controla el motor para hacer girar el
tornillo de avance hasta la posición rotacional en la que las roscas
del tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del
mecanismo de atornillamiento según están siendo acopladas de nuevo
las roscas del tornillo de avance y del mecanismo de atornillamiento
en base a la posición de referencia y a la señal de posición.
9. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 8, en el que al recibir el procesador la señal del
sensor del émbolo el procesador recibe la señal de posición, compara
la señal de posición con la posición de referencia, y controla el
motor para hacer girar el tornillo de avance hasta la posición
rotacional en la que las roscas del tornillo de avance se encuentran
alineadas con las roscas del mecanismo de atornillamiento según
están siendo acopladas de nuevo las roscas del tornillo de avance
con las del mecanismo de atornillamiento en base a la posición de
referencia y a la señal de posición.
10. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 2, en el que:
- \quad
- el sensor de posición proporciona una señal eléctrica de posición representativa de la posición axial del mecanismo de atornillamiento con respecto al tornillo de avance;
- \quad
- el procesador recibe la señal de posición y la procesa con un factor de conversión para determinar la ubicación axial del mecanismo de atornillamiento con respecto al tornillo de avance.
11. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 10, que comprende además un sensor de acoplamiento de
roscas que proporciona una señal de acoplamiento de las roscas al
detectar que las roscas del mecanismo de atornillamiento se
encuentran completamente acopladas con las roscas del tornillo de
avance;
en el que al recibir la señal de acoplamiento de
las roscas, el procesador registra la posición del mecanismo de
atornillamiento a lo largo del tornillo de avance como una posición
de referencia; y
en el que el procesador recibe la señal de
posición, compara la señal de posición con la posición de
referencia, y controla el motor para hacer girar el tornillo de
avance hasta la posición rotacional en la que las roscas del
tornillo de avance se encuentran alineadas con las roscas del
mecanismo de atornillamiento según están siendo acopladas de nuevo
las roscas del tornillo de avance con las del mecanismo de
atornillamiento en base a la posición de referencia y a la señal de
posición.
12. El sistema para alinear roscas de la
reivindicación 11, en el que el procesador monitoriza la señal de
acoplamiento de las roscas al acoplarse de nuevo las roscas del
mecanismo de atornillamiento con las roscas del tornillo de avance y
si no se recibe la señal de acoplamiento de las roscas, el
procesador altera el factor de conversión.
13. Un procedimiento para alinear roscas de un
tornillo de avance con roscas de un mecanismo de atornillamiento,
operándose el mecanismo de atornillamiento para traducir un
movimiento giratorio del tornillo de avance en un movimiento lineal
cuando sus roscas se encuentran completamente acopladas entre sí,
comprendiendo el procedimiento:
- \quad
- girar el tornillo de avance de manera selectiva;
- \quad
- acoplar de manera selectiva un émbolo de la jeringa con un accionador del émbolo acoplado al mecanismo de atornillamiento para el movimiento del émbolo de la jeringa en respuesta al movimiento del mecanismo de atornillamiento;
- \quad
- detectar una posición axial del mecanismo de atornillamiento a lo largo del tornillo de avance con un sensor de posición que proporciona una señal de posición representativa de la misma;
- \quad
- desacoplar las roscas del mecanismo de atornillamiento de un acoplamiento con las roscas del tornillo de avance con un dispositivo de liberación que permite de ese modo que un operador mueva el mecanismo de atornillamiento hasta una posición seleccionada a lo largo del tornillo de avance en la que las roscas del mecanismo de atornillamiento pueden volver a ser acopladas con las roscas del tornillo de avance; y
- \quad
- controlar el motor para hacer girar el tornillo de avance hasta una posición rotacional predeterminada en base a la señal de posición.
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