CN115778436B - 一种咽拭子采样装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及咽拭子采样装置领域，提供一种咽拭子采样装置及控制方法，包括底座、动力组件和采样组件，所述动力组件和采样组件均固定于所述底座上，所述动力组件驱动所述采样组件摆动，其特征在于，所述动力组件包括第一摆动组件、第二摆动组件和控制器，所述第一摆动组件驱动所述采样组件在上下方向往复摆动，所述第二摆动组件驱动所述采样组件在左右方向往复摆动，所述控制器控制所述第一摆动组件和第二摆动组件同时或分别运动。用以解决降低采样装置的维护成本和高效率采样兼顾患者感受舒适的问题，实现了通过简化采样头的运动轨迹来减少电机的数量，达成降低采样装置成本的效果，同时提高了采样效率的前提下使患者感受舒适。

Description

一种咽拭子采样装置及控制方法

技术领域

本发明涉及咽拭子采样装置领域，更具体地，涉及一种咽拭子采样装置及控制方法。

背景技术

传染病可引起的突发公共卫生事件，比如SARS病毒、H7N9禽流感病毒、埃博拉病毒，以及新冠状病毒，都容易导致众多人口感染，甚至造成死亡，对整个社会造成严重的影响。咽部和扁桃体收集分泌物用于细菌培养或病毒分离，是检查疾病经常使用的诊断方法。正常人咽峡部培养应有口腔正常菌群，而无致病菌生长。咽部的细菌均来自外界，在正常情况下不致病，但在机体全身或局部抵抗力下降和其他外部因素下可能出现感染等而导致疾病。咽部拭子细菌培养能收集咽部和扁桃体取分泌物并分离出致病菌，有助于白喉、化脓性扁桃体炎、急性咽喉炎等疾病的诊断。另一方面，咽拭子核酸检测是确诊新型冠状病毒感染主要指标。咽拭子标本就是用医用的棉签，从人体的咽部(咽后壁)蘸取少量分泌物，采取的样本就是咽拭子标本，为了检验呼吸道疾病病毒类型，往往通过咽拭子可以方便快捷准确地检测出该病毒类型。

然而在采取样本过程中，一方面传染性强的病毒易对采集人员造成感染风险，由于医师施加力度不当或者采集动作过大，极易碰到患者的腭咽弓(咽后壁两侧)，造成患者强烈的咽反应，使患者造成不适感，同时妨碍操作的正常进行。因此，在疫情迅速传播的时刻，如何在采样本过程中能够提高采样效率且使患者感受舒适是目前需要解决的问题。

咽拭子采样多是在咽后壁的上皮组织上刮取部分组织，采样者的采样动作重复，当采样数量巨大的时候，对采样者来说工作量巨大繁重，且多名采样者的人手布置耗费大量人力财力，不利于采样的高效和经费的合理节约。现有采样装置中多使用关节型机械臂，机械臂的成本高，维护零件复杂，电机的数量、安装方向和安装位置都会影响到采样装置的成本，如何在不使用机械臂的前提下，减少电机的数量，降低采样装置的维护成本是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种咽拭子采样装置及控制方法，用以解决降低采样装置的维护成本和高效率采样兼顾患者感受舒适的问题。

本发明采取的技术方案是一种咽拭子采样装置，包括底座、动力组件、采样组件和控制器，所述动力组件和采样组件均固定于所述底座上，所述动力组件驱动所述采样组件摆动，其中，所述动力组件包括第一摆动组件和第二摆动组件，所述第一摆动组件驱动所述采样组件在上下方向往复摆动，所述第二摆动组件驱动所述采样组件在左右方向往复摆动，所述控制器控制所述第一摆动组件和第二摆动组件同时或分别做直线运动。

