CN111887863B - 一种高精度采血装置、机器人及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种高精度采血装置，包括静脉穿刺装置(33)、红外成像装置(34)及上位机。所述红外成像装置(34)中包括有红外相机(342)、超声波探头(341)及2D轮廓测量单元(343)，本公开合理地使用红外相机(342)分析最佳采血点，然后利用2D轮廓测量单元(343)获得采血点附近皮肤的角度信息，最后利用超声波探头(341)获得采血深度。本公开还提供了一种包含以上高精度采血装置的采血机器人及方法。本公开通过多个测量设备的配合，达到了采血点定位精度高的技术效果。

Description

一种高精度采血装置、机器人及方法
技术领域
本公开涉及血液取样装置领域，尤其涉及一种小型采血机器人及其控制方法。
背景技术
目前国内医疗环境的许多应用场景都实现了自动化，但采血环节还普遍采用人工采血的方法。护士采用现有人工静脉采血的方式采血时，存在工作量大、工序复杂、血管不好找等问题，不仅给她们的工作带来诸多不便，还增加了患者的痛苦。在采血这个过程中，医护人员与患者之间避免不了接触与暴露，存在病菌感染的风险，带来了医护职业安全隐患的问题。目前美国VascuLogic公司开发了静脉采血机器人，该机器人装有超声波彩色多普勒成像和红外成像，能够自动确定采血针的插入位置。北京迈纳士手术机器人技术股份有限公司和上海迈鹊医用机器人技术有限公司联合开发的智能医用采血机器人，其以红外线相机照射手肘内侧，自动分析所拍摄的影像，检查血管构造，找出最适合抽血的血管。然而目前的成像技术仍然存在着精度较低的技术问题。单一的红外成像技术未能获得照片的景深，无法准确获得血管的位置信息，从而致使采血成功率低于85％。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种采血机器人，以达到对血管精确定位的目的。本公开的目的通过以下方案实现：
一种高精度采血装置，包括静脉穿刺装置、红外成像装置及上位机，所述红外成像装置包括红外相机、2D轮廓测量单元及超声波探头；红外相机采集血管红外图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管轮廓，通过对血管轮廓进行骨架提取得到血管中心线和血管中心线到血管两侧轮廓的距离，所述距离为血管半径；选择血管中心线上血管半径最大处作为最优采血穿刺点，得到最佳采血点位置信息，所述最佳采血点位置信息包括最优采血穿刺点在图像X、Y方向的坐标位置；根据采血穿刺方向，以最优采血穿刺点所在血管中心线上沿采血穿刺方向选取一定点拟合血管中心线曲线方程，求导得到血管中心线在所述最优采血穿刺点处的切线斜率，所述切线斜率即为最佳采血点静脉血管角度信息；2D轮廓测量单元扫描最佳采血点的血管皮肤区域形貌高度信息，并发送至上位机，上位机拟合血管处皮肤轮廓曲线方程，曲线方程按照二次多项式的最小二乘法拟合得到；根据拟合血管处皮肤轮廓曲线方程在穿刺位置求导得到穿刺点处切线斜率和角度，穿刺点处的切线斜率和角度为最佳采血点附近皮肤的角度信息；超声探头采集最佳采血点皮下血管深度图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管上、下壁轮廓线的深度，选择血管壁上下轮廓线中间位置，即血管腔中心线位置为最佳采血点静脉血管的深度信息；上位机根据分析获得的最佳采血点位置信息、最佳采血点静脉血管角度信息、最佳采血点附近皮肤的角度信息、最佳采血点静脉血管的深度信息控制静脉穿刺装置执行采血。
