CN111376276A - 一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，包括有机器人本体，机器人本体设置有固定臂和操作臂，固定臂包括有成对分布的第一X向导轨，其上分别安装有额头垫高度调整机构、牙托圈高度调整机构，额头垫高度调整机构上设置有额头垫组件，第一X向导轨之间设置有枕板，操作臂包括有成对分布的第二X向导轨，第二X向导轨上设置有镜鞘及升降机构与软管固定及推进机构或是咽拭子及连接管，镜鞘及升降机构上安装有内窥镜头，软管固定及推进机构上安装有咽拭子及连接管，机器人本体上电性连接有控制器。由此，能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。

Description

一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人

技术领域

本发明涉及一种标本采集设备，尤其涉及一种分体式遥操作自动呼吸道标 本采集机器人。

背景技术

根据新型冠状病毒感染肺炎诊疗方案，要将疑似病例确诊，必须具备以下 病原学证据之一：

1、呼吸道标本或血液标本实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性；

2、呼吸道标本或血液标本病毒基因测序，与已知的新型冠状病毒高度同源。

因此，采集标本是确诊新型冠状病毒肺炎不可或缺的一个重要环节，但这 是一项高风险且需要多次重复的操作，需要近距离接触病人，在棉签等取样过 程中，会引起患者剧烈咳嗽，飞沫四处飞溅，感染风险极高。由于冠状病毒具 有很强的传染性及一定的致死率，医务人员面临很大的职业暴露风险。

同时，呼吸道标本采集及检查决定了患者的诊断及出院标准，又是一项不 得不做的检查。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种分体式 遥操作自动呼吸道标本采集机器人，使其能够远距离或远程操作，既提高样本 采集的可靠性，也降低甚至避免医务人员的职业暴露风险提高操作的安全性并 减轻劳动强度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种分体式遥操作自动呼吸道 标本采集机器人。

本发明的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，包括有机器人本 体，其中：所述机器人本体设置有固定臂和操作臂，所述固定臂包括有成对分 布的第一X向导轨，所述第一X向导轨上分别安装有额头垫高度调整机构、牙 托圈高度调整机构，所述额头垫高度调整机构上设置有额头垫组件，所述第一X 向导轨之间设置有枕板，

所述操作臂包括有成对分布的第二X向导轨，所述第二X向导轨之间设置 有连接板，所述第二X向导轨上设置有镜鞘及升降机构与软管固定及推进机构 或是咽拭子及连接管，所述镜鞘及升降机构上安装有内窥镜头，所述软管固定 及推进机构上安装有咽拭子及连接管，

所述机器人本体上电性连接有控制器，或是所述机器人本体外连接有控制 器，所述控制器内设置有控制软件，所述控制器包括电机驱动器、计算机、AI 芯片、手控器中的一种或是多种，所述控制软件包括电机运动控制软件、图像 识别软件、计算软件中的一种或是多种。

进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述额头垫高度调整机构包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨上的第一 立柱、第二立柱，所述第一立柱、第二立柱通过滑块与第一X向导轨活动连接， 所述第一立柱、第二立柱间连接有第一横杆，所述第一横杆下方安装有额头垫 组件，

所述第一立柱、第二立柱内均安装有第一电机、第一丝杠及第一导向柱， 所述第一电机通过第一丝杠与第一导向柱相连，所述第一导向柱与第一横杆相 连，

所述额头垫组件通过额头垫快换接头与第一横杆相连。

更进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述牙托圈高度调整机构包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨上的第三 立柱、第四立柱，所述第三立柱、第四立柱通过滑块与第一X向导轨活动连接， 所述第三立柱、第四立柱之间连接有第二横杆，所述第二横杆下方安装有牙托 圈组件，

所述第三立柱、第四立柱内均安装有第二电机、第二丝杠及第二导向柱， 所述第二电机通过第二丝杠与第二导向柱相连，所述第二导向柱与第一横杆相 连，

所述牙托圈组件通过牙托圈快换接头与第二横杆相连。

更进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述第二X向导轨通过滑块活动连接有第五立柱、第六立柱，所述第五立柱、 第六立柱之间通过Y轴旋转机构连接有Y向导轨，所述Y向导轨上安装有镜鞘 及升降机构与软管固定及推进机构。

更进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述Y轴旋转机构包括有Y向电机，所述Y向电机上连接有摆臂，所述摆臂上 设置有转轴。

