CN212071961U - 人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，包括有机器人本体，机器人本体设置有固定臂，其中：固定臂上连接有操作臂，固定臂包括有支撑架，支撑架上安装有牙托圈高度调整机构，牙托圈高度调整机构上连接有额头固定机构。由此，能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。固定臂上连接有操作臂，实现“双臂”协同操作，既可提高样本采集的可靠性，也可进一步减少医务人员的接入操作，减轻劳动强度。通过控制器与相应软件的配合，可以实现人工智能在大数据积累下的自动学习，提高采集的精度、效率和可靠性。

Description

人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人

技术领域

本实用新型涉及一种呼吸道标本采集设备，尤其涉及一种人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人。

背景技术

近日来，突如其来的新型冠状病毒肺炎疫情给我国乃至全球造成了极大的损失。根据新型冠状病毒感染肺炎诊疗方案，要将疑似病例确诊，必须具备以下病原学证据之一：

1、呼吸道标本或血液标本实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性；

2、呼吸道标本或血液标本病毒基因测序，与已知的新型冠状病毒高度同源。

因此，采集标本是确诊新型冠状病毒肺炎不可或缺的一个重要环节，但这是一项高风险且需要多次重复的操作，需要近距离接触病人，在棉签等取样过程中，会引起患者剧烈咳嗽，飞沫四处飞溅，感染风险极高。由于冠状病毒具有很强的传染性及一定的致死率，医务人员面临很大的职业暴露风险。

同时，呼吸道标本采集及检查决定了患者的诊断及出院标准，又是一项不得不做的检查。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，使其能够远距离或远程操作，既提高样本采集的可靠性，也降低甚至避免医务人员的职业暴露风险提高操作的安全性并减轻劳动强度。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人。

本实用新型的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，包括有机器人本体，所述机器人本体设置有固定臂，其中：所述固定臂上连接有操作臂，所述固定臂包括有支撑架，所述支撑架上安装有牙托圈高度调整机构，所述牙托圈高度调整机构上连接有额头固定机构，所述支撑架呈D字构造，所述支撑架的下方设置有枕板，所述支撑架的上方设置有横梁，

所述操作臂包括有镜鞘升降机构，所述镜鞘升降机构上设置有内窥镜头，所述镜鞘升降机构外连接有导向管姿态调整机构，所述导向管姿态调整机构上连接有咽拭子连接管，所述咽拭子连接管上连接有软管固定及推进机构，所述镜鞘升降机构包括有连接板，所述连接板上设置有推进电机，所述推进电机的轴头设有钢丝缠绕轮，通过第二钢丝与连杆连接，所述连接板上方设置有导向杆，所述导向杆上设置有第二复位弹簧，所述连接板下方设置有导向柱，所述连接板一侧设置有镜鞘组件，所述镜鞘组件的底部设置有，所述与连接板之间设置有第一复位弹簧，所述上安装有导管电机，所述导管电机的轴头设有钢丝缠绕轮，通过第一钢丝与连接板连接，

所述导向管姿态调整机构包括有导管座，所述导管座通过X向旋转轴安装于横梁上，所述导管座上连接有导管组件，所述导管组件与电机固定座板相连，所述X向旋转轴与X向驱动电机相连，所述导管座中部设有一槽，所述导管座通过Y向旋转轴安装于此槽内，所述Y向旋转轴与Y向驱动电机相连，

所述机器人本体上设置有控制器，或是所述机器人本体外连接有控制器，所述控制器内设置有控制软件，所述控制器包括电机驱动器、计算机、AI芯片、手控器中的一种或是多种，所述控制软件包括电机运动控制软件、图像识别软件、计算软件中的一种或是多种。

进一步地，上述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其中，所述牙托圈高度调整机构包括有与支撑架相连的导轨，所述导轨的一端安装有高度调节电机，所述导轨上安装有滑块，所述滑块上设置有快换接头，所述快换接头上连接有牙托圈组件。

更进一步地，上述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其中，所述额头固定机构包括有与支撑架相连的U型延伸板，所述U型延伸板上设置有长条状调节槽，所述长条状调节槽内穿设有调节螺杆，所述调节螺杆的上端设置有手柄，所述调节螺杆的下端通过额头固定组件连接有额头固定板。

更进一步地，上述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其中，所述软管固定及推进机构包括有外套管，所述外套管通过连接杆及锁紧螺母与连杆连接，所述外套管内设置有软管及软管锁紧装置。

更进一步地，上述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其中，所述连杆上设置有螺纹孔，所述软管是吸痰管，或是，所述软管是纤维支气管镜。

