CN115402743A - 一种棉签自动递送装置与采用其的核酸采集、分拣平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种棉签自动递送装置与采用其的核酸采样、分拣平台。本发明的棉签的自动递送装置包括棉签传送板、压块、力觉传感器、振动电机、旋转轮毂，且使振动电机的振动频率和振动强度与棉签传送板上的棉签数量呈超线性负相关，保证棉签递送的顺畅性，大大降低了棉签递送过程中出现故障的概率，提高了采样的效率。本发明的核酸采样、分拣平台通过采样棉签的自动递送装置、核酸采样机器人、核酸试剂盒分拣装置及采样辅助装置共同作用，在采样精度、采样效率上相对于现有采样平台有着显著的提高。

Description

一种棉签自动递送装置与采用其的核酸采集、分拣平台

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种棉签自动递送装置与采用其的核酸采集、分拣平台。

背景技术

在核酸样本采集的过程中，大部分由人工手持棉签对待采样人员进行采样，存在采集位置不准确、采集效率低、采集成本高、工作量庞大的问题，同时采样人员每天需要直接接触大量的待采样人员，易发生交叉感染的情况；为避免上述问题，市面上出现了工业化核酸棉签递送与核酸采集仪器，其具有重复性好、精度高、成本低的特点并且可实现长时间工作，将核酸检测过程中的棉签递送与采集实现自动化有利于提高核酸采集流程的采集效率，降低人工成本，但是现有的自动化棉签递送和核酸采样设备中存在以下问题：

(1)在棉签输送箱中，棉签放置在传送带上，在振动电机的作用下，带动棉签进行传送，当振动电机的振动强度和振动频率过小，棉签不向下移动，无法实现棉签的正常输送；当振动强度和振动频率过大时，棉签在输送的过程中容易出现卡堵、绞缠、棉签头尾颠倒的问题。同时还存在一个输送位上输送多个棉签的问题，使得棉签的利用率较低，同时降低了采样效率和采样流程的流畅性。

(2)棉签待夹取位置不具备用于检测棉签待夹取位置上是否存在棉签的检测功能，采用机械臂进行随机抓取时，往往会造成机械手的抓空，造成时间、资源的浪费；

(3)在对被采样者口腔样本采集时机械臂的操作难以找寻到准确位置，因机械手臂采样的位置不准确易对被采样者的造成伤害，需要依赖人工进行确定位置，难以实现高自动化的采集，难以满足采集的需求；

(4)现有的自动化采样装置在使用时，大多让被采样人下巴放置的承托器上如专利公开号CN113229857A和CN112690833A，被采样人的位置由被采样人自己确定，因不同被采样人的身高、体重以及自身的习惯不同，不能准确的将下巴放置在承托器的中心位置，也进一步地增加了检测位置不准确对被采样人造成伤害的概率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的棉签输送易出现卡堵、采样位置不准确、易对被采样人造成伤害、采样效率低的缺陷，提供了一种棉签递送不易卡堵、自动化程度高、采样位置精确的采样棉签自动递送装置与采用其的核酸采集、分拣平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种棉签的自动递送装置，包括棉签递送壳体、安装在所述棉签递送壳体上的棉签传送板，所述棉签传送板的棉签放置端相对于采样室底板的高度高于棉签输出端相对于采样室底板的高度，所述棉签传送板上安装有振动电机；所述棉签递送壳体与所述棉签传送板形成的腔体内设置有用于压实棉签的压块；在棉签的移动过程中，所述压块的一边与所述棉签传送板平行设置；

所述棉签传送板的输出端与旋转轮毂的棉签输入端抵接；所述旋转轮毂的外缘上设置有多个与所述旋转轮毂的轴向平行的棉签卡槽；

所述旋转轮毂在旋转电机的驱动下，沿远离所述棉签传送板上表面的方向转动；所述旋转轮毂和所述旋转电机均安装在轮毂支架上，所述轮毂支架的上方开设有用于夹取棉签的夹取位。

进一步地，在所述棉签传送板与所述振动电机之间安装有力觉传感器，所述力觉传感器用于根据棉签的重量确定棉签传送板上剩余的棉签数量S；

其，振动电机的振动频率f与棉签传送板上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

f＝k₁S²+b₁

其中，k₁为振动频率系数，b₁为振动频率参数；

其，振动电机的振动强度N与棉签传送板上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

N＝k₂S²+b₂

其中，k₂为振动强度系数，b₂为振动强度参数。

进一步地，还包括用于阻挡所述棉签卡槽内存在多个棉签的限位装置，所述限位装置包括固定安装在所述棉签递送壳体上的限位挡板，所述限位挡板与所述旋转轮毂紧贴或两者的最小距离小于单个棉签的直径。

