CN111887896A - 采样机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种采样机器人，涉及医疗器械技术领域，包括：机械臂；夹持件，所述夹持件设于所述机械臂的自由端；图像采集装置，所述图像采集装置设于所述机械臂的自由端的一侧，且所述图像采集装置的采集端与所述夹持件的朝向相同；控制机构，所述控制机构分别与所述机械臂、所述夹持件和所述图像采集装置电连接。本发明实施例通过设置机械臂、夹持件、图像采集装置和控制机构，医务人员控制机构控制机械臂移动或旋转，并带动夹持件夹取采样棒，图像采集装置采集受试者的待采样部位，进而控制机械臂移动采样棒的位置，完成采样，整个过程无需医务人员与受试者直接接触，有效避免交叉感染，提高了采样的规范性、准确性和效率。

Description

采样机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种采样机器人。

背景技术

在筛查、确诊新冠肺炎的过程中，核酸检测是必不可少的手段，咽拭子样本采集则是进行核酸检测的重要步骤，但是每次生物样本采集过程中医务人员都要承担暴露的风险，存在医务人员与新冠病毒患者交叉感染的风险，同时，操作不当会导致受试者出现红肿、出血等咽部不良反应。

发明内容

本发明实施例提供一种采样机器人，用以解决现有技术中核酸检测采样过程存在医护人员与患者交叉感染的风险的缺陷，实现医护人员不与患者直接接触的精准取样。

本发明实施例提供一种采样机器人，包括：

机械臂；

夹持件，所述夹持件设于所述机械臂的自由端；

图像采集装置，所述图像采集装置设于所述机械臂的自由端的一侧，且所述图像采集装置的采集端与所述夹持件的朝向相同；

控制机构，所述控制机构分别与所述机械臂、所述夹持件和所述图像采集装置电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，还包括力传感器，所述力传感器的安装端与所述机械臂的自由端连接，所述力传感器的检测端与所述夹持件连接；

所述力传感器与所述控制机构电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述控制机构包括力反馈器，所述力反馈器与所述机械臂电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述控制机构还包括处理器，所述处理器分别与所述力反馈器和所述夹持件电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述控制机构还包括显示器，所述显示器的输入端与所述处理器的输出端电连接，所述处理器的输入端与所述图像采集装置的输出端电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述图像采集装置为工业相机或摄像头。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述机械臂具有至少六自由度。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述夹持件包括机械手，所述机械手包括至少两个机械手爪，所述机械手爪与所述控制机构电连接。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述机械手爪上套设有橡胶套。

根据本发明一个实施例的采样机器人，所述夹持件包括负压吸管和真空泵，所述负压吸管与所述真空泵连接，所述真空泵与所述控制机构电连接。

本发明实施例提供的采样机器人，通过设置机械臂、夹持件、图像采集装置和控制机构，医务人员控制机构控制机械臂移动或旋转，并带动夹持件夹取采样棒，再通过图像采集装置采集受试者的待采样部位，进而控制机械臂移动采样棒的位置，完成采样，整个过程无需医务人员与受试者直接接触，有效避免交叉感染，同时，提高了采样的规范性和准确性，提高采样效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种采样机器人中机械臂的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种采样机器人中力反馈器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种采样机器人采样过程中的示意图。

附图标记：

100、机械臂；110、机械手；111、机械手爪；120、图像采集装置；130、力反馈器；140、力传感器；

200、采样棒；

300、受试者口腔；

400、试剂盒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图2描述本发明实施例的一种采样机器人，包括：

机械臂100；

夹持件，夹持件设于机械臂100的自由端；

图像采集装置120，图像采集装置120设于机械臂100的自由端的一侧，且图像采集装置120的采集端与夹持件的朝向相同；

控制机构，控制机构分别与机械臂100、夹持件和图像采集装置120电连接。可以理解的是，机械臂100控制安装在其自由端即末端的夹持件的位置和姿态，并通过阻抗控制方法调节机械臂100与外界环境接触的刚度，进行柔顺控制，避免传统的基于位置控制的机械臂100因刚度过大，给受试者带来伤害。

