CN113633320A - 咽拭子采样系统的采样头部装置 - Google Patents

咽拭子采样系统的采样头部装置 Download PDF

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姜鹏
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曹策
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Abstract

本发明提供一种咽拭子采样系统的采样头部装置，包括：下壳、安装在下壳上方的上壳、用于和外部组件连接的横梁转接件、安装在下壳上的柔性装夹旋转装置、安装在下壳上的安装板、安装在安装板上的电机、滑环、安装在下壳的内壁两侧的夹板、安装在夹板凹槽内的激光测距仪、安装在上壳上的支撑板和挡板、安装在支撑板上的相机和灯光组件；本发明实现了实时运动距离的监测、自动咽拭子采样以及与人体交互力的实时检测，保证了采样的舒适性和安全性；同时避免了医生在人工采样时出现二次感染的现象，减轻了劳动强度，提高了采样工作的效率；本发明避开了传统机械臂的设计方式，降低了整体的设备成本，整体构造简单，易于制造和使用。

Description

咽拭子采样系统的采样头部装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种咽拭子采样系统的采样头部装置。
背景技术
医院在临床检测时很多病原体的检测采样都需要通过咽拭子的方式来进行，目前这种采集基本由医生来手动实现，这种在面临高传染性风险的检测中，医生的安全就难以得到保障，另外大量的检测任务压力也给医生增加了巨大的负担；而现有的机器人检测设备均通过复杂的机械臂来实现，这样成本的约束使得无法实现普及性应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种咽拭子采样系统的采样头部装置。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提出的咽拭子采样系统的采样头部装置，包括：下壳、安装在下壳上方的上壳、下壳和上壳配合安装后形成密闭的头部腔室；
在头部腔室内安装有用于装夹咽拭子的柔性装夹旋转装置、用于传递力的滑环和用于带动柔性装夹旋转装置旋转的电机、用于测量与被采样者之间距离的激光测距仪、用于采集图像信息的相机；
柔性装夹旋转装置、滑环和电机依次串联连接，且柔性装夹旋转装置的中轴线、滑环的中轴线和电机的输出轴的中轴线重合；
相机的镜头的光轴和柔性装夹旋转装置的中轴线平行；
激光测距仪发出的激光光束与咽拭子的轴线相交在咽拭子的头部位置。
优选地，柔性装夹旋转装置包括：套管、安装在套管的一端用于和滑环连接的转接组件、安装在套管的外圆柱面上的轴承、一部分固定在套管内且另一部分伸出套管用于传递力的中心杆，在套管内分别安装有套在中心杆上用于支撑及润滑中心杆的直线轴承、用于固定直线轴承的卡簧、压力传感器和用于传递力及将压力传感器压紧在转接组件上的传感器压板，在中心杆和传感器压板之间安装有用于缓冲中心杆运动的弹簧，中心杆一端安装有用于承载及固定咽拭子的装夹套管、在装夹套管内安装有用于压紧咽拭子的弹片；
装夹套管靠近咽拭子的一端为中空圆台的形状，中空圆台的内孔孔径与咽拭子的杆部直径相同。轴承被下壳的内壁和上壳的内壁固定；中心杆、弹簧、传感器压板和压力传感器依次串联安装。
优选地，咽拭子采样系统的采样头部装置还包括用于和外部组件连接的横梁转接件。
优选地，在头部腔室内还安装有：用于封闭上壳上的窗口的挡板、安装在下壳上的安装板、安装在下壳的内壁两侧被安装板压紧固定的夹板、安装在上壳上的支撑板；
滑环和电机安装在安装板上；激光测距仪安装在夹板的凹槽内；相机安装在支撑板上。
优选地，挡板选用透明材料；在支撑板上安装有用于补光的灯光组件，灯光组件的光轴和柔性装夹旋转装置的中轴线平行。