更进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述镜鞘及升降机构包括导管座，所述导管座上接插有导管，所述导管座上还 通过第一连接板连接有第一丝杆电机。

再进一步地，上述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其中， 所述软管固定及推进机构包括有第二连接板，所述第二连接板上设置有第二丝 杆电机。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是 异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。

2、固定臂与操作臂非一体式构造，实现“分体式的双臂”协同操作，既可 提高样本采集的可靠性，也可进一步减少医务人员的接入操作，减轻劳动强度。

3、通过控制器与相应软件的配合，可以实现人工智能在大数据积累下的自 动学习，提高采集的精度、效率和可靠性。

4、整体构造简单，易于制造，使用实施也较为捷化。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附 图详细说明如后。

附图说明

图1是本分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人的整体结构示意图。

图2是本分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人的正面结构示意图。(未 显示控制器)

图3是图2的剖面结构示意图。(未显示控制器)

图4是本分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人的侧面结构示意图。(未 显示控制器)

图5是图4的剖面结构示意图。(未显示控制器)

图6是本分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人的俯视结构示意图。(未 显示控制器)

图中各附图标记的含义如下。

1固定臂 2操作臂

3第一X向导轨 4额头垫高度调整机构

5牙托圈高度调整机构 6滑块

7第一立柱 8第二立柱

9第一电机 10第一丝杠

11第一导向柱 12第一横杆

13额头垫组件 14额头垫快换接头

15第三立柱 16第四立柱

17第二电机 18第二丝杠

19第二导向柱 20第二横杆

21牙托圈组件 22牙托圈快换接头

23枕板 24第二X向导轨

25连接板 26第五立柱

27第六立柱 28Y向导轨

29Y轴旋转机构 30内窥镜头

31镜鞘及升降机构 32咽拭子及连接管

33软管固定及推进机构 34转轴

35Y向电机 36摆臂

37导管座 38导管

39第一丝杆电机 40第一连接板

41第二丝杆电机 42第二连接板

43控制器

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以 下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至6的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，包括有机器 人本体，其与众不同之处在于：采用的机器人本体设置有固定臂1和操作臂2。 具体来说，固定臂1包括有成对分布的第一X向导轨3，第一X向导轨3上分别 安装有额头垫高度调整机构4、牙托圈高度调整机构5。同时，额头垫高度调整 机构4上设置有额头垫组件13，用以实现使用期间对患者头部的适当固定。为 了拥有较佳的定位效果，可在第一X向导轨3之间设置有枕板23，由此，枕板 23、枕板23、额头垫组件13、牙托圈组件21可从三处将机器人与患者头部固定为一体，防止因咳嗽意外躁动时机器人与患者头部发生相对位移出现危险。

考虑到遥控操作或是自动化控制的便利，能够配合固定臂1实现适当的“双 臂”操控，采用的操作臂2包括有成对分布的第二X向导轨24，第二X向导轨 24之间设置有连接板25。同时，第二X向导轨24上设置有镜鞘及升降机构31 与软管固定及推进机构33或是咽拭子及连接管32。需要注意的是，本发明选用 的软管是吸痰管，或是纤维支气管镜。由此，可以依托于软管的使用，对下呼 吸道进行处理。当然，在实际使用期间咽拭子与软管是无法同时使用的，本发 明意在提高该机器人的泛用性，令其可以兼容使用咽拭子或是软管，应对下呼 吸道、上呼吸道的不同使用需求。

并且，为了在使用期间获取影像，便于遥控操作或是机器人的自主采样区 域判定，在镜鞘及升降机构31上安装有内窥镜头30，软管固定及推进机构33 上安装有咽拭子及连接管32。

再者，考虑到可以与日益成熟的人工智能相配合，机器人本体上电性连接 有控制器43，或是机器人本体外连接有控制器43，控制器43内设置有控制软 件。具体来说，控制器43包括电机驱动器、计算机、AI芯片、手控器中的一种 或是多种，控制软件包括电机运动控制软件、图像识别软件、计算软件中的一 种或是多种。需要注意的是，由于控制器43可以放置在多处，所以除图1外， 其他附图没有对其进行过多表述。

