一种全自动静脉采血设备的制作方法

本发明属于医疗仪器相关技术领域，更具体地，涉及一种全自动静脉采血设备。

背景技术：

医务人员对患者进行身体的检查诊断时或者日常体检时频繁的会采集血样；目前大多数使用的还是传统的血液采集方式，需要靠人工操作，装备水平落后。人工抽血过程中，操作难度大，风险系数高，需要具有一定的工作经验的医务人员才能较好的完成。

传统的血液采集工作，常因部分患者脂肪较厚，肤色较深等原因导致血管无法清晰呈现，导致穿刺失败，效率不高，给医生及患者带来了不便。目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如申请号为201310514069.1的发明公开了一种采血设备及方法，其采用了自动化和智能化采血，但仍需要人工安装采血针及穿刺血管，自动化程度较低。相应地，本领域存在着发展一种自动化程度较高的采血设备的技术需求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全自动静脉采血设备，其结合图像处理技术及超声波检测技术，针对采血设备的部件及部件之间的连接关系进行了设计。所述全自动静脉采血设备采用采血点识别与处理机构来确定最佳采血点，保障了采血过程的安全性，降低了采血者的痛苦及对医务人员的经验要求；滚珠丝杠组件、立柱、三自由度机械臂共同用于带动针头移动到达采血初始位置，滑块带动所述针头移动以进针或者出针，提高了自动化程度及效率，降低了人力资源成本，减轻了医务人员的工作强度。

为实现上述目的，本发明提供了一种全自动静脉采血设备，其包括针头定位机构、采血点识别与处理机构、手臂固定机构及换针机构，所述采血识别与处理机构连接于所述针头定位机构，其用于确定最佳采血点；所述手臂固定机构及所述换针机构相对间隔的设置在所述针头定位机构上；其特征在于：

所述针头定位机构包括丝杠传动组件、滚珠丝杠组件及三自由度机械臂，所述丝杠传动组件包括固定支座及滑动的连接于所述固定支座的立柱；所述滚珠丝杠组件连接所述立柱及所述三自由度机械臂，其用于带动所述三自由度机械臂左右移动，所述立柱用于带动所述采血点识别与处理机构及所述三自由度机械臂同步前后移动；所述三自由度机械臂包括连接于所述滚珠丝杠组件的固定板、一端转动的连接于所述固定板的第一机械臂、一端与所述第一机械臂的另一端转动连接的第二机械臂及与所述第二机械臂的另一端滑动连接的滑块，所述滑块套设在所述第二机械臂上，其上设置有针头；所述滑块用于带动所述针头沿所述第二机械臂的长度方向移动以进针或者出针；所述滚珠丝杠组件、所述立柱、所述第一机械臂及所述第二机械臂共同用于带动所述针头移动到达采血初始位置；所述采血初始位置与所述最佳采血点相对应。

进一步的，所述采血点识别与处理机构包括近红外照明模块、近红外图像采集模块、图像处理模块及超声波处理模块，所述近红外图像采集模块电性连接所述近红外照明模块及所述图像处理模块，所述超声波处理模块电性连接所述图像处理模块。

进一步的，所述丝杠传动组件包括第一驱动电机、第一丝杠及滑板，所述第一驱动电机设置在所述固定支座上，其输出轴连接于所述第一丝杠；所述滑板的一端与所述第一丝杠螺纹连接，另一端连接于所述立柱；所述第一驱动电机用于驱动所述第一丝杠转动，所述第一丝杠通过转动带动所述滑板沿所述第一丝杠的轴向前后移动。

进一步的，所述丝杠传动组件还包括两个稳定支撑杆，两个所述支撑杆与所述第一丝杠平行间隔设置，三者均连接于所述固定支座；两个所述稳定支撑杆滑动地连接于所述滑板，其用于支撑所述滑板及为所述滑板的移动提供导向。

进一步的，所述滚珠丝杠组件包括横梁、第二丝杠、第二驱动电机及连接于所述三自由度机械臂的移动板，所述横梁的一端连接于所述立柱，另一端连接于所述第二驱动电机；所述第二驱动电机的输出轴连接于所述第二丝杠的一端，所述第二丝杠的另一端连接于所述横梁；所述移动板与所述第二丝杠螺纹连接，所述第二驱动电机用于驱动所述第二丝杠转动，所述第二丝杠通过转动带动所述移动板沿所述横梁的长度方向左右移动。

进一步的，所述横梁的一侧开设有滑槽，所述滑槽用于收容所述第二丝杠；所述滑槽相对的两个槽壁上分别开设有配合孔，所述第二丝杠的两端分别收容于两个所述配合孔内。

进一步的，所述滑块上还设置有消毒液自动喷雾器，所述消毒液自动喷雾器与所述针头分别位于所述滑块相背的两侧，其用于对采血区域进行消毒。

进一步的，所述手臂固定机构包括扎压组件、手臂放置块及手臂握紧件，所述手臂放置块位于所述扎压组件及所述手臂握紧件之间；所述扎压组件邻近所述采血点识别与处理机构设置。

