CN109171651A - 一种自动采血机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动采血机器人，基于红外血管定位技术的自动采血机器人，包括箱体、红外血管定位建模系统、机械运动系统、穿刺系统、固定系统、控制系统及消毒止血部件。与现有技术相比，本发明的一种自动采血机器人，主要部件多采用工程塑料、钛合金等坚固轻便的材料。该自动采血机器人可实现精准高效的自动采血，同时节省大量人力成本，减轻患者痛苦，代表着未来智能医疗的发展方向。

Description

一种自动采血机器人

技术领域

本发明涉及一种自动采血机器人，属于医疗自动化设备技术领域。

背景技术

现如今，健康检测很多数据都是要靠血液分析来获取的。因此，抽血是健康体检重要环节。随着医疗技术的不断发展，抽血变得越来越普遍，伴随的是采血护士的工作量普遍增大。然而现实是人工抽血也面临着效率低、精度低、医疗暴露事故等问题。拟设计一个集血管三维定位系统、自动穿刺系统、止血系统、消毒系统等于一体的自动抽血机器。

目前，与之相关的技术有：

一：各种利用红外、LED光源的静脉显像仪

主要利用血液中血红蛋白对近外红光的吸收强于其他组织的原理，通过数字影像技术的处理，将皮下静脉情况实时原位投影显示在皮肤表面，从而能够辅助医护人员进行扎针、输液、抽血等操作及静脉各类病变的观察评估。但是该类静脉显像仪往往只能显示静脉的二维图像，而不能提供深度、厚度的坐标。本专利涉及的自动采血机器人可确定血管的三位模型和坐标，但并不显示在皮肤表面，而是传递给机械运动系统，实现精准穿刺。

二、Veebot采血机器人

由美国初创公司VascuLogic研制，采用红外线和超声波成像技术，使采血过程更安全、更高效。这种原型医疗机器人名为Veebot，它利用红外线和超声波成像技术，专门用于替代护士给患者打针抽血，其准确率在百分之八十三左右，每次操作的整个过程持续大约一分钟，但具体时间和抽血的血量也有关系。但是开款机器人外形设计冷硬，容易让被抽血者产生毛骨悚然之感，而且准确率也有待提高。本专利涉及的自动采血机器人采用不少于3个的红外探头进行定位，确保定位精准；同时采用相同的成像原理进行实时校准；将整个设备包裹在箱式壳体内，壳体上的液晶屏和音响可进行视频音频提示。相比Veebot采血机器人，采血准确率更高且更加人性化。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种利用红外检测，皮肤测距等检测方式，从而对人体内的血管实现精确定位的自动采血机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种自动采血机器人，包括侧部和顶部具有开口的箱式外壳，所述箱式外壳内设置有手臂床，该手臂床两侧各设一导轨，导轨上沿其长度方向依次设置有第一滑座、第二滑座、第三滑座，第一滑座和第三滑座上均设置有用于固定手臂的压臂，两根导轨的第二滑座之间设置有拱门，所述拱门上分布有至少三个红外血管显像仪，所述拱门上设置有机械折叠臂，机械折叠臂的末端设置有内空心的针筒仓，针筒仓内具有用于固定负压采血管的夹持部件，针筒仓的端部具有通孔，通孔处内置有压力传感器，通孔外为采血针机构，所述采血针机构包括可插置于针筒仓端部通孔内的针座，针座的一端固定设置有针头，另一端固定设置有橡胶管，橡胶管连接针筒仓内的负压采血管，针头和橡胶管在针座内相互连通，针头外部设置有针套，针套与针座之间设置有弹簧，弹簧为压缩状态下针头从针套内伸出，橡胶管外部设置有接触压力传感器的传力部。

作为进一步的优选方案，所述针筒仓的两侧各设置有一个红外血管显像仪，针筒仓上靠近采血针机构的位置设置有用于稳定采血针机构的机械持针器，所述机械持针器上设置有消毒止血装置。

