周大威，屠昌跃，耿传熙，何笑筱，刘木林，潘 波，邵君华

（迈得医疗工业设备股份有限公司，浙江 台州 317607）

医药产业是关系国计民生的重要产业，是培育战略新兴产业的重要领域。医用导管是医药产业中的重要一员[1]。医用导管主要由医用材料（如医用塑料PVC、尼龙、聚氨酯好硅橡胶等）制备而成[2-3]，是可插入人体内或体外用于疾病的诊断或治疗的一种管材，医用导管的制备离不开对导管的切割。

随着医疗行业的高速发展，对于切割质量、精度要求不断提高，对提高生产效率、降低生产成本的自动切割功能的要求也在不断提升。在对医用导管定长切割过程中，很多生产厂家需要将各种医用所需导管切割成一定长度，以便于医用导管设备组装使用，因此，对于一种医用导管定长切割系统的迫切需求显而易见[4]。

医用导管行业越来越注重品质所带来的收益，其次才是价格。高品质的产品才是未来行业发展的最大趋势，价格仅仅是在一定的品质前提下吸引消费者的一些辅助因素。

随着中国的人口老龄化及医疗经济水平的提升，医用导管市场持续稳定增长，行业得到快速发展。就产品趋势来看，当前低端医用导管已经实现国产替代，市场趋于稳定，但是在高端医用导管方面，受限于技术，国内需要主要依赖于进口，但未来高端医用导管领域国产替代空间很大。

目前常用的导管定长切割装置中由于导管弹性、机构中的阻力和配重力的影响，使得切出的导管长度不一致，弹性导管料卷由于导管的黏性使得导管在放卷过程中回缠，导致整个供给系统卡死。而这些因素导致导管切割的长短精度和一致性达不到要求。全自动化医用导管组装设备需要一套稳定的导管供给系统，基于这些需求，研制了一套自动上管切割系统。

1 设备的结构及工作原理

整套系统可分为导管牵引切割系统和导管供给系统。

导管牵引切割系统由导管切割机构、导管推送机构和导管配重机构组成，如图1所示。系统运行时导管固定手指夹打开，导管推出手指夹夹住导管将导管推出一段距离使导管露出切管机构，方便拉管手指夹夹取，拉管手指夹再将前端漏出部分导管夹住，同时导管推出手指夹打开，拉管手指通过伺服机构将导管拉出到相应长度，此时固定手指夹夹住导管，拉管手指通过伺服机构后退一段距离，使导管拉出规定长度准备切割，配重块将前端导管部分通过重力往后拉直，推出手指夹退回并将导管夹住，切割机构将导管切断，得到规定长度的导管。

通过伺服机构牵引导管手指夹的回撤，缓解了导管在伺服机构牵引时产生的弹性变形，通过伺服机构保证夹管手指夹和导管切管机构的位置，通过配重块来实现导管的回退，保证了整根切割导管在配重块重力拉直的情况下变形量不会太大。由于导管的大小、变形量不同，此机构可以通过调节配重块的质量和位置，使切割好的导管长度一致。

导管供给系统由导管牵引机构、导管制动机构和导管配重机构组成，如图2所示。导管料卷固定在转轴上，可随转轴一起转动，导管从料卷抽出经过导轮组2导向进入到牵引轮，然后穿过配重块，再经过导向轮组1，导管进入输送装置。

牵引气缸压住牵引轮上的导管，通过牵引电机带动牵引轮的转动，将导管不断抽出同时料卷随之转动。导管在配重块的作用下往下移动进行导管缓存，当感应器感应到配重块位置，牵引电机停止转动同时制动气缸压住料卷转轴，料卷停止转动导管释放完成。当导管被前端牵引切割系统抓取后，配重块位置上移，离开感应器位置时，牵引电机再次启动同时制动气缸打开，导管再次进行释放直至感应器感应到配重块。

导管通过牵引电机直接拉管配合制动气缸使导管料卷转动，防止了料卷主动转动时导管反向缠绕整个供给系统卡死，由于本机构设有导管缓存区且不用考虑牵引电机和料卷释放电机的速度匹配问题。配重块结构简单、质量轻，缓解了导管的弹性变形。

2 控制系统设计

2.1 控制系统整体设计

整台设备的控制系统主要任务是弹性导管在运行过程中的运动控制、机械爪控制和定位控制。通过PLC控制导向伺服机构实现导管定位实时控制[5]，同时利用触摸屏进行工作过程的监控及各种模式的切换和操作。导管牵引切割系统和导管供给系统控制方案分别如图3、图4所示。

图3 导管牵引切割系统控制方案

2.2 PLC控制系统

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部CPU、指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成。

本设备整体控制系统以PLC为核心，完成气缸、伺服电机的检测控制、运动控制和指示灯的控制，同时装配Proface触摸屏实现人机界面交互[6-7]。核心的多级定向、柔性定位工艺通过多个磁性开关获得导管的阶段位移，同时配合供给模块实现同步有序的导管定长切割。图5、图6为每个动作的操作界面，可通过按钮进行单个动作的操作。

图5 操作按钮界面1

图6 操作按钮界面2

整体控制系统以PLC为核心，选用了欧姆龙伺服驱动器以及欧姆龙电机、Proface触摸屏、正泰电器等硬件。整机控制程序较庞大，主要分为公共程序、牵引伺服程序和放卷伺服程序等，能够实现初始化运行、软管自动夹持和位置控制、高频加热熔头磨具温度控制、故障处理等各项任务，PLC的输出控制主要是通过辅助继电器实现的。

图4 导管供给系统控制方案

3 结论

经济的发展、医疗保险制度的完善和群众医疗需求的不断提高等，一直推动着医疗行业技术的提升。在市场需求额的刺激和经济稳定持续增长的背景下，中国的医疗器械行业也面临着重大考验，亟需解决现如今医疗设备上所存在的问题难点。

针对弹性导管切割所面临的设备在工作运行中所触及的阻力以及添加的配重的影响及导管切割时的长短不均等问题，最终导致整个系统卡死无法运行。本设备通过采用多级缓存、柔性定位控制传感器技术、恒张力同步控制系统技术，解决了软管在全自动组装设备中导管拉伸、长度不准确的问题。相比其他机构同等长度导管长度偏差减少90%，对于定长切割弹性大的细导管优势明显。

本设计的意义在于归纳总结了原有普通导管的切割形式，并以此设计出了稳定的弹性导管定长切割，解决了弹性导管切割时由于弹性张力导致的长短不均问题。