CN112757323A - 一种移动式咽拭子取样机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种移动式咽拭子取样机器人，包括：多自由度机械臂、拧盖与剪断系统、灭活箱、咽拭子管阵列固定位、咬口器支架以及培养液管阵列固定位，以使进行全自动或半自动的咽拭子采样操作；其中，咽拭子管阵列固定位上的放置槽的底部设置有定位传感器，定位传感器用于判断当前放置槽中是否存在咽拭子管；咽拭子管阵列固定位的内部设置有容置腔，容置腔与放置槽连通，且容置腔的内部设置有卡紧件，卡紧件远离容置腔的一端伸入放置槽中。通过实时反馈结果，控制多自由度机械臂抓取，进而避免了多自由度机械臂的移动路径经过不存在试管的放置槽的位置时的重复，有效地提高了多自由度机械臂抓取咽拭子管的效率。

Description

一种移动式咽拭子取样机器人
技术领域
本发明涉及取样机器人领域，特别涉及一种移动式咽拭子取样机器人。
背景技术
新型冠状病毒肺炎，是一种急性感染性肺炎，新冠肺炎患者初期症状多以干咳、发热、乏力为主，后期逐渐转变为呼吸困难等表现，并伴随患者自身多种综合性疾病集中爆发。据医学临床观察该病毒潜伏期为1-14天，潜伏期即具有强传染性，因此如何快速，精准的筛查出感染人群成为控制疫情传播的主要手段。目前多从患者咽部通过拭子采集菌群样本的方式进行分析判断。
核酸检测作为一种主要的检测手段，被广泛应用于新冠病毒感染检测。其中，咽拭子是最主要的采样方法。但在采样时，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，具有较高的交叉感染风险，因此如何在咽拭子采样过程中达到医患分离，又提高取样的精度，对于预防新型冠状病毒肺炎，保护一线医护工作者，将具有重大意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是解决在采样时，医务人员须与患者近距离接触，使得具有较高的交叉感染风险的问题。
本发明提供一种移动式咽拭子取样机器人，包括：用于抓取咽拭子管或培养液管的多自由度机械臂、用于进行咽拭子剪断操作和旋动培养液管瓶盖的拧盖与剪断系统、用于灭活杀菌的灭活箱、用于容置咽拭子管的咽拭子管阵列固定位、用于支撑患者头部的咬口器支架以及用于容置培养液管的培养液管阵列固定位，以使进行全自动或半自动的咽拭子采样操作；其中，咽拭子管阵列固定位上的所述放置槽的底部设置有定位传感器，所述定位传感器用于判断当前所述放置槽中是否存在咽拭子管；所述咽拭子管阵列固定位的内部设置有容置腔，所述容置腔与所述放置槽连通，且所述容置腔的内部设置有卡紧件，卡紧件远离所述容置腔的一端伸入所述放置槽中，且所述卡紧件能够沿所述卡紧件的轴线方向进行弹性移动。
在本发明的一些实施方式中，所述多自由度机械臂上设置有刚性抓手，所述刚性抓手的底部设置有摄像头。
在本发明的一些实施方式中，所述多自由度机械臂与所述刚性抓手之间设置有力传感器。
在本发明的一些实施方式中，所述灭活箱采用医学灭活标准，在标准孔径内存放完成样本保存的培养液试管。
在本发明的一些实施方式中，定位传感器的顶部的水平高度低于放置槽的底部的水平高度，以使所述定位传感器与所述咽拭子管之间存在间隙。
在本发明的一些实施方式中，所述卡紧件位于所述容置腔的一端沿所述卡紧件的径向方向延伸，使形成限位块，所述限位块能够与所述咽拭子管阵列固定位的内壁抵接。
在本发明的一些实施方式中，所述卡紧件的外圈上套设有弹簧，所述弹簧的一端固定在所述限位块上，所述弹簧的另一端固定在所述咽拭子管阵列固定位的内壁上。
在本发明的一些实施方式中，所述缓冲层为弹性材料。
在本发明的一些实施方式中，卡紧件伸入所述放置槽的一端上设置有折边。
本发明提供的移动式咽拭子取样机器人，具有以下有益效果：
1、采用力传感器以及摄像头通过法兰盘分别安装在机械臂末端轴体和刚性抓手末端轴体上，并通过IO接口实时的传回机械臂在工作中末端的力的数据信息和摄像头成像信息，从而实现在采样过程中更好的反馈力的值，配套软件根据力的值做出调整，大大的降低了采样过程中的不舒适感。
2、采用医学灭活标准的灭活箱，在标准孔径内存放完成样本保存的培养液试管，从而实现咽拭子采集样本的一一对应，避免交叉感染的风险。
3、采用斜坡口、钝角结构的咬口器，大大降低了待采样人群咬合上的不舒适感，且为一次性消耗品，避免交叉感染。
4、采用拧盖和剪断系统用于咽拭子采样系统的拧盖与剪断系统，从而提高了采样过程的自动化。
5、在咽拭子管阵列固定位中设置快速紧扣机构及定位机构，能够实现咽拭子的快速紧扣固定和实现在整个三维外设系统能的快速定位，帮助机械臂在咽拭子采样任务中的精准抓取的任务。