优选地，在套管上靠近转接组件的一端的外圆柱面上设有通槽；在中心杆上靠近弹簧的一端设有定位键；定位键和通槽配合，保证套管旋转时带动中心杆同时旋转；在套管的外圆柱面上设有用于轴向定位轴承的轴肩。
优选地，在传感器压板的一端开设有用于固定弹簧的环槽，环槽的尺寸和弹簧的尺寸相同。
优选地，压力传感器为薄膜传感器。
优选地，在装夹套管的轴向，一组弹片的数量至少为3个，且所有弹片的安装位置共线；在装夹套管的径向，弹片的组数不少于3组，且各组弹片沿圆周均匀分布。
优选地，在转接组件上设有用于使压力传感器的线脚穿过的通孔。
本发明能够取得以下技术效果：
本发明通过柔性装夹旋转装置、激光测距仪、电机和相机实现了实时运动距离的监测、自动咽拭子采样以及与人体交互力的实时检测，提升运动精度的同时保证了人与设备的安全性及采集的舒适性；本发明与外部自动控制组件连接后可自动进行咽拭子采样的工作，避免了医生在人工采样时出现二次感染的现象，减轻了劳动强度，提高了采样工作的效率和安全性；本发明避开了传统机械臂的设计方式，降低了整体的设备成本，整体构造简单，易于制造和使用。
附图说明
图1是根据本发明实施例的咽拭子采样系统的采样头部装置的内部结构示意图；
图2是根据本发明实施例的柔性装夹旋转装置的外观示意图；
图3是根据本发明实施例的柔性装夹旋转装置的全剖视图；
图4是根据本发明实施例的套管的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的中心杆的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的安装板与下壳相配合的结构示意图；
图7是根据本发明实施例的激光测距仪及夹板与下壳相配合的结构示意图。
其中的附图标记包括：柔性装夹旋转装置1、滑环2、激光测距仪3、电机4、下壳5、横梁转接件6、上壳7、相机8、灯光组件9、安装板10、夹板11、支撑板12、挡板13、装夹套管101、弹片102、中心杆103、轴承104、直线轴承105、套管106、弹簧107、传感器压板108、压力传感器109、转接组件110、卡簧111、通槽601、定位键301。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面结合图1到图7对本发明的具体工作方式进行详细说明：
本发明提出一种咽拭子采样系统的采样头部装置，包括：柔性装夹旋转装置1、滑环2、激光测距仪3、电机4、下壳5、横梁转接件6、上壳7、相机8、灯光组件9、安装板10、夹板11、支撑板12、挡板13；下壳5和上壳7配合安装后形成密闭的头部腔室。
柔性装夹旋转装置1用于装夹咽拭子；柔性装夹旋转装置1安装在头部腔室内，可以带动咽拭子转动。柔性装夹旋转装置1采用弹片102来装夹咽拭子，装夹力度轻柔，防止了咽拭子在装夹时出现折断现象；同时，当咽拭子在采样时遇到的阻力较大时，弹片102与咽拭子会发生相对滑动，减少了不适感；柔性装夹旋转装置1设有弹簧107和压力传感器109，提高了咽拭子采样的舒适性；同时压力传感器109能实时反馈压力值的变化情况，提高了咽拭子采样的安全性。
滑环2用于传递电机4带动柔性装夹旋转装置1旋转的力；滑环2安装在头部腔室内的安装板10上，且位于柔性装夹旋转装置1和电机4之间。
滑环2为内外环结构；内环用于连接电机4和柔性装夹旋转装置1，和柔性装夹旋转装置1同时转动；内环通过与转接组件110连接来传递带动柔性装夹旋转装置1旋转的力；内环上设有用于通过压力传感器109的电路的通孔；外环用于承载内环，与安装板10固定连接。
激光测距仪3用于测量与被采样者之间距离；如图7所示，激光测距仪3安装在夹板11的凹槽内。激光测距仪3发出的激光光束与咽拭子的轴线相交在咽拭子的头部位置，以此保证激光测距仪实时测量咽拭子头部与被采样者之间的具体距离。
电机4用于带动柔性装夹旋转装置1旋转，电机4安装在头部腔室内的安装板10上。如图1所示，柔性装夹旋转装置1的中轴线、滑环2的中轴线和电机4的输出轴的中轴线重合。