进一步地，还包括X轴直线运动单元、旋转台及Z轴直线运动单元；所述旋转台与所述X轴直线运动单元的移动部固定连接，所述Z轴直线运动单元与所述旋转台的移动部固定连接，所述静脉穿刺装置与所述Z轴直线运动单元的移动部固定连接，红外成像装置与所述旋转台固定连接。
进一步地，所述静脉穿刺装置还包括摆动装置、进给装置及采血针；所述摆动装置与所述Z轴直线运动单元的移动部固定连接，所述摆动装置的摆臂与所述进给装置固定连接，所述进给装置提供所述采血针的进给动力。
进一步地，所述摆动装置包括刺穿装置固定架、摆臂、第一减速电机、蜗轮、蜗杆；所述刺穿装置固定架与所述Z轴直线运动单元的移动部固定连接，所述摆臂的转动部与所述刺穿装置固定架的一端通过所述蜗轮转动连接，所述第一减速电机与所述刺穿装置固定架固定连接，所述第一减速电机的转动轴连接所述蜗杆；所述蜗杆与所述蜗轮转动连接，所述蜗轮蜗杆具有自锁功能。
进一步地，所述静脉穿刺装置还包括针头夹紧机构、手指夹爪、采血针进给运动单元滑块及采血针进给运动单元；所述针头夹紧机构用于夹紧所述采血针，所述针头夹紧机构通过螺丝固定在所述手指夹爪上，所述针头夹紧机构通过所述采血针进给运动单元滑块滑动连接至所述采血针进给运动单元，所述采血针进给运动单元固定于所述摆臂。
进一步地，所述超声波探头底端设置有压力传感器。
进一步地，采血针进给运动单元驱动采血针扎针包括两个阶段，第一阶段驱动采血针运动一段距离，所述2D轮廓测量单元标定针尖位置，第二阶段采血针进给运动单元驱动采血针刺穿皮肤。
本公开还提供了一种包括上述高精度采血装置的采血机器人，包括手臂支撑装置，所述手臂支撑装置包括手臂摆放槽、Y轴直线运动单元及Z轴升降台；所述Z轴升降台顶部固定有所述Y轴直线运动单元，所述Y轴直线运动单元的移动部固定连接有所述手臂摆放槽。
进一步地，所述上位机根据最佳采血点位置信息控制手臂支撑装置及X轴直线运动单元将静脉穿刺装置至手臂上方静脉采血点附近；根据最佳采血点静脉血管角度信息控制旋转台旋转一定角度使采血针与最佳采血点所在静脉血管方向保持一致；根据最佳采血点附近皮肤的角度信息控制第一减速电机带动摆臂使所述采血针摆动与皮肤成一个合适的角度；根据最佳采血点静脉血管的深度信息控制采血针的刺入深度。
本公开还提供了一种高精度采血方法，包括以下步骤：
红外相机处理步骤：
红外相机采集血管红外图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管轮廓，通过对血管轮廓进行骨架提取得到血管中心线和血管中心线到血管两侧轮廓的距离，所述距离为血管半径；
选择血管中心线上血管半径最大处作为最优采血穿刺点，得到最佳采血点位置信息，所述最佳采血点位置信息包括最优采血穿刺点在图像X、Y方向的坐标位置；
根据采血穿刺方向，以最优采血穿刺点所在血管中心线上沿采血穿刺方向选取一定点拟合血管中心线曲线方程，求导得到血管中心线在所述最优采血穿刺点处的切线斜率，所述切线斜率即为最佳采血点静脉血管角度信息；
2D轮廓测量单元处理步骤：
2D轮廓测量单元扫描最佳采血点的血管皮肤区域形貌高度信息，并发送至上位机，上位机拟合血管处皮肤轮廓曲线方程，曲线方程按照二次多项式的最小二乘法拟合得到；
根据拟合血管处皮肤轮廓曲线方程在穿刺位置求导得到穿刺点处切线斜率和角度，穿刺点处的切线斜率和角度为最佳采血点附近皮肤的角度信息；
超声波探头处理步骤：
超声探头采集最佳采血点皮下血管深度图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管上、下壁轮廓线的深度，选择血管壁上下轮廓线中间位置，即血管腔中心线位置为最佳采血点静脉血管的深度信息；
机器执行控制步骤：
上位机根据分析获得的最佳采血点位置信息、最佳采血点静脉血管角度信息、最佳采血点附近皮肤的角度信息、最佳采血点静脉血管的深度信息控制采血机器人执行采血。
