CN114129196A - 一种咽拭子采样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咽拭子采样装置及方法，通过将咽拭子样本收集机构固定于行走机构上，用于收集存放采样样本瓶，咽拭子采样机构采用机械臂，机械臂的端部设置用于夹持采样样本瓶的夹持部，消毒机构固定于行走机构上端，机械臂的端部能够转动伸入消毒机构内，通过消毒机构对机械臂的端部夹持部进行消毒，采用可移动的行走机构作为采样样本收集装置，自动进行存放和夹取，避免了受测人员与医护人员的近距离接触，从而提高了医护人员的安全，同时采用机器进行收集，可实现长时间检测，大大提高了检测效率，降低医护人员的工作强度，在行走机构上端设置凹槽，确保采样样本瓶内未使用的咽拭子以及采样后的样本准确性。

Description

一种咽拭子采样装置及方法

技术领域

本发明属于机器人检测装置，具体涉及一种咽拭子采样装置及方法。

背景技术

目前核酸检测的采样需用咽拭子刮取受检者口腔内壁唾液，然而受检者前 往专业医院接受专业的医疗采样，会存在大规模人群聚集，易受交叉感染的风 险，与此同时，目前的核酸检测的采样工作主要是由专业的医护人员通过人工 采集咽拭子标本，并且手动用试管收集咽拭子标本的方式进行采样，该种采样 方式效率较低，每日可收集的样本采样数量有限，并且人工采样的方式会给医 护人员带来极大的工作任务量以及给医护人员带来极大的感染风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咽拭子采样装置及方法，以克服现有技术的不 足，本发明能够实现无人采样，自动收集存放，可有效降低医护人员的工作强 度与感染风险，并提高采样效率。

一种咽拭子采样装置，包括行走机构、咽拭子样本收集机构、消毒机构和 咽拭子采样机构，咽拭子样本收集机构固定于行走机构上，用于收集存放采样 样本瓶，咽拭子采样机构采用机械臂，机械臂的端部设置用于夹持采样样本瓶 的夹持部，消毒机构固定于行走机构上端，机械臂的端部能够转动伸入消毒机 构内，通过消毒机构对机械臂的端部夹持部进行消毒。

进一步的，行走机构包括移动主体以及设置于移动主体底部的移动轮，移 动主体内设置有用于驱动移动轮移动的驱动装置。

进一步的，移动主体的上端设置有凹槽，咽拭子样本收集机构设置于凹槽 内。

进一步的，咽拭子样本收集机构包括试管座，行走机构上设置有定位座， 试管座安装于定位座上，试管座上间隔设置多个用于放置试管的试管格。

进一步的，移动主体的上端的凹槽上端设置有滑动盖。

进一步的，咽拭子样本收集机构包括XY两轴移动平台以及设置于XY两 轴移动平上的样本收集盒。

进一步的，咽拭子采样机构包括五轴机械臂以及设置于五轴机械臂端部的 三指柔性机械爪。

进一步的，消毒机构包括消毒柜体，消毒柜体上部开口，消毒柜体内部安 装有紫外线灯管。

进一步的，行走机构前端安装有3D体感摄像头，3D体感摄像头连接有控 制器，控制器与咽拭子采样机构和滑动盖控制单元连接。

一种咽拭子采样方法，受检者扫码或登记后，通过咽拭子采样机构从咽拭 子样本收集机构内定位夹取空置的采样样本瓶，根据受检者扫码或登记信息对 该采样样本瓶进行标记，然后递送至受检者附近，由受检者拿取采样样本瓶内 的咽拭子进行擦拭采集后放回采样样本瓶内，通过咽拭子采样机构将该采样样 本瓶放回至对应咽拭子样本收集机构内，同时利用消毒机构对咽拭子采样机构 进行消毒备用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种咽拭子采样装置，通过将咽拭子样本收集机构固定于行走机构 上，用于收集存放采样样本瓶，咽拭子采样机构采用机械臂，机械臂的端部设 置用于夹持采样样本瓶的夹持部，消毒机构固定于行走机构上端，机械臂的端 部能够转动伸入消毒机构内，通过消毒机构对机械臂的端部夹持部进行消毒， 采用可移动的行走机构作为采样样本收集装置，自动进行存放和夹取，避免了 受测人员与医护人员的近距离接触，从而提高了医护人员的安全，同时采用机 器进行收集，可实现长时间检测，大大提高了检测效率，降低医护人员的工作 强度。