进一步的，所述换针机构包括多个真空采血管及试管架；所述试管架设置在所述固定支座上，其用于承载所述多个真空采血管。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的全自动静脉采血设备，其采血设备采用采血点识别与处理机构来确定最佳采血点，保障了采血过程的安全性，降低了采血者的痛苦及对医院人员的经验要求；滚珠丝杠组件、立柱、三自由度机械臂共同用于带动针头移动到达采血初始位置，滑块带动所述针头移动以进针或者出针，提高了自动化程度及效率，降低了人力资源成本，减轻了医务人员的工作强度。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的全自动静脉采血设备的立体示意图。

图2是图1中的全自动静脉采血设备的针头定位机构的结构示意图。

图3是图1中的全自动静脉采血设备的丝杠传动组件的结构示意图。

图4是图1中的全自动静脉采血设备的滚珠丝杠组件及立柱的局部结构示意图。

图5是图1中的全自动静脉采血设备的三自由度机械臂及移动板的局部结构示意图。

图6是图1中的全自动静脉采血设备的局部示意图。

图7是图1中的全自动静脉采血设备的手臂固定机构的结构示意图。

图8是图1中的全自动静脉采血设备的换针机构的结构示意图。

图9是图1中的全自动静脉采血设备的采血点识别与处理机构的框架图。

图10是图1中的全自动静脉采血设备涉及的血管直径的计算示意图。

图11是图1中的全自动静脉采血设备涉及的进针初始位置的示意图。

图12是图1中的全自动静脉采血设备涉及的推进针头的过程示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100-针头定位机构，110-丝杠传动组件，111-固定支座，112-第一驱动电机，113-第一丝杠，114-稳定支撑杆，115-滑板，116-立柱，120-滚珠丝杠组件，121-固接块，122-横梁，123-第二丝杠，124-第二驱动电机，125-移动板，130-三自由度机械臂，131-固定板，132-第三驱动电机，133-第一连接臂，134-第四驱动电机，135-第二连接臂，136-第五驱动电机，137-第三丝杠，138-滑块，138a-消毒液自动喷雾器，138b-针头，200-采血点识别与处理机构，201-近红外照明模块，202-近红外图像采集模块，203-图像处理模块，204-超声波处理模块，300-手臂固定机构，310-扎压组件，320-手臂放置块，330-手臂握紧件，400-换针机构，410-真空采血管，420-试管架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的全自动静脉采血设备，其结合图像处理技术及超声波检测技术，提高了定位精度及一次采血成功率，减轻了采血者的痛苦及医务人员的工作负担，且能满足医院的实际需求。

所述全自动静脉采血设备包括针头定位机构100、采血点识别与处理机构200、手臂固定机构300及换针机构400，所述采血点识别与处理机构200滑动的连接于所述针头定位机构100。所述手臂固定机构300设置在所述针头定位机构100上，其与所述采血点识别与处理机构200相对设置。所述换针机构400设置在所述针头定位机构100上，其与所述采血点识别与处理机构200相对间隔设置。

所述针头定位机构100包括丝杠传动组件110、滚珠丝杠组件120及三自由度机械臂130，所述滚珠丝杠组件120连接所述丝杠传动组件110及所述三自由度机械臂130；所述丝杠传动组件110用于支撑及带动所述滚珠丝杠组件120及所述三自由度机械臂130移动。本实施方式中，所述三自由度机械臂130能够沿所述滚珠丝杠组件120移动以改变所述三自由度机械臂130与所述手臂固定机构300之间的相对位置关系。

请参阅图5至图8，所述丝杠传动组件110包括固定支座111、第一驱动电机112、第一丝杠113、两个稳定支撑杆114、滑板115及立柱116。所述第一驱动电机112设置在所述固定支座111上，其输出轴连接于所述第一丝杠113。两个所述稳定支撑杆114与所述第一丝杠113平行间隔设置，三者均连接于所述固定支座111。所述滑板115的一端活动的连接于所述第一丝杠113及所述稳定支撑杆114，另一端连接于所述立柱116。本实施方式中，所述滑板115通过所述立柱116带动所述滚珠丝杠组件120沿所述第一丝杠113前后移动。

所述固定支座111包括矩形板及两个垂直连接于所述矩形板的承载板，两个所述承载板位于所述矩形板的同一端，且两者相对间隔设置。所述稳定支撑杆114的两端分别连接于两个所述承载板，两个所述稳定支撑杆114用于支撑所述滑板115及所述立柱116，并为所述滑板115的移动提供导向。每个所述承载板开设有收容孔，两个所述收容孔的中心轴重合。所述第一丝杠113的两端分别收容于两个所述收容孔内。本实施方式中，所述收容孔的内壁的润滑性能较好；所述第一丝杠113与两个所述稳定支撑杆114相互间隔设置，所述第一丝杠113位于两个所述稳定支撑杆114之间。

