CN115153654A - 全自动核酸采样工作站及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动核酸采样工作站及其采样方法，属于核酸采样设备领域。该工作站包括：采样外壳，采样外壳的内部空间通过隔板分为原料区和采样区，在原料区的机架上设置棉签单元、保存管单元和原料机械手，且原料机械手能将棉签单元的棉签、保存管单元的保存管分别夹持并输送；在采样区的机架上设置采样机械手、拧盖单元，且拧盖单元的取料端能进入原料区，将保存管进行取料并返回采样区，采样机械手能夹持棉签孔内的棉签，采样机械手的夹持棉签的活动端能在采样区内移动。原料区自动上料，采样区自动采样，提高了核酸采样的自动化程度，整体设备的标准化作业，有效的提高了核酸采样的效率。

Description

全自动核酸采样工作站及其采样方法

技术领域

本发明属于核酸采样设备领域，尤其涉及一种全自动核酸采样工作站及其采样方法。

背景技术

核酸采样成为公共卫生领域大规模、长期持续实施的防疫措施。目前采样工作存在的采样人员工作环境差、防护服费用高、易交差感染等问题。

为解决上述问题，全自动核酸采样工作站及其采样方法应运而生。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全自动核酸采样工作站及其采样方法。

本发明的技术方案是：全自动核酸采样工作站及其采样方法，包括：

采样外壳，所述采样外壳内部空间通过隔板分为呈正压状态的原料区和呈负压状态的采样区，且在隔板上分别设置自动开合的连接通孔和棉签孔；

在原料区的机架上设置棉签单元、保存管单元、原料机械手、贴标机和扫码枪，贴标机能对保存管进行贴标，贴标后的保存管在扫码枪处进行扫码，同时原料机械手还分别夹持棉签单元的棉签、保存管单元的保存管分别输送至棉签孔和连接通孔；

在采样区的机架上设置采样机械手、拧盖单元、消毒单元和保温箱，且拧盖单元的取料端能从连接通孔穿过并进入原料区，将保存管进行取料并返回采样区进行开盖或合盖，所述采样机械手的活动端能夹持棉签孔内的棉签，同时采样机械手的活动端能在采样区内移动，且消毒单元能对该活动端进行消毒，同时采样区上贯穿设置采样口，采样口处可拆卸设置咬合器，棉签能穿过咬合器进行采样，同时保温箱的顶部设置开口直径大于保存管直径的第一进料口。

进一步的，所述棉签单元包括棉签输送辊，所述棉签输送辊两个为一组设置，且每组的两个棉签输送辊之间的间隙穿过棉签包装，并在两个棉签输送辊的转动下，棉签包装能进行移动，同时在棉签包装的两侧分别设置收料辊，且两侧的收料辊分别与棉签包装两侧的包装纸连接。随着两侧的收料辊进行旋转，将包装纸缠绕在收料辊上，内部的棉签露出，方便采样夹爪进行夹持。

进一步的，在收料辊和棉签输送辊之间设置至少一个导向辊。导向辊的设置，能有效的对包装纸进行导向，提高收料辊的收料速度和收料质量。

进一步的，所述保存管单元包括托盘，所述托盘上设置若干保存孔，且保存孔内设置保存管。

进一步的，在原料区还设置有贴标机，且贴标机能在保存管上进行贴标。

进一步的，在原料区还设置有扫码枪。当保存管上有标签时，扫码枪进行扫码，识别信息。

进一步的，所述拧盖单元包括呈垂直设置的第一直线模组和第二直线模组，在水平设置的所述第一直线模组上水平滑动设置连接板，在连接板上设置第一电爪，且所述第一电爪能水平夹持呈竖直状态的保存管，在呈竖直设置的所述第二直线模组上竖直滑动设置旋转电爪，且旋转电爪的工作端竖直朝下，且第一直线模组能带动第一电爪夹持的保存管移动至旋转电爪下方。

进一步的，在连接板上设置存放凹槽，且所述存放凹槽的开口竖直向上。存放凹槽能放置保存管的底部，同时保存管的中部被第一电爪水平夹持，保证保存管在竖直方向的稳定，随着第一直线模组的运动，当保存管移动至旋转电爪下方时，第二直线模组向下驱动旋转电爪，直至旋转电爪将保存管的瓶盖接触，旋转电爪向内夹持瓶盖，并旋转，拧开瓶盖的同时，第二直线模组向上驱动，将瓶盖与保存管分离，此时保存管的上端是开口的，同理可以实现瓶盖和保存管的拧紧；

再驱动第一直线模组，将保存管与旋转电爪错开，将保存管的上端露出，待采样机械手夹持棉签采样结束后，移动至保存管的上方，将棉签的头部插入保存管内，随后采样机械手向下运动，将棉签折断，头部掉入保存管，采样机械手夹持棉签的杆部，丢进废料口。

