CN111975799A - 一种鼻口咽拭子采样机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种鼻口咽拭子采样机器人。包括移动工作平台及设置于移动工作平台上的拭子自动剥离装置、自动穿戴隔离套装置、试管转运及开关盖装置、采样机械臂、采样窗口模块及摘隔离套装置；移动工作平台设置于隔离罩内；拭子自动剥离装置用于剥离试子包装袋；自动穿戴隔离套装置用于在采样机械臂的采样末端机构外侧安装隔离套；采样窗口模块设置于隔离罩上设有的采样窗口处；试管转运及开关盖装置用于试管盖的开关及试管的转运；摘隔离套装置用于拆卸采样末端机构外侧的隔离套。本发明的机器人能够在采样全流程有效隔离医护人员与被采样人员，实现采样流程的自动化衔接，各功能组件模块化，拆装和维修方便。

Description

一种鼻口咽拭子采样机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种鼻口咽拭子采样机器人。
背景技术
核酸检测是目前新型冠状病毒感染的主要检测手段，而咽拭子是目前诊断新型冠状病毒感染在最主要的采样方法。在咽拭子操作过程中医务人员须与患者近距离接触，患者咳嗽、用力呼吸等可产生大量飞沫或气溶胶，具有较高交叉感染的风险。而采集咽拭子过程因不同医务人员水平的差异、心理的畏惧、咽拭子采集操作的不规范导致了拭子质量的差异，检测结果容易出现假阴性，影响对病情的判断。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种鼻口咽拭子采样机器人，该鼻口咽拭子采样机器人具备可移动、远程人机协作的方式，可以轻柔、快速地完成咽部组织采样任务。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种鼻口咽拭子采样机器人，包括移动工作平台及设置于所述移动工作平台上的拭子自动剥离装置、自动穿戴隔离套装置、试管转运及开关盖装置、采样机械臂、采样窗口模块及摘隔离套装置；所述移动工作平台设置于隔离罩内；
所述拭子自动剥离装置用于剥离试子外侧的包装袋；所述采样机械臂的执行末端设有采样末端机构，所述采样末端机构用于夹持或释放试子；所述自动穿戴隔离套装置用于在采样末端机构的外侧安装隔离套；所述采样窗口模块设置于隔离罩上设有的采样窗口处，用于采样机械臂对受试者进行鼻口咽拭子样本采集；所述试管转运及开关盖装置用于试管盖的开关及试管的转运；所述摘隔离套装置用于拆卸采样末端机构外侧的隔离套。
所述拭子自动剥离装置包括轨道滑台机构Ⅰ、抓取机构、收纳装置Ⅰ及开袋机构，其中收纳装置Ⅰ用于存放试子；轨道滑台机构Ⅰ具有横向移动和纵向移动的自由度；抓取机构设置于轨道滑台机构Ⅰ上，所述抓取机构用于抓取收纳装置Ⅰ内带包装袋的试子；所述开袋机构设置于所述轨道滑台机构Ⅰ的一侧，用于打开试子的包装袋，并将试子的一端露于包装袋外侧。
所述开袋机构包括支架及由上至下设置于支架上的气动剪刀、气动夹爪及升降气动滑台，其中升降气动滑台上设有降气动夹爪，降气动夹爪用于夹紧试子及试子外侧的包装袋；所述气动夹爪的内侧面设有凹槽，所述气动夹爪用于夹紧试子外侧的包装袋；所述气动剪刀用于剪开包装袋；所述升降气动滑台驱动降气动夹爪向上运动，从而使试子由包装袋上端的开口处伸出。
所述自动穿戴隔离套装置包括固定吸附装置、收纳装置Ⅱ、活动吸附装置及轨道滑台机构Ⅱ，其中固定吸附装置、收纳装置Ⅱ及轨道滑台机构Ⅱ设置于所述移动工作平台上，所述收纳装置Ⅱ用于存放隔离套；所述轨道滑台机构Ⅱ具有横向和纵向移动的自由度；所述活动吸附装置设置于所述轨道滑台机构Ⅱ上，并且与所述固定吸附装置相对设置，所述活动吸附装置与所述固定吸附装置协同作用吸附隔离套，并将隔离套撑开，所述采样末端机构可套装在隔离套内。