横梁转接件6用于和外部组件连接。横梁转接件6分别和下壳5以及上壳7固定连接。
上壳7安装在下壳5的上方。上壳7上开设有用于透光的窗口。在本发明的一个实施例中，下壳5和上壳7通过螺纹固定连接。
相机8用于采集图像信息。相机8安装在支撑板12上。相机8的镜头的光轴和柔性装夹旋转装置1的中轴线平行，保证相机8能直接采集被采样者的口腔图像。
灯光组件9用于在光线较暗时对相机8进行补光；灯光组件9安装在支撑板12上；灯光组件9的光轴和柔性装夹旋转装置1的中轴线平行，保证灯光组件9直接照射被采样者的口腔。
安装板10用于承载滑环2和电机4。如图6所示，安装板10安装在下壳5上，且位于头部腔室内。
夹板11用于固定和承载激光测距仪3。如图6和图7所示，夹板11安装在下壳5的内壁两侧且被安装板10压紧固定。夹板11上开设有用于固定激光测距仪3的凹槽。凹槽的倾斜角度保证了激光测距仪3发出的激光的光路与咽拭子的轴线相交在咽拭子的头部位置。
支撑板12用于固定和承载相机8和灯光组件9。如图1所示，支撑板12安装在上壳7上，且位于头部腔室内。在本发明的一个实施例中，支撑板12通过螺钉固定安装在上壳7上。
挡板13用于封闭上壳7上的窗口。如图1所示，挡板13安装在上壳7上，且位于头部腔室内。挡板13选用透明材料，来保证透光性。
柔性装夹旋转装置1包括装夹套管101、弹片102、中心杆103、轴承104、直线轴承105、套管106、弹簧107、传感器压板108、压力传感器109、转接组件110、卡簧111。
装夹套管101安装在中心杆103的一端，用于承载及固定咽拭子。如图3所示，为了便于咽拭子装夹时的对中，装夹套管101靠近咽拭子的一端为中空圆台的形状，中空圆台的内孔孔径与咽拭子的杆部直径相同。当咽拭子靠近装夹套管101时，咽拭子的杆部最先接触中空圆台，咽拭子继续运动时会被中空圆台的内壁导向中空圆台的内孔，保证了咽拭子装夹时的对中方便。装夹套管101上设有安装弹片102的孔，孔的尺寸及数量和弹片102对应。在本发明的实施例中，装夹套管101和中心杆103采用过盈配合的方式装配在一起，保证中心杆103能够带动装夹套管101一起转动。
弹片102安装在装夹套管101内，用于压紧咽拭子。为保证装夹咽拭子的对中性以及可靠性，在装夹套管101的轴向，一组弹片102的数量至少为三个，且所有弹片102的安装位置共线；在装夹套管101的径向，弹片102的组数不少于三组，且各组弹片102沿圆周均匀分布。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，选用三个弹片102为一组，共三组弹片102，每组弹片102在装夹套管101的径向成120°角均匀分布。在本发明的一个实施例中，弹片102选用顶针弹片。
如图5所示，中心杆103一部分固定在套管106内，并穿过直线轴承105；另一部分伸出套管106，与装夹套管101连接。中心杆103用于传递咽拭子与被采样部位的接触力和带动装夹套管101转动。在中心杆103上靠近弹簧107的一端设有定位键301，定位键301用于和套管106上外圆柱面上的通槽601配合，保证套管106旋转时带动中心杆103同时旋转。
轴承104装在套管106的外圆柱面上的，被套管106的外圆柱面上的轴肩约束。轴承104被下壳5的内壁和上壳7的内壁固定。轴承104用于承载柔性装夹旋转装置1。
直线轴承105安装在套管106内部，被卡簧111轴向固定，并套在中心杆103上。直线轴承105用于支撑及润滑中心杆103。
如图4所示，套管106用于承载内部各个组件，并带动中心杆103转动。通槽601设在套管106上靠近转接组件110的一端的外圆柱面上；通槽601和中心杆103上的定位键301配合，保证套管106旋转时带动中心杆103同时旋转。套管106的外圆柱面上设有用于轴向定位轴承104的轴肩。套管106的内部设有用于固定卡簧111的凹槽。
