CN114403936A - 一种自动咽拭子采集系统以及自动咽拭子采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动咽拭子采集系统以及自动咽拭子采集方法，其中自动咽拭子采集系统包括工作台和设置在工作台上的第一机械臂组件、第二机械臂组件、试管夹持组件、试管架滑台组件、咽拭子切断组件、信息采集及引导组件、待检测头部定位组件以及控制器；第一机械臂组件能够驱动咽拭子夹夹持咽拭子进行采集，第二机械臂组件能够打开和盖上试管盖并将试管放置在试管架上，咽拭子切断组件可以切断咽拭子并使得其落入试管中。本发明公开的自动咽拭子采集系统能够实现咽拭子的自动采集降低医护人员工作负荷与感染风险，对于战伤救治、灾害救援、传染病防控均具有重要意义。

Description

一种自动咽拭子采集系统以及自动咽拭子采集方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及自动咽拭子采集系统以及自动咽拭子采集方法。

背景技术

病毒感染检测手段主要通过咽拭子采集的样本进行核酸检查。然而咽拭子样本采集是传染风险系数极高且需要一定操作技巧的过程。采样中患者需张口暴露咽喉部位，采样咽喉区域是病毒相对集中的区域，患者用力呼吸、咳嗽等可产生大量飞沫或气溶胶。目前采样室大多为10平米左右的封闭区域，采样室气溶胶浓度较高。采样医护人员近距离采集咽拭子，即便进行三级防护(穿防护服、戴护目镜、戴手套)，也具有较高交叉感染的风险。同时在新冠肺炎爆发阶段，感染人数众多，医护人员需要长期穿着全面防护设备，导致工作强度过大、工作时间过长。而且采集咽拭子过程因不同级别的医务人员水平的差异、心理的畏惧、医护人员的疲劳等多种因素，咽拭子采集操作很容易导致拭子质量的差异容易出现假阴性，影响对病情的判断。

咽拭子采集对病毒种类检测的必要性、以及类似新冠病毒等具有高传染风险的高危性，亟需采用机器人技术替代医护人员进行自主采样，降低医护人员工作负荷与感染风险，对于战伤救治、灾害救援、传染病防控均具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，本发明提出了一种自动咽拭子采集系统，该系统将医护人员咽拭子采集过程中的核对采集者信息、咽拭子采集、密封等操作实现全自动化，可有效降低医护人员的工作负荷与感染风险。

本发明采用的技术手段如下：

一种自动咽拭子采集系统，包括，工作台、第一机械臂组件、第二机械臂组件、试管夹持组件、试管架滑台组件、咽拭子切断组件、信息采集及引导组件、待检测头部定位组件以及控制器；

所述第一机械臂组件安装在所述工作台上，所述第一机械臂组件包括第一机械臂和安装在所述第一机械臂末端的咽拭子夹，所述第一机械臂能够驱动安装有咽拭子的咽拭子夹运动以进行咽拭子采集；

所述第二机械臂组件安装在所述工作台上，所述第二机械臂组件包括第二机械臂和安装在所述第二机械臂末端的机械爪，所述第二机械臂能够驱动机械爪进行试管盖的拧开和闭合，并能够夹持试管将其放入试管架中；

所述试管夹持组件设置在所述工作台上，所述试管夹持组件包括试管夹持器和用于驱动所述试管夹持器水平运动的试管夹持器驱动装置；

所述试管架滑台组件设置在所述工作台上，所述试管架滑台组件包括试管架固定座和用于驱动所述试管架固定座水平运动的试管架固定座驱动装置，所述试管架固定座上放置有试管架；

所述咽拭子切断组件设置在所述工作台上且位于所述试管夹持器水平运动的路径上，用于对进行咽拭子采集后的咽拭子进行切断以使其落入置于所述试管夹持组件上的试管中；

所述信息采集及引导组件设置在所述工作台上用于采集待检人员的身份信息和引导待检人员进行相应操作；

所述待检测头部定位组件设置在所述工作台上，所述待检测头部定位组件处设有用于固定咬口器的咬口器卡座；

所述控制器与所述第一机械臂组件、所述第二机械臂组件、所述试管夹持组件、所述试管架滑台组件以及所述信息采集及引导组件连接。

进一步地，所述第一机械臂包括第一行星减速步进电机、第四摆动舵机、第五摆动舵机、第三转动舵机以及丝杆步进电机；

所述第一行星减速步进电机通过行星减速步进电机座安装在所述工作台上，所述第一行星减速步进电机通过第四U型支架与所述第四摆动舵机连接，所述第四摆动舵机通过第五U型支架与所述第五摆动舵机连接，所述第五摆动舵机与所述第三转动舵机连接，所述第三转动舵机与所述丝杆步进电机连接；