更进一步地，所述旋转支架上固定安装有用于检测夹取位上是否有棉签的棉签检测装置；所述棉签检测装置为行程开关，当夹取位上有棉签时，棉签头部与行程开关触头接触。

采用上述自动递送装置的核酸采集、分拣平台，包括设置在采样室内的上述自动递送装置、核酸采样机器人、核酸试剂盒分拣装置及安装在采样室外壁上的采样辅助装置；

所述核酸采样机器人包括多自由度采样机械臂、安装在所述多自由度采样机械臂上的第一夹持手以及设置在所述多自由度采样机械臂上的用于采集人体口腔内部信息的第一视觉传感器23；

核酸试剂盒分拣装置包括用于放置试剂盒存放箱的放置架、用于将试剂盒存放箱取放的托持机械手、用于取放所述托持机械手上的试剂盒存放箱中的试剂盒的夹持分拣机械手、用于固定待使用试剂盒的试剂盒固定装置；

所述采样辅助装置包括用于人体口腔咬合的咬合器皿和固定安装在采样室墙壁外壁上用于支撑所述咬合器皿的安装架；

采样室的墙壁上开设有用于进行核酸采样的采样口，所述安装架安装在所述采样口边缘的外壁上，所述咬合器皿安装在所述安装架上后位于所述采样口的通道内；

进一步地，所述核酸采样机器人将已采样棉签放置到所述试剂盒固定装置固定的试剂盒中后，对棉签施加垂直于棉签杆的延伸方向向下折弯的力F。

进一步地，所述咬合器皿包括中间为通孔的咬合部和用于与安装架固定安装的卡设槽；所述安装架上设置有与所述卡设槽配合安装的卡板。

进一步地，所述多自由度采样机械臂为五自由度柔性活动臂。

进一步地，所述第一夹持手包括相对设置的第一夹板和第二夹板，所述第一夹板与第二夹板相对面上均间隔设置有至少两个V形凸块；所述第一夹板上的V形凸块与所述第二夹板上的V形凸块错位设置。

更近一步地，所述第一夹板和第二夹板远离所述多自由度采样机械臂的端部均安装有六维力传感器。

本发明的一种棉签自动递送装置与采用其的核酸采集、分拣平台的有益效果是：

1、本发明的棉签自动输送装置中压块、力觉传感器的设置，且使振动电机的振动频率和振动强度与棉签传送板上的棉签数量呈超线性负相关，有效的避免棉签在向下移动的过程中，由于振幅过小而棉签不向下移动，由于振幅过大导致的棉签倾斜甚至竖起造成的卡堵现象，且能够有效的避免棉签在输送的过程中出现首尾颠倒的情况，保证了棉签递送的顺畅性，大大降低了棉签递送过程中出现故障的概率，提高了采样的效率。

2、本发明采用开设有若干用于存放一根棉签凹槽的旋转轮毂，且在压板靠近旋转轮毂的边缘设置有限位挡板，能够有效的避免多个棉签同时进入待夹取位，造成棉签的浪费、不能正常进行采样的问题。

3、本发明在旋转支架上的夹取位处安装有棉签检测装置，棉签检测装置为行程开关，简单有效的判定夹取位处是否有棉签，保证夹持手对棉签进行夹取时不会走空，节省时间，进一步得提高采样的效率。

4、本发明的核酸采样、分拣平台通过采样棉签的自动递送装置、核酸采样机器人、核酸试剂盒分拣装置及采样辅助装置共同作用，在采样精度、采样效率上相对于现有采样平台有着显著的提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例2的核酸采集、分拣平台的第一视角立体图；

