CN112716535B - 一种绳驱咽拭子机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绳驱咽拭子机器人，包括柔性操作臂和驱动系统；其中柔性操作臂包括外层绳驱机构、内层绳驱机构、中间弹性体、驱动绳索四部分；驱动系统包括固定基座和外层绳驱机构的移动式驱动模块O1 O2 O3 O4以及内层绳驱机构的移动式驱动模块I1 I2 I3 I4；外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1分别驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构沿轴线方向前进与后退；内层绳驱机构的移动式驱动模块I2 I3 I4和外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4分别通过绳索与内外层绳驱机构连接，驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构的俯仰、偏航运动。本发明的绳驱咽拭子机器人具有进退灵活的特点，能够很好的满足医护工作者对咽喉自动采样的需求。

Description

一种绳驱咽拭子机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种绳索驱动咽拭子机器人。
背景技术
咽拭子采样是一种公认的，在世界范围内广泛用于病毒样本采集的技术，目前大多数采样为人工采样，但在人工采样中医护人员的安全及采样的成功率难以得到保障,为了提高采样的安全性和可靠性，咽拭子机器人随之诞生；现有的咽拭子机器人采样尚属于阶段性成功及应用测试，因而现有技术很难满足咽喉采样的要求
发明内容
为了满足当前社会的需求，本发明提供了一种绳驱咽拭子机器人，是一种能在狭小采样空间灵巧运动，实现口腔及咽喉的低刚度抵近和变刚度取样的机器人，能很好的满足在咽喉部位采样时的苛刻要求。
 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种绳驱咽拭子机器人，包括柔性操作臂和驱动系统。其中柔性操作臂包括外层绳驱机构、内层绳驱机构、中间弹性体、绳索四部分；驱动系统包括固定基座、外层绳驱机构的移动式驱动模块O1O2O3O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I1I2I3I4；
所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1分别驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构沿轴线方向前进与后退；
所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块 O2O3O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I2I3I4分别通过绳索与外层绳驱机构和内层绳驱机构连接，驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构的俯仰、偏航运动；
在采样过程，通过外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1驱动柔性操作臂及拭子进入口腔；外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I2I3I4通过控制绳索来驱动内外层绳驱机构在口腔中弯曲运动；通过内外层绳驱机构的弯曲运动带动拭子采样。
进一步的，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1O2O3O4包括伺服电机、联轴器、丝杠基座、丝杠、丝杠螺母、滑块连接件、滑块、导轨。所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4通过丝杠基座与固定板固定在一起，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1与O2O3O4通过弧形连接块连接，所述的弧形连接块内侧有凹槽，通过凹槽可插入外层绳驱机构的移动式驱动模块O1中的滑块连接件并进行固定。
进一步的，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1的导轨固定在基座上，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4各自的导轨固定在固定板。
 进一步的，所述的内层绳驱机构的移动式驱动模块I1I2I3I4与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1O2O3O4结构相同。所述的内层绳驱机构的移动式驱动模块I1 和I2I3I4的连接方式与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和O2O3O4的连接方式相同。
进一步的，所述的柔性操作臂的外层绳驱机构和内层绳驱机构的最上端与各自的三项连接件相连接，所述的各自的三项连接件与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1连接；所述的三项连接件一端与绳驱机构的移动式驱动模块相连接，另一端的上部可固定管线，下部可与柔性操作臂连接。