所述第一行星减速步进电机能够驱动所述第四U型支架摆动，所述第四摆动舵机能够相对所述第四U型支架摆动，所述第五摆动舵机能够相对所述第五U 型支架摆动，所述第三转动舵机能够驱动所述丝杆步进电机转动。

进一步地，所述第二机械臂组件包括机械臂固定座、第一转动舵机、第一摆动舵机、第二摆动舵机、第三摆动舵机以及第二转动舵机；

所述机械臂固定座安装在所述工作台上，所述第一转动舵机安装在所述机械臂固定座上，所述第一转动舵机通过第一U型支架与所述第一摆动舵机连接，所示第一摆动舵机通过第二U型支架与所述第二摆动舵机连接，所示第二摆动舵机通过第三U型支架与所述第三摆动舵机连接，所示第三摆动舵机上连接有第二转动舵机，所述第二转动舵机上连接有所述机械爪；

所述第一转动舵机能够驱动所述第一U型支架转动，所述第一摆动舵机能够相对所述第一U型支架摆动，所述第二摆动舵机能够相对所述第二U型支架摆动，所述第三摆动舵机能够相对所述第三U型支架摆动，所述第二转动舵机能够驱动所述机械爪转动。

进一步地，还包括用于进行消毒的超声波雾化组件。

进一步地，所述信息采集及引导组件包括身份证识别模块、体温检测模块、摄像头模块、语音提示模块以及显示器模块。

进一步地，所述咽拭子夹上安装有薄膜压力传感器。

进一步地，所述咽拭子切断组件包括相对设置的两个陶瓷隔离块和设置在两个陶瓷隔离块之间的加热丝。

进一步地，还包括用于检测待检人员位置的人体感应模块、用于进行信息传输的信息传输模块以及用于采集口腔内图像的口腔内图像采集模块，所述人体感应模块、信息传输模块以及所述口腔内图像采集模块均与所述控制器连接。

一种自动咽拭子采集方法，包括以下步骤，

步骤1、人体感应模块检测到待检人员位于待检位置时，信息采集及引导组件中的显示器模块提示待检人员进行身份证识别、体温检测以及咬口器安装；

步骤2、信息采集及引导组件中的身份证识别模块、体温检测模块以及摄像头模块分别采集待检人员的身份证信息、体温信息以及待检人员照片，并将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至控制器，并由信息传输模块将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至服务器；

步骤3、控制器控制试管夹持组件运动至设定位置，待试管夹持器中放入试管后，控制器控制第二机械臂组件将试管盖拧开；

步骤4、控制器控制第一机械臂组件运动至设定位置以便于待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中；

步骤5、在待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中、将咬口器固定在待检测头部定位组件的咬口器卡座上并咬住咬口器后，口腔内图像采集模块采集待检人员的口腔图像并发送至控制器；

步骤6、控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点并控制第一机械臂组件进行咽拭子采集；

步骤7、待咽拭子采集完成后，第一机械臂组件将采集的咽拭子插入试管中，试管夹持器驱动装置驱动试管向咽拭子切断组件一侧运动，并由咽拭子切断组件切断咽拭子以使得咽拭子落入试管中；

步骤8、第二机械臂组件将试管盖扣在试管上并拧紧后夹持试管将其放置到试管架滑台组件中的试管架中；

步骤9、控制器控制超声波雾化组件将消毒液进行雾化以对自动咽拭子采集系统进行消毒。

进一步地，所述控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点包括以下步骤：

步骤60、获取所述口腔图像，对所述口腔图像进行二值化处理获得二值化图像；

步骤61、对所述二值化图像依次进行开运算滤波操作和闭运算滤波操作获取滤波后图像；

步骤62、在所述滤波后图像上以设定大小的正方形对所述滤波后图像进行扫描，在对所述滤波后图像进行扫描过程中不断获取所述正方形的每条边的端点和中点以及正方形中心点的像素，根据所述像素判断当前各点为黑点还是白点，直至判断出所述正方形的上边中点和正方形的中心点为白色，其余各点为黑色，停止扫描，获取当前正方形的中心点位置坐标。