图2是本发明实施例2的核酸采集、分拣平台的第二视角立体图；

图3是本发明实施例1的棉签的自动递送装置结构示意图；

图4是本发明实施例1的棉签的自动递送装置的剖视图；

图5是本发明实施例1的棉签传送板与旋转轮毂接触部分的细节图；

图6是本发明实施例2的核酸采样机器人的结构示意图；

图7是本发明实施例2的核酸采样机器人的第一夹持手的细节图；

图8是本发明实施例2的采样辅助装置的结构示意图；

图9是本发明实施例2的咬合器皿的结构示意图；

图10是本发明实施例2的试剂盒分拣装置的结构示意图；

图11是本发明实施例2的试剂盒分拣装置的部分结构是试图；

图12是本发明实施例2的夹持分拣机械手的结构示意图；

图13是本发明实施例2的第二夹持手的细节图；

图14是本发明实施例2的托持机械手的结构示意图；

图15是本发明实施例2的对棉签折弯的示意图。

图中:1、棉签自动递送装置11、棉签递送壳体，12、棉签传送板，121、棉签放置端，122、棉签输出端，13、振动电机，14、压块，15、旋转轮毂，151、棉签卡槽，16、旋转电机，17、轮毂支架，18、夹取位，19、力觉传感器，101、限位挡板，102、棉签检测装置，2、核酸采样机器人，21、多自由度采样机械臂，22、第一夹持手，221、V形凸块，223、六维力传感器，23、第一视觉传感器，3、采样辅助装置，31、安装架，311、卡板，32、咬合器皿，321、咬合部，322、卡设槽，41、放置架，411、放置台，42、托持机械手，421、Z轴滑轨，423、X轴滑轨，425、托持板，4251、连接部，4252、托持槽，4253、定位凸台，426、连接托板，43、夹持分拣机械手，431、竖直臂，432、第一旋转臂，433、第二旋转臂，434、第三旋转臂，435、第二夹持手，4351、V形夹爪，4352、防滑槽，44、试剂盒固定装置，441、固定支架，442、第三夹持手，45、L形轨道，5、试剂盒，6、试剂盒存放箱、7、采样口，8、操作台，9、棉签，10、二维码扫描仪。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1-图5所示的本发明的一种棉签自动递送装置1的具体实施例，棉签自动递送装置1包括棉签传送板12、压块14、旋转轮毂15，棉签传送板12的棉签放置端121的高度高于棉签输出端122的高度，棉签传送板12上安装有振动电机13；通过棉签传送板12下表面的安装的振动电机13带动棉签传送板12振动，实现棉签从棉签放置端121向棉签输出端122移动。

压块14为中空的三角形形状，其压块14的一个边为与棉签传送板12的上表面平行设置的压板，在棉签移动的过程中，压块14与棉签传送板12上表面上的棉签处于自然压实的状态。自然压实的状态为压块14自然放置在棉签传送板12和棉签递送可以形成的空腔内，且压块14的压板与棉签传送板12相对设置，压板与棉签传送板12平行。

需要说明的是本实施例中在棉签传送板12与所述振动电机13之间安装有力觉传感器19，力觉传感器19一方面用于根据棉签的重量确定棉签传送板12上剩余的棉签数量S，另一方面将振动电机13对棉签传送板12的振动频率f和振动强度N反馈给系统；

振动电机13的振动频率f与棉签传送板12上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

f＝k₁S²+b₁

其中，k₁为振动频率系数，b₁为振动频率参数；

振动电机13的振动强度N与棉签传送板12上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

N＝k₂S²+b₂

其中，k₂为振动强度系数，b₂为振动强度参数。

振动电机13会根据箱内的棉签剩余数量S而调整振动频率f和振动强度N，棉签剩余数量通过箱底的力觉传感器19感应质量变化来获得，振动电机13的振动频率和振动强度与棉签剩余数量呈超线性负相关。避免因棉签振幅过大导致棉签倾斜甚至竖起造成的卡堵现象，且能够有效的避免棉签在输送的过程中出现首尾颠倒的情况。

旋转轮毂15的外缘上设置有多个与旋转轮毂15的轴向平行的棉签卡槽151；棉签卡槽151为条状槽，条状槽的槽宽稍大于棉签的直径，槽深小于等于一个棉签的直径。

棉签传送板12的输出端与旋转轮毂15抵接，旋转轮毂15在旋转电机16的驱动下，沿远离棉签传送板12上表面的方向转动；旋转轮毂15和旋转电机16均安装在轮毂支架17上，棉签卡槽151的延伸方向与旋转轮毂15的轴向方向一致，旋转支架17的上方开设有沿旋转轮毂15轴向方向的V形开口，此位置为棉签的夹取位18，方便棉签从旋转轮毂15的棉签卡槽151内取出棉签。

本实施例中棉签传送板12的上表面为平面，也可以设置有若干放置棉签的凹槽，且凹槽的槽深小于放置棉签的直径，在振动电机13振动的情况下，能够保证棉签在向下移动的过程中依次排布，有序的移动，避免因棉签扎堆造成的卡堵现象，压块14将棉签传送板12上棉签压实。

棉签递送壳体11和棉签传送板12均采用特制的塑料材料，便于整体消毒，能够保证箱内的棉签不被污染；在用于对棉签传送板12上的棉签压实的压块14的推动下，旋转轮毂15的旋转配合棉签卡槽151可以对可能存在卡堵的棉签传送板12与棉签递送壳体11之间的空间进行搅动，能够大大降低输送箱内被卡堵的概率。

棉签的自动递送装置包括与棉签传送板12抵接的旋转轮毂15、带动旋转轮毂15转动的旋转电机16，其旋转电机16带动旋转轮毂15沿棉签传送板12上表面的方向向上旋转，需要说明的是旋转电机16和旋转轮毂15均安装在旋转支架17上，旋转支架17的具体结构不做描述，本领域技术人员能想到的能够支撑旋转轮毂15和旋转电机16的旋转支架17都可以。