所述试管转运及开关盖装置包括试管架、末端夹持机构、机械臂及试管固定机构，其中试管固定机构用于固定采样试管；末端夹持机构设置于机械臂的末端，用于试管盖的开关及试管的夹持转运。
所述采样窗口模块包括升降机构、采样托板、隔离面板、安装座及驱动电机，其中驱动电机通过安装座与所述移动工作平台连接；所述驱动电机的输出端与升降机构连接，所述隔离面板与升降机构连接，所述隔离面板与所述隔离罩上的采样窗口滑动连接，所述隔离面板上设有采样口；所述采样托板设置于隔离面板上，并且位于所述采样窗口的外侧，用于支撑受试者的下颚。
所述摘隔离套装置包括废弃隔离套收集箱及设置于废弃隔离套收集箱两侧的至少两组吸盘机构；至少两组吸盘机构协同作用吸附和脱离所述采样末端机构外侧的隔离套。
所述吸盘机构包括负压吸盘、吸盘支撑杆及气动滑台，其中气动滑台设置于所述移动工作平台上，吸盘支撑杆的一端与气动滑台连接，另一端与负压吸盘连接；所述负压吸盘吸附隔离套后，通过气动滑台向后运动，从而使隔离套脱离所述采样末端机构。
所述采样机械臂包括机械臂本体，所述机械臂本体的末端设有末端连接法兰，所述末端连接法兰上设有照明设备、摄像头及所述采样末端机构。
所述的鼻口咽拭子采样机器人，还包括设置于所述移动工作平台上的信息管理装置，所述信息管理装置用于记录和存储患者的身份及检测信息。
本发明的优点及有益效果是：本发明的机器人能够在采样全流程有效隔离医护人员与被采样人员，实现采样流程的自动化衔接，各功能组件模块化，拆装和维修方便，可独立集成于机器人平台，与多种类型的采样机械臂兼容，拓展了采样范围。
附图说明
图1为本发明鼻口咽拭子采样机器人的结构示意图；
图2为本发明中拭子自动剥离装置的结构示意图；
图3为本发明中自动穿戴隔离套装置的结构示意图；
图4为本发明中试管转运及开关盖装置的结构示意图；
图5为本发明中采样机械臂的结构示意图；
图6为本发明中采样窗口模块的结构示意图；
图7为本发明中摘隔离套装置的结构示意图。
图中：1为拭子自动剥离装置，101为轨道滑台机构Ⅰ，102为抓取机构，103为收纳装置Ⅰ，104为气动剪刀，105为气动夹爪，106为支架，107为升降气动夹爪，108为升降气动滑台，2为自动穿戴隔离套装置，201为固定吸附装置，202为收纳装置Ⅱ，203为活动吸附装置，204为轨道滑台机构Ⅱ，3为试管转运及开关盖装置，301为试管架，302为末端夹持机构，303为机械臂，304为试管固定机构，4为采样机械臂，401为机械臂本体，402为采样末端机构，403为照明设备，404为摄像头，5为采样窗口模块，501为升降机构，502为采样托板，503为隔离面板，504为安装座，505为驱动电机，6为摘隔离套装置，601为负压吸盘，602为吸盘支撑杆，603为气动滑台，604为废弃隔离套收集箱，7为信息管理装置，8为移动工作平台，9为隔离罩。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种鼻口咽拭子采样机器人，包括移动工作平台8及设置于移动工作平台8上的拭子自动剥离装置1、自动穿戴隔离套装置2、试管转运及开关盖装置3、采样机械臂4、采样窗口模块5及摘隔离套装置6；移动工作平台8设置于隔离罩9内，隔离罩9设有采样窗口；拭子自动剥离装置1用于剥离试子外侧的包装袋；采样机械臂4的执行末端设有采样末端机构402，采样末端机构402用于夹持或释放试子；自动穿戴隔离套装置2用于在采样末端机构402的外侧安装隔离套；采样窗口模块5设置于隔离罩9上的采样窗口处，用于采样机械臂4对受试者进行鼻口咽拭子样本采集；试管转运及开关盖装置3用于试管盖的开关及试管的转运；摘隔离套装置6用于拆卸采样末端机构402外侧的隔离套。