在折断时，需要保证棉签的头部至折断点的距离大于保存管的开口端的直径，而且使用的这种棉签需要保证，折断是直接的；即使出现折断后仍有部分连接的情况，也可以使用采样机械手夹持棉签，在折断点的位置，与保存管的管口接触并旋转，使棉签的头部完全掉落。如果是单管单人检测，此时，第一直线模组驱动保存管至旋转电爪的下方，旋转电爪在第二直线模组的作用下，完成瓶盖拧紧的操作；若是多人混检，可以根据检测的时间，例如间隔在1分钟以内时，可以保持瓶盖打开，方便第二个棉签的折断；若间隔大于1分钟时，先返回进行瓶盖拧紧，保证保存管内的棉签不受外界干扰。

进一步的，在采样区还设置有保温箱，保温箱的顶部设置第一进料口，同时在机架上设置与第一进料口配合的第二进料口。在采样机械手的驱动下，夹持采样完成的保存管放入保温箱内。保温箱温度实时反馈，可以始终保持一个恒温的环境，防止出现温度过高导致保存管内的试样出现问题，而且保温箱的设置，可以使保存管的保存条件符合对试管样本的环境温度要求。

进一步的，在采样区还设置的消毒单元为自动酒精消毒器，所述自动酒精消毒器能对采样机械手的活动端进行消毒。而且自动酒精消毒器可以采样壁挂式酒精消毒器，基本原理是，在侧面设置开口，当夹持端从开口进入后，自动感应，自动完成酒精喷雾消毒，稍等片刻，例如十秒，待消毒完成，内部的排风系统将漂浮的酒精排出。

在本申请中，采样机械手的活动端即为工作端。

进一步的，在采样机械手的活动端上还设置有3D视觉传感器和压力传感器。通过采样机械手调整姿态把3D视觉传感器对准采样口，有人按开始按钮后，先拍照，再根据3D视觉传感器的数据判断口腔里采样点位置，采样时压力传感器会感知力的大小，不会让被检测人有不舒适感。

进一步的，在采样区对应的采样外壳上还设置有贯穿采样区内外的采样口，且采样机械手夹持的棉签能从采样口伸出并进行采样。

进一步的，在采样口的外侧可拆卸设置咬合器，且所述咬合器上设置咬合环，且咬合环的中部与采样口相通。待采样人员咬住咬合环的外侧，口腔呈打开状态，此时采样棉签从采样口的内侧伸出，沿咬合环的中部进入口腔，对口腔进行核酸采样。

进一步的，咬合器的可拆卸设置，可以通过磁吸、粘接、卡接等方式。方便一人一个咬合器，防止出现交叉感染。

进一步的，在采样口对应的机架处设置咬合废料箱，并在所述咬合废料箱的顶部设置开口。当使用后的咬合器废料能从开口处扔下。

进一步的，在采样外壳上还设置有认证一体机，同时认证一体机还连接语音提示器。此处可以刷身份证，保证信息提供的准确，并且配合语音提示器，能有效判定是否验证成功。

进一步的，在采样口还设置人脸识别摄像头。通过采样口的人脸识别摄像头与认证一体机的身份证人像照片的匹配，保证身份证和采样人员的一致。

本发明的有益技术效果是：

原料区自动上料，采样区自动采样，提高了核酸采样的自动化程度，同时原料机械手和采样机械手的设置，也可以兼容多种规格的保存管或者棉签，同时条码的打印和贴标，能有效的进行信息的跟踪；总的来说，实现了无人化，节省了医护人员；同时内部的原料区和采样区的区分，也有效的避免了交叉感染；整体设备的标准化作业，能有效的提高核酸采样的效率。

全自动核酸采样工作站的采样方法，包括：

被检测者外部操作流程：

身份信息自动录入，身份核实后取出咬合器，将咬合器放在采样口，并咬住咬合器，手动按压开始按钮，开始采样，采样结束后，取下咬合器，将咬合器丢入咬合废料箱；

工作站内部工作流程：

原料区工作流程：原料机械手将保存管从保存管单元取下，在贴标机处进行贴标，并通过扫码枪进行扫码，并将保存管放置在拧盖单元的取料端，随后原料机械手再次运行至棉签单元，将棉签夹持后穿过棉签孔；

采样区工作流程：拧盖单元的取料端将保存管夹持，随后将瓶盖拧开；采样机械手的活动端消毒后夹持穿过棉签孔的棉签，并在被检测者按压开始按钮后，从采样口穿出，对口腔内部进行采样，采样结束后，返回采样区，并在敞口的保存管处折断，使采样后的棉签头部进入保存管，随后拧盖单元将瓶盖拧紧，采样机械手夹持棉签的杆部并放入废料口，再通过采样机械手夹持保存管并放入保温箱，最后，工作人员将保温箱内的保存管取走，送至检测机构。

通过合理的区分，让设备的内外分别进行操作，待检测者在外侧进行操作，内部则分别进行原料区和采样区的操作，合理的分开操作，保证了彼此动作的独立，同时，也有效的避免了交叉感染，能提高检测的速度和质量。