与旋转轮毂15靠近的棉签递送壳体11上设置有阻挡旋转轮毂15棉签卡槽151内存在的多个棉签的限位装置，保证每一个进入到抓取位的棉签卡槽151内不存在多个棉签，避免棉签的浪费和后续采样的正常进行。阻挡装置包括固定安装在压块14上的限位挡板101，需要说明的是限位挡板101与旋转轮毂15紧贴或两者的最小距离小于单个棉签的直径，两者之间的距离为较小间隙，较小间隙不足以容纳一个棉签通过。

旋转支架17上固定安装有用于检测夹取位18上是否有棉签的棉签检测装置102；棉签检测装置102为行程开关，当夹取位18上有棉签时，棉签头部与行程开关触头接触。

如图3-图5，本实施例的棉签自动递送装置1通过振动电机13的振动可以实现棉签的不断下沉和输出，压块14用于避免振动过程中幅度过大导致棉签倾斜甚至竖起造成的卡堵；具有若干棉签卡槽151的旋转轮毂15、用于限制棉签传送数量的限位挡板101以及一处用于判定棉签是否被取走的行程开关，将承载由棉签传送板12传递过来的采样棉签分转到旋转轮毂15上的棉签卡槽151内，在旋转电机16的带动下，将卡设有棉签的棉签卡槽151旋转到夹取位18，利用行程开关判定目标棉签是否已被取出，未被取走时，轮毂不会旋转，直至行程开关判定目标棉签已被取走，旋转轮毂15才会继续运转。

实施例2

采用实施例一的自动递送装置1的核酸采集、分拣平台，具体参照附图1-图15，包括设置在采样室内的上述自动递送装置1、核酸采样机器人2、核酸试剂盒分拣装置及安装在采样室外壁上的采样辅助装置3。

其中核酸采样机器人2包括多自由度采样机械臂21、转动安装在多自由度采样机械臂21上的第一夹持手22以及设置在多自由度采样机械臂21上的用于采集人体口腔内部信息的第一视觉传感器23。

本是实施例的采样辅助装置3包括用于人体口腔咬合的咬合器皿32和固定安装在采样室墙壁外壁上用于支撑咬合器皿32的安装架31；采样室的墙壁上开设有用于进行核酸采样的采样口7，安装架31安装在采样口7边缘的外壁上，咬合器皿32安装在安装架31上后位于采样口7的通道内，被实施例中位于采样口7的中心位置。

核酸试剂盒分拣装置包括用于放置试剂盒存放箱6的放置架41、用于将试剂盒存放箱6取放的托持机械手42、用于取放托持机械手42上的试剂盒存放箱6中的试剂盒5的夹持分拣机械手43、用于固定待使用试剂盒5的试剂盒固定装置44。

参照图1和图11,核酸试剂盒分拣装置包括放置架41，用于放置装载核酸试剂盒5的试剂盒存放箱6，放置架41包括竖直方向上排布的多层放置台411；

本发明实施例的图14描述的托持机械手42，用于对放置在放置架41上的试剂盒存放箱6进行取放；用于对托持机械手42取放的试剂盒存放箱6中的试剂盒5取放的夹持分拣机械手43；用于固定夹持分拣机械手43移动过来的试剂盒5的试剂盒固定装置44；夹持分拣机械手43对试剂盒固定装置44固定的试剂盒5进行旋拧盖的开合。

核酸采样机器人2与试剂盒5边缘配合实现棉签的折断，核酸采样机器人2将棉签放置到试剂盒5中后，施加对垂直于棉签杆延伸方向向下折弯的力F，核酸采样机器人2对垂直于棉签杆延伸方向向下折弯的力F满足下述方程式：

F*L＞θ*EI/L

其中，L为棉签尾部到棉签与试剂盒5边缘接触处的长度，θ为棉签的最大折弯角度，最大折弯角度θ取决于棉签杆自身的材料和直径，EI为棉签的转动刚度。

参照附图6和附图7，第一夹持手22包括相对设置的第一夹板和第二夹板，第一夹板与第二夹板相对面上均间隔设置有至少两个V形凸块221；第一夹板上的V形凸块221与第二夹板上的V形凸块221错位设置。在第一夹持手22夹持棉签时，因V形凸块221两边高度高于中间高度，使棉签自定位到上下多个V形凸块221的中间位置，保证第一夹持手22夹取的棉签位置一致性，也进一步地保证采样的位置精度。第一夹板和第二夹板远离多自由度采样机械臂21的末部均安装有力觉传感器19，本实施例中的力觉传感器19为六维力传感器223。六维力传感器223能清楚的采集到棉签进入到被采样人口腔对口腔产生的力，避免在采样过程中对待采样人的口腔造成伤害。

本实施例中多自由度采样机械臂21为具备柔性关节的五自由度机械臂，同时结合夹持手与多自由度采样机械臂21之间的旋转自由度、第一夹持手22第一夹板和第二夹板之间相对运动的自由度，构成具有七个自由度的核酸采样机器人2。