作为进一步的优选方案，所述针筒仓内安装有确定采血量的光电门。

作为进一步的优选方案，所述针筒仓端部的通孔处安装有皮肤测距传感器。

作为进一步的优选方案，所述拱门上还设置有一对消毒液容器。

与现有技术相比，本发明的一种自动采血机器人，主要部件多采用工程塑料、钛合金等坚固轻便的材料。该自动采血机器人可实现精准高效的自动采血，同时节省大量人力成本，减轻患者痛苦，代表着未来智能医疗的发展方向，主要具备以下有点：

1.本专利涉及的自动抽血机器人可把医疗工作人员从繁重的抽血工作中解放出来，同时在不具备完善的医疗条件或卫生条件恶劣的环境下使医疗人员远离暴露事故，大大减少医疗事故发生的概率。

2. 本专利涉及的自动抽血机器人可节约有效的人力资源，便于医疗机构控制成本。

3. 本专利涉及的自动抽血机器人能极大地提高病人就医效率与医生工作效率。

4.自动抽血仪的精准性可大大提高医疗质量，使医疗工作变得迅速科学，减少误差。

附图说明

图1是箱式外壳结构示意图；

图2是导轨的结构示意图；

图3是导轨的俯视图；

图4是导轨的侧视图；

图5是针筒仓的结构示意图；

图6是采血针机构的结构示意图；

其中，1-箱式外壳，2-导轨，3-第一滑座，4-第二滑座，5-第三滑座，6-压臂，7-拱门，8-红外血管显像仪，9-机械折叠臂，10-针筒仓，11-夹持部件，12-针座，13-针头，14-橡胶管，15-针套，16-传力部，17-机械持针器，18-消毒止血装置，19-消毒液容器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

如图1所示，本发明的一种自动采血机器人，包括侧部和顶部具有开口的箱式外壳1，所述箱式外壳1内设置有手臂床，箱式外壳1采用了圆角长方体箱式外壳，上有可以打开的盖子（为使用保养清洁提供便利），材料优先选择轻便而坚固的复合材料。在外壳上前后开设两个洞口，因而可以将手臂完全伸入，平放于手臂放置手臂床上，贯穿自动采血机器人的内部空间。前洞口设有双开门，可以扩大洞口便于后续过程中的操作。在壳体正面，有触摸显示屏、手动操作台和二维码打印机镶嵌在表面；在壳体的后侧则镶嵌有总开关和各种数据线电线接口；箱式外壳1内置中央处理器、数据储存系统、语音提示的音箱，以及其他针对于不同实际情况增添的不同辅助元件，形成机器人的控制系统、数据存储系统。

该手臂床两侧各设一导轨2，两根导轨2平行于手臂床，每根导轨2上沿其长度方向依次设置有第一滑座3、第二滑座4、第三滑座5，第一滑座3、第二滑座4、第三滑座5上分别安装有电机，三个滑座通过各自的电机在导轨2上移动，第一滑座3和第三滑座5上均设置有用于固定手臂的压臂6，压臂6通过驱动电机可在滑座上摆动，从而按压放置于手臂床上的手臂，滑座的移动由控制系统调节。

两根导轨2的第二滑座4之间设置有拱门7，所述拱门7上分布有至少三个红外血管显像仪8，多个红外血管显像仪8等距分布在拱门7上，拱门7上的红外血管显像仪8形成对人体血管的初步定为，此外，拱门7上还设置有一对消毒液容器19。

所述拱门7上还设置有机械折叠臂9，机械折叠臂9分为两根相对活动的运动臂，两个运动臂的端部相互铰接，其中一个运动臂铰接在拱门7上，另一个运动臂与针筒仓10铰接，每个铰接处具有伺服电机驱动运动，机械折叠臂9整体的活动由控制系统调节。