弹簧107安装在套管106的内部，且位于中心杆103和传感器压板108之间。弹簧107用于缓冲中心杆103的运动冲击，保证咽拭子轻柔地采样。弹簧107被传感器压板108上的环槽约束固定。
传感器压板108安装在套管106的内部。用于传递力及将压力传感器109压紧在转接组件110上。传感器压板108的一端开设有用于固定弹簧107的环槽，环槽的尺寸和弹簧107的尺寸相同。
压力传感器109安装在套管106的内部，且位于传感器压板108和转接组件110之间。压力传感器109用于测量咽拭子和被采样部位的接触压力。压力传感器109选用薄膜传感器。压力传感器109的线脚穿过转接组件110上的通孔，与滑环2以及外部组件连接，传输具体的压力数据。
转接组件110安装在套管106的一端，用于和滑环2连接以及保证套管106的密封性。转接组件110上设有用于使压力传感器109的线脚穿过的通孔。
卡簧111安装在套管106的内部凹槽中，用于固定直线轴承105。
本发明提出的咽拭子采样系统的采样头部装置的工作原理如下：激光测距仪3实时监测采样头部装置与被采样者的距离；相机8实时采集并储存被采样者的口腔图像，以进行后续的图像处理；灯光组件9实时进行补光；当咽拭子进入被采样者的口腔后，电机4开始带动柔性装夹旋转装置1和咽拭子转动；采样头部装置被外部装置控制移动，当采样头部装置承载的咽拭子运动至指定采样部位时，咽拭子与被采样部位接触，柔性装夹旋转装置1内的压力传感器109实时反馈接触压力的变化情况；当压力值达到一定大小时，外部装置停止移动采样头部装置，柔性装夹旋转装置1带动咽拭子实时转动，进行采样工作，采样结束后，旋转电机4停止工作，采样头部装置被外部装置带动退回，完成了自动采样。
综上所述，本发明提出了一种咽拭子采样系统的采样头部装置，本发明通过柔性装夹旋转装置1、激光测距仪3、电机4和相机8实现了实时运动距离的监测、自动咽拭子采样以及与人体交互力的实时检测，提升运动精度的同时保证了人与设备的安全性及采集的舒适性；本发明与外部自动控制组件连接后可自动进行咽拭子采样的工作，避免了医生在人工采样时出现二次感染的现象，减轻了劳动强度，提高了采样工作的效率和安全性；本发明避开了传统机械臂的设计方式，降低了整体的设备成本，整体构造简单，易于制造和使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，包括：下壳(5)、安装在所述下壳(5)上方的上壳(7)、所述下壳(5)和所述上壳(7)配合安装后形成密闭的头部腔室；
在所述头部腔室内安装有用于装夹咽拭子的柔性装夹旋转装置(1)、用于传递力的滑环(2)和用于带动所述柔性装夹旋转装置(1)旋转的电机(4)、用于测量与被采样者之间距离的激光测距仪(3)、用于采集图像信息的相机(8)；
所述柔性装夹旋转装置(1)、所述滑环(2)和所述电机(4)依次串联连接，且所述柔性装夹旋转装置(1)的中轴线、所述滑环(2)的中轴线和所述电机(4)的输出轴的中轴线重合；
所述相机(8)的镜头的光轴和所述柔性装夹旋转装置(1)的中轴线平行；
所述激光测距仪(3)发出的激光光束与所述咽拭子的轴线相交在所述咽拭子的头部位置。
2.如权利要求1所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，所述柔性装夹旋转装置(1)包括：套管(106)、安装在所述套管(106)的一端用于和所述滑环(2)连接的转接组件(110)、安装在所述套管(106)的外圆柱面上的轴承(104)、一部分固定在所述套管(106)内且另一部分伸出所述套管(106)用于传递力的中心杆(103)，在所述套管(106)内分别安装有套在所述中心杆(103)上用于支撑及润滑所述中心杆(103)的直线轴承(105)、用于固定所述直线轴承(105)的卡簧(111)、压力传感器(109)和用于传递力及将所述压力传感器(109)压紧在所述转接组件(110)上的传感器压板(108)，在所述中心杆(103)和所述传感器压板(108)之间安装有用于缓冲所述中心杆(103)运动的弹簧(107)，在所述中心杆(103)一端安装有用于承载及固定咽拭子的装夹套管(101)、在所述装夹套管(101)内安装有用于压紧所述咽拭子的弹片(102)；
