一种咽部菌群采集机器人

本发明涉及医疗器械领域，是一种咽部菌群采集机器人，具体来说，是一种能采集咽部菌群的机器人，医护人员通过操作控制界面，使机器人自动完成咽部菌群样本采集，该机器人能够起到有效的隔离作用，提高医护人员的安全性，同时该机器人具有较高的准确性和可靠性，采集的样本有效率高。

背景技术：

新冠疫情发生以来，其表现出非常强的传染性，为了有效的切断病毒传播，及时发现人群中的病毒携带者，进行核酸检测逐步实现了常态化，因此越来越多的专家学者开始研制自动采集咽部菌群样本的装置。

对于现有的咽部菌群采集装置的设计，公布号cn111643123a的发明专利《一种咽拭子自动采样装置》采用龙门式的三轴机构实现机械运动，该装置在采集样本时，装置的末端仅实现了一个方向的运动，和人工采集差距较大。此外，公布号cn111673757a的发明专利《咽拭子采集机器人系统》中咽部菌群夹持装置没有采用柔性机构，在采集时，会对待测人员的咽喉组织产生刺激。

针对上述设计中存在的问题，我们设计出一种新型的咽部菌群采集机器人，在保证安全性、可靠性和准确性的条件下，实现了机器人末端采集轨迹与人工采集相似，同时采用了变刚度夹持，避免对待测人员的咽喉组织产生硬刺激。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种咽部菌群采集机器人，包括头部固定定位机构(1)、变刚度机构(2)、机械臂(3)和采样台(4)。

头部固定定位机构(1)包括并联机构下支撑板(11)、并联机构(12)、并联机构上支撑板(13)、丝杠(14)、头部支座(15)；各个构件和设备的连接关系为：并联机构下支撑板(11))都固连到采样台工作面(41)上；并联机构(12)上下两端都通过球副连接连接到并联机构下支撑板(11)和并联机构上支撑板(13)上；丝杠(14)放置在并联机构上支撑板(13)的槽内；头部支座(15)通过丝杠螺母丝杠(14)连接；

变刚度机构(2)包括上盖(21)、夹持器(22)、装夹夹具(23)、装夹凸轮(24)、夹具弹簧(25)、变刚度机构上板(26)、簧片(27)、弹簧(28)、变刚度机构下板(29)、装夹夹具力传感器(210)；各个构件的连接关系为：上盖(21)固连到夹持器上端(22)上；装夹夹具(23)通过夹具弹簧(25)固连到夹持器(22)上；装夹凸轮(24)通过电机连接到夹持器(22)上；变刚度机构上板(26)通过卡扣连接到夹持器(22)上；簧片(27)固连到变刚度机构上版(26)上；弹簧(28)固连到变刚度机构(26)上；变刚度机构下板(29)固连到簧片(27)和弹簧(28)上；装夹夹具力传感器(210)固连到装夹夹具(23)上；

机械臂(3)包括图像采集器(31)；各个构件之间的连接关系为：图像采集器(31)固连到机械臂(3)上；

采样台(4)包括采样台工作面(41)、控制器(42)；各个构件之间的连接关系为：控制器(42)固连到采样台工作面(41)上；

本发明的一种咽部菌群采集机器人，在采集样本时，遵循图15的技术路线，采集机器人的末端运动轨迹如图16；

本发明的工作原理如下；

参照图1、图2、图3、图4、图5，咽部菌群采集机器人在工作时，头部固定定位机构(2)会根据待测人员的实际情况，调整大小，将待测人员的头部固定，检测可以通过图像采集器(31)来获取待测人员咽部位置，通过控制器(42)控制机械臂(3)和变刚度机构(2)来采集样本。