进一步地，所述第一摆动组件包括第一电机和第一曲柄摇杆组件，所述第一曲柄摇杆组件包括第一摆杆、第一摆杆衬套和第一拨动叉，所述第一摆杆与所述第一拨动叉连接于所述第一摆杆衬套上，所述第一电机驱动所述第一曲柄摇杆组件的摆动，所述第一曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行上下往复摆动。有利于将采样过程中的采样轨迹简化为上下直线运动，有利于降低零件的控制成本和采样装置的维护成本，有效提升采样装置的通用性。

进一步地，所述第二摆动组件包括第二电机和第二曲柄摇杆组件，所述第二曲柄摇杆组件包括第二摆杆、第二摆杆衬套和第二拨动叉，所述第二摆杆与所述第二拨动叉连接于所述第二摆杆衬套上，所述第二电机驱动所述第二曲柄摇杆组件的摆动，所述第二曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行左右往复摆动。有利于将采样过程中的采样轨迹简化为左右直线运动，有利于降低零件的控制成本和采样装置的维护成本，有效提升采样装置的通用性。。

进一步地，还包括感应开关，所述感应开关包括第一感应开关，所述第一感应开关与所述第一摆动组件连接用于控制所述采样组件的上下摆动幅度。有利于控制采样组件在上下摆动时的幅度不超过一定范围，有利于操作者在使用采样装置时不会因为误操作造成被采集者的不适。

进一步地，还包括感应开关，所述感应开关还包括第二感应开关，所述第二感应开关与所述第二摆动组件连接用于控制所述采样组件的左右摆动幅度。有利于控制采样组件在左右摆动时的幅度不超过一定范围，有利于操作者在使用采样装置时不会因为误操作造成被采集者的不适。

进一步地，所述采样组件包括采样头连接板、被动杆和连接组件，所述采样头连接板与所述被动杆连接于所述连接组件上，所述被动杆同时与第一摆动组件和第二摆动组件连接于所述底座上。有利于第一摆动组件和第二摆动组件同步控制采样头的运动轨迹，采用被动杆可以节省动能，有利于提升采样装置的运行效率。

进一步地，所述连接组件包括轴板、球轴承、被动轴，所述球轴承与所述被动轴活动连接，所述轴板间隙连接于所述被动轴两端，所述轴板固定于所述被动杆上。有利于为被动杆提供支撑稳固作用。

进一步地，所述连接组件与所述底座之间为法兰连接。有利于连接组件和底座之间的强度支撑，方便连接组件的拆卸维护。

进一步地，所述底座包括机架、底座连接轴和底板，所述机架设于所述底座连接轴上，所述底座连接轴与所述底板活动连接，所述底座连接轴用于稳定所述机架的转动方向，所述机架与所述动力组件连接。有利于为多方向运动的采样头提供稳固的支撑力。

优选地，一种咽拭子采样装置的控制方法：

S1，将采样头连接板需要做出的多线段轨迹拆为依次在第一象限的多线段O₁AO₂、第三象限的多线段O₂A'O₃、第二象限的多线段O₃A”O₄和第四象限的多线段O₄A”'O₁；

S2，设定多线段中目标点A(X_a,Y_a)、A'(-X_a,Y_a)、A”(-X_a,-Y_a)、A”'(X_a,-Y_a)和定位点A(X_a,Y_a)、A'(-X_a,Y_a)、A”(-X_a,-Y_a)、A”'(X_a,-Y_a)O₁(X_a,0)、O₂(0,Y_a)、O₃(-X_a,0)、O₄(0,-Y_a)的坐标，以第一象限的A为起点；

S3，根据判别式F＝X_a·Y_i-X_i·Y_a判别采样动点P(X_i,Y_i)的偏差与采样头连接板的进给方向，当F≥0时，向X轴坐标正方向走一步，当F＜0时，向Y轴坐标正方向走一步；

S4，当F≥0时，沿X轴正方向走一步的坐标为X_i+1，根据X轴方向计算式F_i+1，i＝X_aY_i-X_i+1Y_a＝X_aY_i-(X_iY_a+Y_a)＝F-Y_a计算采样动点P(X_i,Y_i)与目标点间的偏差；

