驱动钛丝（SMA）的应用（3）胰岛素泵应用案例

【前言】

形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。

第3节 【胰岛素泵】

本章节涉及的是医疗领域，健康相关的电子产品的应用案例，仅供大家学习参考。

胰岛素泵也称为持续皮下胰岛素输注装置。

胰岛素泵由泵、小注射器和与之相连的输液管组成。小注射器最多可以容纳3毫升的胰岛素，注射器装入泵中后，将相连的输液管前端的引导针用注针器扎入患者的皮下（常规为腹壁），再由电池驱动胰岛素泵的螺旋马达推动小注射器的活塞，将胰岛素输注到体内胰岛素泵的基本用途是模拟胰腺的分泌功能，按照人体需要的剂量将胰岛素持续地推注到使用者的皮下，保持全天血糖稳定，以达到控制糖尿病的目的。（本段内容摘至百科，如有侵权请联系财哥删除）

胰岛素泵的驱动机构可采用钛丝作为驱动的动力源，目前在国内外都有相应的成熟应用案例。

财哥在本章节中，仅对胰岛素泵的钛丝驱动机构的核心原理和驱动思路供大家学习参考。

【驱动机构的荆棘齿组件】

钛丝驱动的胰岛素泵，一般采用荆棘齿组件作为动力源，常见的表现形式有单边荆棘齿和双边荆棘齿。

钛丝驱动棘爪推动棘轮作步进运动，这种啮合运动的特点是棘轮只能向一个方向旋转，而不能倒转。

下面的结构是一种双边设计思路，通过钛丝带动棘爪的左右交替驱动，实现小注射器做单向右边推动注射。

大家可以从这个思路做更加广泛的创新设计。

钛丝向右拉动，推动右边的棘轮逆时针旋转

钛丝向左拉动，推动左边的棘轮逆时针旋转

这个设计案例采用了一种双稳态的设计思路，通过交替驱动两根串联的钛丝，让水平左右步进的驱动力，转化为棘轮的单向旋转力，推动棘轮内部的螺杆，推动右边的注射器塞子。

【驱动机构的电路设计原理】

当系统给出注射指令时，MCU按照注射要求，输出定制的PWM波， 通过左驱动和右驱动控制MOS交替导通。

例如：

当系统给出注射指令时，MCU优先通过左驱动输出PWM波，左边的钛丝被驱动，棘爪右旋，推动棘轮执行一次旋转，棘爪头部和反馈触点2（P2）接触，反馈给MCU完成左驱动指令。

MCU接收到P2反馈指令后，停止左驱动输出PWM波，启动右驱动输出PWM波，右边的钛丝被驱动，棘爪左旋，推动棘轮执行一次旋转，棘爪头部和反馈触点1（P1）接触，反馈给MCU完成右驱动指令。

如此反复下去，直至驱动级数满足注射计量单位后停止，这样就完成了一次的注射指令。

【驱动方案特性】

这个案例的驱动机构设计得非常优秀，几乎完美的规避了各种风险，其特点如下：

1、双稳态设计，几乎0初始载荷，将钛丝驱动力的效率做到了最大化。

2、双反馈触点的设计，将电路门槛和成本降至了最低。

3、双反馈触点的设计，将钛丝的可靠性做得非常高，几乎避免了财哥在前几个章节中的所有注意事项。

4、无需对温度反馈补偿

5、无需冗余设计

6、无需对电流做精确的设计

7、无需对位移、寿命做精确的设计

8、最大的优点是双反馈触点的设计，最大的缺陷也是它，例如氧化的问题。当然，我们代入产品本身的使用场景和产品寿命而已，它的缺陷就不是缺陷了。

希望本章节可以对感兴趣的朋友带来一些启发，欢迎大家的关注和交流，也欢迎大家一起来合作开发，请点赞收藏转发！

钛丝科技 出品

作者 财哥说钛丝