结合本发明一较佳的实施方式来看，为了给予适当的头部固定，采用的额 头垫高度调整机构4包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨3上的第一立 柱7、第二立柱8，第一立柱7、第二立柱8通过滑块6与第一X向导轨3活动 连接。同时，第一立柱7、第二立柱8间连接有第一横杆12，第一横杆12下方 安装有额头垫组件13。为了起到适当的高度调节，满足不同患者的头型定位需 要，第一立柱7、第二立柱8内均安装有第一电机9、第一丝杠10及第一导向 柱11，第一电机9通过第一丝杠10与第一导向柱11相连，第一导向柱11与第 一横杆12相连。并且，额头垫组件13通过额头垫快换接头14与第一横杆12 相连。再者，考虑到额头垫组件13的更换方便，额头垫快换接头14可以采用 业内常规的连接旋钮(带紧螺母锁)或是连接卡扣。因为不同规格的额头垫上 端有个统一的螺杆，快换时拧掉旧的换上新的即可。在此期间，可确定正确的 使用方向后用锁紧螺母锁紧即可，在此不再赘述。

进一步来看，为了便于对患者的嘴部进行打开限位，采用的牙托圈高度调 整机构5包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨3上的第三立柱15、第四 立柱16，第三立柱15、第四立柱16通过滑块6与第一X向导轨3活动连接。 第三立柱15、第四立柱16之间连接有第二横杆20，第二横杆20下方安装有牙 托圈组件21。同时，为了针对不同患者的嘴型，起到适当的高度调节，让牙托 圈组件21始终处于较佳的位置。本发明在第三立柱15、第四立柱16内均安装 有第二电机17、第二丝杠18及第二导向柱19。第二电机17通过第二丝杠18 与第二导向柱19相连，第二导向柱19与第一横杆12相连。并且，考虑到使用 卫生，满足牙托圈组件21的便捷替换，采用的牙托圈组件21通过牙托圈快换 接头22与第二横杆20相连。再者额，考虑到牙托圈组件21的更换便利，牙托 圈快换接头22可选用业内常用的各类夹持接头或是螺纹限位块。因为不同规格 的牙托圈组件21的外径均有统一的螺纹，需要快换时拧掉旧的换上新的即可。 再者，但凡可以对牙托圈组件21进行临时限位的组件均可以被采用，在此不再 赘述。

同时，为了满足根据针对患者的头部位置进行Y向旋转调节与移动，保证 后续的采样顺利，采用的第二X向导轨24通过滑块6活动连接有第五立柱26、 第六立柱27，第五立柱26、第六立柱27之间通过Y轴旋转机构29连接有Y向 导轨28。Y向导轨28上安装有镜鞘及升降机构31与软管固定及推进机构33。 并且，可以依托于连接板25的存在，将第二X向导轨24和第一X向导轨3连 接为一体，提升整体的稳固性。

结合实际使用来看，为了实现必要的独立调节，且满足采用的精度需要， 本发明采用的Y轴旋转机构29包括有Y向电机35，Y向电机35上连接有摆臂 36，摆臂36上设置有转轴34。

再进一步来看，采用的镜鞘及升降机构31包括导管座37，导管座37上接 插有导管38，导管座37上还通过第一连接板40连接有第一丝杆电机39。这样， 可以实现镜鞘及升降机构31的位移控制。同时，为了满足后续安装的软管或是 咽拭子的调节需要，软管固定及推进机构33包括有第二连接板42，第二连接板 42上设置有第二丝杆电机41。

本发明的工作原理如下：

上呼吸道标本采集时，患者将头部靠在枕板23，面朝上。依托于额头垫组 件13来实现头部定位。牙托圈组件21的配合下保证口腔的打开，通过控制器 43的参与，镜鞘及升降机构31下降至口腔内，咽拭子能触及咽腔壁但镜鞘及升 降机构31不能触及咽腔壁的深度时停止运动。此过程中，咽拭子在近乎垂直的 状态与咽腔壁率先接触。

在使用期间，如果镜鞘及升降机构31下降过深，咽拭子和固定管可以一并 被顶起。同时，这样咽拭子对咽腔壁组织的“撞击”力极小，不会对咽喉壁组 织造成损伤。这样，既降低机器人控制精度的要求，又确保标本采集可靠安全， 调整位置多次触碰，即可达到类似人工咽拭子轻柔擦拭采集标本的状态，并使 采集效率和采集可靠性大为提高。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：

1、能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是 异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。