在上述实施例的基础上，如图1所示，本发明提供的一种鼻口咽拭子采样机器人还包括设置于移动工作平台8上的信息管理装置7，信息管理装置7用于记录和存储患者的身份及检测信息。
如图2所示，本发明的实施例中，拭子自动剥离装置1包括轨道滑台机构Ⅰ101、抓取机构102、收纳装置Ⅰ103及开袋机构，其中收纳装置Ⅰ103用于存放试子；轨道滑台机构Ⅰ101具有横向移动和纵向移动的自由度；抓取机构102设置于轨道滑台机构Ⅰ101上，抓取机构102用于抓取收纳装置Ⅰ103内带包装袋的试子；开袋机构设置于轨道滑台机构Ⅰ101的一侧，用于打开试子的包装袋，并将试子的一端露于包装袋外侧。
本实施例中，抓取机构102包括吸盘支架及设置于吸盘支架上的吸盘，通过吸盘吸附收纳装置Ⅰ103推送的带包装袋的试子，并通过轨道滑台机构Ⅰ101将带包装袋的试子推送至开袋机构处。
如图2所示，本发明的实施例中，开袋机构包括支架106及由上至下设置于支架106上的气动剪刀104、气动夹爪105及升降气动滑台108，其中升降气动滑台108上设有升降气动夹爪107，升降气动夹爪107用于夹紧试子及试子外侧的包装袋；气动夹爪105的内侧面设有凹槽，气动夹爪105用于夹紧试子外侧的包装袋，因气动夹爪105内侧面设有凹槽，所以气动夹爪105夹紧时不会夹紧包装袋内的试子，试子可在包装袋内自由活动；气动剪刀104用于剪开包装袋，使包装袋的上端开口；升降气动滑台108驱动升降气动夹爪107向上运动，升降气动夹爪107带动包装袋及其内的试子一同向上运动，此时位于上方的气动夹爪105已夹紧固定包装袋，从而使试子由包装袋上端的开口处伸出，便于采样机械臂4的采样末端机构402抓取，完成上拭子工作，实现自动化上拭子。
如图3所示，本发明的实施例中，自动穿戴隔离套装置2包括固定吸附装置201、收纳装置Ⅱ202、活动吸附装置203及轨道滑台机构Ⅱ204，其中固定吸附装置201、收纳装置Ⅱ202及轨道滑台机构Ⅱ204设置于移动工作平台8上，收纳装置Ⅱ202用于存放隔离套；轨道滑台机构Ⅱ204具有横向和纵向移动的自由度；活动吸附装置203设置于轨道滑台机构Ⅱ204上，并且与固定吸附装置201相对设置，活动吸附装置203与固定吸附装置201协同作用吸附隔离套。当轨道滑台机构Ⅱ204驱动活动吸附装置203向后移动将隔离套撑开，采样末端机构402可套装在隔离套内，完成戴隔离套工作，实现自动化戴隔离套。
本实施例中，活动吸附装置203与固定吸附装置201结构相同，均包括支撑杆及设置于支撑杆上的吸盘。
如图4所示，本发明的实施例中，试管转运及开关盖装置3包括试管架301、末端夹持机构302、机械臂303及试管固定机构304，其中试管固定机构304用于固定采样试管；末端夹持机构302设置于机械臂303的末端，用于试管盖的开关及试管的夹持转运。
具体地，本实施例中，机械臂303由螺钉固定于可移动工作平台8上，试管架301放置于工作台面指定区域，末端夹持机构302通过联轴器固定于机械臂303的末端转轴，试管固定机构304由螺钉固定于可移动工作平台8上。机械臂末端转轴通过旋转与升降带动末端夹持机构302转动及升降完成开关盖动作。末端夹持机构302夹持试管,配合各关节旋转实现转运动作。其中试管固定机构304可采用气动夹爪夹持试管。
如图5所示，本发明的实施例中，采样机械臂4包括机械臂本体401，机械臂本体401的末端设有末端连接法兰，末端连接法兰上设有照明设备403、摄像头404及采样末端机构402。