针筒仓10为内空心的，针筒仓10内具有用于固定负压采血管的夹持部件11，以及确定采血量的光电门，针筒仓10的端部具有通孔，通孔处内置有压力传感器，压力传感器连接机器人控制系统，通孔外为采血针机构，采血针机构受到阻力后，压迫压力传感器，压力传感器向控制系统发送信号，压力传感器选用小型的环形垫圈单压力传感器。

所述采血针机构包括可插置于针筒仓10端部通孔内的针座12，针座12的一端固定设置有针头13，另一端固定设置有橡胶管14，橡胶管14连接针筒仓10内的负压采血管，针头13和橡胶管14在针座12内相互连通，针头13外部设置有针套15，针套15与针座12之间设置有弹簧，弹簧为压缩状态下针头13从针套15内伸出，橡胶管14外部设置有接触压力传感器的传力部16；针筒仓10和采血针机构构成穿刺系统，采血管的前后运动由采血管下方的横置电机、传动机构（带齿的杆）和圆弧型的夹持部件构成。传动机构在电机的带动下驱动夹持部件前后运动，进而实现采血管的前后移动，使橡胶管14刺入负压采血管。夹持部件采用韧性材料制成，可通过形变将采血管夹持固定住。

所述针筒仓10端部的通孔处安装有皮肤测距传感器，针筒仓10的两侧各设置有一个红外血管显像仪8，形成对人体血管的重新校准定位，针筒仓10上靠近采血针机构的位置设置有用于稳定采血针机构机械持针器17，所述机械持针器17上设置有消毒止血装置18，具体分为消毒喷嘴和止血喷嘴（使用止血喷雾）。

下面的描述是针对于自动采血机器人预计的工作流程，需要进行采血的患者在医生或导诊台处拿到所需种类的采血管和专用采血针（采血针机构），坐在放置自动采血机器人的桌子（架子）前，根据胳膊的高度调整座椅高度，以便于之后采血可以下一个相对舒服的姿势。

点击触摸屏幕上的“采血”，之后按照屏幕给出的选项选择所使用的采血管和采血剂量。这样之后，双开门就会打开，运动系统会将穿刺系统从前口伸出来，供人工安装针具（将采血针插入到针筒仓10端部通孔）。安装针具的过程中，机械持针器17会左右分开，并将中间的采血管通道敞开——人工将采血管倒插入采血管通道，感觉到卡扣卡住（系统会提示：“您已将采血管安装到位”），即完成采血管的安装；之后人工将手持采血针具的基座部分将采血针具推入执针器右翼的卡扣，感觉卡扣卡住（系统会提示：“您已将采血针具安装到位”），即完成对采血针的安装。

针管针具安装完毕，患者点击“确定”之后，穿刺系统会缩回自动采血机器人的箱式外壳1内，双开门也会关闭。这是患者这可以在机器给出“可以将手臂以手心向上的姿势伸入”的提示后，将手臂伸入自动采血机器人的箱式外壳1内，在在手臂安置床上放松放置。

之后，拱门7在导轨2上移动，从头到尾对手臂进行系统的扫描，通过红外血管显像仪8的扫描测绘手臂表层血管的分布三维模型，并通过算法的分析确定最适宜采血的位置（区间）。之后固定臂会移动到带区间的两侧，放下压臂，将患者的手臂压住起到固定的作用。压臂之间的间距是设定好的，可以为穿刺系统提供充分的工作空间，又能较好地完成固定任务。这样之后，自动采血机器人就会提示患者，“请不要再挪动手臂，请尽量保持静止。”接着，三台红外仪将对局部进行细致的血管三维建模，在这个过程中确定预计针头运动轨迹、穿刺角度与穿刺方向，做好穿刺前的最后准备。