附图说明

图1是采样工作站的整体示意图。

图2是采样工作站的内部示意图。

图3是原料区和采样区的内部单元的分布示意图。

图4是第一种棉签单元的示意图。

图5是第二种棉签单元的示意图。

图6是图5的局部放大图。

图7是图5的内部结构示意图。

图8是棉签剥离组件的示意图。

图9是棉签剥离组件的另一视角的示意图。

图10是拧盖单元的示意图。

图11是采样机械手的示意图。

图12是采样外壳的示意图。

图13是隔板的示意图。

图14是隔板的另一侧的示意图。

图15是咬合器的示意图。

图16是多功能取放夹爪的示意图。

图17是图16的局部放大图。

图18是横向夹取棉签的示意图。

图19是横向夹取棉签的正视图。

图20是竖向夹取棉签的示意图。

图21是竖向夹取棉签的正视图。

图22是竖向夹取保存管的示意图。

图23是另一种竖向夹取保存管的示意图。

图24是图23对应的夹取保存管的示意图。

其中：

1、采样外壳，11、隔板，111、连接通孔，112、棉签孔，12、原料区，13、采样区，14、采样口，2、棉签单元，21、棉签输送辊，22、收料辊，23、拆包架，24、工作台，25、压紧组件，26、压紧件，27、压紧驱动源，28、棉签剥离组件，29、剥离块，210、剥离驱动源，3、保存管单元，31、托盘，4、原料机械手，5、采样机械手，

6、拧盖单元，61、第一直线模组，62、第二直线模组，63、连接板，64、第一电爪，65、旋转电爪，7、咬合器，71、咬合环，

8、多功能取放夹爪，81、电动夹爪，82、驱动臂，83、夹块，84、夹持槽， 85、夹持凸齿，86、第一凹槽，87、第二凹槽。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见附图1-24，本实施例的全自动核酸采样工作站及其采样方法，包括：

采样外壳1，采样外壳1的内部空间通过隔板11分为呈正压状态的原料区 12和呈负压状态的采样区13，且在隔板11上分别设置自动开合的连接通孔111 和棉签孔112；

在原料区12的机架上设置棉签单元2、保存管单元3、原料机械手4、贴标机和扫码枪，贴标机能对保存管进行贴标，贴标后的保存管在扫码枪处进行扫码，同时原料机械手4还分别夹持棉签单元2的棉签、保存管单元3的保存管分别输送至棉签孔112和连接通孔111；

在采样区13的机架上设置采样机械手5、拧盖单元6、消毒单元和保温箱，且拧盖单元6的取料端能从连接通孔111穿过并进入原料区12，将保存管进行取料并返回采样区13进行开盖或合盖，所述采样机械手5的活动端能夹持棉签孔112内的棉签，同时采样机械手5的活动端能在采样区13内移动，且消毒单元能对该活动端进行消毒，同时采样区上贯穿设置采样口，采样口处可拆卸设置咬合器，棉签能穿过咬合器进行采样，同时保温箱的顶部设置开口直径大于保存管直径的第一进料口。

在本申请中，包括两种棉签单元2，即两种棉签的上料装置。

第一种棉签上料装置：参见附图4，棉签单元2包括棉签输送辊21，棉签输送辊21两个为一组设置，且每组的两个棉签输送辊21之间的间隙穿过棉签包装，并在两个棉签输送辊21的转动下，棉签包装能进行移动，同时在棉签包装的两侧分别设置收料辊22，且两侧的收料辊22分别与棉签包装两侧的包装纸连接。随着两侧的收料辊22进行旋转，将包装纸缠绕在收料辊22上，内部的棉签露出，方便采样夹爪进行夹持。

在收料辊22和棉签输送辊21之间设置至少一个导向辊。导向辊的设置，能有效的对包装纸进行导向，提高收料辊22的收料速度和收料质量。

即棉签输送辊21将棉签包装沿竖直方向进行输送，两侧的包装纸，分别缠绕在两侧的收料辊22上，随着收料辊22的旋转(最好将棉签输送辊21、收料辊22均设置为同步且同速转动，能提高输送的效率)，将包装纸从两侧撕开，暴露出内部的棉签，方便原料机械手4进行棉签的夹取。

第二种棉签上料装置：

参见附图5-9，棉签单元2还可以为自动拆包部，自动拆包部包括：

拆包架23，所述拆包架23上设置工作台24；

压紧组件25，压紧组件25包括压紧件26，压紧件26连接压紧驱动源27，并在压紧驱动源27的作用下，压紧件26压紧位于工作台24上的棉签包装；和

棉签剥离组件28，所述棉签剥离组件28包括剥离块29，所述剥离块29连接剥离驱动源210，且所述剥离驱动源210驱动剥离块29沿棉签的长度方向往复移动，且剥离块29的下端面与工作台24的间隙小于棉签的高度。