如图6所示，本发明的实施例中，采样窗口模块5包括升降机构501、采样托板502、隔离面板503、安装座504及驱动电机505，其中驱动电机505通过安装座504与移动工作平台8连接；驱动电机505的输出端与升降机构501连接，隔离面板503与升降机构501连接，隔离面板503与隔离罩9上的采样窗口滑动连接，隔离面板503上设有采样口；采样托板502设置于隔离面板503上，并且位于采样窗口的外侧，用于支撑受试者的下颚。
进一步地，隔离面板503上还设有位置识别机构，用以匹配被采样者口腔位置高度。采样托板502与隔离面板503固连并固定于升降机构501的顶端。本实施例中，升降机构501采用丝杠丝母机构。由驱动电机505驱动升降机构501完成采样窗口升降动作。位置识别机构识别被采样者位置高度信息与升降机构形成反馈环，可使采样窗口实现自主高度调节。
如图7所示，本发明的实施例中，摘隔离套装置6包括废弃隔离套收集箱604及设置于废弃隔离套收集箱604两侧的至少两组吸盘机构；至少两组吸盘机构协同作用吸附和脱离采样末端机构402外侧的隔离套。
本实施例中，吸盘机构包括负压吸盘601、吸盘支撑杆602及气动滑台603，其中气动滑台603设置于移动工作平台8上，吸盘支撑杆602的一端与气动滑台603连接，另一端与负压吸盘601连接；负压吸盘601吸附隔离套后，通过气动滑台603向后运动，从而使隔离套脱离采样末端机构402。
本发明的机器人采集鼻口咽拭子可以远程人机协作的方式，可以轻柔、快速地完成鼻咽部组织采样任务。有效避免医务人员感染、提升生物样本采集的规范性、保证标本质量，实现了鼻口咽拭子采样的规范化、模块化，使被采样者与采样操作者保持相对独立，使整个鼻口咽拭子采样实现了完全隔离，采样更安全，采样更迅速，整体更智能化。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，包括移动工作平台(8)及设置于所述移动工作平台(8)上的拭子自动剥离装置(1)、自动穿戴隔离套装置(2)、试管转运及开关盖装置(3)、采样机械臂(4)、采样窗口模块(5)及摘隔离套装置(6)；所述移动工作平台(8)设置于隔离罩(9)内；
所述拭子自动剥离装置(1)用于剥离试子外侧的包装袋；所述采样机械臂(4)的执行末端设有采样末端机构(402)，所述采样末端机构(402)用于夹持或释放试子；所述自动穿戴隔离套装置(2)用于在采样末端机构(402)的外侧安装隔离套；所述采样窗口模块(5)设置于隔离罩(9)上设有的采样窗口处，用于采样机械臂(4)对受试者进行鼻口咽拭子样本采集；所述试管转运及开关盖装置(3)用于试管盖的开关及试管的转运；所述摘隔离套装置(6)用于拆卸采样末端机构(402)外侧的隔离套。
2.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述拭子自动剥离装置(1)包括轨道滑台机构Ⅰ(101)、抓取机构(102)、收纳装置Ⅰ(103)及开袋机构，其中收纳装置Ⅰ(103)用于存放试子；轨道滑台机构Ⅰ(101)具有横向移动和纵向移动的自由度；抓取机构(102)设置于轨道滑台机构Ⅰ(101)上，所述抓取机构(102)用于抓取收纳装置Ⅰ(103)内带包装袋的试子；所述开袋机构设置于所述轨道滑台机构Ⅰ(101)的一侧，用于打开试子的包装袋，并将试子的一端露于包装袋外侧。
3.根据权利要求2所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述开袋机构包括支架(106)及由上至下设置于支架(106)上的气动剪刀(104)、气动夹爪(105)及升降气动滑台(108)，其中升降气动滑台(108)上设有降气动夹爪(107)，降气动夹爪(107)用于夹紧试子及试子外侧的包装袋；所述气动夹爪(105)的内侧面设有凹槽，所述气动夹爪(105)用于夹紧试子外侧的包装袋；所述气动剪刀(104)用于剪开包装袋；所述升降气动滑台(108)驱动降气动夹爪(107)向上运动，从而使试子由包装袋上端的开口处伸出。