本实施例中的第一夹持手22采用电动夹持，电动夹持更易操作和控制力度，在多自由度采样机械臂21上还固定安装有用于采集待采样人是否就位、采集位置是否准确的第一视觉传感器23；实现对待采样人的口腔位置智能识别，保证采样位置的精确性，避免在采样过程中对待采样人的口腔造成伤害。

在采样室的墙壁上开设有核酸采样机器人2进行采样的采样口7，在采样口7的边缘外壁上设置有用于卡设采样人咬含的咬合器皿32的卡板311，参照附图8和附图9，咬合器皿32包括中间为通孔的咬合部321和用于与安装架31固定安装的卡设槽322；安装架31上设置有与卡设槽322配合安装的卡板311。其中，咬合部321的形状为符合人体口腔张开形状的椭圆形或圆角设置的长方形。在实际应用中，咬合器皿32可根据不同人群设置多种型号，例如儿童、成人设置不同的咬合部321尺寸，有利于被采样者口腔的固定，方便核酸采样机器人2进行采样工作。

在采样室的墙壁外侧设置有用于给卡板311消毒的消毒装置和用于检测咬合器皿32是否被取出的第二视觉传感器，当采样完成后，被采样人将自己的咬合器皿32取出，第二视觉传感器检测到咬合器皿32被取出，反馈给系统，系统控制消毒装置进行消毒，若采样完成后，被采样人忘记取出咬合器皿32，第二视觉传感器检测到一定时间内咬合器皿32没有被取出，会反馈给系统，系统控制提醒系统，提醒被采样人取下咬合器皿32。

与第一夹持手22转动连接的多自由度采样机械臂21上还携带一组视觉传感器，可以辅助核酸采样机器人2找寻到被采样者口腔内的核酸采集位置，并配合第一夹持手22末端的力觉传感器19完成核酸样本的采集。

当核酸采集、分拣平台开始工作后，人工将压块14取出，将同一朝向的棉签放置在棉签递送壳体11内，压块14自由状态放入棉签递送壳体11内，压块14对棉签处于压实状态，放满统一朝向的棉签的棉签传送板12将随着振动电机13的不停振动开始将棉签依次输送至棉签传送板12的输出端，棉签传送板12的输出端与旋转轮毂15抵接，同时在出口处由于压块14的压实效果，将棉签与旋转轮毂15外围紧密接触，旋转轮毂15通过旋转将最外端的一根棉签勾嵌入棉签卡槽151内并传送至夹取位18处，此时棉签的头部与行程开关的触头接触，棉签卡槽151内超出数量的棉签将被限位挡板101挡下并掉入到棉签传送板12上，当夹取位18处的棉签触碰到行程开关时，旋转轮毂15将停止旋转，目标棉签将停靠至轮毂的最高处；同时具有七自由度的核酸采样机器人2开始运作，第一夹持手22末端的两个夹板移动至目标棉签签柄延伸方向正对面，完成棉签的夹取工作；另一边被采样者坐定，通过咬住咬合器皿32的方式将核酸采集位置暴露并进行等待，核酸采样机器人2将夹持棉签移动至咬合器皿32正前方，通过第一视觉传感器23校正采集位置，并将棉签通过咬合器皿32的通道进入被采样者的口腔中的核酸采集位置并进行搅动，完成样本采集，之后患者将咬合器皿32取下并带走，核酸采样机器人2则将该名被采样者的样本放置入早已备好的核酸试剂盒5内，完成该名被采样者的样本采集。

在用于对棉签传送板12上的棉签压实的压块14的推动下，旋转轮毂15的旋转配合棉签卡槽151可以对可能存在卡堵的棉签传送板12与棉签递送壳体11之间的空间进行搅动，能够大大降低输送箱内被卡堵的概率，同时配合安装在轮毂支架17上的行程开关，能够确保每次核酸采样机器人2进行对夹取位18处棉签的夹取时不会走空；第一夹持手22末端的六维力传感器223设置了力值阈值以进行力反馈控制，能够确保对被测者采集位置进行核酸样本采集时不会伤及被测者，保证了设备的安全性。

采用本实施例的自动采样机器人的被采样人使用步骤如下：

步骤一：被采样人领取咬合器皿32，坐到采样位置，将咬合器皿32卡设在采样室外壁上的卡板311上；

步骤二：被采样人的口腔咬合在咬合器皿32上，夹取有棉签的采样机器人上的第一视觉传感器23检测到被采样人口腔位置，进行精确采样；

步骤三：采样完成后，被采样人将自己的咬合器皿32取下，第二视觉传感器对咬合器皿32是否被取出进行检测，并反馈系统；若咬合器皿32已取出，启动消毒装置进行消毒，若咬合器皿32未被取出，启动提醒系统进行提醒；