参照图15、图16，测试人员在采集咽部菌群样本时，遵循设计的技术路线，通过控制器(42)可以是咽部菌群机器人的末端实现与人工采集时相似的运动轨迹。

本发明的优点在于：

1.本发明提出了一种咽部菌群采集机器人，该机器人中的头部固定定位机构通过采用并联机构和丝杠具有较好的支撑性和可适应性，适用人群广。

2.本发明的咽部菌群采集机器人，采用变刚度夹持机构，可以避免在采集咽部菌群时，对待测人员造成不适。

3.本发明的咽部菌群采集机器人，在咽部菌群采集机器人的夹持部位设置有力传感器，可以实时检测夹持力和接触力。

4.本发明的咽部菌群采集机器人，在采集样本时，遵循严格设计的技术路路线，咽部菌群机器人末端的运动轨迹与人工采集时非常相近，具有较高的准确率，采集的样本准确性高。

本发明的咽部菌群采集机器人，造型整洁，结构较为简单，成本较低。附图说明

图1本发明中机器人整体示意图；

图2本发明中机器人头部固定定位机构示意图；

图3本发明中机器人变刚度夹持机构示意图；

图4本发明中机器人机械臂示意图；

图5本发明中机器人采样台示意图；

图6本发明中机器人头部固定定位机构组成结构示意图；

图7本发明中机器人头部固定定位机构丝杠示意图；

图8本发明中机器人头部固定定位机构并联机构示意图；

图9本发明中机器人变刚度夹持机构组成示意图；

图10本发明中机器人变刚度夹持机构夹具与凸轮示意图；

图11本发明中机器人变刚度夹持机构力传感器示意图；

图12本发明中机器人机械臂图像采集器示意图；

图13本发明中机器人机械臂图像采集器结构示意图；

图14本发明中机器人采样台结构示意图；

图15本发明中机器人技术路线示意图；

图16本发明中机器人采集时机器人末端运动轨迹示意图；

图中：

1-头部固定定位机构2-变刚度机构3-机械臂4-采样台

11-并联机构下支撑板12-并联机构13-并联机构上支撑板14-丝杠15-头部支座

21-上盖22-夹持器23-装夹夹具24-装夹凸轮25-夹具弹簧26-变刚度机构上板27-簧片28-弹簧29-变刚度机构下板210-装夹夹具力传感器(210)

31-图像采集器

41-采样台工作面42-控制器

具体实施方式

下面结合附图和实施例说明本发明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

参照图1、图2、图3、图4、图5，本发明一种咽部菌群采集机器人，包括头部固定定位机构(1)、变刚度机构(2)、机械臂(3)和采样台(4)。

参照图2、图6、图7、图8，机器人在工作时，头部固定定位机构(1)可以根据待测患者头部大小，进行调节，来使待测人员的头部固定。

参照图3、图9、图10、图11，机器人采用变刚度夹持，同时具有力传感器可以实时检测夹持力和接触力的大小。。

参照图4、图12、图13，机械臂(3)上的图像采集器(31)可以采集待测人员的咽部位置，为测试人员提供远程图像。

参照图5、图14，工作人员可以通过控制器(42)远程操纵机械臂和变刚度夹持机构，完成咽部菌群采样工作。

技术特征：

1.一种咽部菌群采集机器人，其特征在于：包括头部固定定位机构(1)、变刚度机构(2)、机械臂(3)和采样台(4)；

头部固定定位机构(1)包括并联机构下支撑板(11)、并联机构(12)、并联机构上支撑板(13)、丝杠(14)、头部支座(15)；各个构件和设备的连接关系为：并联机构下支撑板(11))都固连到采样台工作面(41)上；并联机构(12)上下两端都通过球副连接连接到并联机构下支撑板(11)和并联机构上支撑板(13)上；丝杠(14)放置在并联机构上支撑板(13)的槽内；头部支座(15)通过丝杠螺母丝杠(14)连接；

变刚度机构(2)包括上盖(21)、夹持器(22)、装夹夹具(23)、装夹凸轮(24)、夹具弹簧(25)、变刚度机构上板(26)、簧片(27)、弹簧(28)、变刚度机构下板(29)、装夹夹具力传感器(210)；各个构件的连接关系为：上盖(21)固连到夹持器上端(22)上；装夹夹具(23)通过夹具弹簧(25)固连到夹持器(22)上；装夹凸轮(24)通过电机连接到夹持器(22)上；变刚度机构上板(26)通过卡扣连接到夹持器(22)上；簧片(27)固连到变刚度机构上版(26)上；弹簧(28)固连到变刚度机构(26)上；变刚度机构下板(29)固连到簧片(27)和弹簧(28)上；装夹夹具力传感器(210)固连到装夹夹具(23)上；

机械臂(3)包括图像采集器(31)；各个构件之间的连接关系为：图像采集器(31)固连到机械臂(3)上；

采样台(4)包括采样台工作面(41)、控制器(42)；各个构件之间的连接关系为：控制器(42)固连到采样台工作面(41)上。

2.根据权利要求1所述的一种咽部菌群采集机器人，其特征在于，该机器人中的头部固定定位机构通过采用并联机构和丝杠具有支撑性和适应性，根据待测人员头部的大小进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种咽部菌群采集机器人，其特征在于，该机器人采用变刚度机构夹持，检测时，咽部菌群采集机器人末端与待测人员的咽部进行柔性接触，避免使待测人员产生不适。

4.根据权利要求1所述的一种咽部菌群采集机器人，其特征在于，该机器人在采集咽部菌群时，通过控制器的控制，咽部菌群机器人的末端实现与人工采集时接近运动轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种咽部菌群采集机器人，其特征在于，该机器人在采集咽部菌群时，遵循严格设计的技术路线，保证采样的准确性。

技术总结
本发明公开了一种咽部菌群采集机器人，包括头部固定定位机构、变刚度机构、机械臂、采样台。在采集咽部菌群时，机器人中的头部固定定位机构中的丝杠机构可以根据待测人员的头部大小进行调整，达到固定待测人员头部的作用，在头部定位完成后，检测人员遵循设计的技术路线，通过控制器的控制，咽部菌群采集机器人的末端可以实现与人工采集相似的运动路径，完成咽部菌群的采集；采用变刚度机构，避免咽部菌群采集机器人末端与待测人员咽部的硬接触，同时头部固定定位机构由并联机构和丝杠组成提供了较好的支撑性和可适应性，适用广泛人群；测试人员在操作机器人时，遵循设计的技术路线，经过精确控制，采集样本准确性高，经过检测能得到准确的结果。

技术研发人员：张自强;张传忠;宁萌;王鑫;周振勇
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.04.19
技术公布日：2021.07.27