4.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述自动穿戴隔离套装置(2)包括固定吸附装置(201)、收纳装置Ⅱ(202)、活动吸附装置(203)及轨道滑台机构Ⅱ(204)，其中固定吸附装置(201)、收纳装置Ⅱ(202)及轨道滑台机构Ⅱ(204)设置于所述移动工作平台(8)上，所述收纳装置Ⅱ(202)用于存放隔离套；所述轨道滑台机构Ⅱ(204)具有横向和纵向移动的自由度；所述活动吸附装置(203)设置于所述轨道滑台机构Ⅱ(204)上，并且与所述固定吸附装置(201)相对设置，所述活动吸附装置(203)与所述固定吸附装置(201)协同作用吸附隔离套，并将隔离套撑开，所述采样末端机构(402)可套装在隔离套内。
5.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述试管转运及开关盖装置(3)包括试管架(301)、末端夹持机构(302)、机械臂(303)及试管固定机构(304)，其中试管固定机构(304)用于固定采样试管；末端夹持机构(302)设置于机械臂(303)的末端，用于试管盖的开关及试管的夹持转运。
6.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述采样窗口模块(5)包括升降机构(501)、采样托板(502)、隔离面板(503)、安装座(504)及驱动电机(505)，其中驱动电机(505)通过安装座(504)与所述移动工作平台(8)连接；所述驱动电机(505)的输出端与升降机构(501)连接，所述隔离面板(503)与升降机构(501)连接，所述隔离面板(503)与所述隔离罩(9)上的采样窗口滑动连接，所述隔离面板(503)上设有采样口；所述采样托板(502)设置于隔离面板(503)上，并且位于所述采样窗口的外侧，用于支撑受试者的下颚。
7.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述摘隔离套装置(6)包括废弃隔离套收集箱(604)及设置于废弃隔离套收集箱(604)两侧的至少两组吸盘机构；至少两组吸盘机构协同作用吸附和脱离所述采样末端机构(402)外侧的隔离套。
8.根据权利要求7所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述吸盘机构包括负压吸盘(601)、吸盘支撑杆(602)及气动滑台(603)，其中气动滑台(603)设置于所述移动工作平台(8)上，吸盘支撑杆(602)的一端与气动滑台(603)连接，另一端与负压吸盘(601)连接；所述负压吸盘(601)吸附隔离套后，通过气动滑台(603)向后运动，从而使隔离套脱离所述采样末端机构(402)。
9.根据权利要求1所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，所述采样机械臂(4)包括机械臂本体(401)，所述机械臂本体(401)的末端设有末端连接法兰，所述末端连接法兰上设有照明设备(403)、摄像头(404)及所述采样末端机构(402)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的鼻口咽拭子采样机器人，其特征在于，还包括设置于所述移动工作平台(8)上的信息管理装置(7)，所述信息管理装置(7)用于记录和存储患者的身份及检测信息。
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