进一步的，在行走机构上端设置凹槽，确保采样样本瓶内未使用的咽拭子 以及采样后的样本准确性。

进一步的，采用XY移动平台结构，结构简单，定位准确。

一种咽拭子采样方法，通过采用可移动的行走机构作为采样样本收集装置， 自动进行存放和夹取，避免了受测人员与医护人员的近距离接触，从而提高了 医护人员的安全，同时采用机器进行收集，可实现长时间检测，大大提高了检 测效率，降低医护人员的工作强度，相对于人工采样可以极大的提高采样的效 率，并减轻医护人员的工作强度；可适应各种复杂的工作场景，如大规模核酸 检测采样点、隔离点、医院等场所。

附图说明

图1为本发明实施例中可移动的咽拭子采样机器人整体结构图；

图2为本发明实施例中可移动的咽拭子采样机器人各部分结构零件图；

图3为本发明实施例中咽拭子样本收集机构结构图。

图4为本发明实施例中消毒机构结构图。

图5为本发明实施例中咽拭子采样机构结构图。

图中：1—行走机构，1-1—车身履带，1-2—3D体感摄像头，1-3—三维激 光雷达，2—咽拭子样本收集机构，2-1—咽拭子管阵列收集盒，2-2—X轴移动 平台，2-3—轴承支座，2-4—双头丝杠，2-5—联轴器，2-6—Y轴驱动电机， 2-7—X轴驱动电机，3—消毒机构，3-1—紫外线灯管，3-2—消毒柜体，4—咽 拭子采样机构，4-1—三指柔性机械爪，4-2—五轴机械臂。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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 描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实 施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括” 和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了 一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那 些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或 设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至图5所示，一种咽拭子采样装置，包括行走机构1、咽拭子样 本收集机构2、消毒机构3和咽拭子采样机构4，咽拭子样本收集机构2固定 于行走机构1上，用于收集存放采样样本瓶，咽拭子采样机构4采用机械臂， 在机械臂的端部设置夹持部，用于夹持采样样本瓶，消毒机构3固定于行走机 构1上端，机械臂的端部能够转动伸入消毒机构3内，通过消毒机构3对机械 臂的端部夹持部进行消毒；本发明通过采用可移动的行走机构作为采样样本收 集装置，自动进行存放和夹取，避免了受测人员与医护人员的近距离接触，从 而提高了医护人员的安全，同时采用机器进行收集，可实现长时间检测，大大 提高了检测效率，降低医护人员的工作强度。

本发明采用的行走机构1用于移动整体设备，便于设备的移动，避免人员 搬运；行走机构1包括移动主体以及设置于移动主体底部的移动轮，移动主体 内设置驱动装置，用于驱动移动轮移动，移动主体的上端设置有凹槽，咽拭子 样本收集机构2设置于凹槽内，用于收集测试者的采样样本瓶。

如图1、图2所示，本申请采用的移动主体为长方形，采用履带式移动方 式，车身履带1-1位于移动主体两侧，选用履带式移动方式可以在传动性能满 足要求的情况下，减少整机质量，提高整机机动性能，并具有优异的越障能力 和环境适应能力。

具体的，如图3所示，咽拭子样本收集机构2包括试管座，行走机构1上 设置有定位座，试管座安装于定位座上，试管座上间隔设置多个试管格，用于 放置多个试管；根据整体设备的规格，咽拭子采样机构4的夹持部能够移动到 所有试管格上方，用于夹持放置于试管格内的采样样本瓶，采样样本瓶内放置 咽拭子，可提高测试量。

为了确保采样样本瓶内未使用的咽拭子以及采样后的样本准确性，在行走 机构1上端设置凹槽，定位座设置于凹槽内，凹槽上端设置有滑动盖，当测试 者进行测试时，启动打开滑动盖，由咽拭子采样机构4提取一个采样样本瓶或 咽拭子，对测试者进行采集后放回相应的采样样本瓶内。每个采样样本瓶对应 一个标签。

对于滑动盖的打开已经测试者对应测试管标签，采用二维码扫码或者标签 扫码，行走机构1上设置控制器，控制器连接咽拭子采样机构4和滑动盖控制 单元，当受测者进行测试时，出示相应身份证明标签，则咽拭子采样机构4根 据目前咽拭子样本收集机构2内空采样样本瓶位置，夹取相应的采样样本瓶递 送至受测者旁，由受测者进行采集后放回相应位置，同时记录相应标签；