再进一步地，上述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其中，所述镜鞘组件包括有固定管，所述固定管的尾部设置有台阶，所述固定管内接插有咽拭子的柄部，所述内窥镜头上开设有工作孔。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。

2、固定臂上连接有操作臂，实现“双臂”协同操作，既可提高样本采集的可靠性，也可进一步减少医务人员的接入操作，减轻劳动强度。

3、通过控制器与相应软件的配合，可以实现人工智能在大数据积累下的自动学习，提高采集的精度、效率和可靠性。

4、整体构造简单，易于制造，使用实施也较为捷化。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人的整体结构示意图。

图2是本人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人的正面结构示意图(未含控制器)。

图3是本人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人的侧面结构示意图(未含控制器)。

图4是本人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人的正面局部剖视图(未含控制器)。

图5是本人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人的俯视图(未含控制器)。

图中各附图标记的含义如下。

1 固定臂 2 操作臂

3 支撑架 4 牙托圈高度调整机构

5 额头固定机构 6 枕板

7 横梁 8 牙托圈组件

9 X向驱动电机 10 导轨

11 高度调节电机 12 快换接头

13 U型延伸板 14 额头固定板

15 调节螺杆 16 手柄

17 长条状调节槽 18 内窥镜头

19 镜鞘升降机构 20 导向管姿态调整机构

21 咽拭子连接管 22 软管固定及推进机构

23 工作孔 24 镜鞘组件

25 连接板 26 导向柱

27 第一钢丝 28 导管电机

29 第一复位弹簧 30 导管座

31 导管组件 32 电机固定座板

33 X向旋转轴 34 Y向旋转轴

35 槽 36 Y向驱动电机

37 咽拭子 38 固定管

39 台阶 40 衔接引导杆

41 外套管 42 连杆

43 导向杆 44 第二钢丝

45 推进电机 46 第二复位弹簧

47 连接杆 48 锁紧螺

49 控制器

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至5的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，包括有机器人本体，机器人本体设置有固定臂1，其与众不同之处在于：固定臂1上连接有操作臂2，实现“双臂”协同操作。具体来说，固定臂1包括有支撑架3，支撑架3上安装有牙托圈高度调整机构4，牙托圈高度调整机构4上连接有额头固定机构5。这样，便于实际实施期间实现额头与口腔的定位，便于呼吸道标本的顺畅采集。同时，为了预留适当的空间便于对人体进行让位，本实用新型采用的支撑架3 呈D字构造，在支撑架3的下方设置有枕板6，支撑架3的上方设置有横梁7。这样，如果采用平躺方式，可以让患者头部依靠枕板6躺下，而横梁7的存在能够对后续装配的各类组件实现有效的隔空放置支持。

考虑到机器人的自主控制操作便利，选用的操作臂2包括有镜鞘升降机构 19。具体来说，为了实现顺利的影像观察，提高采集的精度，在镜鞘升降机构 19上设置有内窥镜头18。同时，为了适应不同患者的生理构造实现采集诸如角度、深度的调节，在镜鞘升降机构19外连接有导向管姿态调整机构20。具体来说导向管姿态调整机构20上连接有咽拭子连接管21，咽拭子连接管21上连接有软管固定及推进机构22。

结合本实用新型一较佳的实施方式来看，采用的镜鞘升降机构19包括有连接板25，连接板25上设置有推进电机45，推进电机45通过第二钢丝44与连杆42连接。同时，在连接板25上方设置有导向杆43，导向杆43上设置有第二复位弹簧46，这样能够提供有效的弹性复位力度，确保顺畅复位。并且，连接板25下方设置有导向柱26，连接板25一侧设置有镜鞘组件24，镜鞘组件24 的底部设置有衔接引导杆40，衔接引导杆40与连接板25之间设置有第一复位弹簧29。考虑到对镜鞘组件24、外套管41、咽拭子等部件的上下升降进行驱动控制，衔接引导杆40上安装有导管电机28，导管电机28通过第一钢丝27与连接板25相连。

进一步来看，为了实现迅速有效的姿态调整，为后续的采集提供合适的角度，本实用新型采用的导向管姿态调整机构20包括有导管座30，导管座30通过X向旋转轴33安装于横梁7上。同时，导管座30上还连接有导管组件31，导管组件31与电机固定座板32相连，X向旋转轴33与X向驱动电机9相连。这样，可令导管座30及导管组件31绕X向旋转轴33旋转。并且，导管座30 中部设有一槽35，导管座30通过Y向旋转轴34安装于此槽35内，Y向旋转轴 34与Y向驱动电机36相连，可令导管组件31绕Y向旋转轴34旋转。

