CN111839545B - 一种精准的小型采血机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，公开了一种精准的小型采血机器人包括底座、第一旋转电机、以及用于移动第一旋转电机的运动机构；第一旋转电机通过运动机构设置在底座上；第一旋转电机具有竖直向下的第一输出轴，第一输出轴连接有第一安装板，第一安装板连接有检测组件和采血组件；采血组件包括固定在第一安装板上的第四驱动单元、第二旋转电机、第五驱动单元和采血针，第四驱动单元驱动第二旋转电机沿竖直方向上做直线运动，第二旋转电机具有水平的第二输出轴，第二输出轴连接有第二安装板，第五驱动单元固定在第二安装板上，第五驱动单元驱动采血针做直线运动；其中，第一输出轴的轴线、第二输出轴的轴线与采血针的轴线相交于一点。

Description

一种精准的小型采血机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种精准的小型采血机器人。

背景技术

目前，病人的扎针采血均由医护人员采用人工静脉采血的方式进行，当需要采血的病人较多时，医护人员需要长时间工作，使得医护人员长时间处于精力高度集中的工作状态，容易产生疲劳而发生操作失误。此外，医护人员与病人长时间的直接接触，存在较高的病毒细菌感染的风险。

美国VascuLogic公司研制出一款采血机器人，其采用红外线和超声波成像技术自动确定采血针的插入位置，使针头插进手臂肌肉并调整针头的位置和深度，完成后续的采血工作。采血机器人一般采用多自由机械臂完成检测工作以及确定采血针(采血针一般采用圆柱型针状)的插入位置，而机械臂结构使采血机器人体积较大，结构较为复杂，且容易发生采血针的插入点偏移检测获得的采血点的现象，致使采血失败。

发明内容

本发明提供了一种精准的小型采血机器人，其内部结构紧凑，使采血针插入位置更为精准，同时整体体积较小，方便携带或搬运。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种精准的小型采血机器人，包括底座、第一旋转电机、以及用于移动所述第一旋转电机的运动机构；所述第一旋转电机通过所述运动机构设置在所述底座上；所述第一旋转电机具有竖直向下的第一输出轴，所述第一输出轴连接有第一安装板，所述第一安装板连接有检测组件和采血组件；

所述采血组件包括固定在所述第一安装板上的第四驱动单元、第二旋转电机、第五驱动单元和采血针，所述第四驱动单元驱动所述第二旋转电机沿竖直方向上做直线运动，所述第二旋转电机具有水平的第二输出轴，所述第二输出轴连接有第二安装板，所述第五驱动单元固定在所述第二安装板上，所述第五驱动单元驱动所述采血针做直线运动；

其中，所述第一输出轴的轴线、所述第二输出轴的轴线与所述采血针的轴线相交于一点。

作为优选方案，所述底座具有水平的上表面，所述底座的上表面设置沿预定直线方向延伸的方形槽，所述方形槽的底面设置沿所述预定直线方向的弧形槽，所述弧形槽的长度与所述方形槽的长度相同，所述弧形槽的一端设置有手臂固定装置。

作为优选方案，还包括盖设于所述底座上表面的的机罩，所述机罩具有容纳所述运动机构、所述检测组件和所述采血组件的腔室，所述机罩在靠近所述手臂固定装置的侧壁开设有连通所述腔室的开口。

作为优选方案，所述运动机构包括固定在所述底座上表面的第一驱动单元、固定在所述底座上表面的从动单元、第三驱动单元、第一滑块、从动滑块、与所述第一旋转电机固定连接的第三滑块、弧形驱动单元、以及滑座；

所述第一驱动单元驱动所述第一滑块沿所述预定直线方向做直线运动，所述弧形驱动单元驱动所述滑座做弧线运动；

所述弧形驱动单元的两端分别与所述第一滑块和所述从动滑块固定连接，所述滑座与第三驱动单元固定连接，所述第三驱动单元驱动所述第三滑块沿竖直方向做直线运动。

作为优选方案，所述第一驱动单元、所述第三驱动单元、所述第四驱动单元、以及所述第五驱动单元分别为直线模组、电缸、气缸、电机驱动丝杆副、电机驱动同步带、电机驱动皮带、电机驱动链条、电机驱动齿轮齿条中任意一种。