所述装夹套管(101)靠近所述咽拭子的一端为中空圆台的形状，所述中空圆台的内孔孔径与所述咽拭子的杆部直径相同；所述轴承(104)被所述下壳(5)的内壁和所述上壳(7)的内壁固定；所述中心杆(103)、所述弹簧(107)、所述传感器压板(108)和所述压力传感器(109)依次串联安装。
3.如权利要求1所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，所述咽拭子采样系统的采样头部装置还包括用于和外部组件连接的横梁转接件(6)。
4.如权利要求1所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，在所述头部腔室内还安装有：用于封闭所述上壳(7)上的窗口的挡板(13)、安装在所述下壳(5)上的安装板(10)、安装在所述下壳(5)的内壁两侧被所述安装板(10)压紧固定的夹板(11)、安装在所述上壳(7)上的支撑板(12)；
所述滑环(2)和所述电机(4)安装在所述安装板(10)上；所述激光测距仪(3)安装在所述夹板(11)的凹槽内；所述相机(8)安装在所述支撑板(12)上。
5.如权利要求4所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，所述挡板(13)选用透明材料；在所述支撑板(12)上安装有用于补光的灯光组件(9)，所述灯光组件(9)的光轴和所述柔性装夹旋转装置(1)的中轴线平行。
6.如权利要求2所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，在所述套管(106)上靠近所述转接组件(110)的一端的外圆柱面上设有通槽(601)；在所述中心杆(103)上靠近所述弹簧(107)的一端设有定位键(301)；所述定位键(301)和所述通槽(601)配合，保证所述套管(106)旋转时带动所述中心杆(103)同时旋转；在所述套管(106)的外圆柱面上设有用于轴向定位所述轴承(104)的轴肩。
7.如权利要求2所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，在所述传感器压板(108)的一端开设有用于固定所述弹簧(107)的环槽，所述环槽的尺寸和所述弹簧(107)的尺寸相同。
8.如权利要求2所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，所述压力传感器(109)为薄膜传感器。
9.如权利要求2所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，在所述装夹套管(101)的轴向，一组所述弹片(102)的数量至少为3个，且所有所述弹片(102)的安装位置共线；在所述装夹套管(101)的径向，所述弹片(102)的组数不少于3组，且所述各组弹片(102)沿圆周均匀分布。
10.如权利要求2所述的咽拭子采样系统的采样头部装置，其特征在于，在所述转接组件(110)上设有用于使所述压力传感器(109)的线脚穿过的通孔。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114043496A (zh) * 2021-11-18 2022-02-15 上海交通大学 视触觉引导的组织分泌物取样机器人
WO2024003231A1 (en) * 2022-07-01 2024-01-04 Lifeline Robotics A/S An improved probe tool for acquisition of a biological sample

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