进一步地，夹持件用以夹持采样棒200，也就是说，夹持件完成采样前对采样棒200的夹取、采样过程中对采样棒200的稳定夹持和采样后的对采样棒200的放置。夹持件的移动通过机械臂100的旋转和移动实现，通过机械臂100的移动，以及夹持件夹持采样棒200进行采样，避免医务人员与受试者的直接接触，杜绝交叉感染，提高医务人员的安全性。

进一步地，图像采集装置120安装在机械臂100的自由端的一侧，且图像采集装置120的采集端与夹持件的朝向相同，实现采集夹持件作用对象的图像信息。具体的，采样前，夹持件夹取采样棒200，图像采集装置120采集存储盒内的采样棒200的位置信息，方便医务人员操控机械臂100，带动夹持件移动至待夹取采样棒200的位置；采样中，图像采集装置120采集受试者口腔300的图像信息，方便医务人员操控机械臂100，带动稳定夹持有采样棒200的夹持件移动至受试者口腔300的待采样位置，进行精准取样；采样后，图像采集装置120采集受试者口腔300的图像信息，医务人员操控机械臂100，将采样棒200移出受试者口腔300，并通过图像采集装置120采集试剂盒400的图像信息，将完成采样的采样棒200放置指定的试剂盒400内。本实施例中，通过设置图像采集装置120提高了采样棒200夹取、采样和放置的精准度，提高采样效率。

进一步地，控制机构分别与机械臂100、夹持件和图像采集装置120电连接。控制机构控制机械臂100的移动或旋转，实现对夹持件的位置的调整。控制机构控制夹持件的开启和闭合，实现对采样棒200的夹取和放置动作。控制机构接收图像采集装置120采集的图像信息，并显示给医护人员查看，方便医护人员清楚的观察操作环境，提高操作的精准度。

根据本发明一个实施例的采样机器人，还包括力传感器140，力传感器140的安装端与机械臂100的自由端连接，力传感器140的检测端与夹持件连接；力传感器140与控制机构电连接。可以理解的是，力传感器140的安装端通过法兰盘与机械臂100的自由端连接，保证力传感器140的安装强度，同时提高力传感器140的灵敏度。

进一步地，力传感器140的检测端与夹持件连接，力传感器140为多维力传感器140，用以感知接触力和扭矩。也就是说，力传感器140实时感知夹持件的接触力和扭矩，并将检测数据信息以数字信号的方式发送至控制机构，并与控制机构内预设的接触力阈值和扭矩阈值进行对比。力传感器140检测的接触力和扭矩大于预设接触力阈值和扭矩阈值时，说明夹持件对受试者造成不舒适感，医务人员及时调整夹持件的位置和姿态。

根据本发明一个实施例的采样机器人，控制机构包括力反馈器130，力反馈器130与机械臂100电连接。可以理解的是，如图2所示，力反馈器130作为一种力反馈触觉交互设备。力反馈器130与机械臂100电连接，实现信号交互传输。医护人员通过操作力反馈器130，实现对机械臂100的位置和姿态的调整。具体的，医护人员操作力反馈器130，移动或旋转，力反馈器130将指令传递至机械臂100，机械臂100执行指令，进行位置和姿态调整，完成采样前、中、后的相应操作。

根据本发明一个实施例的采样机器人，控制机构还包括处理器，处理器分别与力反馈器130和夹持件电连接。可以理解的是，处理器与力反馈器130电连接，用以设置力反馈器130与机械臂100之间的主从操作的灵敏度系数。具体的，调低灵敏度系数时，主操作端力反馈器130较大的运动量可以控制机械臂100末端较小的运动，以此来实现精准控制；调高灵敏度系数时，主操作端力反馈器130可以用较小的运动量控制机械臂100较大的运动，实现快速运动。

