一种温控型智能辅助供液系统 |
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| 申请号 | CN201610224712.0 | 申请日 | 2016-04-12 | 公开(公告)号 | CN105708580A | 公开(公告)日 | 2016-06-29 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 傅建中; 邵惠锋; 贺永; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种温控型智能辅助供液系统，包括设有入口管和出口管的装置主体，包括：设置在装置主体内的弹性输液管以及 挤压 在弹性输液管外壁的挤压杆，该弹性输液管两端分别与入口管和出口管对应导通；驱动挤压杆转动的驱动机构，所述挤压杆转动时能够驱使弹性输液管内液体从入口管向出口管流动；用于检测待输送液体 温度 的温度 传感器 ；接收的所述温度传感器的温度 信号 ，根据温度信号大小对所述驱动机构进行控制，实现对挤压杆转速的控制。本发明具有结构简单，工作可靠，能够智能控制血液流动，流量稳定，流量调节范围大，产生血压高，外形尺寸小，能植入到动物体内，具有良好的 生物 兼容性等特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种温控型智能辅助供液系统，包括设有入口管和出口管的装置主体，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种温控型智能辅助供液系统技术领域背景技术[0002] 在动物世界中，存在着一种特殊的动物——豹，其特殊之处在于它是目前世界上在陆地奔跑速度最快的动物，时速可达110多公里每小时，但却不能维持长时间高速奔跑，只能狂跑几百米，然后就得停下来，一部分的人认为导致这种现象的主要原因是，豹子在奔跑的过程中它们的体温会升高，而且会升高到无法接受的地步，所以必须停下来。如果真的是这样，那么，一部分人提出了新的问题，那就是在寒冷的冬季，豹子就能比夏天跑的更快，更久吗？并且在奔跑过程中会快速的呼吸，呼入的冷空气又会给身体进行非常有效的降温，但为什么豹子在冬季和夏天的表现是一样的呢？很明显，豹子不能长时间奔跑，不仅仅是无法承受过高的温度。我们都知道动物控制身体上的肌肉运动，是大脑通过神经对肌肉发出了一个或多个神经信号，从而达到控制肌肉运动的目的。也就是说豹子身上肌肉的一切运动都是大脑通过神经来控制实现的，大脑控制肌肉运动是要消耗大脑能量的，大脑自身所储存的能量是有限的，控制肌肉运动就会消耗大脑的能量，当大脑的能量被消耗时会通过血液循环对大脑进行减速补充，(也就是随着连续补充时间的增长补充的速度会越来越慢)当大脑消耗能量的速度小于或等于补充速度时，我们则可以坚持较长的时间，如马拉松，走路等，当大脑消耗能量的速度大于或远远大于补充能量的速度时，我们则只能坚持很短的时间，如举重，豹子捕猎时追赶猎物时的全速奔跑，并且成反比例，即大脑输出能量的速度越大，坚持的时间越短，肌肉也差不多一样。因此，豹子不能长时间奔跑主要原因不是身体温度过高，而是无法为大脑和肌肉提供充足的能量。 [0003] 豹在我国属于国家一级保护动物，一方面，本来豹的数量就比较稀少，再加上人为的过量捕杀，大自然遭到严重破坏，导致豹没有繁殖地，使得豹的种群数量急剧下降，有些地方已经没有豹的足迹；另一方面，豹的猎物主要是鹿，羚羊，这些动物都是长跑型选手，而豹是短跑型选手，豹通常都是在密林的掩护下，慢慢潜近猎物，然后来一个突袭，攻击猎物的颈部或口鼻部，令其窒息，如果豹不能在一定的时间内追上猎物，那它就不得不放弃，然后寻找其他目标，这使得豹捕猎的成功率大大下降，也使得一些豹因为没有捕到猎物而饿死。 发明内容[0004] 本发明提供了一种温控型智能辅助供液系统，可根据带输送液体的温度实现对其流速的控制。 [0005] 本发明的温控型智能辅助供液系统可用于动物体内血液流速的控制，比如为了满足豹等需要高速捕猎的动物捕猎时，大脑的能量补充速度大于能量消耗速度的需求，可将本发明的温控型智能辅助供液系统植入到豹体内，以豹为例，在豹追赶猎物时，能够增加豹体内的血液流动，促进血液循环到大脑，增加能量的补充速度，延长豹的奔跑时间，使其成为速度快的长跑型选手，提高其捕猎的成功率，最终提高其生存能力。 [0006] 一种温控型智能辅助供液系统，包括设有入口管和出口管的装置主体，包括： [0007] 设置在装置主体内的弹性输液管以及挤压在弹性输液管外壁的挤压杆，该弹性输液管两端分别与入口管和出口管对应导通； [0008] 驱动挤压杆转动的驱动机构，所述挤压杆转动时能够驱使弹性输液管内液体从入口管向出口管流动； [0010] 接收的所述温度传感器的温度信号，根据温度信号大小对所述驱动机构进行控制，实现对挤压杆转速的控制。 [0011] 采用本发明的装置，可以根据待控液体的温度，实现对液体流速的控制。可应用于多种场合。 [0012] 作为优选，所述驱动机构包括： [0013] 步进电机； [0015] 所述轴套外壁沿径向设有滑动槽，所述挤压杆远离弹性输液管的一端插入到该滑动槽内且与滑动槽滑动设置，挤压杆与滑动槽之间设有促使挤压杆挤压弹性输液管的压缩弹簧。挤压杆一端挤压在弹性输液管外壁，实现对弹性输液管内液体流速的控制，另一端与压缩弹簧相抵，将弹簧的压缩回复力转化为对弹性输液管的挤压力。 [0016] 作为优选，所述的装置主体包括底座，所述底座上设有用于安置弹性输液管的环形的输液管沟道槽以及用于安置所述轴套的容纳槽。环形的输液管沟道槽设置，一方面方便了弹性输液管的安装，另外一方面，也方便了挤压杆对弹性输液管内液体流速的控制。 [0017] 作为优选，所述底座上还设有与所述输液管沟道槽导通的入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽，所述入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽分别与弹性输液管的两个端口对应，所述弹性输液管两端分别通过入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽与入口管和出口管导通。 [0018] 作为优选，所述入口过渡沟道槽或/和出口过渡沟道槽为远离弹性输液管的远端向近端逐渐扩大的锥形结构。采用该结构的过渡沟道槽，能够做到在入口处减小液体(血液)流动速度，起到缓冲作用，在出口处提高液体(血液)流动速度，促进液体(血液)循环。 [0019] 作为优选，所述弹性输液管两端分别插入入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽内，插入部分外壁与入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽内壁之间设有密封圈。防止弹性输液管两端与入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽对接的部位液体外露。 [0020] 作为优选，所述挤压杆与弹性输液管接触的一端为球形端。本发明中，所述挤压杆的端部为半球形，使得当弹性输液管在环形沟道槽内时，挤压杆在压缩弹簧的作用下能完全顶住弹性输液管，使得弹性输液管内的液体由于挤压杆而分成两部分，保证在挤压杆不动的情况下，弹性输液管内的液体无法流动。 [0021] 所述挤压杆均匀分布在轴筒的端面上，可以是2个，即相邻挤压杆之间的夹角为180度，也可以是3个或4个。 [0022] 作为优选，还包括与底座两侧端面分别固定的端盖和外壳； [0023] 所述入口管和出口管设置在所述外壳上，分别与入口过渡沟道槽和出口过渡沟道槽的密封对接； [0025] 作为优选，所述轴套与端盖之间设有轴承件。比如所述的轴承件可采用圆柱形台阶面和圆柱形孔槽结构相配合的结构，作为一种优选的方案，所述轴套面向端盖的一侧端面上有圆柱形台阶面，所述端盖对应的一侧设有圆柱形孔槽，当把轴套安装到底座内部，端盖与底座合并时，上述圆柱形台阶面刚好设置在端盖中的圆柱形孔槽内，在轴套旋转时，起到轴承的作用，防止轴套是悬臂梁结构，实现2点支撑，便于轴套的旋转； [0026] 本发明的所述的温控型智能辅助供液系统，壳安装在动物体内，根据动物血液温度智能控制动物体内血液流速。 [0027] 以豹为例，采用本发明的系统，所述测温装置由一与所述控制器相连的温度传感器组成，温度传感器为一小型温度传感器，测温范围为-55℃～+125℃，分辨率为0.1度，对于豹，正常情况下血液温度为37℃，当豹奔跑时，体内温度能达到40℃左右，温度传感器足够满足对血液温度的及时测量，同时，温度传感器实时监测血液温度，并发送信号给控制器。 [0028] 所述步进电机的转速由温度传感器经控制器实时控制，当温度为37℃时，步进电机以一正常的转速转动，产生的血液流量与豹平常走动时的血液流量相同，使得豹能维持正常运动，当温度升高到40℃左右时，步进电机高速转动，产生大的血液流量促进血液循环，一方面能给大脑降温，另一方面能更快地给大脑补充能量。 [0030] 本发明的智能生物辅助供液系统通过温度传感器实时监测血液温度，利用控制器判断豹当前的运动状态，然后控制步进电机的转速来调节辅助供液系统中血液的流量，最终达到辅助控制体内血液循环的目的，具有结构简单，工作可靠，能够智能控制血液流动，流量稳定，流量调节范围大，产生血压高，外形尺寸小，能植入到动物体内，具有良好的生物兼容性等特点；特别地，在系统底座的结构方面，在出入口分别增设了过渡沟道槽结构，能够做到在入口处减小血液流动速度，起到缓冲作用，在出口处提高血液流动速度，促进血液循环；整个系统的结构尺寸很小，便于植入到动物体内。 [0032] 本发明的工作原理为：在辅助供液系统的入口管和出口管上分别连接血管，将温度传感器置于温度变化的血液中，血液自入口管流入，经入口过渡沟道槽后，流向环形沟道槽内的弹性输液管，然后经出口过渡沟道槽，由出口管流出；步进电机电机轴上安装有轴套，轴套上端表面固定安装有若干挤压杆，挤压杆在压缩弹簧的作用下，对弹性输液管产生径向压力，将弹性输液管压扁，使弹性输液管内的血液分成两部分；当血液温度为37℃时，温度传感器把检测到的血液温度以信号的方式发送给控制器，控制器经过处理后控制步进电机按照事先设定的速度旋转，带动轴套上的挤压杆同步旋转；随着挤压杆的转动，弹性输液管的变形不断沿着环形沟道槽以蠕动的方式向挤压杆转动的方向传递，从而挤压弹性输液管中的血液沿着挤压杆运动的方向流动，血液被从入口管吸入，并被推至出口管流出；当血液温度升高到40℃及以上时，温度传感器将检测到的血液温度同样以信号的方式发送给控制器，控制器开始计时，由于温度传感器实时在检测温度，如果40℃及以上的温度超过7秒时，控制器自动判断当前豹处于捕猎高速奔跑过程中，于是才控制步进电机按照设定的最高转速旋转，同样带动轴套上的挤压杆同步旋转，从而使弹性输液管中的血液以更快的速度经出口管流出；当血液温度在37℃与40℃之间时，因为温度传感器实时在检测温度，控制器会根据从温度传感器得到的信号控制步进电机的转速，为了确保豹能正常活动，这时步进电机的转速会提高，但基本在最低转速附近，避免过快的血液循环影响豹的正常活动，只有当控制器确认豹处于奔跑捕猎时，才会控制步进电机将转速升高到设定的最高值。 [0033] 测量动物正常走动时，动物体内血液流动的流量，得到流量值，或者根据动物在一分钟内的心跳次数，通过计算得到流量值，然后将辅助供液系统置于模拟血液中，控制步进电机工作，在出口管处测量血液的流量，根据前面得到的流量值，得到步进电机的最低转速；步进电机的最高转速需要通过实际将辅助供液系统植入到动物体内，看动物的效果来得到，当然事先最好通过软件进行模拟，得到一个安全的最大转速，此速度应该要比理想的速度小，确保不影响动物的正常活动。 [0034] 与现有技术相比，本发明具有如下优点： [0035] (1)根据豹捕猎时的情况，本发明设计的辅助供液系统能自动根据血液温度的变化，控制血液的流速，促进血液循环，一方面达到给大脑补充能量的目的，另一方面能给大脑降温，最终延长豹的跑步时间，提高其捕猎的成功率。 [0036] (2)本发明的辅助供液系统结构简单，工作可靠，流量稳定，流量调节范围大，能实现高背压，整个工作过程高度智能化。 [0037] (3)本发明的辅助供液系统外形尺寸小，具有良好的生物兼容性，能植入到动物体内，对动物无副作用。 [0038] (4)本装置采用具有良好生物兼容性的材料，体积小，能植入到动物体内，可以用作生物小型智能装置中的智能变速传动装置。 [0039] (5)通过在出入口分别增设过渡沟道槽结构，能够做到在入口处减小血液流动速度，起到缓冲作用，在出口处提高血液流动速度，促进血液循环。 [0041] 图1是本发明的一种智能生物辅助供液系统结构示意图之一。 [0042] 图2是本发明的一种智能生物辅助供液系统结构示意图之二。 [0043] 图3是本发明的一种智能生物辅助供液系统工作原理示意图。 [0044] 图4是本发明的轴套部分具体结构示意图。 [0045] 图5是本发明的入、出口过渡沟道槽截面示意图。 [0046] 图中：1为入口管，2为出口管，3为端盖，4为轴套，5为挤压杆，6为环形的输液管沟道槽，7为弹性输液管，8为出口过渡沟道槽，9为底座，10为入口过渡沟道槽，11为外壳，12为控制器，13为温度传感器，14为步进电机，15为压缩弹簧，16为滑动槽。 具体实施方式[0047] 如图1、图2所示，以用在生物体内辅助血液流动为例，为本发明提供的一种智能生物辅助供液系统，该辅助供液系统包括：装置主体，用于提供动力的驱动机构，用于实时检测温度的测温装置和控制器； [0048] 装置主体由血液入口管1、血液出口管2、弹性输液管7、密封圈、外壳11、端盖3和通过螺母与端盖3连接的底座9组成； [0049] 底座9的上表面开设有用来固定弹性输液管7位置的环形的输液管沟道槽6，以及分别与环形的输液管沟道槽6端部相连接的入口过渡沟道槽10和出口过渡沟道槽8，其中环形的输液管沟道槽6的端部分别与弹性输液管7两端对应；为保证密封性，弹性输液管7安装时，可将弹性输液管7两端分别部分插入到入口过渡沟道槽10和出口过渡沟道槽8内，插入的部分外壁与入口过渡沟道槽10和出口过渡沟道槽8槽壁之间分别设有用来防止血液流出的密封圈；血液入口管1和血液出口管2分别与入口过渡沟道槽10和出口过渡沟道槽8的外端口相连接，即血液入口管1与入口过渡沟道槽10的外端口导通，血液出口管2与出口过渡沟道槽8的外端口导通；血液入口管1和血液出口管2都位于端盖3上；安装完成后，通过端盖3与底座9的挤压作用，实现血液入口管1和血液出口管2分别与入口过渡沟道槽10和出口过渡沟道槽8之间的密封。 [0050] 如图5所示，入口过渡沟道槽10的截面和出口过渡沟道槽8的截面均为从远离弹性输液管7的远端(对应于外端口)向近端(对应于内端口)逐渐扩大的结构，能够做到在入口处减小血液流动速度，起到缓冲作用，在出口处提高血液流动速度，促进血液循环；其中入口过渡沟道槽10、和出口过渡沟道槽8的外端口分别与血液入口管1和血液出口管2导通，入口过渡沟道槽10、和出口过渡沟道槽8的内端口与输液管沟道槽6的两个端部对应导通。血液入口管1、入口过渡沟道槽10、弹性输液管7、出口过渡沟道槽8和血液出口管2组成密封的血液流通空间。 [0051] 在压管沟道槽6围成区域内，对应的底座9上设有用于容纳轴套4的圆柱形容纳槽；轴套4最大外径略小于容纳槽内径尺寸，避免卡死轴套4。底座9的底部中心开有一圆柱孔，圆柱孔同时位于上述容纳槽底部中心处，圆柱孔与轴套4配合，供轴套4的传动轴穿过进而实现与步进电机14输出轴的连接； [0052] 如图4所示，轴套4上开设有沿轴套4中心轴径向设置的滑动槽16，在滑动槽16内安装有与滑动槽16能够往复运动的挤压杆5，挤压杆5与轴套4之间安装有压缩弹簧15，压缩弹簧15处于压缩状态，挤压杆5远离压缩弹簧15的一端与弹性输液管7侧壁相抵，通过压缩弹簧15外推挤压杆5，使挤压杆5在弹性输液管7上产生径向压力，实现对弹性输液管7的挤压。轴套4面向端盖3的一侧端面上有凸起的圆柱形台阶面，端盖3面向轴套4的一侧端面设有圆柱形孔槽。当把轴套4安装到底座9内部，端盖3与底座9对正安装定位时，上述圆柱形台阶面刚好与端盖3中的圆柱形孔槽重合，在轴套4旋转时，起到轴承的作用，防止轴套是悬臂梁结构，实现2点支撑，便于轴套的旋转； [0053] 驱动机构由一与控制器12相连的步进电机14和安装在步进电机14上的轴套4组成，轴套4的结构如上所述；步进电机14通过电机固定座安装在外壳11上，外壳11与底座9通过螺母连接，在外壳11与底座9之间安装有密封圈； [0054] 测温装置由一与控制器12相连的温度传感器13组成，温度传感器13为一小型温度传感器，测温范围为-55℃～+125℃，分辨率为0.1度，对于豹，正常情况下血液温度为37℃，当豹奔跑时，体内温度能达到40℃左右，温度传感器13足够满足对血液温度的及时测量，同时，温度传感器13实时监测血液温度，并发送信号给控制器12。 [0055] 控制器12安装在外壳11内，控制器12与温度传感器13和步进电机14相连，控制器12用于接收温度传感器13的温度信号，并同时实现对步进电机14的驱动控制。 [0056] 步进电机14的转速由温度传感器经控制器实时控制，当温度为37℃时，步进电机以一正常的转速转动，产生的血液流量与豹平常走动时的血液流量相同，使得豹能维持正常运动，当温度升高到40℃左右时，步进电机高速转动，产生大的血液流量促进血液循环，一方面能给大脑降温，另一方面能更快地给大脑补充能量。 [0057] 弹性输液管7为无毒的生物医学输血管。例如，弹性输液管7为医用硅胶管、乳胶管或PA塑料材料的输血管。 [0058] 挤压杆5的端部为半球形，使得当弹性输液管7在环形沟道槽6内时，挤压杆5在压缩弹簧15的作用下能完全顶住弹性输液管7，使得弹性输液管7内的液体由于挤压杆5而分成两部分，保证在挤压杆5不动的情况下，弹性输液管7内的液体无法流动；同时避免挤压杆5端部对弹性输液管7外壁的过渡磨损。 [0059] 挤压杆5均匀分布在轴筒4的端面上，可以是2个，即相邻挤压杆之间的夹角为180度，当前一个挤压杆把液体从入口管处推至出口管处时，后面一个挤压杆开始工作，重复前面一个挤压杆的工作，2个挤压杆交替工作，也可以是3个或4个，相邻挤压杆之间的夹角分别为120度和90度。 [0060] 端盖3，底座9，轴套4和外壳11的材料均为具有生物兼容性的应用钛合金材料。 [0061] 结合图3所示，以设置在豹体内为例，本发明的智能生物辅助供液系统工作原理为：在辅助供液系统的入口管1和出口管2上分别连接血管，将温度传感器13置于温度变化的血液中，血液自入口管1流入，经入口过渡沟道槽10后，流向环形的输液管沟道槽6内的弹性输液管7，然后经出口过渡沟道槽8，由出口管2流出；步进电机14电机轴上安装有轴套4，轴套4上端表面固定安装有若干挤压杆5，挤压杆5在压缩弹簧15的作用下，对弹性输液管7产生径向压力，将弹性输液管7压扁，使弹性输液管7内的血液分成两部分；当血液温度为37℃时，温度传感器13把检测到的血液温度以信号的方式发送给控制器12，控制器12经过处理后控制步进电机14按照事先设定的速度旋转，带动轴套4上的挤压杆5同步旋转；随着挤压杆5的转动，弹性输液管7的变形不断沿着环形的输液管沟道槽6以蠕动的方式向挤压杆5转动的方向传递，从而挤压弹性输液管7中的血液沿着挤压杆5运动的方向流动，血液被从入口管1吸入，并被推至出口管2流出；当血液温度升高到40℃及以上时，温度传感器13将检测到的血液温度同样以信号的方式发送给控制器12，控制器12开始计时，由于温度传感器13实时在检测温度，如果40℃及以上的温度超过7秒时，控制器12自动判断当前豹处于捕猎高速奔跑过程中，于是才控制步进电机14按照设定的最高转速旋转，同样带动轴套4上的挤压杆5同步旋转，从而使弹性输液管7中的血液以更快的速度经出口管2流出；当血液温度在 37℃与40℃之间时，因为温度传感器13实时在检测温度，控制器12会根据从温度传感器13得到的信号控制步进电机14的转速，为了确保豹能正常活动，这时步进电机14的转速会提高，但基本在最低转速附近，避免过快的血液循环影响豹的正常活动，只有当控制器12确认豹处于奔跑捕猎时，才会控制步进电机14将转速升高到设定的最高值。 [0062] 在植入动物体内前，测量动物正常走动时，动物体内血液流动的流量，得到流量值，或者根据动物在一分钟内的心跳次数，通过计算得到流量值，然后将辅助供液系统置于模拟血液中，控制步进电机工作，在出口管处测量血液的流量，根据前面得到的流量值，得到步进电机的最低转速；步进电机的最高转速需要通过实际将辅助供液系统植入到动物体内，看动物的效果来得到，当然事先最好通过软件进行模拟，得到一个安全的最大转速，此速度应该要比理想的速度小，确保不影响动物的正常活动。 [0063] 具体应用时，将已经调整好参数的辅助供液系统植入到豹体内，在入口管和出口管处分别连接上血管，将温度传感器放在豹体内温度变化明显的部位，然后缝合一开始切开的部位即可。 |
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