6、本发明的培养液管阵列固定位的结构是由支架本体及电磁阀组成，并通过IO接口控制，保证完成机械臂在采样过程中培养液瓶盖拧开与拧上的任务。
7、本发明配套的使用软件系统完全兼容Windows平台，流畅运行，试试记录机器人及各个辅助外设的运行状态，并保存分析力数据图像视频数据，也集成了病人信息管理，采养检查结果等管理信息。同时也实现了无人工干预的全自动采样，或者人工部分参与的需求。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种移动式咽拭子取样机器人的整体结构示意图；
图2为本发明一实施方式的一种移动式咽拭子取样机器人的咽拭子管阵列固定位的结构图；
图3为图2的A处的放大图；
图4为本发明一实施方式的一种移动式咽拭子取样机器人的卡紧件的结构图；
图5为图4的B处的放大图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、多自由度机械臂；11、力传感器；12、刚性抓手；20、拧盖与剪断系统；30、灭火箱；40、咽拭子管阵列固定位；41、放置槽；4101、容置腔；42、定位传感器；43、卡紧件；4301、弹簧；4302、限位块；4303、缓冲层；4304、折边；50、咬口器支架；60、培养液管阵列固定位。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请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例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1-图5，其示出了本申请的移动式咽拭子取样机器人，该种移动式咽拭子取样机器人包括：用于抓取咽拭子管或培养液管的多自由度机械臂10、用于进行咽拭子剪断操作和旋动培养液管瓶盖的拧盖与剪断系统20、用于灭活杀菌的灭活箱30、用于容置咽拭子管的咽拭子管阵列固定位40、用于支撑患者头部的咬口器支架50以及用于容置培养液管的培养液管阵列固定位60，以使进行全自动或半自动的咽拭子采样操作；其中，咽拭子管阵列固定位40上的放置槽41的底部设置有定位传感器42，定位传感器42用于判断当前放置槽41中是否存在咽拭子管；咽拭子管阵列固定位40的内部设置有容置腔4101，容置腔4101与放置槽41连通，且容置腔4101的内部设置有卡紧件43，卡紧件43远离容置腔4101的一端伸入放置槽41中，且卡紧件43能够沿卡紧件43的轴线方向进行弹性移动。
应用本实施例的技术方案，首先咽拭子管及培养液管的阵列式定位固定，即由医护人员将对应的试管类型安放到阵列式试管架上，并快速锁定，实现其三维空间内的坐标定位，接着，多自由度机械臂10将一只培养液管放置到培养液管工作位上，工作位的夹紧装置动作，实现培养液试管的夹持固定，紧接着，多自由度机械臂10完成咽拭子管的拧开、咽拭子夹取、咽拭子移动到取样位置，在咬口器及以咬口器支架50的配合下，完成患者的咽拭子取样动作，于此同时，拧盖与剪断系统20的拧盖部分开始工作，将培养液管工位上的培养液管的瓶盖拧开，并移开，留出机械臂夹持咽拭子放入培养液管的位置，在接着，咽拭子进入培养液管后，剪断部件开始工作，完成咽拭子的剪断动作，机械臂夹持剩余的咽拭子杆放回咽拭子管，同时拧盖部件完成培养液管瓶盖的旋紧动作，然后，多自由度机械臂10对培养液管进行夹持，工作位的夹紧装置松开，机械臂将培养液管取走放置于灭活箱内，完成咽拭子取样的整体动作。
具体地，在上述操作中，通过定位传感器42判断当前咽拭子管阵列固定位40的某一放置槽41中是否存在试管，并将判断结果实时反馈，通过实时反馈结果，控制多自由度机械臂10抓取，进而避免了多自由度机械臂10的移动路径经过不存在试管的放置槽41的位置时的重复，有效地提高了多自由度机械臂10抓取咽拭子管的效率。而且通过卡紧件43的伸缩移动，能够进行卡接不同尺寸的咽拭子管，提高了咽拭子管阵列固定位40的实用性。
在一些可选的实施例中，多自由度机械臂10上设置有刚性抓手12，刚性抓手12的底部设置有摄像头。这样，使用体积小的摄像头，不影响整体外设的体积，并且像素高，成像清晰，配套软件能更好的记录分析采样过程。
在一些可选的实施例中，多自由度机械臂10与刚性抓手12之间设置有力传感器11。这样，采用高敏力传感器，能在采样过程中更好的反馈力的值，配套软件根据力的值做出调整，大大的降低了采样过程中的不舒适感。
在一些可选的实施例中，灭活箱30采用医学灭活标准，在标准孔径内存放完成样本保存的培养液试管。这样，能够实现咽拭子采集样本的一一对应，避免交叉感染的存在。
