CN111839547A - 一种小型采血机器人 - Google Patents

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李想
黄运
王伟波
李建英
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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，公开了一种小型采血机器人，包括第一环体、第二环体、第三环体、第一驱动单元、设置在第二环体上的第二驱动单元、活动件、成像检测组件和静脉采血组件，第一环体、第二环体和第三环体依次同轴设置，且第一环体和第三环体通过若干导向柱连接，第二环体设有供导向柱穿过的通孔；第一驱动单元驱动第二环体沿第二环体的轴向方向上做直线运动，第二驱动单元驱动活动件沿第二环体的周向方向上做弧线运动，活动件连接有第一旋转单元，第一旋转单元传动连接有固定座，成像检测组件和静脉采血组件设置在固定座上。本发明可精准控制采血针在手臂上的插入位置，且体积较小，方便搬运或携带。

Description

一种小型采血机器人
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。现有采血机器人包括手臂固定装置和采血针控制装置，采血针控制装置一般采用多轴机械臂，如公开号为CN109960285A公开的一种自动采血机器人及自动采血方法，又如公开号为CN104473653B公开的一种三自由度前臂采血机器人，体积大且结构复杂，使用过程中不能搬移采血机器人，不便于在某些使用场景中使用。因此，需要设计一款体积较小的采血机器人，将手臂固定装置和采血针控制装置合并成一个整体，在完成精准的采血工作的同时，可容易搬运或携带采血机器人。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小型采血机器人，可精准控制采血针在手臂上的插入位置，且体积较小，方便搬运或携带，可广泛应用在各种使用环境中。
为了实现上述目的，本发明提供了一种小型采血机器人，包括第一环体、第二环体、第三环体、第一驱动单元、设置在第二环体上的第二驱动单元、活动件、成像检测组件和静脉采血组件，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体依次同轴设置，且所述第一环体和所述第三环体通过若干导向柱连接，所述第二环体设有供所述导向柱穿过的通孔；
所述第一驱动单元驱动所述第二环体沿所述第二环体的轴向方向上做直线运动，所述第二驱动单元驱动所述活动件沿所述第二环体的周向方向上做弧线运动，所述活动件连接有第一旋转单元，所述第一旋转单元传动连接有固定座，所述成像检测组件和所述静脉采血组件设置在所述固定座上。
作为优选方案，还包括机罩，所述机罩具有容腔，所述容腔设有连通至机罩两侧的开口，所述第一环体和所述第三环体分别固定在所述开口。
作为优选方案，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体之间设置有用于承托手臂的支撑台。
作为优选方案，所述导向柱为圆柱结构，所述导向柱的两端分别套设有直线轴承，所述第一环体和所述第三环体均开设有嵌装所述直线轴承的轴孔。
作为优选方案，所述固定座包括相互连接的水平部和竖直部，所述第一旋转单元与所述水平部传动连接，所述成像检测组件设置在所述水平部上，所述静脉采血组件设置在所述竖直部上。
作为优选方案，所述成像检测组件包括红外相机、超声成像装置和激光位移传感器。
作为优选方案，所述静脉采血组件包括设置在所述竖直部的第三驱动单元、第四驱动单元、夹持器、第二旋转单元、采血针、以及用于夹紧所述采血针的夹具；
所述第三驱动单元驱动所述第二旋转单元做上下直线运动；
所述第二旋转单元驱动所述第四驱动单元转动，所述第四驱动单元驱动所述夹持器做直线运动；
所述夹持器用于夹紧或松开所述夹具。
作为优选方案，所述第一驱动单元、所述第三驱动单元、以及所述第四驱动单元分别为直线模组、电缸、气缸、电机驱动丝杆副中任意一种。
作为优选方案，所述第一旋转单元和所述第二旋转单元分别为转台、电机、舵机中任意一种，所述第一旋转单元的输出轴竖直向下，所述第二旋转单元的输出轴水平设置。
作为优选方案，所述第二驱动单元为电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮。
本发明实施例一种小型采血机器人与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例将用于承托手臂的支撑件和用于控制成像检测组件、静脉采血组件运动的运动机构共同设计在机罩内，结构设计简单紧凑，有效减小采血机器人的总体体积，方便搬运或携带。同时，将手臂放置在支撑件上后，运动机构控制成像检测组件和静脉采血组件在三个轴向方向运动，全面扫描手臂的表面血管后找到最佳采血位置，工作效率高和精准度高，且使用快捷方便。
附图说明
图1是本发明实施例的小型采血机器人的内部结构示意图；
图2是本发明实施例的第一环体、第二环体与第三环体相互连接的结构示意图；
图3是本发明实施例的成像检测组件、静脉采血组件与第一旋转单元连接的结构示意图；
图4是本发明实施例的成像检测组件的正视图；
图5是本发明实施例的静脉采血组件的结构示意图；
图6是本发明实施例的固定座的结构示意图；
图7是本发明实施例的小型采血机器人的外部结构示意图；
图中，10－第一环体；
20－第二环体、201－通孔；21－活动件；
30－第三环体；
40－第一驱动单元；41－第二驱动单元；
50－成像检测组件、501－红外相机、502－超声成像装置、503－激光位移传感器；