相比于现有技术本公开的优势在于：本公开提供了一种高精度采血装置，包括静脉穿刺装置、红外成像装置及上位机。所述红外成像装置中包括有红外相机、超声波探头及2D轮廓测量单元，本公开合理地使用红外相机分析最佳采血点，然后利用2D轮廓测量单元获得采血点附近皮肤的角度信息，最后利用超声波探头获得采血深度，多个测量设备的配合，提高了采血点定位的准确性。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为本公开的采血机器人的使用示意图；
图2为采血机器人内部结构示意图；
图3为图2采血机器人的高精度采血装置示意图；
图4为图2采血机器人的手臂支撑装置示意图；
图5为本公开采血机器人执行流程示意图。
1、患者；2、采血机器人；3、高精度采血装置；31、X轴直线运动单元；32、旋转台；33、静脉穿刺装置；331、采血针；332、针头夹紧机构；333、手指夹爪；334、采血针进给运动单元滑块；335、采血针进给运动单元；336、刺穿装置固定架；337、摆臂；338、第一减速电机；339、蜗轮；3310、蜗杆；3311、Z轴直线运动单元；34、红外成像装置；341、超声波探头；342、红外相机；343、2D轮廓测量单元；344、超声固定座；345、成像装置固定架；4、手臂支撑装置；41、手臂摆放槽；42、Y轴直线运动单元；43、Z轴升降台；44、固定底板；45、支撑脚。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
参见附图1，本公开提供了一种具有高精度采血装置3的采血机器人2，所述采血机器人2中部开设有窗口，患者1从所述窗口将手臂伸入所述采血机器人2，并通过触摸屏5输入并显示患者姓名、性别、年龄等信息，患者1根据触摸屏的提示进行采血前的动作准备。进而采血机器人2能够自动完成采血工作，极大的减轻了护士的工作负担，并降低的疾病传播的风险。
附图2展示了具有高精度采血装置3的采血机器人2的内部结构。采血机器人2包括了两个核心部件，分布为高精度采血装置3及手臂支撑装置4。高精度采血装置3设置于手臂支撑装置4的正上方，高精度采血装置3挂设于采血机器人2的外壳体内侧面顶部。
本公开为了解决现有技术中单个红外相机342无法对血管定位的问题，提供了所述高精度采血装置3。参见附图3，高精度采血装置3主要包括X轴直线运动单元31、旋转台32、Z轴直线运动单元3311、红外成像装置34及静脉穿刺装置33。
所述红外成像装置34包括红外相机342、2D轮廓测量单元343及超声波探头341。所述红外相机342用于获取手臂红外图像信息，所述2D轮廓测量单元343用于手臂皮肤距离信息，所述超声波探头341用于检测皮肤下静脉血管深度信息。两个红外相机342对称分布于所述超声波探头341的两侧，两红外相机342成角度设置。从而增加红外相机342成像视野广度，并利用双相机成角度设置的特性提供静脉血管所在的深度信息，提高智能采血机器人2静脉穿刺深度的准确性。本公开的方案还辅以2D轮廓测量单元343进一步确定了采血针331与手臂采血点皮肤的距离，并通过超声波探头341确定静脉血管深度及走向，通过多个检测装置的合理配合能够有效地获得静脉血管信息。在本公开优选的方案中，所述静脉穿刺装置33与所述红外成像装置34并列且相对固定设置，所述红外相机342均自带有点阵式LED红外光源。在红外成像装置34获得红外成像装置34与采血点的相对位置后，通过静脉刺穿装置与红外成像装置34相对固定的位置计算获得采血针331距离采血点的位置，并避免过早放下采血针331等情况造成对手臂不必要的刺伤。由于2D轮廓测量单元343用于测量采血点附近与采血针331的距离(通过换算获得)，2D轮廓测量单元343需要尽量接近红外成像装置34及静脉穿刺装置33才能有效地避免误差，因此2D轮廓测量单元343固定在超声波探头341与静脉采血模块之间，即所述2D轮廓测量单元343固定在超声探头的内侧。优选地，所述2D轮廓测量单元343的激光光束距离超声探头内侧端面3-10mm。