步骤四：消毒完成后进行下一个待采样人员的采样。

相较于现有的核酸样本采集平台，具备全自动的递送及采集流程，整个平台效率高、成本低且不易被污染，采集过程由视觉及力觉传感器19进行监控，不会对被采集者的口腔采集区域造成伤害，具有较好的实用性。

核酸试剂盒自动分拣平台包括用于放置装载核酸试剂盒5的试剂盒存放箱6的放置架41，放置架41包括竖直方向上排布的多层支架；本发明实施例中放置架41为10层放置台411的支架结构。

托持机械手42用于对放置在放置架41上的试剂盒存放箱6进行取、放，如图12和图13所示，夹持分拣机械手43包括竖直设置的竖直臂431、与竖直臂431竖直方向上滑动连接的第一旋转臂432、与第一旋转臂432转动连接的第二旋转臂433、与第二旋转臂433转动连接的第三旋转臂434以及与第三旋转臂434转动连接的第二夹持手435。第二夹持手435包括两相对设置的V形夹爪4351，V形夹爪4351的V形边上均设置有竖向的防滑槽4352。

托持机械手42包括五个自由度，Z轴直线移动的自由度、沿第一旋转臂旋转的自由度、沿第二旋转臂旋转的自由度、沿第三旋转臂旋转的自由度以及第二夹持手435的相对夹持运动的自由度。能够实现对试剂盒5从试剂盒存放箱6中取出到固定装置上，同时能够对固定在固定装置上的试剂盒5的旋拧盖进行旋开和旋合。

本发明实施例的试剂盒固定装置44，用于固定夹持分拣机械手43移动过来的试剂盒5；试剂盒固定装置44包括固定在操作台8上的固定支架441和用于夹持试剂盒5的第三夹持手442。

如图11所示，托持机械手42能够带动托持板425实现Z轴和X轴两个自由度上的移动，托持机械手42包括竖直固定在采样室地面上的Z轴滑轨421、通过Z轴滑块与Z轴滑轨421滑动设置的连接板、固定安装在连接板上的X轴滑轨、通过X轴滑块与X轴滑轨滑动连接的托持板425；Z轴方向与X轴方向垂直设置设置。通过两个滑轨、滑块的精密配合实现放置架41上任意一层试剂盒存放箱6的取出、托持和回置。

本发明实施例中托持板425包括用于与X轴滑块固定连接的连接部4251和用于托持核酸试剂盒存放箱6的托持槽4252；托持槽4252上设置有用于与核酸试剂盒存放箱6定位的定位凸起。定位凸起的延伸方向与Z轴方向一致，在试剂盒存放箱6与定位凸台4253相对应的位置设置有相配合的定位凹槽。

本实施例中的Z轴滑块在Z轴滑轨421上滑动、X轴滑块在X轴滑轨上滑动均采用电机带动丝杆的传动方式来实现，也可以采用其他传动方式，在此不做限定。

放置架41包括多层试剂盒存放箱6的放置台411，本发明实施例中试剂盒存放箱6为单层的、8X12排布的蜂窝状收纳台，可放置共96枚核酸试剂盒5，每枚核酸试剂盒5存放一位被测者的检测棉签；放置架41共有10层放置台411共960位被测者的核酸试剂盒5，对应自动检测站台一天的检测量，放置架41的底部四角布有万向轮。

本发明实施例中在采样室地面上设置有用于核酸放置架41固定和一定的L型轨道，通过预制的L型轨道移出已经放满采样后的核酸试剂盒5的核酸放置架41，同时推进去新的核酸放置架41，完成所有核酸试剂盒5的更换，L型的轨道的长边段与核酸放置架41的尺寸相契合，在运行过程中可以对核酸放置架41起到固定的作用，也可以采用自锁功能的万向轮对核酸放置架41进一步的固定。

夹持分拣机械手43包括三自由度机械臂、转动安装在三自由度机械臂上的第二夹持手435，第二夹持手435包括两相对设置的V形夹爪4351，V形夹爪4351的V形边上均设置有竖向的防滑槽4352，有效的避免在夹持装置对核酸试剂盒5进行旋拧盖时，出现打滑现象，从一定程度上提高效率。

核酸采样机器人2的第一夹持手22、夹持分拣机械手43的第二夹持手435、试剂盒固定装置44的第三夹持手442的末端均安装有力觉传感器19，第一夹持手22上安装的力觉传感器19对夹持棉签的力进行监控和控制，避免在采样时对被采样者的口腔造成伤害。第二夹持手435、第三夹持手442上的力觉传感器19会对第二夹持手435、第三夹持手442末端对试剂盒5施加的力进行实时监控和自适应控制，可以避免操作过程中由于施加的力过大导致试剂盒5破损的问题。