60－静脉采血组件、601－第三驱动单元、602－第四驱动单元、603－夹持器、604－第二旋转单元、605－采血针、606－夹具；
70－导向柱；
80－第一旋转单元；81－固定座、811－水平部、812－竖直部；
90－机罩、901－容腔；91－支撑台；92－底座、921－电控按钮。
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7所示，本发明优选实施例的一种小型采血机器人，包括第一环体10、第二环体20、第三环体30、第一驱动单元40、设置在第二环体20上的第二驱动单元41、活动件21、成像检测组件50和静脉采血组件60，第一环体10、第二环体20和第三环体30依次同轴设置，且第一环体10和第三环体30通过若干导向柱70连接，第二环体20设有供导向柱70穿过的通孔201；第一驱动单元40驱动第二环体20沿第二环体20的轴向方向上做直线运动，第二驱动单元41驱动活动件21沿第二环体20的周向方向上做弧线运动，活动件21连接有第一旋转单元80，第一旋转单元80传动连接有固定座81，成像检测组件50和静脉采血组件60设置在固定座81上。
基于上述技术方案，由现有技术中采血动作中将手臂设置在成像检测组件50和静脉采血组件60的下方，第一驱动单元40优选设在第二环体20的外圈侧面，第二驱动单元41设置在第二环体20的外圈顶部，以使采血的手臂伸进在第二环体20的内圈中完成采血工作。第一驱动单元40驱动第二环体20沿其轴向做直线运动，第二驱动单元41驱动活动件21沿第二环体20沿其周向做直线运动，使成像检测组件50全面扫描手臂上的血管后获得最佳的采血点，静脉采血组件60在采血点处完成采血动作。本发明的采血机器人体积小，结构紧凑合理，方便搬运或携带。
进一步地，参考图7，为了避免采血过程中受到细菌病毒感染，保证采血环境的洁净，采血机器人设置有机罩90，机罩90具有容腔901，容腔901根据第二环体20的结构尺寸设计成圆型腔室，使容腔901的体积最小化，容腔901设有连通至机罩90两侧的开口，第一环体10和第三环体30分别固定在开口，使采血机器人内部的其它组件设置在容腔901内，手臂通过开口伸进容腔901完成智能采血。
作为本实施例的一种方案，第一环体10、第二环体20和第三环体30之间设置有用于承托手臂的支撑台91，且支撑台91设置在第一环体10、第二环体20及第三环体30的内圈中，支撑台91表面设置有与手臂形状相似的弧形槽，手臂放置在弧形槽内做定位作用，为后续采血工作做准备。
进一步地，导向柱70用于使第二环体20在沿其轴向更加平稳移动。为了使导向柱70与第一环体10、第三环体30进行可拆卸性连接，导向柱70优选为圆柱结构，导向柱70的两端分别套设有直线轴承，第一环体10和第三环体30均开设有嵌装直线轴承的轴孔。为了安装方便，可以先在轴孔内预埋直线轴承，导向柱70的两端通过轴孔配合关系分别套接在第一环体10与第三环体30的直线轴承中。
作为一种方案，导向柱70的数量为两个，两个导向柱70关于第二环体20轴对称设置，为确保环体平稳移动的同时，减小导向柱70的使用可简化装置结构及减小使用成本。
进一步地，参考图6，固定座81包括相互连接的水平部811和竖直部812，第一旋转单元80与水平部811传动连接，成像检测组件50设置在水平部811上(一般直接设置在水平部811的底部)，静脉采血组件60设置在竖直部812上(一般设置在竖直部812的侧壁)。
进一步地，参考图3、4，成像检测组件50包括红外相机501、超声成像装置502和激光位移传感器503，还包括接收成像检测组件50信号及控制采血机器人运动的上位机(未显示)。优选地，红外相机501的数量为两个，两个红外相机501对称设置在超声成像装置502的两侧，两个红外相机501从两个方向拍摄获取手臂血管的红外线图像，将图像反馈至上位机后分析血管的形状、位置和粗细等，获得最佳采血位置及血管角度信息，相比采用一个红外相机501，大大提高检测精度。
进一步地，参考图3、5，静脉采血组件60包括设置在竖直部812的第三驱动单元601、第四驱动单元602、夹持器603、第二旋转单元604、采血针605、以及用于夹紧采血针605的夹具606；第三驱动单元601驱动第二旋转单元604做上下直线运动；第二旋转单元604驱动第四驱动单元602转动，第四驱动单元602驱动夹持器603做直线运动；夹持器603用于夹紧或松开夹具606，夹持新的采血针605或更换采血针605。
优选地，参考图7，小型采血机器人还包括支撑机罩90的底座92，第一驱动单元40固定在底座92的顶部，底座92设置有电控按钮921，电控组件和控制系统设置在底座92内部。
进一步地，本发明中的第一驱动单元40、第三驱动单元601、以及第四驱动单元602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、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92或固定座81或第二旋转单元604，螺母用于固定连接第二环体20或第二旋转单元604或夹持器603，以实现上述技术方案中第二环体20、第二旋转单元604、夹持器603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。
进一步地，本发明中的第一旋转单元80和第二旋转单元604分别为转台、电机、舵机中的任意一种，第一旋转单元80的输出轴竖直向下，第二旋转单元604的输出轴水平设置，固定座81的水平部811开设有套接第一旋转单元80的转孔，以使第一旋转单元80直接驱动固定座81转动。