在优选的方案中，所述超声波探头341底端设置有压力传感器。所述2D轮廓测量单元343来测量手臂皮肤到超声探头之间的距离，手臂的其余皮肤与超声探头接触时，超声波探头341能够获得并在控制单元中显示血管的深度与截面信息，所述控制单元读取所述超声波探头341底端的压力传感器设置的压力数值，使所述超声探头与手臂接触的压力值小于压力传感器所设定的阈值，从而保障了所述采血机器人2静脉穿刺采血时的安全性。进一步地，所述超声波探头341使用卡套式固态超声耦合贴片探测静脉血管并成像。
为了达到静脉刺穿装置与红外成像装置34位置相对固定的技术效果，并满足所述静脉刺穿装置进行接近或远离手臂的运动的需求，本公开设置了所述X轴直线运动单元31、旋转台32、Z轴直线运动单元3311。所述X轴直线运动单元31设置于最上方，X轴直线运动单元31的固定部与采血机器人2外壳弧形梁的下方，并且将所述旋转台32固定于所述X轴直线运动单元31的移动部，所述旋转台32下侧连接所述Z轴直线运动单元3311。所述静脉穿刺装置33及红外成像装置34均与所述Z轴直线运动单元3311的移动部固定连接，Z轴直线运动单元3311用于提供静脉刺穿装置与红外成像装置34沿Z轴移动的动力。X轴直线运动单元31的直线运动行程为80-150mm，Y轴直线运动单元42行程为±30mm。本公开提及的Z轴指竖直方向，X轴为与手臂伸入或退出所述采血机器人2的方向所在的直线共线，Y轴为与采血机器人2中部窗口平面平衡的直线，X轴、Y轴及Z轴相互垂直。根据以上的设计，在确定手臂上采血点后，可以首先控制X轴直线运动单元31将静脉刺穿装置移动至采血点的上方，然后采用旋转台32调整静脉刺穿装置的与手臂采血点静脉血管的角度，再控制Z轴直线运动单元3311使得静脉刺穿装置进一步接近采血点。本公开的X轴直线运动单元31、旋转台32、Z轴直线运动单元3311连接方法，及控制过程能够有效地避免采血针331误伤手臂造成事故，同时能够避免执行末端挂载过多的装置，致使末端执行器质量过大而难以精确控制。
进一步地，红外成像装置34还设置有超声固定座344及成像装置固定架345。所述成像装置固定架345与所述Z轴直线运动单元3311的移动部固定连接。成像装置固定架345的下侧挂载有2D轮廓测量单元343及超声固定座344，所述超声波探头341设置于所述超声固定座344下部末端，两所述红外相机342通过固定架挂载在所述超声固定座344中部两侧。从而实现红外成像装置34整体跟随X轴直线运动单元31、旋转台32、Z轴直线运动单元3311运动。
进一步地，所述超声探头通过USB接口与控制单元连接，超声成像软件在控制单元上运行并显示皮肤下静脉血管深度信息，控制单元程序根据静脉血管超声成像来计算与分析静脉血管的深度信息并控制采血针331针实施静脉穿刺。
参见附图3，X轴直线运动单元31、旋转台32、Z轴直线运动单元3311能够控制所述静脉刺穿装置运动至采血点附近并调整静脉刺穿装置与采血点的角度。但是由于以上运动结构用于控制整个末端执行器的运动，并不适宜进行精细的操作。因此还需要精确的控制装置完成采血针331的采血动作。本公开通过在静脉穿刺装置33设置摆动装置及进给装置解决了采血针331采血控制的问题。所述摆动装置与所述Z轴直线运动单元3311的移动部固定连接，并且摆动装置的摆臂337与所述进给装置固定连接。从而摆动装置能够控制采血针331下降至采血点，然后使用所述进给装置提供采血针331直线运动的动力，采血针331进入静脉血管。在完成采血动作后，可以依次控制进给装置退出采血针331，并控制摆动装置将采血针331收缩或提升至安全距离。从而保障患者手臂的安全。