即将棉签包装压紧后，从包装外侧将棉签顶出。

示例性的，第二种棉签上料装置还包括：

工作台上水平放置呈多个连接的棉签包装。即棉签在生产时是连续的，所以在来料时，一般也是成卷或成连续的带状。而且棉签的特点是长度较长，一般在10-15厘米左右，但是宽度方向仅在5mm以内，同样的，高度方向一般也在5mm以内，所以成品的棉签包装的外形基本呈长方形，且包装的宽度方向也约为2-3厘米，而且棉签的头部方向会有绒毛方便采样，而且在连续的包装袋中棉签的头部朝向同一个方向，而且头部方向的尺寸会略大于尾部或中间的杆子的尺寸。

拆包架上设置开口朝水平方向的U型工作腔，且U型工作腔的底部为工作台，U型工作腔的顶部分别设置压紧组件和棉签剥离组件。且棉签包装的来料方向为U型工作腔的一侧，出料方向为另一侧，棉签的尾部朝向水平的开口方向，棉签的头部朝向封闭的一侧，这样能保证棉签从包装袋中顶出时，尾部的先出，方便机械手或其他工具进行夹取，保证头部在包装袋内，保证采样部分的无菌、干净，保证自动化核酸检测的准确。

压紧件平行设置两组，且两组同步驱动，在两组压紧组件的中间间隔处设置棉签剥离组件。从两侧分别进行压紧，保证稳定，再利用中间的棉签剥离组件实现棉签与包装袋的分离，而且两组压紧组件的间隙控制在3个棉签包装的长度为佳，保证中部棉签剥离组件工作的空间，又能保证压紧的程度。

压紧组件为压紧滚轮，压紧滚轮的两端转动设置在压紧连接块上，且压紧连接块与拆包架固定连接，同时压紧滚轮的一端连接压紧电机，且在转动时的压紧滚轮的最下端与棉签包装接触。即通过压紧滚轮的在转动过程中与棉签包装接触并实现压紧，同步实现压紧和输送。

压紧滚轮的周向上等间距设置至少两个压紧凸台，且压紧凸台的方向、压紧滚轮的轴向与棉签的长度方向均平行，同时相邻的两个压紧凸台的周向间距等于棉签包装的宽度。压紧凸台的设置，能保证压紧滚轮在转动过程中，仅为压紧凸台进行压紧，保证了中间部分与棉签的不接触，防止压紧滚轮对棉签的压坏；同时，相邻的压紧凸台的周向间距等于棉签包装的宽度，能保证在连续性的作业时，压紧凸台与棉签外包装的接触位置的固定的，保证了压紧的稳定。

在压紧凸台上还设置有至少一个定位凸点，同时在棉签包装上设置与之对应的定位孔。当压紧滚轮在转动过程中进行压紧时，可以通过定位凸点和定位孔的配合，保证棉签包装的位置的准确。

而且为了实现两组压紧组件的同步驱动，在两组压紧滚轮的端部分别设置同步轮，同步轮之间通过同步带连接即可。

压紧组件的压紧件为压紧块，压紧驱动源为压紧气缸，压紧气缸沿竖直方向设置，当需要压紧包装袋时，竖直向下驱动压紧块，使压紧块接触并压紧包装袋，由于平行设置两组，两组之间的间隙处是稳定的，在中间的间隙处设置棉签剥离组件，进行棉签的剥离。这种方式的同步驱动可以通过一个压紧气缸同时驱动两个压紧块即可实现。当然，这种方式的设计，可以设置在两组作为主要压紧机构，需额外增加一个牵引，当然此时废料也是连续的，为了实现废料的收集，对废料进行旋转式的收集，也是常规手段，例如废料辊连接电机，废料辊上缠绕废料，通过电机驱动废料辊旋转，在收集废料的同时，也拉动连续的棉签包装进行移动。另外也可以控制两个压紧块的间距在一个棉签包装的宽度之内，同时大于棉签的宽度，进行一个棉签外包装的压紧，间距处供棉签穿过。

剥离驱动源为直线型驱动源。一般来说：单一的剥离气缸或剥离电缸或剥离油缸均可，另外若空间足够，可以通过类似于线性模组或丝杆组件实现驱动；当然在本申请中，为了保证空间的紧凑，同时剥离棉签也不需要很大的力，设置小型的剥离气缸或剥离电缸即可满足要求。

剥离块的内侧设置仿形槽，且仿形槽与棉签的长度方向处于同一直线。剥离块与棉签接触并顶出时，为了保证顶出的效果，设置此仿形槽，保证棉签的头部是位于仿形槽内，提高顶出的准确。而且仿形槽可以为半圆形、U形等均可，同时保证开口向下。通过内侧设置仿形槽，即通过由内向外推动棉签，这种设置，能保证剥离驱动源的尾部靠近棉签尾部，节省空间，而且需保证剥离驱动源的头部的剥离块具有3-5厘米的活动范围即可，提高了紧凑性，同时棉签的尾部露出保证3-5厘米即可实现取出，此时头部仍位于包装内，也可以进一步保证头部采样的安全性和准确性。