受测者的标签由控制器自动记录，或者受测者将相应的标签贴到各自采样 样本瓶上；咽拭子采样机构4主要用于采样样本瓶或咽拭子的夹取与放回，防 止受测者接触咽拭子样本收集机构2区域内的样本瓶。

根据规格以及试管大小，在行走机构1上设置定位移动平台，如XY移动 平台，咽拭子样本收集机构2所采用的XY移动平台安装于行走机构1内部， 包括XY两轴移动平台以及设置于XY两轴移动平上的样本收集盒2-1，在咽拭 子样本收集机构中，XY两轴移动平台通过轴承支座2-3的螺栓孔固定于行走机 构1的内部凹槽内，两轴移动平台分别为X轴和Y轴，其中X轴移动平台2-2 的运动原理为联轴器2-5连接X轴驱动电机2-7输出轴末端与双头丝杠2-4， 通过驱动X轴驱动电机2-7从而实现X轴移动平台的整体水平运动，而Y轴方 向的运动机构安装于X轴移动平台之上，Y轴运动运动机构同样包含作为动力 源的Y轴驱动电机2-6与双头丝杠2-4，已经起支撑作用的轴承支座2-3，咽拭 子样本收集机构2的样本收集盒2-1固定于X轴移动平台2-2上；通过将咽拭 子样本收集机构中的XY两轴移动平台与咽拭子采样机构中的5轴机械臂之间 进行组合运动可实现对带有标签的样本试管的精确分类与单独存放，可避免在 样本取样的过程中造成样本混淆从而导致核酸检测结果错误；咽拭子采样机构 从咽拭子样本收集机构中按续取放样本试管(采样样本瓶)。

XY移动平台采用数控XY数控机床，精确度高；如图5所示，咽拭子采样 机构4包括五轴机械臂4-2以及设置于五轴机械臂4-2端部的三指柔性机械爪 4-1，其中采样机构选用具有五个自由度的机械臂在于使采样机械臂更灵活，具 更高的自由度，以确保采样工作的准确性与可靠性；三指柔性机械爪4-1采用 气动驱动方式，在保证执行器的灵活度的前提下刚性较低，三指柔性机械爪4-1 的爪子主体为硅胶材质，采用注塑工艺一体成型，兼顾了执行器的外观美观性。

咽拭子采样机构4的夹持部与XY移动平台通过定位系统进行定位。

为了提高整体设备的自动化，在行走机构1的车身前端安装有3D体感摄 像头1-2和激光雷达1-3，3D体感摄像头1-2用于人脸识别、手势识别、人体 骨架识别、三维测量、环境感知和三维地图重建，激光雷达1-3用于实现三维 地图创建、避障和导航功能，3D体感摄像头1-2和激光雷达1-3配合，可实现 在设定区域内进行自助移动，可极大的提高机器人的自主移动能力以及对作业 环境和场地的适应能力，使机器人可以在人流密集或地形复杂的工作环境中运 动自如。

如图4所示，本发明的消毒机构3包括消毒柜体3-2，消毒柜体3-2上部 开口，四周以及底部形成封闭空间，消毒柜体3-2内部安装有紫外线灯管3-1， 每三根紫外线灯管一组，分别安装于消毒机构3的四周内壁以及底部内壁之上； 当五轴机械臂4-2将三指柔性机械爪4-1移动到消毒机构3内部的紫外线的照 射之中时，可实现对三指柔性机械爪4-1的全方位消毒杀菌工作，以避免在进 行大规模咽拭子采样时对受检者造成交叉感染，从而引发更大的公共安全事故。

应用所述的一种咽拭子采样装置的采样方法，上述装置可连接人脸识别装 置，可实现无接触获取测试者的信息，采用人脸识别或二维标签扫描进行登记； 具体包括以下步骤：

步骤一：采样装置通过位于机器人前方的3D体感摄像头1-2检查受检者 的存在，进入采样状态；

步骤二：接着受检者扫码或登记后，控制五轴机械臂4-2将三指柔性机械 爪4-1从消毒机构3内部移动出来；通过控制三指柔性机械爪4-1夹住咽拭子， 同时在该咽拭子所在的试样瓶进行标记，或者由受检者将识别标签贴设在试样 瓶上，并配合3D传感摄像头1-2的视觉识别结果，驱动五轴机械臂4-2使夹 持有咽拭子的三指柔性机械爪4-1送至受检者附近，由受检者拿取咽拭子进行 擦拭后放回相应的位置。