进一步地，所述摆动装置包括刺穿装置固定架336、摆臂337、第一减速电机338、蜗轮339、蜗杆3310。所述刺穿装置固定架336与所述Z轴直线运动单元3311的移动部固定连接，所述摆臂337的转动部与所述刺穿装置固定架336的一端通过所述蜗轮339转动连接，所述第一减速电机338与所述刺穿装置固定架336固定连接。第一减速电机338的转动轴连接所述蜗杆3310。所述第一减速电机338能够将利用蜗轮蜗杆进一步提高减速电机的扭矩，并采用蜗轮蜗杆改变转动方向的特性，实现摆臂337的转动。由于采用了蜗轮蜗杆的刚性传动，能够提高摆动装置的传动精确度，进而避免医疗事故。
在优选的实施方案中，静脉穿刺装置33还包括针头夹紧机构332、手指夹爪333、采血针进给运动单元滑块334及采血针进给运动单元335。所述针头夹紧机构332用于夹紧所述采血针331，所述针头夹紧机构332通过螺丝固定在所述手指夹爪333上，所述电动夹紧机构通过所述采血针进给运动单元滑块334滑动连接至所述采血针进给运动单元335，所述采血针进给运动单元335固定于所述摆臂337。所述手指夹爪333能够提供较大的夹紧力，并且方便采血针331拆卸，易于实现自动控制。所述进给运动单元优选为直线运动单元。手指夹爪333机械开合总行程为4-6mm。所述手指夹爪333包括但不限于气动手指、电动手指、电磁式手指夹爪333。静脉穿刺装置还包括输血软管及液位传感器，所述采血针末端连接有输血软管，所述液位传感器用于感应所述输血软管内的血液位置。
所述2D轮廓测量单元343于扫描手臂皮肤上多个采血点附近皮肤的距离数据，并将该数据传送给上位机，上位机接收所述2D轮廓测量单元343多组距离数据并分析得到采血点附近皮肤的角度信息。进一步地，所述采血机器人具有针尖初始位置标定功能，直径0.7mm静脉采血针331管长度公差为+1.5mm/-2.0mm。因此本公开采用了所述2D轮廓测量单元343对采血针331的针尖的初始位置进行标定，从而提高了扎针准确率。该2D轮廓测量单元343的宽度方向探测精度为2.5μm，高度方向探测精度为±0.03％H(H为被侧物体高度)。当人准备就绪后，所述采血针进给运动单元335驱动所述采血针331前进一定距离，当所述采血针331的针尖接触所述2D轮廓测量单元343发出的线激光时，所述采血针进给运动单元335停止运动，此时上位机将该位置记录下来(该位置具体表现为采血针进给运动单元335行走的距离信息，以及采血针331的针尖所在该位置的高度信息)，该位置作为静脉穿刺的初始位置，所述2D轮廓测量单元343相对固定在所述超声波探头341的内侧，所述静脉穿刺装置1上每次执行扎针时所述采血针331针尖的位置被记录下来作为初始点，因此所述2D轮廓测量单元343标定针尖位置的方法减少了由于针管制造公差而引起的误差与机械装配误差。优选地，所述2D轮廓测量单元343的激光线光束距离超声探头内侧1-5mm，从而达到结构紧凑并且提高测量精确度的技术效果。
参见附图4，所述手臂支撑装置4包括手臂摆放槽41、Y轴直线运动单元42、Z轴升降台43、固定底板44及支撑脚45。所述Z轴升降台43顶部固定有所述Y轴直线运动单元42，所述Y轴直线运动单元42的移动部固定连接有所述手臂摆放槽41，所述Z轴升降台43固定在所述固定底板44上，Z轴升降台43行程为30mm-50mm。所述支撑脚45连接在所述固定底板44的四个角的底部。值得注意的是，本公开所有的直线运动单元可以是丝杆直线运动单元、同步带传动、直线电机、电缸、电动推杆、齿轮齿条内部结构。
