CN109011030A - 自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置 - Google Patents

自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置，解决在了自动注射仪器上的注射针头的针尖位置定位问题，保证了每次更换针头后，可以使得自动注射仪器可以以最小的摩擦力进行快速、准确的输液、穿刺、取样等过程。

Description

自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置
技术领域
本发明利用图像处理技术发明了一种对自动注射装置针头针尖的位置检测矫正方法及装置。
背景技术
目前，我国在利用注射器进行临床输液、穿刺、取样等过程都是由医生或护士人工完成，效率低下。急需可以自动注射装置代替人工提高效率，缓解医生和护士的压力。而注射器的针管由于不接触人的血液等通常进行重复利用，而针头每次注射后均需要更换，但是针头更换时，针头的朝向无法保证，从而导致很多时候针头的针尖朝向不对，难以扎入人体。
具体的，注射器针头具有防生物形态，针尖包括外壁面和针尖斜面，只有经过将针尖外壁贴近到人体皮肤表面才能降低注射穿刺过程中的针尖受到的摩擦力，从而快速，准确的进行注射过程。
自动注射仪器，需要方法对针头位置进行检测分析，才能准确、快速进行注射。
当对人体进行静脉注射和动脉注射时，需要注射器针头针尖的背面首先接触人体的皮肤，因此才能减少注射、穿刺的那个过程中的摩擦力，保证注射器能准确的刺入静脉或动脉。
在进行静脉或动脉注射时，对于无菌技术要求较高，人工注射难免会带来细菌，给患者带来感染，采用自动注射仪器在无菌环境下进行注射，更好的保证动脉或静脉注射的无菌要求。
发明内容
本发明主要解决在自动注射仪器上的注射针头的针尖位置定位问题，使得自动注射仪器可以以最小的摩擦力进行快速、准确的输液、穿刺、取样等过程，提供一种对自动注射装置针头针尖的位置检测矫正方法及装置。
一种自动注射仪器针头的位置检测矫正方法，包括如下步骤：
所述注射器针头针尖局部放大，以注射器针管中心轴为空间坐标系的Z轴，以针头的针尖斜面开始处的截面为水平面建立X-Y-Z空间直角坐标系；
其中S1为针尖位置起始时，第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积,S2为旋转装置旋转θ角度后，第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积图；L1为针孔直径，z为针尖的高度；
当以注射器针管中心轴为空间坐标系的Z轴时，从Z方向往下看注射器针头针尖的运动轨迹为以0.5L1为半径的圆；针尖运动轨迹公式为：x＝0.5L1×cosθ,y＝0.5L1×sinθ，θ∈[0，2π]；x表示针尖的X轴坐标，y表示针尖的Y轴坐标，这样通过两台高精度相机分别通过X,Y轴两个方向图像面积比值来确定针尖的坐标，同时可以控制伺服旋转装置，旋转到标准位置。标准位置即固定位置，是安装针头后，针尖的背面首先接触人体的皮肤的位置。
进一步的改进，通过X,Y轴两个方向图像面积比值来确定针尖的坐标的步骤如下所示：
当第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积S1；S1＝S2×cosθ；最终得到θ＝arccos(S1/S2)，θ∈[0，2π]；
由于图片计算出来的面积没有符号，因此θ＝arccos(S1/S2)求出的θ会有四个值，对应两个针尖的y坐标值，此时再次检测拍摄的图片针尖的位置看针尖高度最高的位置在y轴的负平面，还是在y轴正平面；从而将四个位置减少到两个位置；
其中S3为针尖位置起始时，第二高精度相机从Y轴方向拍摄的针尖面积,S4为旋转装置旋转θ角度后，第二高精度相机从Y轴方向拍摄的针尖面积图；L1为针孔直径，z为针尖的高度；则
S3＝S4×cosθ；最终得到θ＝arccos(S1/S2)，θ∈[0，2π]
y轴方向的第二高精度相机在y轴方向拍摄的针尖面积S3；S3＝S4×cosθ；最终得到θ＝arccos(S3/S4)，θ∈[0，2π]；得到四个位置，并从Y轴看针尖处于X轴的正平面还是负平面；从而确定针尖的位置。