与现有技术比较，本发明所述的自动咽拭子采集系统具有以下有益效果：本发明公开的自动咽拭子采集系统，由于具有第一机械臂组件、第二机械臂组件、试管夹持组件、试管架滑台组件、咽拭子切断组件、信息采集及引导组件、待检测头部定位组件以及控制器等组件，能够实现咽拭子的自动采集降低医护人员工作负荷与感染风险，对于战伤救治、灾害救援、传染病防控均具有重要意义。

附图说明

图1为本发明公开的自动咽拭子采集系统的正视图；

图2为本发明公开的自动咽拭子采集系统的侧视图；

图3为本发明公开的自动咽拭子采集系统的第一方向轴视图；

图4为本发明公开的第一机械臂组件的结构图；

图5为本发明公开的自动咽拭子采集系统的另一方向轴视图；

图6为本发明公开的自动咽拭子采集系统的另一方向轴视图；

图7为本发明公开的自动咽拭子采集系统的俯视图；

图8为本发明公开的自动咽拭子采集方法的流程图。

图中：1、工作台，2、第一机械臂组件，20、第一机械臂，200、第一行星减速步进电机，201、第四摆动舵机，202、第五摆动舵机，203、第三转动舵机，204、丝杆步进电机，205、第四U型支架，206、第五U型支架，207、行星减速步进电机座，21、咽拭子夹，3、第二机械臂组件，30、第二机械臂，300、机械臂固定座，301、第一转动舵机，302、第一摆动舵机，303、第二摆动舵机， 304、第三摆动舵机，305、第二转动舵机，306、第一U型支架，307、第二U 型支架，308、第三U型支架，31、机械爪，4、试管夹持组件，40、试管夹持器，41、试管夹持器驱动装置，5、试管夹滑台组件，50、试管夹固定座，51、试管架固定座驱动装置，52、试管架，6、咽拭子切断组件，60、陶瓷隔离块， 61、加热丝，77、口腔图像采集模块，8、待检测头部定位组件，80、咬口器卡座，81、咬口器。

具体实施方式

如图1图2、图3、图4、图5、图6以及图7所示为本发明公开的自动咽拭子采集系统，包括，工作台1、第一机械臂组件2、第二机械臂组件3、试管夹持组件4、试管架滑台组件5、咽拭子切断组件6、信息采集及引导组件7、待检测头部定位组件8以及控制器；

工作台1为由多个梁组成的立方型框架结构，工作台外面固定有壳体以便于将该自动咽拭子采集系统与待检测人员进行隔离；

所述第一机械臂组件2安装在所述工作台1上，所述第一机械臂组件2包括第一机械臂20和安装在所述第一机械臂20末端的咽拭子夹21，第一机械臂 20安装在立方型框架内一侧的上部空间位置，所述第一机械臂20能够驱动安装有咽拭子的咽拭子夹21运动以进行咽拭子采集；

所述第二机械臂组件3安装在所述工作台1上，所述第二机械臂组件3包括第二机械臂30和安装在所述第二机械臂30末端的机械爪31，第二机械臂30 通过钢板固定在立方型框架的下部空间的中间位置，所述第二机械臂30能够驱动机械爪31进行试管盖的拧开和闭合，并能够夹持试管将其放入试管架52中；

如图3所示，所述试管夹持组件4设置在所述工作台1上，所述试管夹持组件4包括试管夹持器40和用于驱动所述试管夹持器40水平运动的试管夹持器驱动装置41，在本实施例中，试管夹持器组件4设置在第一机械臂组件2的下方；

所述试管架滑台组件5设置在所述工作台1上，所述试管架滑台组件5包括试管架固定座50和用于驱动所述试管架固定座50水平运动的试管架固定座驱动装置51，所述试管架固定座50上放置有试管架52，本实施中，如图5所示，试管架固定座驱动装置51采用舵机、同步轮以及同步带结构，试管架固定座安装在固定在工作台上的导杆上，舵机通过同步轮和同步带与试管固定座连接，可以驱动试管固定座沿导杆滑动；