参见附图5，本公开提供了采血机器人2的使用方法，首先将被采血人的手臂放入手臂摆放槽41内，接着利用采血机器人2针头夹紧机构332在固定工位抓取采血针331，患者根据触摸屏上的提示将手臂深入手臂摆放槽41中，然后双目红外相机342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(上位机算法程序根据红外成像自动识别出手臂上最粗的静脉血管与血管直径最大处作为最佳采血点)，值得注意的是，在启动所述静脉采血装置前，可以先将针头推进一定距离，利用2D轮廓测量单元标定针尖位置，并在下一阶段才使用采血针进给运动单元驱动采血针刺穿皮肤。接着控制系统控制Z轴升降台43、X轴直线运动单元31、Y轴直线运动单元42运动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角度信息。
此时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、皮肤角度信息等数据控制旋转台32转动一定角度并让采血针331与采血点所在的静脉血管方向保持一致，接着控制Z轴直线运动单元3311移动一定距离，使采血针331的运行中心与采血点重合，然后第一减速电机338带动采血针331与皮肤成一定角度，最后采血针进给运动单元335通过驱动采血针进给运动单元滑块334带动采血针331至运动中心(即最终采血点)实施静脉采血。当实施静脉采血成功后，液位传感器检测到与静脉采血针连接软管内有血液流出后，接着提示将另一头穿刺针插入真空管进行血液的收集。从而实现了血液样本的自动化采集功能。
具体地，所述采血机器人存储有执行以上方法的程序及算法。该程序及算法包括红外相机处理、2D轮廓测量单元处理、超声波探头处理等步骤。其执行过程如下所述。红外相机处理步骤中，红外相机采集血管红外图像并发送上位机，上位机执行以下步骤：
S1:提取图像中的血管轮廓，通过对血管轮廓进行骨架提取得到血管中心线和血管中心线到血管两侧轮廓的距离，所述距离为血管半径.
S2：选择血管中心线上血管半径最大处作为最优采血穿刺点，得到最佳采血点位置信息，所述最佳采血点位置信息包括最优采血穿刺点在图像X、Y方向的坐标位置。
S3:根据采血穿刺方向，以最优采血穿刺点所在血管中心线上沿采血穿刺方向选取一定点拟合血管中心线曲线方程，求导得到血管中心线在所述最优采血穿刺点处的切线斜率，所述切线斜率即为最佳采血点静脉血管角度信息。
2D轮廓测量单元处理步骤中，2D轮廓测量单元扫描最佳采血点的血管皮肤区域形貌高度信息并发送上位机，上位机执行以下步骤：
S1:拟合血管处皮肤轮廓曲线方程，曲线方程按照二次多项式的最小二乘法拟合得到；其表达式为：f(x)＝a0+a1x+a2x2，其中f(x)为血管处皮肤形貌高度的拟合曲线方程；x为血管处皮肤上点的坐标；a0-a2为多项式系数，按照最小二乘法，要求拟合曲线方程与实际点残差平方和最小，其表达式为：其中E为残差平方和，要求E为最小，xi、yi为血管处皮肤上点的坐标；N为点集总数。
S2:根据拟合血管处皮肤轮廓曲线方程在穿刺位置求导得到穿刺点处切线斜率k和角度a，穿刺点处的切线斜率和角度为最佳采血点附近皮肤的角度信息；其计算表达式为：k＝f′(xp)，α＝arctan(k)，其中k为血管处皮肤轮廓切线斜率；xp为皮肤上待穿刺点的位置；α为血管处皮肤轮廓倾斜角度。
超声波探头处理步骤中，超声探头采集最佳采血点皮下血管深度图像并发送至上位机，上位机执行以下步骤：
提取图像中的血管上、下壁轮廓线的深度h1、h2，选择血管壁上下轮廓线中间位置，即血管腔中心线位置作为末端执行装置运动深度位置，其深度为：由采血针穿刺角度α可得最终穿刺距离为/>血管腔中心线位置为最佳采血点静脉血管的深度信息。
机器执行控制步骤：
上位机根据最佳采血点位置信息、最佳采血点静脉血管角度信息、最佳采血点附近皮肤的角度信息、最佳采血点静脉血管的深度信息控制采血机器人执行采血。