进一步的改进，包括第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)；第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)的朝向相互垂直；第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)的朝向均与自动注射仪器上注射针头(4)的轴向垂直；伺服旋转控制装置(2)连接有针头固定装置；第一高精度相机(1)、第二高精度相机(3)和伺服旋转控制装置(2)均电连接智能控制装置。针头固定装置为与针头配合的插管或插杆等与注射器上安装针头部位类似的结构或者夹具等。
进一步的改进，配合第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)安装有挡光面板(5)。
将pc端口将处理后的图像信息，传输给伺服旋转控制装置，控制旋转装置进行角度调整到规定位置。
自动注射仪器安装好已经调整的注射针头，然后再次进行下一个自动注射仪器的注射针头校准。
一种自动注射仪器针头的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)自动注射仪器将注射针头送入到自动旋转装置上，加紧装置固定好针头，准备进行拍照。加紧装置为机械臂等自动控制结构。
(2)两台夹角为90度的工业相机,对注射针头针尖进行拍照，将注射器针尖正面和侧面图像信息传输到电脑端。
(3)电脑利用对注射针头针尖图像信息进行处理，得出目前注射针头针尖位置信息，传输给自动旋转装置，自动旋转装置旋转一定角度，然后计算出旋转后针尖所处的位置，然后控制旋转装置旋转到规定位置。
(4)重复上述(2)(3)过程确定注射针头已经旋转到规定位置，重新将注射针头安装到自动注射仪器上。
(5)旋转装置上的夹具松开，转换下一组自动注射仪器和注射针头，重复(2)(3)(4)步骤直至正确安装上所有注射针头。
(6)当所有注射针头安装好后，自动注射仪器会将注射针头进行以静脉注射或动脉注射的最适合角度对注射针头进行调节固定。
(7)对于人体将手臂放入，自动注射仪器里面时，自动注射仪器将根据人体手臂的长度，大小的不同改变无菌注射空间大小协助调整注射针头角度。
(8)无菌注射空间内放置有人体血管检测装置检测人肢体的血管大小和位置，确定注射针头刺入人体血管位置及深度。
(9)确定人体血管和深度后，自动注射仪器进针刺入人身体，进行注射。
附图说明
图1为z轴方向针尖运动轨迹俯视图
图2为x轴方向针头旋转侧视图
图3为检测装置示意图
具体实施方案
为实现上述技术，本发明的装置，其包括第一高精度相机1和第二高精度相机3、伺服旋转装置2、自动注射仪器上注射针头4以及挡光面板5，同时为分析高精度相机拍摄的图像信息搭载了图像检测检测算法的电脑、根据图像处理信息对伺服旋转装置进行控制的伺服旋转控制装置和自动注射仪器。
首先对整个检测装置建立空间直角坐标系，如图2以安装在伺服旋转装置上的注射针头针管的中心轴为Z轴，同时以针头的针尖斜面开始处的截面为水平面建立空间直角坐标系。
第一高精度相机，安装在x轴方向，拍摄针尖在X轴方向的图像信息，经过图像信息处理后得到针尖的y坐标。
第二高精度相机，安装在y轴方向，拍摄针尖在X轴方向的图像信息，经过图像信息处理后得到针尖的x坐标。
伺服旋转装置2可以固定针头，使得针头针管的中心轴位置与空间坐标系的Z轴重合，同时，可以根据需要对针头位置旋转转移。移动到规定的标准位置。
自动注射仪器上安装有注射针头，本发明主要目的是通过图像处理信息控制伺服控制装置，对自动注射仪器上的注射针头的位置进行矫正。
挡光面板5，主要减少外部光源对相机拍摄的图像的干扰。
pc电脑端将图像信息处理后传输给伺服控制装置控制伺服旋转装置对注射针头进行位置矫正。
本实施例的一种自动注射仪器上注射针头针尖位置检测方法，包括以下步骤：
(1)自动注射仪器将注射针头送入到自动旋转装置上，加紧装置固定好针头，准备进行拍照。
(2)两台夹角为90度的工业相机,对注射针头针尖进行拍照，将注射器针尖正面和侧面图像信息传输到电脑端。
(3)电脑利用研发出的算法对注射针头针尖图像信息进行处理，得出目前注射针头针尖位置信息，传输给自动旋转装置，控制旋转装置旋转到规定位置。