当F＜0时，沿Y轴正方向走一步的坐标为Y_i+1，根据Y轴方向计算式F_i，i+1＝X_aY_i+1-X_iY_a＝X_aY_i+X_a-X_iY_a＝F+X_a计算采样动点P(X_i,Y_i)与目标点间的偏差；

S5，判别动点P(X_i,Y_i)是否由起始点A完成线段AA'A”A”'循环一次后回到起始点A，未完成则重复步骤S3至S4直至动点P(X_i,Y_i)完成一次线段循环后回到起始点A为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：实现了在不使用机械臂的前提下，通过简化采样头的运动轨迹来减少电机的数量，达成降低采样装置成本的效果，同时提高了采样效率的前提下使患者感受舒适。

附图说明

图1是本发明的一种咽拭子采样装置的结构示意图。

图2是本发明的采样头连接板直线段轨迹示意图。

图3是本发明的一种咽拭子采样装置的上下摆动组件与采样组件的结构示意图。

图4是本发明的一种咽拭子采样装置的左右摆动组件与采样组件的结构示意图。

附图标识说明：第一电机1，第一电机法兰2，第一摆杆3，第一摆杆衬套4，第一拨动叉5，被动杆6，轴板7，球轴承8，被动轴9，第一轴承法兰盖10，采样头连接板11，机架12，底座连接轴13，交叉轴承14，底板15，第二感应开关16，第二拨动叉17，第二摆杆枕套18，第二摆杆19，第二电机法兰20，第二电机21，第一感应开关22。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知组件及其说明可能省略是可以理解的。

实施例

如图1至3所示，本实施例中将采样过程中采样头连接板11的运动轨迹简化为上下摆动和左右摆动，在此基础上，上下摆动和左右摆动分别设置电机作为动力组件，但在电机和采样头连接板11之间还连接着被动杆6，采样头连接板11通过被动杆6将上下摆动和左右摆动进行联合，控制着采样头连接板11的摆动方向、摆动路径和摆动范围。

第一摆动组件包括第一电机1和第一曲柄摇杆组件，所述第一曲柄摇杆组件包括第一摆杆3、第一摆杆衬套4和第一拨动叉5，所述第一摆杆3与所述第一拨动叉5连接于所述第一摆杆衬套4上，所述第一电机1驱动所述第一曲柄摇杆组件的摆动，所述第一曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行上下往复摆动。动力由上下-电机1所提供，提供的动力带动摆杆3旋转，摆杆3通过摆杆衬套4与上下拨动叉5连接，摆杆3、摆杆衬套4与上下拨动叉5组成一个曲柄摇杆机构，上下拨动叉5的使用约束了被动杆6的左、右两个方向的运动，摆杆3通过旋转带动上下拨动叉5实现上下方向上的往复摆动。被动杆6通过与上下拨动叉5的螺纹连接从而使得其与上下拨动叉5成为一个整体同步进行上下往复摆动。被动杆6中间通过轴板7与被动轴9相连，被动轴9与轴板7上的孔形成间隙配合，同时被动轴9的左右两端分别与机架12上的两孔形成间隙配合，保证被动轴9只能转动，而没有其他方向的自由度。被动轴9与被动杆6的连接保证了被动杆6一端的受力可以平稳地传递到另一端，被动杆6另一端连接采样头连接板11，采样头连接板11与被动杆6的另一端组成一个整体同步进行上下往复摆动。另外，上下拨动叉5底部有一个上下-感应开关22，可以限制上下方向的摆动距离，使被动杆6在规定的范围内摆动。