进一步地，机器执行控制步骤中，还包括以下处理方法：
所述上位机根据最佳采血点位置信息控制手臂支撑装置及X轴直线运动单元将静脉穿刺装置至手臂上方静脉采血点附近；
根据最佳采血点静脉血管角度信息控制旋转台旋转一定角度使采血针与最佳采血点所在静脉血管方向保持一致；
根据最佳采血点附近皮肤的角度信息控制第一减速电机带动摆臂使所述采血针摆动与皮肤成一个合适的角度；
根据最佳采血点静脉血管的深度信息控制采血针的刺入深度。
本公开提供的采血机器人，具有各部分运动机构原理简单稳定精度高的特点，能够实现采血机器人自动静脉识别与静脉穿刺功能，并达到降低医疗事故的效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种高精度采血装置，其特征在于：包括静脉穿刺装置(33)、红外成像装置(34)及上位机，所述红外成像装置(34)包括红外相机(342)、2D轮廓测量单元(343)及超声波探头(341)；
红外相机(342)采集血管红外图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管轮廓，通过对血管轮廓进行骨架提取得到血管中心线和血管中心线到血管两侧轮廓的距离，所述距离为血管半径；
选择血管中心线上血管半径最大处作为最优采血穿刺点，得到最佳采血点位置信息，所述最佳采血点位置信息包括最优采血穿刺点在图像X、Y方向的坐标位置；
根据采血穿刺方向，以最优采血穿刺点所在血管中心线上沿采血穿刺方向选取一定点拟合血管中心线曲线方程，求导得到血管中心线在所述最优采血穿刺点处的切线斜率，所述切线斜率即为最佳采血点静脉血管角度信息；
2D轮廓测量单元(343)扫描最佳采血点的血管皮肤区域形貌高度信息，并发送至上位机，上位机拟合血管处皮肤轮廓曲线方程，曲线方程按照二次多项式的最小二乘法拟合得到；
根据拟合血管处皮肤轮廓曲线方程在穿刺位置求导得到穿刺点处切线斜率和角度，穿刺点处的切线斜率和角度为最佳采血点附近皮肤的角度信息；
超声探头采集最佳采血点皮下血管深度图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管上、下壁轮廓线的深度，选择血管壁上下轮廓线中间位置，即血管腔中心线位置为最佳采血点静脉血管的深度信息；
上位机根据分析获得的最佳采血点位置信息、最佳采血点静脉血管角度信息、最佳采血点附近皮肤的角度信息、最佳采血点静脉血管的深度信息控制静脉穿刺装置(33)执行采血。
2.如权利要求1所述的一种高精度采血装置，其特征在于：还包括X轴直线运动单元(31)、旋转台(32)及Z轴直线运动单元(3311)；所述旋转台(32)与所述X轴直线运动单元(31)的移动部固定连接，所述Z轴直线运动单元(3311)与所述旋转台(32)的移动部固定连接，所述静脉穿刺装置(33)与所述Z轴直线运动单元(3311)的移动部固定连接，红外成像装置(34)与所述旋转台(32)固定连接。
3.如权利要求2所述的一种高精度采血装置，其特征在于：所述静脉穿刺装置(33)还包括摆动装置、进给装置及采血针(331)；所述摆动装置与所述Z轴直线运动单元(3311)的移动部固定连接，所述摆动装置的摆臂(337)与所述进给装置固定连接，所述进给装置提供所述采血针(331)的进给动力。
4.如权利要求3所述的一种高精度采血装置，其特征在于：所述摆动装置包括刺穿装置固定架(336)、摆臂(337)、第一减速电机(338)、蜗轮(339)、蜗杆(3310)；所述刺穿装置固定架(336)与所述Z轴直线运动单元(3311)的移动部固定连接，所述摆臂(337)的转动部与所述刺穿装置固定架(336)的一端通过所述蜗轮(339)转动连接，所述第一减速电机(338)与所述刺穿装置固定架(336)固定连接，所述第一减速电机(338)的转动轴连接所述蜗杆(3310)；所述蜗杆(3310)与所述蜗轮(339)转动连接，所述蜗轮蜗杆(3310)具有自锁功能。