进一步地，处理器与夹持件电连接，处理器向夹持件发送夹取或释放采样棒200的指令，完成采样前对采样棒200的夹取和采样完成后对采样棒200的释放，自动化程度高。

值得说明的，处理器通过力反馈器130控制机械臂100进行采样操作时，机械臂100自由端端的力传感器140实时监测各个方向上的接触力，并将力反馈信息传输至处理器。通过力反馈器130设置的API(应用程序接口)控制力反馈器130输出大小和方向与机械臂100的自由端一致或成比例的力，使得医务人员能精准的感知操作环境，提高主从控制的精准性和安全性。

根据本发明一个实施例的采样机器人，控制机构还包括显示器，显示器的输入端与处理器的输出端电连接，处理器的输入端与图像采集装置120的输出端电连接。可以理解的是，图像采集装置120的输出端与处理器的输入端连接，实现将图像采集装置120采集的图像数据传输至处理器，经处理器进行处理，由处理器的输出端传输至显示起的输入端，并在显示器上显示，医务人员最终通过显示器实时观察采样操作环境，提高采样的精准度和效率。

根据本发明一个实施例的采样机器人，图像采集装置120为工业相机或摄像头。可以理解的是，为了保证图像采集装置120在机械臂100移动过程中稳定采集目标的图像信息，本实施例中，可选用工业相机或摄像头，优选摄像头，实现连续稳定采集图像信息。

根据本发明一个实施例的采样机器人，机械臂100具有至少六自由度。可以理解的是，为了提高机械臂100的灵活度，以满足整个采样流程对夹持件的姿态和位置的要求，机械臂100选用具有至少六自由度的机械臂100。值得说明的，力反馈器130的自由多大于等于机械手110具有的自由度，实现对机械手110空间位置的自由调整，满足采样需要。

根据本发明一个实施例的采样机器人，夹持件包括机械手110，机械手110包括至少两个机械手爪111，机械手爪111与控制机构电连接。可以理解的是，夹持件可选用机械手110形式，机械手110包括至少两个机械手爪111，实现对采样棒200的夹持，机械手110抓与处理器电连接，用以接收处理器发送的工作指令。本实施例中，机械手110包括三个机械手爪111，处理器向机械手110发送打开指令，三个机械手爪111同时打开，待机械手110移动至对应位置后，处理器向机械手110发送闭合指令，三个机械手爪111同时闭合，实现对采样棒200的夹取；待采样完成后，机械手110移动至试剂盒400对应位置，处理器向机械手110发送打开指令，三个机械手爪111同时打开，采样棒200放入试剂盒400内，完成一次采样，循环上述过程，实现连续采样。

根据本发明一个实施例的采样机器人，机械手爪111上套设有橡胶套。可以理解的是，为了保证机械手爪111夹持采样棒200的稳定性，每个机械手爪111上套设有橡胶套，同时，有效防止机械手爪111对受试者造成直接机械伤害，进一步地，只需采用消毒液对橡胶套进行消毒，即可完成对机械手爪111的消毒作业，避免消毒液与机械手爪111的接触，防止消毒液对机械手爪111的腐蚀。

根据本发明一个实施例的采样机器人，夹持件包括负压吸管和真空泵，负压吸管与真空泵连接，真空泵与控制机构电连接。可以理解的是，夹持件也可采用负压吸管和真空泵的形式。真空泵与处理器电连接，处理器向真空泵发送启停指令，进而真空泵对负压习惯进行或暂停吸真空作用，实现真空管对采样棒200的负压吸附夹持。真空泵设置在机械臂100的自由端。

具体的，处理器向真空泵发送启动指令，真空泵对负压吸管进行抽真空，待真空管移动至对应位置后，实现对采样棒200的夹取；采样过程中，真空泵始终处于开启状态，实现对负压吸管连续抽真空作用，使得负压吸管内产生的负压足够将采样棒200稳定夹持；待采样完成后，负压吸管移动至试剂盒400对应位置，处理器向真空泵发送停止指令，负压吸管内的负压吸力消失，采样棒200放入试剂盒400内，完成一次采样，循环上述过程，实现连续采样。