所述咽拭子切断组件6设置在所述工作台1上且位于所述试管夹持器40水平运动的路径上，用于对进行咽拭子采集后的咽拭子进行切断以使其落入置于所述试管夹持组件4上的试管中；

所述信息采集及引导组件设置在所述工作台1上用于采集待检人员的身份信息和引导待检人员进行相应操作；

所述待检测头部定位组件8设置在所述工作台1上，所述待检测头部定位组件8处设有用于固定咬口器81的咬口器卡座80；

所述控制器与所述第一机械臂组件、所述第二机械臂组件、所述试管夹持组件、所述试管架滑台组件以及所述信息采集及引导组件连接。

本发明公开的自动咽拭子采集系统由于具有第一机械臂组件、第二机械臂组件、试管夹持组件、试管架滑台组件、咽拭子切断组件、信息采集及引导组件、待检测头部定位组件以及控制器等组件，能够实现咽拭子的自动采集降低医护人员工作负荷与感染风险，对于战伤救治、灾害救援、传染病防控均具有重要意义。

进一步地，如图3和图4所示，所述第一机械臂20包括第一行星减速步进电机200、第四摆动舵机201、第五摆动舵机202、第三转动舵机203以及丝杆步进电机204；

所述第一行星减速步进电机200通过行星减速步进电机座207安装在所述工作台1上，所述第一行星减速步进电机200通过第四U型支架205与所述第四摆动舵机201连接，所述第四摆动舵机201通过第五U型支架206与所述第五摆动舵机202连接，所述第五摆动舵机202与所述第三转动舵机203连接，所述第三转动舵机203与所述丝杆步进电机204连接；

所述第一行星减速步进电机200能够驱动所述第四U型支架205摆动，所述第四摆动舵机201能够相对所述第四U型支架205摆动，所述第五摆动舵机 202能够相对所述第五U型支架206摆动，所述第三转动舵机203能够驱动所述丝杆步进电机204转动，丝杆步进电机前端固定有咽拭子夹，第一行星减速步进电机200、第四摆动舵机201、第五摆动舵机202以及第三转动舵机203能够驱动末端的丝杆步进电机的空间运动，丝杆步进电机能够驱动咽拭子夹的直线运动进而实现对咽拭子的采集，本发明中第一机械臂的第一节采用闭环行星减速步进电机，降低了步进电机的旷量误差，进而可以保证整个机械臂的行程精度，第一机械臂的末端采用丝杆步进电机，降低了整个机械臂的颤抖，保证了咽拭子能够按照指定路径运动，以实现咽拭子的直线伸缩，进而便于进行咽拭子的采集，同时，第一机械臂上还设有光电开关以用于该机械臂归零开关，保证位置的准确性。

进一步地，如图2所示，所述第二机械臂组件3包括机械臂固定座300、第一转动舵机301、第一摆动舵机302、第二摆动舵机303、第三摆动舵机304以及第二转动舵机305；

所述机械臂固定座300安装在所述工作台1上，所述第一转动舵机301安装在所述机械臂固定座300上，所述第一转动舵机301通过第一U型支架306 与所述第一摆动舵机302连接，所示第一摆动舵机302通过第二U型支架307 与所述第二摆动舵机303连接，所示第二摆动舵机303通过第三U型支架308 与所述第三摆动舵机304连接，所示第三摆动舵机304上连接有第二转动舵机 305，所述第二转动舵机305上连接有所述机械爪31，；