或者通过3D体感摄像头进行人脸识别，结合视觉算法测量鼻尖到耳朵前 部的距离，随后驱动五轴机械臂4-2使其将夹持有咽拭子的三指柔性机械爪4-1 伸入受检者口部，伸入深度为测量到的鼻尖到耳朵前部的距离的一半；咽拭子 伸入受检者口部驱动三指柔性机械爪4-1使其在患者口部旋转一周，而后驱动 五轴机械臂4-2，使咽拭子退出受检者口腔，实现自动化采集。在完成收集工 作后，继续驱动五轴机械臂4-2，使机械臂末端的指柔性仿生机械爪4-1移动 到消毒机构3的内部，进行紫外线杀菌消毒，以待下一次采样工作。

本发明一种咽拭子采样装置，通过采用可移动的行走机构作为采样样本收 集装置，自动进行存放和夹取，避免了受测人员与医护人员的近距离接触，从 而提高了医护人员的安全，同时采用机器进行收集，可实现长时间检测，大大 提高了检测效率，降低医护人员的工作强度，相对于人工采样可以极大的提高 采样的效率，并减轻医护人员的工作强度；可适应各种复杂的工作场景，如大 规模核酸检测采样点、隔离点、医院等场所。

采用紫外线全方位消毒杀菌工作，以避免在进行大规模咽拭子采样时对受 检者造成交叉感染，从而引发更大的公共安全事故，在咽拭子采样机器人运行 过程中，从受检者咽部采集样本并收集完成后咽拭子采样机构的机械臂移动， 将机械臂末端的柔性仿生机械爪置于末端执行器消毒机构内部的紫外线的照射 之中，以确保在下一次采样时末端执行器的清洁与无菌。

Claims (10)

1.一种咽拭子采样装置，其特征在于，包括行走机构(1)、咽拭子样本收集机构(2)、消毒机构(3)和咽拭子采样机构(4)，咽拭子样本收集机构(2)固定于行走机构(1)上，用于收集存放采样样本瓶，咽拭子采样机构(4)采用机械臂，机械臂的端部设置用于夹持采样样本瓶的夹持部，消毒机构(3)固定于行走机构(1)上端，机械臂的端部能够转动伸入消毒机构(3)内，通过消毒机构(3)对机械臂的端部夹持部进行消毒。

2.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，行走机构(1)包括移动主体以及设置于移动主体底部的移动轮，移动主体内设置有用于驱动移动轮移动的驱动装置。

3.根据权利要求2所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，移动主体的上端设置有凹槽，咽拭子样本收集机构(2)设置于凹槽内。

4.根据权利要求3所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，咽拭子样本收集机构(2)包括试管座，行走机构(1)上设置有定位座，试管座安装于定位座上，试管座上间隔设置多个用于放置试管的试管格。

5.根据权利要求4所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，移动主体的上端的凹槽上端设置有滑动盖。

6.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，咽拭子样本收集机构(2)包括XY两轴移动平台以及设置于XY两轴移动平上的样本收集盒(2-1)。

7.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，咽拭子采样机构(4)包括五轴机械臂(4-2)以及设置于五轴机械臂(4-2)端部的三指柔性机械爪(4-1)。

8.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，消毒机构(3)包括消毒柜体(3-2)，消毒柜体(3-2)上部开口，消毒柜体(3-2)内部安装有紫外线灯管(3-1)。

9.根据权利要求5所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，行走机构(1)前端安装有3D体感摄像头(1-2)，3D体感摄像头(1-2)连接有控制器，控制器与咽拭子采样机构(4)和滑动盖控制单元连接。

10.基于权利要求1所述采样装置的咽拭子采样方法，其特征在于，受检者扫码或登记后，通过咽拭子采样机构从咽拭子样本收集机构内定位夹取空置的采样样本瓶，根据受检者扫码或登记信息对该采样样本瓶进行标记，然后递送至受检者附近，由受检者拿取采样样本瓶内的咽拭子进行擦拭采集后放回采样样本瓶内，通过咽拭子采样机构将该采样样本瓶放回至对应咽拭子样本收集机构内，同时利用消毒机构对咽拭子采样机构进行消毒备用。

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