进一步地，本发明中的第二驱动单元41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，第二活动件21与弧形导轨的滑座或弧形齿轮固定连接，电机驱动弧形导轨和弧形齿轮以使第二做弧线运动。需要说明的是，电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮与第二活动件21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。
进一步地，本发明中的夹持器603为现有技术中的电动夹持器或气动夹持器或电磁夹持器，采血工作前，夹持器603夹住带新采血针605的夹具606；采血工作结束后，医护人员控制夹持器603松开夹具606，将采血针605取下后更换，准备下一个病人的采血工作。
本发明的小型采血机器人可实现七个自由度的运动控制，其中，七个自由度分别为：第一驱动单元40驱动第二环体20沿其轴向方向直线运动，第二驱动单元41驱动活动件21沿第二环体20的周向方向做弧线运动，第一旋转单元80驱动固定座81转动，第三驱动单元601驱动第二旋转单元604做上下直线运动，第二旋转单元604驱动第四驱单元转动，第四驱动单元602驱动夹持器603做直线运动，夹持器603夹紧或松开采血针605上的夹具606。
本发明的工作过程为：病人将手臂放入手臂固定装置内，采血机器人夹持器603夹紧带采血针605的夹具606，然后红外相机501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，并控制系统控制第一驱动单元40、第二驱动单元41和第三驱动单元601使超声探头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，接着安装在手臂上方的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采血点附近皮肤的最佳角度信息。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、皮肤的最佳角度信息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单元80转动一定角度并让静脉采血针605与采血点所在的静脉血管方向保持一致，接着控制系统控制第二旋转单元604带动采血针605摆动至皮肤最佳角度，最后第四驱动单元602带动采血针605准确插入静脉血管的最佳采血点并完成采血工作。
以上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 (10)

1.一种小型采血机器人，其特征在于：包括第一环体、第二环体、第三环体、第一驱动单元、设置在第二环体上的第二驱动单元、活动件、成像检测组件和静脉采血组件，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体依次同轴设置，且所述第一环体和所述第三环体通过若干导向柱连接，所述第二环体设有供所述导向柱穿过的通孔；
所述第一驱动单元驱动所述第二环体沿所述第二环体的轴向方向上做直线运动，所述第二驱动单元驱动所述活动件沿所述第二环体的周向方向上做弧线运动，所述活动件连接有第一旋转单元，所述第一旋转单元传动连接有固定座，所述成像检测组件和所述静脉采血组件设置在所述固定座上。
2.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：还包括机罩，所述机罩具有容腔，所述容腔设有连通至所述机罩两侧的开口，所述第一环体和所述第三环体分别固定在所述开口。
3.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体之间设置有用于承托手臂的支撑台。
4.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述导向柱为圆柱结构，所述导向柱的两端分别套设有直线轴承，所述第一环体和所述第三环体均开设有嵌装所述直线轴承的轴孔。
5.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述固定座包括相互连接的水平部和竖直部，所述第一旋转单元与所述水平部传动连接，所述成像检测组件设置在所述水平部上，所述静脉采血组件设置在所述竖直部上。
6.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述成像检测组件包括红外相机、超声成像装置和激光位移传感器。
7.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述静脉采血组件包括设置在所述竖直部的第三驱动单元、第四驱动单元、夹持器、第二旋转单元、采血针、以及用于夹紧所述采血针的夹具；
所述第三驱动单元驱动所述第二旋转单元做上下直线运动；
所述第二旋转单元驱动所述第四驱动单元转动，所述第四驱动单元驱动所述夹持器做直线运动；
所述夹持器用于夹紧或松开所述夹具。
8.根据权利要求7所述的小型采血机器人，其特征在于：所述第一驱动单元、所述第三驱动单元、以及所述第四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。
9.根据权利要求7所述的小型采血机器人，其特征在于：所述第一旋转单元和所述第二旋转单元分别为转台、电机、舵机中任意一种，所述第一旋转单元的输出轴竖直向下，所述第二旋转单元的输出轴水平设置。
10.根据权利要求1所述的小型采血机器人，其特征在于：所述第二驱动单元为电机驱动弧形导轨或电机驱动弧形齿轮。
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