在工作台上还设置有导正块，且导正块位于棉签的尾部的外侧，与棉签的长度方向对应的导正块的中部设置导正凹槽。棉签的尾部的外侧指的是导正块靠近棉签的尾部并具有间隔，导正凹槽的设置，能保证棉签顶出时，能通过导正凹槽实现位置的导正，方便后续的机械手对棉签尾部的抓取。

在拆包架上还设置导向块，且导向块位于工作台上方，并与工作之间具有间隔，且间隔大于棉签包装的边缘厚度，小于棉签的整体厚度。

导向块设置四个，且两个为一组分别对应设置在工作台的进料一侧和出料一侧，同时每组的两个导向块分别位于棉签的两端外侧，同时不超出棉签包装两端。即每组的两个导向块呈直线与棉签长度方向平行，且间距大于棉签长度，但小于这个方向的棉签包装长度。

示例性的，参见附图11，在原料机械手4和采样机械手5的工作端还设置有多功能取放夹爪8，具体参见附图16-24，所述多功能取放夹爪8包括：

电动夹爪81，所述电动夹爪81具有两个对称设置且能够相向或向背运动的驱动臂82；和

夹块83，所述夹块83设置两个，且两个夹块83分别与两个驱动臂82连接，在两个所述夹块83的相对侧分别形成有开口相对设置的夹持槽84，且所述夹持槽84均自夹块83的下端延伸至夹块83的中部；同时在两个夹块83的相对侧还分别设置能够互相咬合的夹持凸齿85，所述夹持凸齿85位于夹持槽84上方。

在夹持凸齿85上设置第一凹槽86或第二凹槽87中的至少一种；

第一凹槽86在夹持凸齿85的夹持面上沿竖直方向设置，且第一凹槽86的开口方向均朝向另一个夹块83，且两个夹块83上的第一凹槽86能配合并沿竖直方向夹持棉签；

第二凹槽87在其中一个夹持凸齿85的夹持面上沿横向形成，且第二凹槽 87的开口方向朝向另一个夹块83，且第二凹槽87和另一个夹块83能配合并沿横向方向夹持棉签。

通过第一凹槽86的第二凹槽87的组合，能实现下列三种方式的夹持。

示例1，本电动夹爪81能实现三种夹持，设置第一凹槽86、第二凹槽87 和夹持槽84：

通过电动夹爪81的两个对称的驱动臂82连接夹块83，在夹块83的下方进行保存管的竖直方向的夹持，参见附图22-24；

参见附图20-21，在夹块83的上方，通过第一凹槽86进行竖直方向的棉签的夹持；

参见附图18-19，在夹块83的上方，通过第二凹槽87进行水平方向的棉签的夹持；此时在其中一个夹持凸齿85上同时设置第一凹槽86和第二凹槽87，而且二者垂直设置。

示例2，本电动夹爪81能实现两种夹持，仅设置第一凹槽86和夹持槽84：

通过电动夹爪811的两个对称的驱动臂8211连接夹块832，在夹块832的下方进行保存管的竖直方向的夹持，参见附图22-24；

参见附图20-21，取下保存管后，在夹块83的上方，通过第一凹槽86进行竖直方向的棉签的夹持。

示例3，本夹爪能实现两种夹持，仅设置第二凹槽87和夹持槽84：

通过电动夹爪81的两个对称的驱动臂82连接夹块83，在夹块83的下方进行保存管的竖直方向的夹持，参见附图22-24；

参见附图18-19，在夹块83的上方，仅设置第二凹槽87，并通过第二凹槽87进行水平方向的棉签的夹持。

通过上述是三个示例可以看出，通过结构的巧妙设计，实现了同一个电动夹爪81上分别进行保存管的竖直方向和棉签的竖直、水平方向的夹持，在一个机械手上进行两种物料的夹持，设计巧妙，一爪多用，集成度高，节省了内部空间，而且保证了内部设备的简洁度。而且可以方便自动化核酸采样时，根据需求，选择不同方式的夹持。

在本申请中，原料区采用示例1的结构，进行三种夹持，方便根据棉签的不同位置进行选择夹持的方式；在采样区采用示例2的机构，棉签和保存管均在竖直方向夹持，当需要夹持棉签和采样时，通过采样机械手的多轴变化(一般为五轴或六轴或七轴机械手)，实现角度的调节。

保存管单元3包括托盘31，托盘31上设置若干保存孔，且保存孔内设置保存管。而且在托盘31的下方可以设置排风扇，保证在托盘31上的保存管的保存环境，而且也能有效的降低温度。而且这种结构的设置，可以使保存管中试管液的保存条件符合对试管样本的环境温度要求。