 进一步的，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块I2I3I4分别通过绳索与内外层绳驱机构连接，所述的绳索布置方式为管线方式，管线作为绳索导向管路；所述的管线一端固定在固定板上，另一端固定在三项连接件上。所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1 和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I1的导轨由支撑件连接及固定。
本发明实现的有益的效果：
第一个“机—电”分离，本发明的一种绳驱咽拭子机器人的电机、控制器等部件统一放置在控制箱中，通过绳索驱动采样端机械臂的运动，这种设计使得机械臂直径细、质量轻、惯量小，为柔性操作臂在狭小口腔运动提供结构机构保障；
第二个“进—退”灵巧，本发明的一种绳驱咽拭子机器人自由度数多、臂型曲率连续，通过规划运动轨迹能在狭小采样空间灵巧运动，抵近咽喉的目标部位；
第三个“刚—柔”共融，本发明的一种绳驱咽拭子机器人通过控制绳索拉力和整臂臂型的方式实现可刚可柔的变刚度工作效果，有利于口腔及咽喉的低刚度抵近和变刚度取样。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是绳驱咽拭子机器人的整体结构的外侧立体示意图。
图2是绳驱咽拭子机器人的外层绳驱机构的移动式驱动模块的立体示意图。
图3是滑块连接件一个实施例的结构示意图。
图4是弧形连接块一个实施例的结构示意图。
图5是绳驱咽拭子机器人的整体结构的内侧立体示意图。
图6是三项连接件一个实施例的结构示意图。
实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。
 参照图1，示出了本发明绳驱咽拭子机器人的整体结构的外侧立体示意图；如图所示，绳驱咽拭子机器人主体结构包括固定基座1，外层绳驱机构的移动式驱动模块O1O2O3O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I1I2I3I4以及外层绳驱机构2和内层绳驱机构3。
 外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块 I1分别固定在固定基座1上；内层绳驱机构的移动式驱动模块I1和外层绳驱机构的移动式驱动模块O1分别控制内层绳驱机构3和外层绳驱机构2沿轴线方向运动；内层绳驱机构的移动式驱动模块I2I3I4和外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4分别通过绳索与内层绳驱机构3和外层绳驱机构2连接，可控制内层绳驱机构3和外层绳驱机构2的俯仰、偏航运动。
内层绳驱机构的移动式驱动模块I1I2I3I4与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1O2O3O4结构相同，内层绳驱机构的移动式驱动模块I1与I2I3I4连接方式与外层绳驱机构的移动式驱动模块相同。
参照图2至4，分别示出了本发明绳驱咽拭子机器人的外层绳驱机构的移动式驱动模块的立体示意图、滑块连接件一个实施例的结构示意图以及弧形连接块一个实施例的结构示意图；具体的，外层绳驱机构的移动式驱动模块O4包括伺服电机a、联轴器b、丝杠基座c、丝杠d、滑块连接件e、丝杠螺母f、滑块g、导轨h；伺服电机a的驱动轴通过联轴器b和丝杠d固定连接在一起，丝杠d与丝杠基座c嵌套连接，丝杠d与丝杠螺母f螺纹连接，丝杠螺母f与滑块连接件e固定连接，滑块连接件e与滑块g固定连接，滑块连接件e通过滑块g与导轨h实现滑动连接；滑块连接件e的左端有U型槽口，在外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4中，滑块连接件e的U型槽口用于固定绳索。
外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4的结构和安装方式完全相同，外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4分别通过各自的丝杠基座c固定在固定板4上，使得外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4在运动过程中保持相对静止；外层绳驱机构的移动式驱动模块O1与外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4在结构上相同，但丝杠螺母f和滑块连接件e的安装方式不同；在外层绳驱机构的移动式驱动模块O1中，丝杠螺母f固定在滑块连接件e的上方，当伺服电机正转时，丝杠螺母f带动滑块连接件e向下运动；在外层绳驱机构的移动式驱动模块O4中，丝杠螺母f和滑块连接件e整体实现180°旋转，丝杠螺母f固定在滑块连接件e的下方，当伺服电机正转时，丝杠螺母f带动滑块连接件e向下运动，连接在滑块连接件e上的绳索随之被拉动，牵引外层绳驱机构对应方向的绳索收紧，使外层绳驱机构完成空间弯曲运动。
外层绳驱机构的移动式驱动模块O1与O2O3O4通过弧形连接块6连接，弧形连接块6的外侧与外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4的导轨h固定连接，弧形连接块6内侧有凹槽，通过凹槽可插入外层绳驱机构的移动式驱动模块O1中的滑块连接件e并进行固定。