为了到通过人工智能来进行有效的控制，机器人本体上设置有控制器49，或是机器人本体外连接有控制器49，控制器49内设置有控制软件。具体来说，在实施期间，控制器49包括电机驱动器、计算机、AI芯片、手控器中的一种或是多种，只要能够实现各类软件的承载运行且有效控制本机器人所提供的各类组件的控制器都可以被采纳使用。同时，考虑到自动采集所需要的影像处理，选用的控制软件包括电机运动控制软件、图像识别软件、计算软件中的一种或是多种。这样，使用时，内窥镜头18获取患者咽部的影像数据，控制器49经过大数据积累、自动学习后，机器人自动选取采集位置，咽拭子触碰理想部位获取标本，并且可以安装两枚或者更多咽拭子，调整位置多次触碰，采集效率和采集可靠性大为提高。

结合实际使用来看，本实用新型采用的牙托圈高度调整机构4包括有与支撑架3相连的导轨10，导轨10的一端安装有高度调节电机11，便于实现高度调整。同时，导轨10上安装有滑块，滑块上设置有快换接头12，快换接头12 上连接有牙托圈组件8。这样，依托于快换接头12的存在，满足牙托圈组件8 定位的同时可以实现其快速更换，不会出现交叉感染，方便卫生。

考虑到采集期间对患者的头部进行适当的定位引导，本实用新型选用的额头固定机构5包括有与支撑架3相连的U型延伸板13，U型延伸板13上设置有长条状调节槽17，便于实现引导定位。具体来说，长条状调节槽17内穿设有调节螺杆15，调节螺杆15的上端设置有手柄16。调节螺杆15的下端通过额头固定组件连接有额头固定板14。这样，可以在调试期间让医护人员对额头固定组件的实际高度进行手动调整。在采用期间，枕板6、牙托圈组件8和额头固定组件可从三处以三角形状的方式，将机器人与患者头部固定为一体，防止因咳嗽等意外躁动时，机器人与患者头部发生相对位移出现危险。

为了实现咽拭子37的顺利引导，采用的软管固定及推进机构22包括有外套管41，外套管41通过连接杆47及锁紧螺母48与连杆42连接，外套管41内设置有软管及软管锁紧装置。具体来说，连杆42上设置有螺纹孔，用于通过螺钉固定咽拭子连接管21。同时，为了拥有更好的功能扩展，选用的软管是吸痰管，或是纤维支气管镜。由此，可以依托于软管的使用，对下呼吸道进行处理。当然，在实际使用期间咽拭子37与软管是无法同时使用的，本实用新型意在提高该机器人的泛用性，令其可以兼容使用咽拭子37或是软管，应对下呼吸道、上呼吸道的不同使用需求。

并且，本实用新型采用的镜鞘组件24包括有固定管38，固定管38的尾部设置有台阶39，固定管38内接插有咽拭子37的柄部，令二者连为一体。考虑到使用期间可能遭遇阻力自动回弹，为了避免对人造成不必要的损伤，在内窥镜头18上开设有工作孔23。在实际使用期间，依托于台阶39的存在，可防止固定管38及咽拭子37自内窥镜头的工作孔23中脱落。再者，本实用新型采用的固定管38质量很小，且与工作孔23间几乎无摩擦阻尼，操作起来安全便利。

本实用新型的工作原理如下：

上呼吸道标本采集时，患者将头部靠在枕板6，面朝上。依托于额头固定机构5来实现头部定位。在牙托圈组件8的配合下保证口腔的打开，通过控制器 49的参与，镜鞘组件24下降至口腔内咽拭子37能触及咽腔壁但镜鞘组件24不能触及咽腔壁的深度时停止运动。此过程中，咽拭子37在近乎垂直的状态与咽腔壁率先接触。

在使用期间，如果镜鞘组件24下降过深，咽拭子37和固定管38可以一并被顶起。同时，由于本实用新型采用的固定管38质量很小，且与工作孔23间几乎无摩擦阻尼，这样咽拭子37对咽腔壁组织的“撞击”力极小，不会对咽喉壁组织造成损伤。这样，既降低机器人控制精度的要求，又确保标本采集可靠安全，调整位置多次触碰，即可达到类似人工咽拭子轻柔擦拭采集标本的状态，并使采集效率和采集可靠性大为提高。

同时，如患者在采集过程中出现咳嗽躁动，固定臂1的固定保护作用可令机器人本体与患者头部保持相对静止，避免意外损伤，可以保证标本采集过程的安全。

取下呼吸道标本采集时，通过调整导向管姿态调整机构20的姿态，并先将镜鞘组件24下降至理想位置。之后，令推进电机45推动外套管41继续下降，可使软管到达理想位置，通过软管连接的负压，即可收集下呼吸道深部标本，这个过程安全有效。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，拥有如下优点：