在原料区12还设置有贴标机，且贴标机能在保存管上进行贴标。经信息码打印在标签上，将标签贴在保存管上。

在原料区12还设置有扫码枪。保存管有标签，扫码枪进行扫码，识别信息。

拧盖单元6包括呈垂直设置的第一直线模组61和第二直线模组62，在水平设置的第一直线模组61上水平滑动设置连接板63，在连接板63上设置第一电爪64，且第一电爪64能水平夹持呈竖直状态的保存管，在呈竖直设置的第二直线模组62上竖直滑动设置旋转电爪65，且旋转电爪65的工作端竖直朝下，且第一直线模组61能带动第一电爪64夹持的保存管移动至旋转电爪65下方。

在连接板63上设置存放凹槽，且存放凹槽的开口竖直向上。存放凹槽能放置保存管的底部，同时保存管的中部被第一电爪64水平夹持，保证保存管在竖直方向的稳定，随着第一直线模组61的运动，当保存管移动至旋转电爪65下方时，第二直线模组62向下驱动旋转电爪65，直至旋转电爪65将保存管的瓶盖接触，旋转电爪65向内夹持瓶盖，并旋转，拧开瓶盖的同时，第二直线模组 62向上驱动，将瓶盖与保存管分离，此时保存管的上端是开口的，同理可以实现瓶盖和保存管的拧紧；

再驱动第一直线模组61，将保存管与旋转电爪65错开，将保存管的上端露出，待采样机械手5夹持棉签采样结束后，移动至保存管的上方，将棉签的头部插入保存管内，随后采样机械手5向下运动，将棉签折断，头部掉入保存管，采样机械手5夹持棉签的杆部，丢进废料口。

在折断时，需要保证棉签的头部至折断点的距离大于保存管的开口端的直径，而且使用的这种棉签需要保证，折断是直接的；即使出现折断后仍有部分连接的情况，也可以使用采样机械手5夹持棉签，在折断点的位置，与保存管的管口接触并旋转，使棉签的头部完全掉落。如果是单管单人检测，此时，第一直线模组61驱动保存管至旋转电爪65的下方，旋转电爪65在第二直线模组 62的作用下，完成瓶盖拧紧的操作；若是多人混检，可以根据检测的时间，例如间隔在1分钟以内时，可以保持瓶盖打开，方便第二个棉签的折断；若间隔大于1分钟时，先返回进行瓶盖拧紧，保证保存管内的棉签不受外界干扰。

在采样区13还设置有保温箱，保温箱的顶部设置第一进料口，同时在机架上设置与第一进料口配合的第二进料口。在采样机械手5的驱动下，夹持采样完成的保存管放入保温箱内。保温箱温度实时反馈，可以始终保持一个恒温的环境，防止出现温度过高导致保存管内的试样出现问题，而且保温箱的设置，可以使保存管的保存条件符合对试管样本的环境温度要求。

在采样区13还设置有自动酒精消毒器，参见附图3，设置在采样机械手的后侧，自动酒精消毒器能对采样机械手5的夹持端进行消毒。而且自动酒精消毒器可以采样壁挂式酒精消毒器，基本原理是，在侧面设置开口，当夹持端从开口进入后，自动感应，自动完成酒精喷雾消毒，稍等片刻，例如十秒，待消毒完成，内部的排风系统将漂浮的酒精排出。同时，在原料区和采样区还可以设置紫外灯进行整体性的消毒。

在采样机械手5的夹持端上还设置有3D视觉传感器和压力传感器。通过采样机械手5调整姿态把3D视觉传感器对准采样口14，当有人按开始按钮后，先拍照，再根据3D视觉传感器的数据判断口腔里采样点位置，采样时压力传感器会感知力的大小，不会让被检测人有不舒适感。

在原料区12的机架上还设置有显示屏，能进行操作步骤的演示和提醒，同时可以投放广告，挣得的广告费能有效弥补工作站的维护成本。

参见附图12，在采样区13对应的采样外壳1上还设置有贯穿采样区13内外的采样口14，且采样机械手5夹持的棉签能从采样口14伸出并进行采样。

在采样口14的外侧可拆卸设置咬合器7，且咬合器7上设置咬合环71，且咬合环71的中部与采样口14相通。待采样人员咬住咬合环71的外侧，口腔呈打开状态，此时采样棉签从采样口14的内侧伸出，沿咬合环71的中部进入口腔，对口腔进行核酸采样。

咬合器7的可拆卸设置，可以通过磁吸、粘接、卡接等方式。方便一人一个咬合器7，防止出现交叉感染。

在原料区的外侧，设置咬合器原料箱，当身份验证之后，原料箱自动打开，取一个咬合器，然后待检测人员将咬合器设置在采样口。

磁吸的连接方式：在咬合器的外侧和采样口处对应设置磁铁和铁片，使用时，二者磁吸连接，使用后，分开即可。

粘接的连接方式：在咬合器的外侧和采样口处对应设置魔术贴的子母两面，方便二者粘接，使用后，用力撕开就可。

卡接的连接方式之一：在采样口的位置设置卡槽，在咬合器上设置卡边，咬合器的卡边恰好卡在卡槽内，使用完毕后，拆开即可。

卡接的连接方式之二：在采样口的位置设置底端封闭的竖直滑槽，在咬合器上设置滑块，滑块滑动设置在滑槽内，使用完后，滑出滑槽即可，保证咬合器不能在水平面内移动，仅能沿竖直方向滑动，而且滑动至底端时，恰好咬合器的中部与采样口相通。