5.如权利要求4所述的一种高精度采血装置，其特征在于：所述静脉穿刺装置(33)还包括针头夹紧机构(332)、手指夹爪(333)、采血针进给运动单元滑块(334)及采血针进给运动单元(335)；所述针头夹紧机构(332)用于夹紧所述采血针(331)，所述针头夹紧机构(332)通过螺丝固定在所述手指夹爪(333)上，所述针头夹紧机构(332)通过所述采血针进给运动单元滑块(334)滑动连接至所述采血针进给运动单元(335)，所述采血针进给运动单元(335)固定于所述摆臂(337)。
6.如权利要求2所述的一种高精度采血装置，其特征在于：所述超声波探头(341)底端设置有压力传感器。
7.如权利要求5所述的一种高精度采血装置，其特征在于：
采血针进给运动单元(335)驱动采血针(331)扎针包括两个阶段，第一阶段驱动采血针运动一段距离，所述2D轮廓测量单元(343)标定针尖位置，第二阶段采血针进给运动单元(335)驱动采血针(331)刺穿皮肤。
8.一种包括权利要求2-7任意一项所述的高精度采血装置的采血机器人，其特征在于：还包括手臂支撑装置(4)，所述手臂支撑装置(4)包括手臂摆放槽(41)、Y轴直线运动单元(42)及Z轴升降台(43)；所述Z轴升降台(43)顶部固定有所述Y轴直线运动单元(42)，所述Y轴直线运动单元(42)的移动部固定连接有所述手臂摆放槽(41)。
9.如权利要求8所述的采血机器人，其特征在于：
所述上位机根据最佳采血点位置信息控制手臂支撑装置(4)及X轴直线运动单元(31)将静脉穿刺装置(33)至手臂上方静脉采血点附近；
根据最佳采血点静脉血管角度信息控制旋转台(32)旋转一定角度使采血针(331)与最佳采血点所在静脉血管方向保持一致；
根据最佳采血点附近皮肤的角度信息控制第一减速电机(338)带动摆臂(337)使所述采血针(331)摆动与皮肤成一个合适的角度；
根据最佳采血点静脉血管的深度信息控制采血针(331)的刺入深度。
10.一种高精度采血方法，其特征在于包括以下步骤：
红外相机(342)处理步骤：
红外相机(342)采集血管红外图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管轮廓，通过对血管轮廓进行骨架提取得到血管中心线和血管中心线到血管两侧轮廓的距离，所述距离为血管半径；
选择血管中心线上血管半径最大处作为最优采血穿刺点，得到最佳采血点位置信息，所述最佳采血点位置信息包括最优采血穿刺点在图像X、Y方向的坐标位置；
根据采血穿刺方向，以最优采血穿刺点所在血管中心线上沿采血穿刺方向选取一定点拟合血管中心线曲线方程，求导得到血管中心线在所述最优采血穿刺点处的切线斜率，所述切线斜率即为最佳采血点静脉血管角度信息；
2D轮廓测量单元(343)处理步骤：
2D轮廓测量单元(343)扫描最佳采血点的血管皮肤区域形貌高度信息，并发送至上位机，上位机拟合血管处皮肤轮廓曲线方程，曲线方程按照二次多项式的最小二乘法拟合得到；
根据拟合血管处皮肤轮廓曲线方程在穿刺位置求导得到穿刺点处切线斜率和角度，穿刺点处的切线斜率和角度为最佳采血点附近皮肤的角度信息；
超声波探头(341)处理步骤：
超声探头采集最佳采血点皮下血管深度图像，并发送至上位机，上位机提取图像中的血管上、下壁轮廓线的深度，选择血管壁上下轮廓线中间位置，即血管腔中心线位置为最佳采血点静脉血管的深度信息；
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