所述第一转动舵机301能够驱动所述第一U型支架306在水平面内转动，进而通过第一U型支架带动整个机械臂在水平面转动，所述第一摆动舵机302 能够相对所述第一U型支架306摆动，所述第二摆动舵机303能够相对所述第二U型支架307摆动，所述第三摆动舵机304能够相对所述第三U型支架308 摆动，通过三个摆动舵机能够实现机械爪的空间空运，所述第二转动舵305机能够驱动所述机械爪转动以实现对试管盖的拧转，优选地，机械爪采用柔性鳍条机械爪，因为拧盖和存放对过程中机械臂状态精准度要求不高，因此舵机的旷量误差不会对这几项工作造成影响，所以第二机械臂采用六个舵机制作，机械爪采用柔性鳍条机械爪，以便于能够对试管盖以及试管进行精准抓取。机械臂的控制是以机械臂自身底端舵机旋转处为原点，建立空间坐标系，指定一固定空间坐标，以及机械臂最远端的姿态角度，即可通过正余弦函数求得各个机械臂角度，以此为底层函数，进而可以做到在空间中指定两点，使机械臂可以以最远端顺着此角度的姿态行进，实现采集样本时机械臂的姿态控制，本发明采用舵机作为机械臂，降低了仪器成本。

进一步地，还包括用于进行消毒的超声波雾化组件，超声雾化组件可以将酒精进行雾化并喷至检测区域以对系统进行消毒，雾化的酒精能够对机械臂末端、咬口器卡座、信息采集及引导组件等所有能够与检测人员接触的部件进行消毒，超声波雾化组件可以安装在工作台上适合雾化的酒精进行喷射的位置，与，本实施例中，超声波雾化组件设置在工作台壳体的下侧。

进一步地，所述信息采集及引导组件包括身份证识别模块、体温检测模块、摄像头模块、语音提示模块以及显示器模块，这些模块设置在工作台上便于检测人员进行操作或便于进行信息采集的位置，本实施例中，身份证识别模块采用具有NFC读取模块的DK26-SE模块，以读取身份证的UID码，体温检测模块采用红外测温模块，本实施例中，红外测温模块采用GY-906红外测温传感器，并设置有光电传感器以采集待检人员的温度信息，当待检人员伸手到确认区域进行信息确认时，光电传感器传出信号，同时进行人体测温，语音提示模块可以对相应操作进行语音提示以引导待检人员进行相应操作，显示器模块74采用 LCD屏幕进行交互，可以将引导视频分段存在SD卡中，并在特定过程中控制器控制LCD屏幕播放一次或重复播放指定引导视频，并且可以在屏幕上旋转单检或者混检模式和检测数量，通过设置信息采集及引导组件可以进一步减少待检人员与医护人员的接触，降低医护人员的工作强度并降低医护人员被感染的几率，信息采集及引导组件可以是多个部件组合并分别安装在工作台的不同位置，以便于对待检人员进行操作。

进一步地，所述咽拭子夹21上安装有薄膜压力传感器，在进行咽拭子检测过程中，很容易引起待检人员的不适，增加了薄膜压力传感器，能够实时精准控制采样力度，避免采样人不适。

进一步地，如图7所示，所述咽拭子切断组件6包括相对设置的两个陶瓷隔离块60和设置在两个陶瓷隔离块60之间的加热丝61，在试管夹持器驱动装置驱动试管夹持器向咽拭子切断组件一侧运动时，加热丝与咽拭子杆接触并切断咽拭子杆，使得咽拭子头落入试管中。

进一步地，还包括用于检测待检人员位置的人体感应模块、用于进行信息传输的信息传输模块以及用于采集口腔内图像的口腔内图像采集模块77，所述人体感应模、信息传输模块以及所述口腔内图像采集模块77均与所述控制器连接，具体地，人体感应模块能够检测待检人员是否位于待检位置处，信息传输模块可以将采集的身份证信息、体温信息、待检人员的照片以及时间信息上传至服务器，服务器能够将待检人员的各项信息进行记录保存，优选地，信息传输模块采用ESP8266无线WiFi模块，口腔内图像采集模块77能够采集到口腔图像并由控制器进行分析后控制第一机械臂组件进行咽拭子采集，本实施例中，口腔内图像采集模块采用ov2640摄像头模块，口腔内图像采集模块安装在咬口器卡座上，将咬口器安装在咬口器卡座上后，人体口腔与摄像头保持一定角度，且咬口器能够起到压舌作用，咬口器卡座上还安装有LED灯珠，以便于能够采集到清晰的口腔内部图像，并且由于口腔内部的特定构造，固定的光照使得口腔内部的边缘特征更加清晰，将图像二值化后能够很明显的看到口腔内部边缘特征，能够很大程度上减小等位算法的复杂程度，降低控制器芯片的负担，本实施例中，控制器采用STM32H7系列单片机以进行各组件的控制和数据处理，本实施例中，控制器采用STM32H743VIT6芯片。