第二摆动组件包括第二电机21和第二曲柄摇杆组件，所述第二曲柄摇杆组件包括第二摆杆19、第二摆杆衬套18和第二拨动叉17，所述第二摆杆19与所述第二拨动叉17连接于所述第二摆杆衬套18上，所述第二电机21驱动所述第二曲柄摇杆组件的摆动，所述第二曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行左右往复摆动。动力由左右-电机21所提供，提供的动力带动摆杆19旋转，摆杆19通过摆杆衬套18与左右拨动叉17相连，摆杆19、摆杆衬套18与左右拨动叉17组成一个曲柄摇杆机构，左右拨动叉17的使用约束了被动杆6上、下两个方向的运动。摆杆19的旋转带动左右拨动叉17实现左右方向上的往复摆动，左右拨动叉17通过螺纹连接与机架12的一端相连，使得机架12与左右拨动叉17一起摆动。机架12另一端与底座连接轴13相连，底座连接轴13的使用保证了机架12另一端可以实现左右往复摆动的同时也可以约束其他自由度，使机架12另一端的摆动更加平稳可靠。机架12通过被动轴9与轴板7相连使得左右摆动的力输入到被动杆6上，最终由被动杆6传递到采样头连接板11上。另外，为了限制左右摆动的幅度，底座15一端设置有一个感应开关16，待左右拨动叉17接近左右-感应开关16时，由于磁力作用会将左右拨动叉17弹开保持到一定距离进而达到约束左右拨动叉17左右移动距离的效果。

本实施例中连接组件和底座之间为法兰连接，所述连接组件包括轴板7、球轴承8、被动轴9和第一轴承法兰盖10，第一轴承法兰盖10将轴板7通过螺栓紧固在一起，当连接组件中的轴板7、球轴承8、被动轴9和第一轴承法兰盖10需要进行拆卸替换或维护时，只需要将法兰连接处的螺栓拧下，连接处的连接组件和底座自然分离，当法兰连接处的螺栓固定好，连接组件和底座之间的强度能为连接组件和底座提供一定的支撑力。

本实施例中的动力组件为电力驱动组，也可替换为气压驱动组件和液压驱动组件。气压驱动相较于电力驱动的动力组件无污染，安全可靠，能迅速反应通过气压信号实现自动控制，在恶劣环境下的工作适应性较好，气压驱动相较于电力驱动的动力组件元件结构简单、成本低、寿命长。液压驱动相较于电力驱动的动力组件可以在运行过程中实现大范围的无级调速，易于实现速度控制和方向控制，液压驱动相较于电力驱动的动力组件运动惯性小、响应速度快、质量小、体积小。

本实施例中，一种咽拭子采样装置的控制方法分为5个步骤：

步骤1，将采样头连接板需要做出的多线段轨迹拆为依次在第一象限的多线段O₁AO₂、第三象限的多线段O₂A'O₃、第二象限的多线段O₃A”O₄和第四象限的多线段O₄A”'O₁；

步骤2，设定多线段中目标点A(X_a,Y_a)、A'(-X_a,Y_a)、A”(-X_a,-Y_a)、A”'(X_a,-Y_a)和定位点O₁(X_a,0)、O₂(0,Y_a)、O₃(-X_a,0)、O₄(0,-Y_a)的坐标，以第一象限的A为起点；在每一次采样前都将被采样人的口腔位置和采样头连接板的位置进行校对，被采样人的口腔置于采样装置的固定点上，根据固定点的坐标去判别采样动点P(X_i,Y_i)的坐标是位于设定的线段内或线段外；

步骤3，根据判别式F＝X_a·Y_i-X_i·Y_a判别采样动点P(X_i,Y_i)的偏差与采样头连接板的进给方向，当F≥0时，向X轴坐标正方向走一步，当F＜0时，向Y轴坐标正方向走一步；

步骤4，当F≥0时，沿X轴正方向走一步的坐标为X_i+1，根据X轴方向计算式F_i+1，i＝X_aY_i-X_i+1Y_a＝X_aY_i-(X_iY_a+Y_a)＝F-Y_a计算采样动点P(X_i,Y_i)与目标点间的偏差；

当F＜0时，沿Y轴正方向走一步的坐标为Y_i+1，根据Y轴方向计算式F_i，i+1＝X_aY_i+1-X_iY_a＝X_aY_i+X_a-X_iY_a＝F+X_a计算采样动点P(X_i,Y_i)与目标点间的偏差；