1、能够在内窥镜头的监视下，在控制器的配合下实现本地自动操作，或是异地远程操控，降低甚至避免医务人员的职业暴露风险。

2、固定臂上连接有操作臂，实现“双臂”协同操作，既可提高样本采集的可靠性，也可进一步减少医务人员的接入操作，减轻劳动强度。

3、通过控制器与相应软件的配合，可以实现人工智能在大数据积累下的自动学习，提高采集的精度、效率和可靠性。

4、整体构造简单，易于制造，使用实施也较为捷化。

此外，本实用新型所描述的指示方位或位置关系，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或构造必须具有特定的方位，或是以特定的方位构造来进行操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“主”、“副”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“主”、“副”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

同样，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。并且它可以直接在另一个组件上或者间接在该另一个组件上。当一个组件被称为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或间接连接至该另一个组件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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

Claims (6)

1.人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，包括有机器人本体，所述机器人本体设置有固定臂(1)，其特征在于：所述固定臂(1)上连接有操作臂(2)，

所述固定臂(1)包括有支撑架(3)，所述支撑架(3)上安装有牙托圈高度调整机构(4)，所述牙托圈高度调整机构(4)上连接有额头固定机构(5)，

所述支撑架(3)呈D字构造，所述支撑架(3)的下方设置有枕板(6)，所述支撑架(3)的上方设置有横梁(7)，

所述操作臂(2)包括有镜鞘升降机构(19)，所述镜鞘升降机构(19)上设置有内窥镜头(18)，所述镜鞘升降机构(19)外连接有导向管姿态调整机构(20)，所述导向管姿态调整机构(20)上连接有咽拭子连接管(21)，所述咽拭子连接管(21)上连接有软管固定及推进机构(22)，所述镜鞘升降机构(19)包括有连接板(25)，所述连接板(25)上设置有推进电机(45)，所述推进电机(45)通过第二钢丝(44)与连杆(42)连接，所述连接板(25)上方设置有导向杆(43)，所述导向杆(43)上设置有第二复位弹簧(46)，所述连接板(25)下方设置有导向柱(26)，所述连接板(25)一侧设置有镜鞘组件(24)，所述镜鞘组件(24)的底部设置有衔接引导杆(40)，所述衔接引导杆(40)与连接板(25)之间设置有第一复位弹簧(29)，所述衔接引导杆(40)上安装有导管电机(28)，所述导管电机(28)通过第一钢丝(27)与连接板(25)连接，

所述导向管姿态调整机构(20)包括有导管座(30)，所述导管座(30)通过X向旋转轴(33)安装于横梁(7)上，所述导管座(30)上连接有导管组件(31)，所述导管组件(31)与电机固定座板(32)相连，所述X向旋转轴(33)与X向驱动电机(9)相连，所述导管座(30)中部设有一槽(35)，所述导管座(30)通过Y向旋转轴(34)安装于此槽(35)内，所述Y向旋转轴(34)与Y向驱动电机(36)相连，

所述机器人本体上设置有控制器(49)，或是所述机器人本体外连接有控制器(49)，所述控制器(49)包括电机驱动器、计算机、AI芯片、手控器中的一种或是多种。

2.根据权利要求1所述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其特征在于：所述牙托圈高度调整机构(4)包括有与支撑架(3)相连的导轨(10)，所述导轨(10)的一端安装有高度调节电机(11)，所述导轨(10)上安装有滑块，所述滑块上设置有快换接头(12)，所述快换接头(12)上连接有牙托圈组件(8)。

3.根据权利要求1所述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其特征在于：所述额头固定机构(5)包括有与支撑架(3)相连的U型延伸板(13)，所述U型延伸板(13)上设置有长条状调节槽(17)，所述长条状调节槽(17)内穿设有调节螺杆(15)，所述调节螺杆(15)的上端设置有手柄(16)，所述调节螺杆(15)的下端通过额头固定组件连接有额头固定板(14)。

4.根据权利要求1所述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其特征在于：所述软管固定及推进机构(22)包括有外套管(41)，所述外套管(41)通过连接杆(47)及锁紧螺母(48)与连杆(42)连接，所述外套管(41)内设置有软管及软管锁紧装置。

5.根据权利要求4所述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其特征在于：所述连杆(42)上设置有螺纹孔，所述软管是吸痰管，或是，所述软管是纤维支气管镜。

6.根据权利要求1所述的人工智能式呼吸道标本采集双臂机器人，其特征在于：所述镜鞘组件(24)包括有固定管(38)，所述固定管(38)的尾部设置有台阶(39)，所述固定管(38)内接插有咽拭子(37)的柄部。

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