如图8所示，本发明公开的一种自动咽拭子采集方法，包括以下步骤，

步骤1、人体感应模块检测到待检人员位于待检位置时，信息采集及引导组件中的显示器模块提示待检人员进行身份证识别、体温检测以及咬口器安装；

具体地，待检人员领取咽拭子和试管至本发明公开的自动咽拭子采集系统前，人体感应模块检测到待检人员，语音提示模块和显示器模块提示并引导待检人员进行身份证识别、体温检测以及咬口器安装等操作，待检人员依次完成上述操作，同时，在第一次检测时，待检人员还可以在显示屏模块设置检测模式，检测模式可以包括单检或混检以及混检的人数。

步骤2、信息采集及引导组件中的身份证识别模块、体温检测模块以及摄像头模块分别采集待检人员的身份证信息、体温信息以及待检人员照片，并将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至控制器，并由信息传输模块将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至服务器；

具体地，待检人员依次将身份证放置在身份证识别模块上、将手伸入至体温检测模块处以及将咬口器安装在咬口器卡座上，信息采集及引导组件中的身份证识别模块、体温检测模块以及摄像头模块分别采集待检人员的身份证信息、体温信息以及待检人员照片，并将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至控制器，并由信息传输模块将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至服务器以进行记录和保存。

步骤3、控制器控制试管夹持组件运动至设定位置，待试管夹持器中放入试管后，控制器控制第二机械臂组件将试管盖拧开；

具体地，试管夹持器驱动装置驱动试管夹持器向靠近待检人员一侧运动并运动至设定位置，同时，显示屏模块和/或语音提示模块提示待检人员将将试管插入试管夹持器中，然后，试管夹持器驱动装置驱动试管夹持器向远离待检人员一侧运动一定距离后停止，第二机械臂驱动机械爪移向试管附近，然后，机械爪抓住试管盖并转动，以将试管盖拧下后第二机械臂驱动机械爪运动至其他位置以避免与第一机械臂的运动产生干涉。

步骤4、控制器控制第一机械臂组件运动至设定位置以便于待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中；

具体地，第一机械臂驱动咽拭子夹运动至咬口器卡座处，同时，显示屏模块和/或语音提示模块提示待检人员将将咽拭子插入咽拭子夹中，然后，第一机械臂驱动安装有咽拭子的咽拭子夹远离咬口器卡座处。

步骤5、在待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中、将咬口器固定在待检测头部定位组件的咬口器卡座上并咬住咬口器后，口腔内图像采集模块采集待检人员的口腔图像并发送至控制器；

具体地，当第一机械臂驱动安装有咽拭子的咽拭子夹远离咬口器卡座处后，显示屏模块和/或语音提示模块提示待检人员将咬口器固定在咬口器卡座上并咬住咬口器，然后，口腔内图像采集模块采集待检人员的口腔图像并发送至控制器。

步骤6、控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点并控制第一机械臂组件进行咽拭子采集；

具体地，控制器对采集的所述口腔图像进行处理以获取咽拭子采集点并控制第一机械臂组件进行咽拭子采集；

进一步地，所述控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点包括以下步骤：

步骤60、获取所述口腔图像，对所述口腔图像进行二值化处理获得二值化图像；

步骤61、对所述二值化图像依次进行开运算滤波操作和闭运算滤波操作获取滤波后图像；

步骤62、在所述滤波后图像上以设定大小的正方形对所述滤波后图像进行扫描，在对所述滤波后图像进行扫描过程中不断获取所述正方形的每条边的端点和中点以及正方形中心点的像素，根据所述像素判断当前各点为黑点还是白点，直至判断出所述正方形的上边中点和正方形的中心点为白色，其余各点为黑色，停止扫描，获取当前正方形的中心点位置坐标。

本发明中采用深度学习图像分类算法，即用tensorflow框架将谷歌的 ResNet网络进行迁移学习，二分类训练模型。对检测人张嘴是否到位进行判断，得到良好的模型后利用cubemx里面的stm32cube.ai拓展包进行C语言代码转换。