2、固定臂与操作臂非一体式构造，实现“分体式的双臂”协同操作，既可 提高样本采集的可靠性，也可进一步减少医务人员的接入操作，减轻劳动强度。

3、通过控制器与相应软件的配合，可以实现人工智能在大数据积累下的自 动学习，提高采集的精度、效率和可靠性。

4、整体构造简单，易于制造，使用实施也较为捷化。

此外，本发明所描述的指示方位或位置关系，均为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或构造必须具有特定的方位，或是以特定的方位构造来进行操作，因此不能 理解为对本发明的限制。

术语“主”、“副”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“主”、“副”的特 征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“若 干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

同样，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的 描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”等术 语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体； 可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间 接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系。对于本领域 的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 并且它可以直接在另一个组件上或者间接在该另一个组件上。当一个组件被称 为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或间接连接至该 另一个组件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不 是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操 作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还 可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，包括有机器人本体，其特征在于：所述机器人本体设置有固定臂(1)和操作臂(2)，

所述固定臂(1)包括有成对分布的第一X向导轨(3)，所述第一X向导轨(3)上分别安装有额头垫高度调整机构(4)、牙托圈高度调整机构(5)，

所述额头垫高度调整机构(4)上设置有额头垫组件(13)，所述第一X向导轨(3)之间设置有枕板(23)，

所述操作臂(2)包括有成对分布的第二X向导轨(24)，所述第二X向导轨(24)之间设置有连接板(25)，所述第二X向导轨(24)上设置有镜鞘及升降机构(31)与软管固定及推进机构(33)或是咽拭子及连接管(32)，所述镜鞘及升降机构(31)上安装有内窥镜头(30)，所述软管固定及推进机构(33)上安装有咽拭子及连接管(32)，

所述机器人本体上电性连接有控制器(43)，或是所述机器人本体外连接有控制器(43)，所述控制器(43)内设置有控制软件，所述控制器(43)包括电机驱动器、计算机、AI芯片、手控器中的一种或是多种，所述控制软件包括电机运动控制软件、图像识别软件、计算软件中的一种或是多种。

2.根据权利要求1所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述额头垫高度调整机构(4)包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨(3)上的第一立柱(7)、第二立柱(8)，所述第一立柱(7)、第二立柱(8)通过滑块(6)与第一X向导轨(3)活动连接，所述第一立柱(7)、第二立柱(8)间连接有第一横杆(12)，所述第一横杆(12)下方安装有额头垫组件(13)，

所述第一立柱(7)、第二立柱(8)内均安装有第一电机(9)、第一丝杠(10)及第一导向柱(11)，所述第一电机(9)通过第一丝杠(10)与第一导向柱(11)相连，所述第一导向柱(11)与第一横杆(12)相连，

所述额头垫组件(13)通过额头垫快换接头(14)与第一横杆(12)相连。

3.根据权利要求1所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述牙托圈高度调整机构(5)包括有分别设置在成对分布的第一X向导轨(3)上的第三立柱(15)、第四立柱(16)，所述第三立柱(15)、第四立柱(16)通过滑块(6)与第一X向导轨(3)活动连接，所述第三立柱(15)、第四立柱(16)之间连接有第二横杆(20)，所述第二横杆(20)下方安装有牙托圈组件(21)，

所述第三立柱(15)、第四立柱(16)内均安装有第二电机(17)、第二丝杠(18)及第二导向柱(19)，所述第二电机(17)通过第二丝杠(18)与第二导向柱(19)相连，所述第二导向柱(19)与第一横杆(12)相连，

所述牙托圈组件(21)通过牙托圈快换接头(22)与第二横杆(20)相连。

4.根据权利要求1所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述第二X向导轨(24)通过滑块(6)活动连接有第五立柱(26)、第六立柱(27)，所述第五立柱(26)、第六立柱(27)之间通过Y轴旋转机构(29)连接有Y向导轨(28)，所述Y向导轨(28)上安装有镜鞘及升降机构(31)与软管固定及推进机构(33)。

5.根据权利要求4所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述Y轴旋转机构(29)包括有Y向电机(35)，所述Y向电机(35)上连接有摆臂(36)，所述摆臂(36)上设置有转轴(34)。

6.根据权利要求1所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述镜鞘及升降机构(31)包括导管座(37)，所述导管座(37)上接插有导管(38)，所述导管座(37)上还通过第一连接板(40)连接有第一丝杆电机(39)。

7.根据权利要求1所述的一种分体式遥操作自动呼吸道标本采集机器人，其特征在于：所述软管固定及推进机构(33)包括有第二连接板(42)，所述第二连接板(42)上设置有第二丝杆电机(41)。

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