在采样口14对应的机架处设置咬合废料箱，并在咬合废料箱的顶部设置开口。当使用后的咬合器7废料能从开口处扔下。

在采样外壳1上还设置有认证一体机，同时认证一体机还连接语音提示器。此处可以刷身份证，保证信息提供的准确，并且配合语音提示器，能有效判定是否验证成功。

在采样口14还设置人脸识别摄像头。通过采样口14的人脸识别摄像头与认证一体机的身份证人像照片的匹配，保证身份证和采样人员的一致。

在机架的下方设置滚轮，而且通过滚轮将原料区内的设备和采样区内的设备能单独移动，提高设备的灵活性。同时原料区和采样区是相对分离的，隔板上的连接通孔会较大，因此在连接通孔处设置自动门，当拧盖单元需要取料时，自动门打开，取料后，及时关闭；相应的，棉签孔是较小的，设置在10mm以内，常规的棉签的直径在5mm以内，略大尺寸的棉签孔能供棉签沿其轴线方向横向穿过，此处的棉签孔尺寸较小，对原料区和采样区的影响较小，故可以不设置自动门，当然设置自动门进行开合也是可以的。

而且原料区为正压区，采样区为弱负压区。弱负压区，能有效的保证采样区内部空气的流动，保证内部持续性的新风，防止某一个出现问题时，造成对其他试样的干扰。

同时在采样外壳上还可以设置摄像头，监控整个测试过程。

本发明的效果是：

原料区12自动上料，采样区13自动采样，提高了核酸采样的自动化程度，同时原料机械手4和采样机械手5的设置，也可以兼容多种规格的保存管或者棉签，同时条码的打印和贴标，能有效的进行信息的跟踪；总的来说，实现了无人化，节省了医护人员；同时内部的原料区12和采样区13的区分，也有效的避免了交叉感染；整体设备的标准化作业，能有效的提高核酸采样的效率。

全自动核酸采样工作站的采样方法，包括：

被检测者外部操作流程：

身份信息自动录入，身份核实后取出咬合器7，将咬合器7放在采样口14，并咬住咬合器7，手动按压开始按钮，开始采样，采样结束后，取下咬合器7，将咬合器7丢入咬合废料箱；

工作站内部工作流程：

原料区12工作流程：原料机械手4将保存管从保存管单元3取下，在贴标机处进行贴标，并通过扫码枪进行扫码，并将保存管放置在拧盖单元6的取料端，随后原料机械手4再次运行至棉签单元2，将棉签夹持后穿过棉签孔112；

采样区13工作流程：拧盖单元6的取料端将保存管夹持，随后将瓶盖拧开；采样机械手5的活动端消毒后将穿过棉签孔112的棉签夹持，并在被检测者按压开始按钮后，从采样口14穿出，对口腔内部进行采样，采样结束后，返回采样区13，并在敞口的保存管处折断，使采样后的棉签头部进入保存管，随后拧盖单元6将瓶盖拧紧，采样机械手夹持棉签的杆部并放入废料口，再通过采样机械手5后夹持保存管并放入保温箱，最后，工作人员将保温箱内的保存管取走，送至检测机构。

通过合理的区分，让设备的内外分别进行操作，待检测者在外侧进行操作，内部则分别进行原料区12和采样区13的操作，合理的分开操作，保证了彼此动作的独立，同时，也有效的避免了交叉感染，能提高检测的速度和质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动核酸采样工作站，其特征在于，包括：

采样外壳(1)，所述采样外壳(1)的内部空间通过隔板(11)分为呈正压状态的原料区(12)和呈负压状态的采样区(13)，且在隔板(11)上分别设置能够自动开合的连接通孔(111)和棉签孔(112)；

在原料区(12)的机架上设置能够自动拆包并上料的棉签单元(2)、用于放置保存管的保存管单元(3)、用于夹持并移动棉签和保存管的原料机械手(4)、用于对保存管进行贴标的贴标机和用于对贴标进行扫描的扫码枪；

在采样区(13)的机架上设置采样机械手(5)、拧盖单元(6)、能够对采样机械手的活动端进行消毒的消毒单元和用于保温保存管的保温箱，且拧盖单元(6)上设置能往复穿过连接通孔的取料端，所述采样机械手(5)上设置能夹持棉签和保存管的活动端，采样区上贯穿设置采样口(14)，采样口处可拆卸设置与采样口连通的咬合器(7)，保温箱的顶部设置开口直径大于保存管直径的第一进料口。