(4)重复上述(2)(3)过程确定注射针头已经旋转到规定位置，重新将注射针头安装到自动注射仪器上。
(5)旋转装置上的夹具松开，转换下一组自动注射仪器和注射针头，重复(2)(3)(4)步骤直至正确安装上所有注射针头。
(6)当所有注射针头安装好后，自动注射仪器会将注射针头进行以静脉注射或动脉注射的最适合角度对注射针头进行调节固定。
(7)对于人体将手臂放入，自动注射仪器里面时，自动注射仪器将根据人体手臂的长度，大小的不同改变无菌注射空间大小采用机械臂等协助调整注射针头刺入皮肤的注射角度。
(8)无菌注射空间内放置有人体血管检测装置检测人肢体的血管大小和位置，确定注射针头刺入人体血管位置及深度。血管检测装置为血管检测仪等。
(9)确定人体血管和深度后，自动注射仪器进针刺入人身体，进行注射。
上面对本专利的最佳实施方式作了详细的说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种自动注射仪器针头的位置检测矫正方法，其特征在于，包括如下步骤：
以注射器针管中心轴为空间坐标系的Z轴，以针头的针尖斜面开始处的截面为水平面建立X-Y-Z空间直角坐标系；
其中S1为针尖位置起始时，第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积,S2为旋转装置旋转θ角度后，第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积图；L1为针孔直径，z为针尖的高度；
当以注射器针管中心轴为空间坐标系的Z轴时，从Z方向往下看注射器针头针尖的运动轨迹为以0.5L1为半径的圆；针尖运动轨迹公式为：x＝0.5L1×cosθ,y＝0.5L1×sinθ，θ∈[0，2π]；x表示针尖的X轴坐标，y表示针尖的Y轴坐标，这样通过两台高精度相机分别通过X,Y轴两个方向图像面积比值来确定针尖的坐标，同时可以控制伺服旋转装置，旋转到标准位置。
2.如权利要求1所述的自动注射仪器针头的位置检测矫正方法，其特征在于，通过X,Y轴两个方向图像面积比值来确定针尖的坐标的步骤如下所示：
当第一高精度相机从X轴方向拍摄的针尖面积S1；S1＝S2×cosθ；最终得到θ＝arccos(S1/S2)，θ∈[0，2π]；
由于图片计算出来的面积没有符号，因此θ＝arccos(S1/S2)求出的θ会有四个值，对应两个针尖的y坐标值，此时再次检测拍摄的图片针尖的位置看针尖高度最高的位置在y轴的负平面，还是在y轴正平面；从而将四个位置减少到两个位置；
其中S3为针尖位置起始时，第二高精度相机从Y轴方向拍摄的针尖面积,S4为旋转装置旋转θ角度后，第二高精度相机从Y轴方向拍摄的针尖面积图；L1为针孔直径，z为针尖的高度；则
S3＝S4×cosθ；最终得到θ＝arccos(S1/S2)，θ∈[0，2π]
y轴方向的第二高精度相机在y轴方向拍摄的针尖面积S3；S3＝S4×cosθ；最终得到θ＝arccos(S3/S4)，θ∈[0，2π]；得到四个位置，并从Y轴看针尖处于X轴的正平面还是负平面；从而确定针尖的位置。
3.如权利要求1所述的自动注射仪器针头的位置检测矫正装置，其特征在于，首先对注射器针头针尖进行局部放大。
4.如权利要求1所述的自动注射仪器针头的位置检测矫正装置，其特征在于，包括第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)；第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)的朝向相互垂直；第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)的朝向均与自动注射仪器上注射针头(4)的轴向垂直；伺服旋转控制装置(2)连接有针头固定装置；第一高精度相机(1)、第二高精度相机(3)和伺服旋转控制装置(2)均电连接智能控制装置。
5.如权利要求4所述的自动注射仪器针头的位置检测矫正装置，其特征在于，配合第一高精度相机(1)和第二高精度相机(3)安装有挡光面板(5)。
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