作为优选方案，所述弧形驱动单元为电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮。

作为优选方案，所述检测组件包括与所述第一安装板固定连接的双轴平移台、与所述双轴平移台滑动连接的第三安装板、激光位移传感器、超声波探头和两个红外相机；

所述激光位移传感器、所述超声波探头和所述红外相机设置在所述第三安装板上，所述超声波探头竖直朝下，两个所述红外相机分别倾斜设置在所述超声波探头的两侧，且两个所述红外相机关于所述超声波探头轴对称设置，所述红外相机的镜头倾斜朝下。

作为优选方案，所述红外相机包括红外线发射器、接收器和拍照相机，所述红外线发射器发射出的光束与水平面的夹角α范围为15°～ 80°。

作为优选方案，还包括上位机，所述上位机用于接收所述激光位移传感器、所述超声波探头和所述红外相机的反馈信号后控制所述运动机构、所述第一旋转电机和所述采血组件的动作以完成采血动作。

作为优选方案，所述采血组件还包括与所述第五驱动单元滑动连接的第五滑块、与所述第五滑块固定连接的夹持器、以及用于固定所述采血针的夹具，所述夹持器用于夹紧或松开所述夹具。

本发明实施例一种精准的小型采血机器人与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例通过运动机构驱动检测组件和采血组件在多个自由度的运动，扫描检测手臂上的血管后找到最佳的采血点位置，结构紧凑且体积，方便携带或搬运。同时，由于第二输出轴所在的轴线贴近手臂上的采血点位置，为了极大消除因摆动转角而产生的传动误差，使第一输出轴所在的轴线、第二输出轴所在的轴线与采血针所在的轴线相交于一点，该点为手臂上的采血点，有效提高采血精度，达到精准采血的目的。

附图说明

图1是本发明实施例的精准的小型采血机器人内部的结构示意图；

图2是本发明实施例的运动机构的结构示意图；

图3是本发明实施例的检测组件和采血组件连接的结构示意图；

图4是图3的侧面视图；

图5是本发明实施例的检测组件的结构示意图；

图6是图5的侧面视图；

图7是本发明实施例的采血组件的结构示意图；

图8是本发明实施例的底座的结构示意图；

图9是本发明实施例的机罩的结构示意图；

图中，10、底座；101、方形槽；102、弧形槽；

20、运动机构；201、第一驱动单元；202、从动单元；203第三驱动单元；204、第一滑块；205、从动滑块；206、第三滑块；207、弧形驱动单元；208、滑座；

30、第一旋转电机；31、第一安装板；

40、检测组件；401、双轴平移台；402、第三安装板；403、激光位移传感器；404、超声波探头；405、红外相机；

50、采血组件；501、第四驱动单元；502、第二旋转电机；503、第二安装板、504、第五驱动单元；505、第五滑块；506、夹持器；507、夹具；508、采血针；

60、手臂固定装置；61、握把；

70、机罩；701、开口。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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元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。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至9所示，本发明优选实施例的一种精准的小型采血机器人，包括底座10、第一旋转电机30、以及用于移动第一旋转电机30 的运动机构20；第一旋转电机30通过运动机构20设置在底座10上；第一旋转电机30具有竖直向下的第一输出轴，第一输出轴连接有第一安装板31，第一安装板31连接有检测组件40和采血组件50；采血组件50包括固定在第一安装板31上的第四驱动单元501、第二旋转电机 502、第五驱动单元504和采血针508，第四驱动单元501驱动第二旋转电机502沿竖直方向上做直线运动，第二旋转电机502具有水平的第二输出轴，第二输出轴连接有第二安装板503，第五驱动单元504 固定在第二安装板503上，第五驱动单元504驱动采血针508做直线运动；其中，第一输出轴的轴线、第二输出轴的轴线与采血针508的轴线相交于一点。第四驱动单元501控制第二旋转电机502的高度后，使第二输出轴的轴线贴合于手臂的采血表面，第一输出轴的轴线、第二输出轴的轴线与采血针508的轴线相交于一点，使得该点为手臂上的采血点，极大消除因运动机构20在摆动转角而产生的传动误差，达到精准采血的目的。