2.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：所述棉签单元(2)包括棉签输送辊(21)，所述棉签输送辊(21)两个为一组设置，且每组的两个棉签输送辊(21)之间的间隙穿过棉签包装，并在两个棉签输送辊(21)的转动下，棉签包装能进行移动，同时在棉签包装的两侧分别设置收料辊(22)，且两侧的收料辊(22)分别与棉签包装两侧的包装纸连接。

3.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：所述棉签单元(2)为自动拆包部，所述自动拆包部包括：

拆包架(23)，所述拆包架(23)上设置工作台(24)；

压紧组件(25)，所述压紧组件(25)包括压紧件(26)，所述压紧件(26)连接压紧驱动源(27)，并在压紧驱动源(27)的作用下，所述压紧件(26)压紧位于工作台(24)上的棉签包装；和

棉签剥离组件(28)，所述棉签剥离组件(28)包括剥离块(29)，所述剥离块(29)连接剥离驱动源(210)，且所述剥离驱动源(210)驱动剥离块(29)沿棉签的长度方向往复移动，且剥离块(29)的下端面与工作台(24)的间隙小于棉签的高度。

4.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：在原料机械手(4)和采样机械手(5)的工作端还设置有多功能取放夹爪(8)，所述多功能取放夹爪(8)包括：

电动夹爪(81)，所述电动夹爪(81)具有两个对称设置且能够相向或向背运动的驱动臂(82)；和

夹块(83)，所述夹块(83)设置两个，且两个夹块(83)分别与两个驱动臂(82)连接，在两个所述夹块(83)的相对侧分别形成有开口相对设置的夹持槽(84)，且所述夹持槽(84)均自夹块(83)的下端延伸至夹块(83)的中部；同时在两个夹块(83)的相对侧还分别设置能够互相咬合的夹持凸齿(85)，所述夹持凸齿(85)位于夹持槽(84)上方。

5.根据权利要求4所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：在夹持凸齿(85)上设置第一凹槽(86)或第二凹槽(87)中的至少一种；

第一凹槽(86)在夹持凸齿(85)的夹持面上沿竖直方向设置，且第一凹槽(86)的开口方向均朝向另一个夹块(83)，且两个夹块(83)上的第一凹槽(86)能配合并沿竖直方向夹持棉签；

第二凹槽(87)在其中一个夹持凸齿(85)的夹持面上沿横向形成，且第二凹槽(87)的开口方向朝向另一个夹块(83)，且第二凹槽(87)和另一个夹块(83)能配合并沿横向方向夹持棉签。

6.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：在采样机械手的活动端还设置3D视觉传感器和压力传感器。

7.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：所述拧盖单元(6)包括呈垂直设置的第一直线模组(61)和第二直线模组(62)，水平设置的所述第一直线模组(61)上水平滑动设置连接板(63)，在连接板(63)上设置第一电爪(64)，且所述第一电爪(64)能水平夹持呈竖直状态的保存管，在呈竖直设置的所述第二直线模组(62)上竖直滑动设置旋转电爪(65)，且旋转电爪(65)的工作端竖直朝下，且第一直线模组(61)能带动第一电爪(64)夹持的保存管移动至旋转电爪(65)下方。

8.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：所述消毒单元为自动酒精消毒器。

9.根据权利要求1所述的全自动核酸采样工作站，其特征在于：在采样口(14)的外侧可拆卸设置咬合器(7)，且所述咬合器(7)上设置咬合环(71)，且咬合环(71)的中部与采样口(14)相通。

10.根据权利要求1-9任一所述的全自动核酸采样工作站的采样方法，其特征在于，包括：

被检测者外部操作流程：身份信息自动录入，身份核实后取出咬合器(7)，将咬合器(7)放在采样口(14)，并咬住咬合器(7)，手动按压开始按钮，开始采样，采样结束后，取下咬合器(7)，将咬合器(7)丢入咬合废料箱；

工作站内部工作流程：

原料区(12)工作流程：原料机械手(4)将保存管从保存管单元(3)取下，在贴标机处进行贴标，并通过扫码枪进行扫码，并将保存管放置在拧盖单元(6)的取料端，随后原料机械手(4)再次运行至棉签单元(2)，将棉签夹持后穿过棉签孔(112)；

采样区(13)工作流程：拧盖单元(6)的取料端将保存管夹持，随后将瓶盖拧开；采样机械手(5)的活动端消毒后夹持穿过棉签孔(112)的棉签，并在被检测者按压开始按钮后，从采样口(14)穿出，对口腔内部进行采样，采样结束后，返回采样区(13)，并在敞口的保存管处折断，使采样后的棉签头部进入保存管，随后拧盖单元(6)将瓶盖拧紧，采样机械手夹持棉签的杆部并放入废料口，再通过采样机械手(5)夹持保存管并放入保温箱，最后，工作人员将保温箱内的保存管取走，送至检测机构。

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