针对多自由度采样机械臂21、夹持分拣机械手43的具体结构不局限于本实施例中描述的结构，多自由度采样机械臂21与第一夹持手22的共同作用，能够实现对被采集人进行核酸采样，且可以对放置在试剂盒固定装置44内的已采样棉签能够施加垂直于棉签杆延伸向下的力即可，夹持分拣机械手43能够实现试剂盒存放箱6、试剂盒固定装置44之间的试剂盒5取放、对固定装置上的试剂盒5的旋拧盖进行开合即可。棉签的自动递送装置1、操作台8均设置有用于支撑的支架，且两支架之间高度配合，本领域技术人员易实施的配合关系，在此不再具体描述。

当核酸试剂盒分拣装置开始工作后，系统会判定至应取核酸试剂盒5所处的试剂盒存放箱6存放在放置架41上的层数，托持机械手42开始运作，将托持板425移动至该层试剂盒存放箱6的底部使试剂盒存放箱6底部完全放置在托持槽4252内部，托持槽4252上的定位凸起与试剂盒存放箱6底部的定位凹槽配合连接，托起取出并将试剂盒存放箱6移动至试剂盒5固定机构附近，便于夹持分拣机械手43对核酸试剂盒5的取出与放回；夹持分拣机械手43收到系统发送的试剂盒存放箱6位置后，根据目标核酸试剂盒5位置将夹持分拣机械手43移动至该试剂盒5正上方，通过转动安装在夹持分拣机械手43上的第二夹持手435将试剂盒5取出，随后夹持分拣机械手43旋转将试剂盒5带码面移动至二维码扫描仪9上的扫码区进行扫码，确认该试剂盒5已被取出后，夹持分拣机械手43带动试剂盒5移动至试剂盒固定装置44的上方，配合试剂盒固定装置44的第三夹持手442开合完成对试剂盒5的固定，随后夹持分拣机械手43末端的旋转电机16启动，将试剂盒5的旋拧盖打开，夹持分拣机械手43携带旋拧盖移至等待位置；当完成棉签采样后，核酸采样机械人将棉签沿X轴方向对棉签进行一定角度的逆向旋转，再递送至开盖的试剂盒5正上方，并缓缓下降直至棉签杆接触至试剂盒5边缘，核酸采样机器人2的第一夹持手22上的六维力传感器223感应到这一接触并反馈系统，核酸采样机器人2将沿棉签垂直方向施加剪切力直至棉签被折断，并通过拉扯和旋转的操作方法将棉签折断处的粘连部分拧断，此时棉签将被完全折断并掉入试剂盒5的储存液中；夹持分拣机械手43从等待位置重新位移至试剂盒5上方，完成旋拧动作将盖重新拧紧于试剂盒5上，此时试剂盒5固定机构的第三夹持手442松开试剂盒5，让夹持分拣机械手43机重新将试剂盒5放回至试剂盒存放箱6上的取出位置，并进行下一个试剂盒5的操作流程；当系统检测到该试剂盒存放箱6中的所有试剂盒5均完成采样后，托持机械手42将携带该试剂盒存放箱6放置到放置架41上的放置台411上，完成复位，并进行下一个试剂盒存放箱6的托取工作。

采样完成后，核酸采样机器人2将夹取的已采样棉签移动到固定在固定装置固定的试剂盒5上方，将已采样棉签放入试剂盒5中，此时第一视觉传感器23确定棉签尾端与试剂盒5边缘接触位置的长度L，棉签底部与试剂盒5另一侧的底部边缘接触，核酸采样机器人2对棉签施加垂直于棉签杆延伸方向向下的折弯力F，只需要确保施加的力矩F*L>θ*EI/L(棉签最大弯矩)，棉签就会被折断，θ为棉签的最大弯折角，棉签杆采用的材料不同、直径不同其最大折弯角度θ也不同，EI为棉签的转动刚度，具体参照附图15，折断位置为棉签杆与试剂盒5接触的边缘，受力位置为棉签头部与试剂盒5接触的位置。本实施例中，采用核酸采样机器人2和固定在固定架上的试剂盒5共同实现棉签的折断，不需要设置额外的棉签剪断装置，且除了试剂盒5没有其他设备直接接触棉签，减少因额外的剪断装置接触棉签和试剂盒5造成的污染概率的增加。

在整个核酸自动采集、分拣系统中，对被采样人进行核酸采样和对相对应的试剂盒5进行分拣两部分同时进行，对被采样人采样完成后，核酸采样机器人2将已采样的棉签移动至固定架上方时，对应的试剂盒5也被旋开盖的固定在固定架上，尽可能缩短一次采样、分拣的完成时间。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种棉签的自动递送装置，其特征在于：包括棉签递送壳体(11)、安装在所述棉签递送壳体(11)上的棉签传送板(12)，所述棉签传送板(12)的棉签放置端(121)相对于采样室底板的高度高于棉签输出端(122)相对于采样室底板的高度，所述棉签传送板(12)上安装有振动电机(13)；所述棉签递送壳体(11)与所述棉签传送板(12)形成的腔体内设置有用于压实棉签的压块(14)；在棉签的移动过程中，所述压块(14)的一边与所述棉签传送板(12)平行设置；