基于上述技术方案，参考图8，为了方便运动机构20安装在底座 10，底座10具有水平的上表面，底座10的上表面设置沿预定直线方向延伸的方形槽101，方形槽101的底面设置沿预定直线方向的弧形槽 102，弧形槽102的长度与方形槽101的长度相同，弧形槽102的一端设置有手臂固定装置60。需要说明的是，手臂固定装置60为采血机器人常用的组件之一，此处省略说明其结构与原理。

进一步地，参考图9，为了避免病人在采血过程中受细菌病毒感染，在底座10的上表面设置有机罩70，机罩70具有一腔室，将运动机构 20、检测组件40和采血组件50等组件设置在腔室中，保护采血过程中采血点不受细菌病毒感染。机罩70在靠近手臂固定装置60的侧壁开设有连通腔室的开口701，手臂从开口701伸进至手臂固定装置60，方便之后的采血动作。作为一种优选方案，方形槽101在远离手臂固定装置60的一端设置有握把61，握把61用于给手掌提供着力点，避免病人在采血过程中因过渡紧张而晃动手臂，带来采血风险。

进一步地，参考图2，运动机构20包括固定在底座10上表面的第一驱动单元201、固定在底座10上表面的从动单元202、第三驱动单元203、第一滑块204、从动滑块205、与第一旋转电机30固定连接的第三滑块206、弧形驱动单元207、以及滑座208；第一驱动单元201驱动第一滑块204沿预定直线方向做直线运动，所述弧形驱动单元207 驱动所述滑座208做弧线运动；弧形驱动单元207的两端分别与第一滑块204和从动滑块205固定连接，滑座208与第三驱动单元203固定连接，第三驱动单元203驱动第三滑块206沿竖直方向做直线运动。

基于上述技术方案，运动机构20的工作原理：手臂沿预定直线方向放置弧形槽102内，第一驱动单元201驱动弧形驱动单元207沿手臂采血表面的长度方向做直线运动，使检测组件40沿手臂采血表面的长度方向进行扫描；弧形驱动单元207驱动滑座208做弧形运动，即在手臂上方沿手臂采血表面的宽度方向运动，使检测组件40也对手臂采血表面的宽度方向进行扫描，进而完成对手臂采血表面的全部扫描，寻找最佳的静脉及采血点，达到精准采血的目的。

进一步地，参考图3至6，检测组件40包括与第一安装板31固定连接的双轴平移台401、与双轴平移台401滑动连接的第三安装板402、激光位移传感器403、超声波探头404和两个红外相机405。进一步说明的是，双轴平移台401为现有技术的位置调节装置，双轴平移台401 包括第一底板、第一丝杆、用于控制第一丝杆转动的第一旋钮、与第一丝杆活动连接的第一台面、与第一台面固定连接的第二底板、第二丝杆、用于控制第二丝杆转动的第二旋钮、以及与第二丝杆活动连接的第二台面，其中，第一丝杆和第二丝杆水平设置且相互垂直。优选地，第一底板固定在第一安装板31的底部，第二底板与第三安装板402 固定连接，以使第三安装板402与双轴平移台401滑动连接。

激光位移传感器403、超声波探头404和红外相机405设置在第三安装板402上，超声波探头404竖直朝下，两个红外相机405分别倾斜设置在超声波探头404的两侧，且两个红外相机405关于超声波探头404轴对称设置，红外相机405的镜头倾斜朝下。采用两个倾斜的红外相机405，两个红外相机405的对焦位于同一点上，使红外成像更为清晰，同时两个红外相机405有效增大成像视野，可准确地提供静脉血管所在的深度信息，从而提高了采血机器人静脉穿刺的精准性。

进一步地，红外相机405包括红外线发射器、接收器和拍照相机，作为本实施例的一种优选方案，参考图6，红外线发射器发射出的光束与水平面的夹角α范围为15°～80°，该夹角α使两个红外相机405相拼成合理的成像视野，在增大成像视野的同时保证检测精准度。作为本实施例的一种优选方案，红外线发射器为点阵式红外灯，点阵式红外灯亮度高、成本低，具有发光点集中、散热好和寿命长的优点，可完美应用在采血机器人中。