机械折叠臂9开始将穿刺系统运送到皮肤表面，在这个过程中针筒仓10两侧的红外血管显像仪8始终工作，随时更新针头的坐标，并将实时坐标传递给数据处理器与理论坐标进行比对和校准，确保针头动作的准确。专用针头的针套15会首先接触到皮肤，继续下降过程中针套后部的弹簧会被压缩。当压缩量到达一定程度到某一定值，皮肤测距系统和力学传感器将受力数据传递给数据处理器，此过程中皮肤测距系统和定位校准系统协同工作，实现定位范围和精度的互补，结合血管定位建模系统的坐标数据，形成三重保险，进一步确保针尖运动的准确性。

针头13的针尖推进到距离皮肤还有大约1mm，机械折叠臂9上的所有伺服电机关闭，穿刺系统的伺服电机启动，快速将穿刺系统的针尖结构推入皮肤实现快速的穿刺。穿刺成功后立刻由采血管运动机构将针筒中的采血管向前推完成其与采血针的连接，开始采血。针筒结构中的光电门可以根据血液遮挡的高度确定采血量是否达到要求。采到足量血液后，穿刺系统采血管运动机构的电机将针筒向后抽出。止血喷油喷出止血液，完成止血，同时机器提醒“其注意在一分钟内尽量避免擦拭止血药液喷雾处”。

机械臂伺服电机重新启动，将穿刺系统移开手臂表面，双开门打开，患者将手臂移出，同时系统提醒“按压采血点”。

患者将手臂完全移出后（倒计时5s），穿刺系统从前口伸出，执针器左右翼向两侧打开，人工旋转取下针头并丢弃（此时由于已经脱离皮肤，针套已经由弹簧作用重新将针尖藏在其内部，因而对于操作者已基本无危险，但是系统还是会提醒患者注意安全）再取下采血管带走。

在人工确认操作完成之后系统会自动复原，同时二维码打印机打出二维码，人工将其贴在采血管上，取走进行后续处理。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动采血机器人，其特征在于：包括侧部和顶部具有开口的箱式外壳（1），所述箱式外壳（1）内设置有手臂床，该手臂床两侧各设一导轨（2），导轨（2）上沿其长度方向依次设置有第一滑座（3）、第二滑座（4）、第三滑座（5），第一滑座（3）和第三滑座（5）上均设置有用于固定手臂的压臂（6），两根导轨（2）的第二滑座（4）之间设置有拱门（7），所述拱门（7）上分布有至少三个红外血管显像仪（8），所述拱门（7）上设置有机械折叠臂（9），机械折叠臂（9）的末端设置有内空心的针筒仓（10），针筒仓（10）内具有用于固定负压采血管的夹持部件（11），针筒仓（10）的端部具有通孔，通孔处内置有压力传感器，通孔外为采血针机构，所述采血针机构包括可插置于针筒仓（10）端部通孔内的针座（12），针座（12）的一端固定设置有针头（13），另一端固定设置有橡胶管（14），橡胶管（14）连接针筒仓（10）内的负压采血管，针头（13）和橡胶管（14）在针座（12）内相互连通，针头（13）外部设置有针套（15），针套（15）与针座（12）之间设置有弹簧，弹簧为压缩状态下针头（13）从针套（15）内伸出，橡胶管（14）外部设置有接触压力传感器的传力部（16）。

2.根据权利要求1所述的一种自动采血机器人，其特征在于：所述针筒仓（10）的两侧各设置有一个红外血管显像仪（8），针筒仓（10）上靠近采血针机构的位置设置有用于稳定采血针机构的机械持针器（17），所述机械持针器（17）上设置有消毒止血装置（18）。

3.根据权利要求1所述的一种自动采血机器人，其特征在于：所述针筒仓（10）内安装有确定采血量的光电门。

4.根据权利要求1所述的一种自动采血机器人，其特征在于：所述针筒仓（10）端部的通孔处安装有皮肤测距传感器。

5.根据权利要求1所述的一种自动采血机器人，其特征在于：所述拱门（7）上还设置有一对消毒液容器（19）。