所述棉签传送板(12)的输出端与旋转轮毂(15)的棉签输入端抵接；所述旋转轮毂(15)的外缘上设置有多个与所述旋转轮毂(15)的轴向平行的棉签卡槽(151)；

所述旋转轮毂(15)在旋转电机(16)的驱动下，沿远离所述棉签传送板(12)上表面的方向转动；所述旋转轮毂(15)和所述旋转电机(16)均安装在轮毂支架(17)上，所述轮毂支架(17)的上方开设有用于夹取棉签的夹取位(18)。

2.根据权利要求1所述的棉签的自动递送装置，其特征在于：在所述棉签传送板(12)与所述振动电机(13)之间安装有力觉传感器(19)，所述力觉传感器(19)用于根据棉签的重量确定棉签传送板(12)上剩余的棉签数量S；

振动电机(13)的振动频率f与棉签传送板(12)上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

f＝k₁S²+b₁

其中，k₁为振动频率系数，b₁为振动频率参数；

振动电机(13)的振动强度N与棉签传送板(12)上剩余的棉签数量S满足下述方程式：

N＝k₂S²+b₂

其中，k₂为振动强度系数，b₂为振动强度参数。

3.根据权利要求1所述的棉签的自动递送装置，其特征在于：还包括用于阻挡所述棉签卡槽(151)内存在多个棉签的限位装置，所述限位装置包括固定安装在所述棉签递送壳体(11)上的限位挡板(101)，所述限位挡板(101)与所述旋转轮毂(15)紧贴或两者的最小距离小于单个棉签的直径。

4.根据权利要求1所述的棉签的自动递送装置，其特征在于：所述旋转支架(17)上固定安装有用于检测夹取位(18)上是否有棉签的棉签检测装置(102)；所述棉签检测装置(102)为行程开关，当夹取位(18)上有棉签时，棉签头部与行程开关触头接触。

5.采用上述权利要求1-4任一项所述的自动递送装置的核酸采集、分拣平台，其特征在于：包括设置在采样室内的上述自动递送装置(1)、核酸采样机器人(2)、核酸试剂盒分拣装置及安装在采样室外壁上的采样辅助装置(3)；

所述核酸采样机器人(2)包括多自由度采样机械臂(21)、安装在所述多自由度采样机械臂(21)上的第一夹持手(22)以及设置在所述多自由度采样机械臂(21)上的用于采集人体口腔内部信息的第一视觉传感器(23)；

核酸试剂盒分拣装置包括用于放置试剂盒存放箱(6)的放置架(41)、用于将试剂盒存放箱(6)取放的托持机械手(42)、用于取放所述托持机械手(42)上的试剂盒存放箱(6)中的试剂盒(5)的夹持分拣机械手(43)、用于固定待使用试剂盒(5)的试剂盒固定装置(44)；

所述采样辅助装置(3)包括用于人体口腔咬合的咬合器皿(32)和固定安装在采样室墙壁外壁上用于支撑所述咬合器皿(32)的安装架(31)；

采样室的墙壁上开设有用于进行核酸采样的采样口(7)，所述安装架(31)安装在所述采样口(7)边缘的外壁上，所述咬合器皿(32)安装在所述安装架(31)上后位于所述采样口(7)的通道内。

6.根据权利要求5所述的核酸采集、分拣平台，其特征在于：所述核酸采样机器人(2)将已采样棉签放置到所述试剂盒固定装置(44)固定的试剂盒(5)中后，对棉签施加垂直于棉签杆的延伸方向向下折弯的力F。

7.根据权利要求5所述的核酸采集、分拣平台，其特征在于：所述咬合器皿(32)包括中间为通孔的咬合部(321)和用于与安装架(31)固定安装的卡设槽(322)；所述安装架(31)上设置有与所述卡设槽(322)配合安装的卡板(311)。

8.根据权利要求5所述的核酸采集、分拣平台，其特征在于：所述多自由度采样机械臂(21)为五自由度柔性活动臂。

9.根据权利要求8所述的核酸采集、分拣平台，其特征在于：所述第一夹持手(22)包括相对设置的第一夹板和第二夹板，所述第一夹板与第二夹板相对面上均间隔设置有至少两个V形凸块(221)；所述第一夹板上的V形凸块(221)与所述第二夹板上的V形凸块(221)错位设置。

10.根据权利要求9所述的核酸采集、分拣平台，其特征在于：所述第一夹板和第二夹板远离所述多自由度采样机械臂(21)的端部均安装有六维力传感器(223)。

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