采血机器人在安装调试时，通过手动微调双轴平移台401的第一旋钮和第二旋钮，即可调节激光位移传感器403、超声波探头404和红外相机405在采血机器人内部的位置，调节方便且精准。

进一步地，采血机器人还包括上位机(未显示)，上位机用于接收激光位移传感器403、超声波探头404和红外相机405的反馈信号后控制运动机构20、第一旋转电机30和采血组件50的动作以完成采血动作。

进一步地，参考图7，采血组件50还包括与第五驱动单元504滑动连接的第五滑块505、与第五滑块505固定连接的夹持器506、以及用于固定采血针508的夹具507。其中，夹持器506为电动夹持器506 或气动夹持器506或电磁夹持器506，用于夹紧或松开夹具507，方便对病人采血后取下采血针508并更换采血针508。

需要说明的是，本发明的第一驱动单元201、第三驱动单元203、第四驱动单元501、以及第五驱动单元504均为本领域中常规的直线驱动装置，包括但不限于直线模组或电缸或气缸或电机驱动丝杆副或电机驱动同步带或电机驱动皮带或电机驱动链条或电机驱动齿轮齿条等，如电机驱动丝杆副包括电机座、电机、与电机传动连接的丝杆、与丝杆配套的螺母，电机座用于固定连接在底座10或第一安装板31或第二安装板503或滑座208，螺母用于固定连接弧形驱动单元207或第一滑块204或第二滑块205或第三滑块206或第五滑块505或第二旋转电机502，以实现上述技术方案中第一滑块204、第二滑块205、第三滑块206、第五滑块505和第二旋转电机502等的直线运动，因此，省略说明其它直线驱动装置的具体结构及工作原理。

需要说明的是，本发明中的从动单元202为本领域中常规的直线运动结构，包括但不限于齿轮齿条或直线导轨，如直线导轨结构，从动滑块205与直线导轨滑动连接，以使从动滑块205沿预定直线做直线运动。从动单元202用于辅助带动弧形驱动单元207平稳地直线运动，

需要说明的是，本发明中的弧形驱动单元207为本领域中常规的弧形驱动装置，包括但不限于电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮，弧形导轨或弧形齿轮的两端分别与第一滑块201和从动滑块205固定连接，滑座208与弧形导轨或弧形齿轮做弧线运动。需要说明的是，电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮与滑座208的连接结构与工作原理为本领域技术人员的常规手段，为此省略说明。

需要说明的是，本发明的第一旋转电机30和第二旋转电机502为转台或电机或舵机结构。

本发明的采血机器人可实现八个自由度的运动控制，分别为：第一驱动单元201驱动弧形驱动单元207沿预定直线方向做直线运动，滑座208和第三驱动单元203绕弧形驱动单元207的周向做弧线运动，第三驱动单元203驱动第三滑块206沿竖直方向做直线运动，第一旋转电机 30驱动第一安装板31、检测组件40和采血组件50绕第一输出轴自转，第四驱动单元501驱动第二旋转电机502和第二安装板503沿竖直方向做直线运动，第二旋转电机502驱动第二安装板503和采血针508绕第二输出轴自转，第五驱动单元504驱动夹持器506和采血针508做直线运动，夹持器506夹紧或放松夹具507。