参照图5至6，示出了本发明绳驱咽拭子机器人的整体结构的内侧立体示意图及三项连接件一个实施例的结构示意图；内层绳驱机构3同轴线嵌套在外层绳驱机构2内，内层绳驱机构3长度大于外层绳驱机构2；绳驱机构和绳驱机构的移动式驱动模块通过绳索连接，在绳驱咽拭子机器人内部，绳索布置方式为管线方式，管线7作为绳索导向管路，绳索位于管线7内，管线7可任意摆放而不影响内部绳索的工作；管线7的一端固定在固定板4上，另一端固定在三项连接件5上。
三项连接件5用于连接管线7、绳驱机构及绳驱机构的移动式驱动模块；具体的，外层绳驱机构的移动式驱动模块O1的滑块与三项连接件5的一端连接，三项连接件5的另一端的上端有3个孔，分别与外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4中驱动绳索所在的管线连接，三项连接件5的下端与外层绳驱机构2的上端固定连接；同理，内层绳驱机构3、内层绳驱机构的移动式驱动模块I1I2I3I4、三项连接件5及管线7的连接方式与上述完全相同，内外层绳驱机构的移动式驱动模块I1O1的导轨内侧由支撑件9连接及固定，内外绳驱机构的移动式驱动模块I1O1的导轨外侧由机器人外壳9连接及固定。
本发明的绳驱咽拭子机器人的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2O3O4和外层绳驱机构2在运动过程中保持相对静止；同理，内层绳驱机构的移动式驱动模块I2I3I4和内层绳驱机构3在运动过程中也保持相对静止。
此外，本发明的绳驱咽拭子机器人工作时，当只有其中一个绳驱机构工作时为低刚度状态，当两个绳驱机构同时工作时为高刚度状态。
以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1. 一种绳驱咽拭子机器人，包括柔性操作臂和驱动系统；其中柔性操作臂包括外层绳驱机构、内层绳驱机构、中间弹性体、绳索四部分；驱动系统包括固定基座、外层绳驱机构的移动式驱动模块O1 O2 O3 O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1 I2 I3 I4；
所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1分别驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构沿轴线方向前进与后退，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块I2 I3 I4分别通过绳索与外层绳驱机构和内层绳驱机构连接，驱动外层绳驱机构和内层绳驱机构的俯仰和偏航运动；
所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1 O2 O3 O4包括伺服电机、联轴器、丝杠基座、丝杠、丝杠螺母、滑块连接件、滑块、导轨；所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4通过丝杠基座与固定板固定在一起；所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1与O2 O3 O4通过弧形连接块连接，所述的弧形连接块内侧有凹槽，通过凹槽插入外层绳驱机构的移动式驱动模块O1中的滑块连接件并进行固定；所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1的导轨固定在基座上，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4各自的导轨固定在固定板；所述的内层绳驱机构的移动式驱动模块I1 I2 I3 I4与外层驱机构的移动式驱动模块O1O2 O3 O4结构相同；所述的内层绳驱机构的移动式驱动模块I1和I2 I3 I4的连接方式与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和O2 O3 O4的连接方式相同；
在采样过程，通过外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1驱动柔性操作臂及拭子进入口腔；外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块I2 I3 I4通过控制绳索来驱动内外层绳驱机构在口腔中弯曲运动；通过内外层绳驱机构的弯曲运动带动拭子采样。
2.根据权利要求1所述的绳驱咽拭子机器人，其特征在于，所述的柔性操作臂的外层绳驱机构和内层绳驱机构的最上端与各自的三项连接件连接，所述的各自的三项连接件与外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1连接；所述的三项连接件一端与绳驱机构的移动式驱动模块相连接，另一端的上部固定管线，下部与柔性操作臂连接。
3. 根据权利要求1所述的绳驱咽拭子机器人，其特征在于，所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O2 O3 O4和内层绳驱机构的移动式驱动模块I2 I3 I4分别通过绳索与内外层绳驱机构连接，绳索布置方式为管线方式，管线作为绳索导向管路；管线一端固定在固定板上，另一端固定在三项连接件上；所述的外层绳驱机构的移动式驱动模块O1和内层绳驱机构的移动式驱动模块I1的导轨由支撑件连接及固定。
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