所述第一驱动电机112连接于所述承载板上，其输出轴连接于所述第一丝杠113的一端。所述滑板115上设置有第一丝杠套，所述第一丝杠套套设在所述第一丝杠113上，所述第一丝杠113与所述第一丝杠套形成螺纹配合。所述第一驱动电机112驱动所述第一丝杠113转动，所述第一丝杠113通过转动带动所述滑板115沿所述第一丝杠113的轴向前后移动，进而带动所述滚珠丝杠组件120及所述三自由度机械臂130同步移动。

所述滚珠丝杠组件120包括固接块121、横梁122、第二丝杠123、第二驱动电机124及移动板125，所述固接块121固定在所述立柱116上，所述横梁122的一端通过所述固接块121连接于所述立柱116。所述横梁122的一侧开设有滑槽，所述滑槽用于收容所述第二丝杠123及部分所述移动板125。本实施方式中，所述横梁122与所述滑槽相背的一侧上设置有导向块。所述滑槽相对的两个槽壁上分别开设有配合孔，所述第二丝杠123的两端分别收容于两个所述配合孔内。

所述第二驱动电机124固定在所述横梁122的一端，其输出轴连接于所述第二丝杠123的一端。所述移动板125上设置有第二丝杠套，所述第二丝杠套套设在所述第二丝杠123上，其与所述第二丝杠123形成螺纹连接。所述第二驱动电机124用于驱动所述第二丝杠123转动，所述第二丝杠123通过转动带动所述移动板125沿所述滑槽左右移动。本实施方式中，所述移动板125连接于所述三自由度机械臂130。

所述三自由度机械臂130包括固定板131、第三驱动电机132、第一连接臂133、第四驱动电机134、第二机械臂135、第五驱动电机136、第三丝杠137及滑块138，所述固定板131连接所述移动板125及所述第三驱动电机132。所述第一连接臂133的一端连接于所述第三驱动电机132的输出轴，另一端连接于所述第四驱动电机134，所述第一连接臂133能够相对于所述固定板131转动。所述第二机械臂135的一端连接于所述第四驱动电机134的输出轴，另一端连接于所述滑块138，所述第二机械臂135在所述第四驱动电机134的作用下相对于所述第一机械臂133转动。

所述第五驱动电机136固定在所述第二机械臂135邻近所述第四驱动电机134的一端，其输出轴连接于所述第三丝杠137。所述第三丝杠137的一端连接于所述第五驱动电机136的输出轴，另一端与所述滑块138螺纹连接。所述第四驱动电机134驱动所述第三丝杠137转动，所述第三丝杠137通过转动驱动所述滑块138沿所述第二连接臂135移动。所述滑块138开设有通槽，所述通槽用于收容所述第二连接臂135，以使所述滑块138套设在所述第二连接臂135上。所述滑块138相背的两侧上分别设置有消毒液自动喷雾器138a及针头138b，所述消毒液自动喷雾器138a及所述针头138b随所述滑块138同步移动，以使所述针头138b刺入采血者的血管或者脱离所述血管。

请参阅图9至图12，所述采血点识别与处理机构200固定连接于所述移动板125，其与所述横梁122相对的一侧上开设有导向槽，所述导向槽用于收容所述导向块，所述导向块与所述导向槽相配合以为所述采血点识别与处理机构200随所述移动板125的移动提供导向及确保所述采血点识别与处理机构200移动的稳定性。所述采血点识别与处理机构200包括近红外照明模块201、近红外图像采集模块202、图像处理模块203及超声波处理模块204，所述近红外图像采集模块202电性连接所述近红外照明模块201及所述图像处理模块203，所述超声波处理模块204电性连接所述图像处理模块203。

所述手臂固定机构300及所述换针机构400均设置在所述固定支座111的矩形板上。所述手臂固定机构300包括扎压组件310、手臂放置块320及手臂握紧件330，所述手臂放置块320位于所述扎压组件310及所述手臂握紧件330之间。本实施方式中，所述扎压组件310邻近所述采血点识别与处理机构200设置。所述换针机构400包括多个真空采血管410及试管架420，所述试管架420设置在所述矩形板上，其用于承载所述多个真空采血管410。多个所述真空采血管410可分离的收容于所述试管架420，所述针头138b通过软管与所述真空采血管410相连接。