步骤7、待咽拭子采集完成后，第一机械臂组件将采集的咽拭子插入试管中，试管夹持器驱动装置驱动试管向咽拭子切断组件一侧运动，并由咽拭子切断组件切断咽拭子以使得咽拭子落入试管中；

具体地，待第一机械臂控制咽拭子进行咽拭子采集后，第一机械臂驱动咽拭子插入试管中，然后，试管夹持器驱动装置驱动试管夹持器向咽拭子切断组件一侧运动，与此同时，第一机械臂驱动咽拭子与试管同步运动，当试管和咽拭子运动至加热丝处时，加热丝将咽拭子杆熔断，咽拭子头落入试管中，第一机械臂位置复位以避免与第二机械臂运动干涉。

步骤8、第二机械臂组件将试管盖扣在试管上并拧紧后夹持试管将其放置到试管架滑台组件中的试管架中；

具体地，试管夹持器驱动装置驱动试管夹持器向靠近待检人员一侧运动一定距离后停止，第二机械臂驱动机械爪将试管盖扣在试管上并将试管盖拧紧，然后，机械爪抓取试管并将装有咽拭子的试管夹持放入至一侧的试管架固定座上的试管架上，若试管架固定座驱动装置可以驱动试管架固定座水平运动，以便于第二机械臂方便的将试管防止在试管架中；同时，试管架中试管装满后，可以提示工作人员进行试管架的更换。

步骤9、控制器控制超声波雾化组件将消毒液进行雾化以对自动咽拭子采集系统进行消毒；

具体地，在进行完一个待检人员检测后，超声雾化组件会将酒精进行雾化并喷在相应的组件上，以便于对机械臂末端、咬口器卡座、信息采集及引导组件等所有能够与检测人员接触的部件进行消毒。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动咽拭子采集系统，其特征在于：包括，工作台、第一机械臂组件、第二机械臂组件、试管夹持组件、试管架滑台组件、咽拭子切断组件、信息采集及引导组件、待检测头部定位组件以及控制器；

所述第一机械臂组件安装在所述工作台上，所述第一机械臂组件包括第一机械臂和安装在所述第一机械臂末端的咽拭子夹，所述第一机械臂能够驱动安装有咽拭子的咽拭子夹运动以进行咽拭子采集；

所述第二机械臂组件安装在所述工作台上，所述第二机械臂组件包括第二机械臂和安装在所述第二机械臂末端的机械爪，所述第二机械臂能够驱动机械爪进行试管盖的拧开和闭合，并能够夹持试管将其放入试管架中；

所述试管夹持组件设置在所述工作台上，所述试管夹持组件包括试管夹持器和用于驱动所述试管夹持器水平运动的试管夹持器驱动装置；

所述试管架滑台组件设置在所述工作台上，所述试管架滑台组件包括试管架固定座和用于驱动所述试管架固定座水平运动的试管架固定座驱动装置，所述试管架固定座上放置有试管架；

所述咽拭子切断组件设置在所述工作台上且位于所述试管夹持器水平运动的路径上，用于对进行咽拭子采集后的咽拭子进行切断以使其落入置于所述试管夹持组件上的试管中；

所述信息采集及引导组件设置在所述工作台上用于采集待检人员的身份信息和引导待检人员进行相应操作；

所述待检测头部定位组件设置在所述工作台上，所述待检测头部定位组件处设有用于固定咬口器的咬口器卡座；

所述控制器与所述第一机械臂组件、所述第二机械臂组件、所述试管夹持组件、所述试管架滑台组件以及所述信息采集及引导组件连接。

2.根据权利要求1所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：所述第一机械臂包括第一行星减速步进电机、第四摆动舵机、第五摆动舵机、第三转动舵机以及丝杆步进电机；

所述第一行星减速步进电机通过行星减速步进电机座安装在所述工作台上，所述第一行星减速步进电机通过第四U型支架与所述第四摆动舵机连接，所述第四摆动舵机通过第五U型支架与所述第五摆动舵机连接，所述第五摆动舵机与所述第三转动舵机连接，所述第三转动舵机与所述丝杆步进电机连接；

所述第一行星减速步进电机能够驱动所述第四U型支架摆动，所述第四摆动舵机能够相对所述第四U型支架摆动，所述第五摆动舵机能够相对所述第五U型支架摆动，所述第三转动舵机能够驱动所述丝杆步进电机转动。