步骤5，判别动点P(X_i,Y_i)是否由起始点A完成线段AA'A”A”'循环一次后回到起始点A，未完成则重复步骤S3至S4直至动点P(X_i,Y_i)完成一次线段循环后回到起始点A为止。

脉冲源每发出一个脉冲，采样头连接板就进给一步，脉冲不是发向X轴就是发向Y轴，合成进给速度为X轴和Y轴的进给速度的合成，直线运动时动点线段和X轴的夹角为α，合成进给速度为脉冲源的速度为v_g，其中合成进给速度v和脉冲源的速度v_g之间的关系为

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种咽拭子采样装置，包括底座、动力组件和采样组件，所述动力组件和采样组件均固定于所述底座上，所述动力组件驱动所述采样组件摆动，其特征在于，所述动力组件包括第一摆动组件、第二摆动组件和控制器，所述第一摆动组件驱动所述采样组件在上下方向往复摆动，所述第二摆动组件驱动所述采样组件在左右方向往复摆动，所述控制器控制所述第一摆动组件和第二摆动组件同时或分别做直线运动；

所述采样组件包括采样头连接板、被动杆和连接组件，所述采样头连接板与所述被动杆连接于所述连接组件上，所述被动杆同时与第一摆动组件和第二摆动组件连接于所述底座上；

所述连接组件包括轴板、球轴承、被动轴，所述球轴承与所述被动轴活动连接，所述轴板间隙连接于所述被动轴两端，所述轴板固定于所述被动杆上。

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，所述第一摆动组件包括第一电机和第一曲柄摇杆组件，所述第一曲柄摇杆组件包括第一摆杆、第一摆杆衬套和第一拨动叉，所述第一摆杆与所述第一拨动叉连接于所述第一摆杆衬套上，所述第一电机驱动所述第一曲柄摇杆组件的摆动，所述第一曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行上下往复摆动。

3.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，所述第二摆动组件包括第二电机和第二曲柄摇杆组件，所述第二曲柄摇杆组件包括第二摆杆、第二摆杆衬套和第二拨动叉，所述第二摆杆与所述第二拨动叉连接于所述第二摆杆衬套上，所述第二电机驱动所述第二曲柄摇杆组件的摆动，所述第二曲柄摇杆组件控制所述采样组件同步进行左右往复摆动。

4.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，还包括感应开关，所述感应开关包括第一感应开关，所述第一感应开关与所述第一摆动组件连接用于控制所述采样组件的上下摆动幅度。

5.根据权利要求1所述的一种咽拭子采样装置，其特征在于，还包括感应开关，所述感应开关还包括第二感应开关，所述第二感应开关与所述第二摆动组件连接用于控制所述采样组件的左右摆动幅度。

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，所述连接组件与所述底座之间为法兰连接。

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，所述底座包括机架、底座连接轴和底板，所述机架设于所述底座连接轴上，所述底座连接轴与所述底板活动连接，所述底座连接轴用于稳定所述机架的转动方向，所述机架与所述动力组件连接。

8.一种咽拭子采样装置的控制方法，其特征在于，

S1，将采样头连接板需要做出的直线轨迹拆为依次在第一象限的多线段O₁AO₂、第三象限的多线段O₂A'O₃第二象限的多线段O₃A”O₄和第四象限的多线段O₄A”'O₁；

S2，设定多线段中目标点A(X_a,Y_a)、A'(-X_a,Y_a)、A”(-X_a,-Y_a)、A”'(X_a,-Y_a)的坐标，设定起始点为A；

S3，判别采样动点P(X_i,Y_i)的偏差与采样头连接板的进给方向；

S4，计算采样动点P(X_i,Y_i)与目标点之间的偏差；

S5，判别动点P(X_i,Y_i)是否由起始点A完成线段AA'A”A”'循环一次后回到起始点A，未完成则重复步骤S3-S4，直至动点P(X_i,Y_i)完成一次线段循环后回到起始点A为止。