如图3所示，本发明实施例以设置有机械手的采样机器人进行核酸检测的采样流程如下：

处理器设定力反馈器130与机械臂100之间较高的灵敏度，医护人员操作力反馈器130，实现机械臂100的快速运动至存储盒对应位置；

摄像头采集存储盒内采样棒200的图像信息并传递给处理器，医务人员通过显示屏实时观察，处理器调低力反馈器130与机械臂100之间的灵敏度，操作力反馈器130，实现对机械臂100的精准调整；

处理器向机械手110发送打开指令，机械手爪111全部打开，通过显示屏观测机械手爪111和采样棒200的位置，实现精准对位；

处理器向机械手110发送关闭指令，机械手爪111全部关闭，完成对采样棒200的夹取；

调高力反馈器130与机械臂100之间的灵敏度，快速移动机械臂100至受试者的口腔位置，调低力反馈器130与机械臂100之间的灵敏度；

摄像头对准受试者的口腔，通过调整机械手110的位置和姿态，完成采样，此过程中，医护人员通过观察显示屏中显示的采样环境，完成进准采样，避免对受试者的口腔造成伤害；

采样完成后，操作采样棒200移出受试者口腔300，调高力反馈器130与机械臂100之间的灵敏度，快速移动机械臂100至试剂盒400位置；

调低力反馈器130与机械臂100之间的灵敏度，调整采样棒200的空间位置，处理器向机械手110发送打开指令，机械手爪111全部打开，将采样棒200精准的放置在对应的试剂盒400的试管内；

用消毒液对机械手爪111上的橡胶套进行消毒，完成一次采样流程。

本发明实施例提供的采样机器人，通过设置机械臂、夹持件、图像采集装置和控制机构，医务人员控制机构控制机械臂移动或旋转，并带动夹持件夹取采样棒，再通过图像采集装置采集受试者的待采样部位，进而控制机械臂移动采样棒的位置，完成采样，整个过程无需医务人员与受试者直接接触，有效避免交叉感染，同时，提高了采样的规范性和准确性，提高采样效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种采样机器人，其特征在于，包括：

机械臂；

夹持件，所述夹持件设于所述机械臂的自由端；

图像采集装置，所述图像采集装置设于所述机械臂的自由端的一侧，且所述图像采集装置的采集端与所述夹持件的朝向相同；

控制机构，所述控制机构分别与所述机械臂、所述夹持件和所述图像采集装置电连接。

2.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，还包括力传感器，所述力传感器的安装端与所述机械臂的自由端连接，所述力传感器的检测端与所述夹持件连接；

所述力传感器与所述控制机构电连接。

3.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，所述控制机构包括力反馈器，所述力反馈器与所述机械臂电连接。

4.根据权利要求3所述的采样机器人，其特征在于，所述控制机构还包括处理器，所述处理器分别与所述力反馈器和所述夹持件电连接。

5.根据权利要求4所述的采样机器人，其特征在于，所述控制机构还包括显示器，所述显示器的输入端与所述处理器的输出端电连接，所述处理器的输入端与所述图像采集装置的输出端电连接。

6.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，所述图像采集装置为工业相机或摄像头。

7.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，所述机械臂具有至少六自由度。

8.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，所述夹持件包括机械手，所述机械手包括至少两个机械手爪，所述机械手爪与所述控制机构电连接。

9.根据权利要求8所述的采样机器人，其特征在于，所述机械手爪上套设有橡胶套。

10.根据权利要求1所述的采样机器人，其特征在于，所述夹持件包括负压吸管和真空泵，所述负压吸管与所述真空泵连接，所述真空泵与所述控制机构电连接。

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