本发明的工作过程为：病人将手臂放入手臂固定装置60内，采血机器人通过夹持器506夹紧新的采血针508，然后红外相机405结合上位机算法程序开始识别出手臂上最佳采血点的静脉血管位置信息与血管方向角度信息，接着上位机控制第一驱动单元201、弧形驱动单元207、第三驱动单元203、第四驱动单元501运动，使超声波探头404移至该最佳采血点上方并与皮肤接触，上位机显示并计算静脉血管的深度信息，接着激光测距传感器扫描多个皮肤穿刺点附近的距离，上位机根据多个不同的距离计算并得到最佳的插入皮肤角度。然后，上位机将静脉采血点的血管方向角度信息、静脉血管深度信息、最佳的插入皮肤角度等数据发送给控制系统，控制系统根据该信息控制第一旋转电机30 转动一定角度并让采血针508与采血点所在的静脉血管方向保持一致，随后控制系统控制第二旋转电机502带动采血针508摆动至最佳的插入皮肤角度，最后第五驱动单元504带动采血针508准确插入静脉血管以完成采血工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种精准的小型采血机器人，其特征在于：包括底座、第一旋转电机、以及用于移动所述第一旋转电机的运动机构；所述第一旋转电机通过所述运动机构设置在所述底座上；所述第一旋转电机具有竖直向下的第一输出轴，所述第一输出轴连接有第一安装板，所述第一安装板连接有检测组件和采血组件；

所述采血组件包括固定在所述第一安装板上的第四驱动单元、第二旋转电机、第五驱动单元和采血针，所述第四驱动单元驱动所述第二旋转电机沿竖直方向上做直线运动，所述第二旋转电机具有水平的第二输出轴，所述第二输出轴连接有第二安装板，所述第五驱动单元固定在所述第二安装板上，所述第五驱动单元驱动所述采血针做直线运动；

其中，所述第一输出轴的轴线、所述第二输出轴的轴线与所述采血针的轴线相交于一点，该点为手臂上的采血点；

所述底座具有水平的上表面；

所述运动机构包括固定在所述底座上表面的第一驱动单元、固定在所述底座上表面的从动单元、第三驱动单元、第一滑块、从动滑块、与所述第一旋转电机固定连接的第三滑块、弧形驱动单元、以及滑座；

所述第一驱动单元驱动所述第一滑块沿预定直线方向做直线运动，所述弧形驱动单元驱动所述滑座做弧线运动；

所述弧形驱动单元的两端分别与所述第一滑块和所述从动滑块固定连接，所述滑座与第三驱动单元固定连接，所述第三驱动单元驱动所述第三滑块沿竖直方向做直线运动。

2.根据权利要求1所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述底座的上表面设置沿预定直线方向延伸的方形槽，所述方形槽的底面设置沿所述预定直线方向的弧形槽，所述弧形槽的长度与所述方形槽的长度相同，所述弧形槽的一端设置有手臂固定装置。

3.根据权利要求2所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：还包括盖设于所述底座上表面的的机罩，所述机罩具有容纳所述运动机构、所述检测组件和所述采血组件的腔室，所述机罩在靠近所述手臂固定装置的侧壁开设有连通所述腔室的开口。

4.根据权利要求1所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述第一驱动单元、所述第三驱动单元、所述第四驱动单元、以及所述第五驱动单元分别为直线模组、电缸、气缸、电机驱动丝杆副、电机驱动同步带、电机驱动皮带、电机驱动链条、电机驱动齿轮齿条中任意一种。

5.根据权利要求1所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述弧形驱动单元为电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮。

6.根据权利要求1所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述检测组件包括与所述第一安装板固定连接的双轴平移台、与所述双轴平移台滑动连接的第三安装板、激光位移传感器、超声波探头和两个红外相机；

所述激光位移传感器、所述超声波探头和所述红外相机设置在所述第三安装板上，所述超声波探头竖直朝下，两个所述红外相机分别倾斜设置在所述超声波探头的两侧，且两个所述红外相机关于所述超声波探头轴对称设置，所述红外相机的镜头倾斜朝下。

7.根据权利要求6所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述红外相机包括红外线发射器、接收器和拍照相机，所述红外线发射器发射出的光束与水平面的夹角α范围为15°～80°。

8.根据权利要求7所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：还包括上位机，所述上位机用于接收所述激光位移传感器、所述超声波探头和所述红外相机的反馈信号后控制所述运动机构、所述第一旋转电机和所述采血组件的动作以完成采血动作。

9.根据权利要求1所述的精准的小型采血机器人，其特征在于：所述采血组件还包括与所述第五驱动单元滑动连接的第五滑块、与所述第五滑块固定连接的夹持器、以及用于固定所述采血针的夹具，所述夹持器用于夹紧或松开所述夹具。