在一些可选的实施例中，定位传感器42的顶部的水平高度低于放置槽41的底部的水平高度，以使定位传感器42与咽拭子管之间存在间隙。
该种结构设计，能够避免定位传感器42与咽拭子管直接接触，造成在放置咽拭子管时，咽拭子管容易磕碰损坏的问题。
进一步参阅图3，卡紧件43位于容置腔4101的一端沿卡紧件43的径向方向延伸，使形成限位块4302，限位块4302能够与咽拭子管阵列固定位40的内壁抵接。这样，防止了卡紧件43脱离容置腔4101。
在一些可选的实施例中，使得卡紧件43能够沿卡紧件43的轴线方向进行弹性移动的结构为：卡紧件43的外圈上套设有弹簧4301，弹簧4301的一端固定在限位块4302上，弹簧4301的另一端固定在咽拭子管阵列固定位40的内壁上。
请参阅图4，卡紧件43伸入放置槽41的一端外壁上设置有缓冲层4303。这样，能够避免卡紧件43与咽拭子管直接接触，从而降低了咽拭子管破损的可能。
具体地，缓冲层4303为弹性材料。例如，硅胶材料。
请参阅图5，卡紧件43伸入放置槽41的一端上设置有折边4304。这样，便于咽拭子管的放置。
以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，包括：用于抓取咽拭子管或培养液管的多自由度机械臂(10)、用于进行咽拭子剪断操作和旋动培养液管瓶盖的拧盖与剪断系统(20)、用于灭活杀菌的灭活箱(30)、用于容置咽拭子管的咽拭子管阵列固定位(40)、用于支撑患者头部的咬口器支架(50)以及用于容置培养液管的培养液管阵列固定位(60)，以使进行全自动或半自动的咽拭子采样操作；
其中，咽拭子管阵列固定位(40)上的所述放置槽(41)的底部设置有定位传感器(42)，所述定位传感器(42)用于判断当前所述放置槽(41)中是否存在咽拭子管；
所述咽拭子管阵列固定位(40)的内部设置有容置腔(4101)，所述容置腔(4101)与所述放置槽(41)连通，且所述容置腔(4101)的内部设置有卡紧件(43)，卡紧件(43)远离所述容置腔(4101)的一端伸入所述放置槽(41)中，且所述卡紧件(43)能够沿所述卡紧件(43)的轴线方向进行弹性移动。
2.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述多自由度机械臂(10)上设置有刚性抓手(12)，所述刚性抓手(12)的底部设置有摄像头。
3.根据权利要求2所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述多自由度机械臂(10)与所述刚性抓手(12)之间设置有力传感器(11)。
4.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述灭活箱(30)采用医学灭活标准，在标准孔径内存放完成样本保存的培养液试管。
5.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，定位传感器(42)的顶部的水平高度低于放置槽(41)的底部的水平高度，以使所述定位传感器(42)与所述咽拭子管之间存在间隙。
6.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述卡紧件(43)位于所述容置腔(4101)的一端沿所述卡紧件(43)的径向方向延伸，使形成限位块(4302)，所述限位块(4302)能够与所述咽拭子管阵列固定位(40)的内壁抵接。
7.根据权利要求6所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述卡紧件(43)的外圈上套设有弹簧(4301)，所述弹簧(4301)的一端固定在所述限位块(4302)上，所述弹簧(4301)的另一端固定在所述咽拭子管阵列固定位(40)的内壁上。
8.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，卡紧件(43)伸入所述放置槽(41)的一端外壁上设置有缓冲层(4303)。
9.根据权利要求8所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，所述缓冲层(4303)为弹性材料。
10.根据权利要求1所述的一种移动式咽拭子取样机器人，其特征在于，卡紧件(43)伸入所述放置槽(41)的一端上设置有折边(4304)。
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