3.根据权利要求1所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：所述第二机械臂组件包括机械臂固定座、第一转动舵机、第一摆动舵机、第二摆动舵机、第三摆动舵机以及第二转动舵机；

所述机械臂固定座安装在所述工作台上，所述第一转动舵机安装在所述机械臂固定座上，所述第一转动舵机通过第一U型支架与所述第一摆动舵机连接，所示第一摆动舵机通过第二U型支架与所述第二摆动舵机连接，所示第二摆动舵机通过第三U型支架与所述第三摆动舵机连接，所示第三摆动舵机上连接有第二转动舵机，所述第二转动舵机上连接有所述机械爪；

所述第一转动舵机能够驱动所述第一U型支架转动，所述第一摆动舵机能够相对所述第一U型支架摆动，所述第二摆动舵机能够相对所述第二U型支架摆动，所述第三摆动舵机能够相对所述第三U型支架摆动，所述第二转动舵机能够驱动所述机械爪转动。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：还包括用于进行消毒的超声波雾化组件。

5.根据权利要求4所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：所述信息采集及引导组件包括身份证识别模块、体温检测模块、摄像头模块、语音提示模块以及显示器模块。

6.根据权利要求1所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：所述咽拭子夹上安装有薄膜压力传感器。

7.根据权利要求1所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：所述咽拭子切断组件包括相对设置的两个陶瓷隔离块和设置在两个陶瓷隔离块之间的加热丝。

8.根据权利要求5所述的自动咽拭子采集系统，其特征在于：还包括用于检测待检人员位置的人体感应模块、用于进行信息传输的信息传输模块以及用于采集口腔内图像的口腔内图像采集模块，所述人体感应模块、信息传输模块以及所述口腔内图像采集模块均与所述控制器连接。

9.一种基于权利要求8所述自动咽拭子采集系统的自动咽拭子采集方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1、人体感应模块检测到待检人员位于待检位置时，信息采集及引导组件中的显示器模块提示待检人员进行身份证识别、体温检测以及咬口器安装；

步骤2、信息采集及引导组件中的身份证识别模块、体温检测模块以及摄像头模块分别采集待检人员的身份证信息、体温信息以及待检人员照片，并将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至控制器，并由信息传输模块将所述身份证信息、体温信息以及待检人员照片传输至服务器；

步骤3、控制器控制试管夹持组件运动至设定位置，待试管夹持器中放入试管后，控制器控制第二机械臂组件将试管盖拧开；

步骤4、控制器控制第一机械臂组件运动至设定位置以便于待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中；

步骤5、在待检人员将咽拭子插入咽拭子夹中、将咬口器固定在待检测头部定位组件的咬口器卡座上并咬住咬口器后，口腔内图像采集模块采集待检人员的口腔图像并发送至控制器；

步骤6、控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点并控制第一机械臂组件进行咽拭子采集；

步骤7、待咽拭子采集完成后，第一机械臂组件将采集的咽拭子插入试管中，试管夹持器驱动装置驱动试管向咽拭子切断组件一侧运动，并由咽拭子切断组件切断咽拭子以使得咽拭子落入试管中；

步骤8、第二机械臂组件将试管盖扣在试管上并拧紧后夹持试管将其放置到试管架滑台组件中的试管架中；

步骤9、控制器控制超声波雾化组件将消毒液进行雾化以对自动咽拭子采集系统进行消毒。

10.根据权利要求9所述的自动咽拭子采集方法，其特征在于：所述控制器根据采集的所述口腔图像获取咽拭子采集点包括以下步骤：

步骤60、获取所述口腔图像，对所述口腔图像进行二值化处理获得二值化图像；

步骤61、对所述二值化图像依次进行开运算滤波操作和闭运算滤波操作获取滤波后图像；

步骤62、在所述滤波后图像上以设定大小的正方形对所述滤波后图像进行扫描，在对所述滤波后图像进行扫描过程中不断获取所述正方形的每条边的端点和中点以及正方形中心点的像素，根据所述像素判断当前各点为黑点还是白点，直至判断出所述正方形的上边中点和正方形的中心点为白色，其余各点为黑色，停止扫描，获取当前正方形的中心点位置坐标。

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