所述全自动静脉采血设备工作时，首先，人工进行所述针头138b的安装以及软管与所述真空采血管410的连接，初始状态下，所述针头138b在采血初始位置。之后，将采血者的手臂固定在所述手臂固定机构300上，所述手臂穿过所述扎压组件310后放在所述手臂放置块320上，同时所述采血者的手握紧所述手臂握紧件330，此时，所述手臂的静脉鼓起。

随后，利用所述采血点识别与处理机构200确定最佳采血点，具体地，所述近红外照明模块201照射所述手臂的采血区域，使得所述血管与肌肉易于辨别出来；所述近红外图像采集模块202对所述采血区域进行图像采集，并将采集到的图像传输给所述图像处理模块203；所述图像处理模块203对接收到所述图像进行预处理，例如去噪处理、增强处理及二值化处理，并对所述图像进行血管骨架的提取，将二值化后的图像逐层剥去轮廓边缘上的点，变成只有一个像素点的血管骨架图像，紧接着，所述图像处理模块203依次读取所述血管骨架的各坐标点，比较所述坐标点对应的血管的直径，选出对应所述血管直径最大的一个坐标点作为最佳进针点，所述血管骨架上的点P_i(x_i,y_i)处血管直径的计算方法如下：

首先，由于血管曲率较小，可将所述血管看作是由分段的线性直线段组成，利用所述血管骨架上的多个坐标点进行拟合，获取所述血管骨架的斜率，进而求出P_i(x_i,y_i)处与血管骨架垂线的斜率。所述血管骨架垂线过所述血管骨架上的所述点P_i(x_i,y_i)，且与血管边缘线交于点A(x₁,y₁)和点B(x₂,y₂)，A、B两点之间的距离d_i即为点P_i(x_i,y_i)处的血管直径：

最后，选取d_i中的最大血管直径d_max对应的点P_max(x,y)，所述点P_max(x,y)即为所述最佳进针点。

之后，所述超声波处理模块204对最佳进针点的深度信息进行测量，利用皮肤结构中表皮、皮下组织等都是静态的，而所述血管中流动的血液则是动态的原理，探测到所述最佳进针点P_max(x_max,y_max)对应血管的深度为h_max，为针头进一步定位。

随后，根据已经获得的所述最佳进针点的坐标和深度，控制所述第三驱动电机132和所述第四驱动电机134使得所述针头138b到达进针初始位置，所述进针初始位置如图11所示。所述进针初始位置满足所述针头138b距离所述最佳采血点的垂直高度为2h_max、以及所述针头138b的延长线经过所述最佳采血点。

之后，所述消毒液自动喷雾器138a上设有传感器，当所述传感器检测到所述消毒液自动喷雾器138a足够靠近所述手臂时，所述消毒液自动喷雾器138a开始自动喷洒消毒气雾，对手臂采血区域进行消毒。

随后，所述第五驱动电机136驱动所述针头138b，整个所述第五驱动电机136推进所述针头138b的过程，从所述进针初始位置开始推进运动，直到成功采血结束。所述第五驱动电机136推进所述针头138b的过程包括三个阶段：(a)所述针头138b未进入所述表皮；(b)所述针头138b进入所述表皮但未进入所述血管；(c)所述针头138b进入所述血管但未穿透所述血管。

在阶段(a)中，控制所述第五驱动电机136以额定速度V_额定推进所述针头138b；在阶段(b)中，控制所述第五驱动电机136以速度V_额定/2推进所述针头138b；在阶段(c)中，所述针头138b刺穿血管壁，此时控制所述第五驱动电机136以速度V_额定/4推进所述针头138b；同时，所述超声波处理模块204检测所述针头138b的位置和软管内的液体流动，若所述软管内有液体流动或者所述针头138b到达所述最佳采血点，则停止进针。

接着，由于所述真空采血管410为真空管，血液自动顺着软管流入所述真空采血管410内，待所述真空采血管410内的压力等于所述血管内的压力时，血流会自动的停止。所述超声波处理模块204检测所述软管内的液体流动，若液体流动速度接近零，则说明采血完成；否则，采血继续。

随后，控制所述第五驱动电机136驱动所述针头138b以速度V_额定/4直线退出所述血管。采血者的手臂退出所述手臂固定机构300，及时用消毒棉签进一步消毒止血。

最后，控制所述第一驱动电机112、所述第二驱动电机124、所述第三驱动电机132及所述第四驱动电机134将所述针头138b定位在换针位置，同时控制所述三自由度机械臂130完成换针操作。完成换针操作后，控制所述第一驱动电机112、所述第二驱动电机124、所述第三驱动电机132及所述第四驱动电机134将所述针头138b定位在所述采血初始位置。所述全自动静脉采血设备准备就绪，等待下一个采血者。

本发明提供的全自动静脉采血设备，其采血设备采用采血点识别与处理机构来确定最佳采血点，保障了采血过程的安全性，降低了采血者的痛苦及对医院人员的经验要求；滚珠丝杠组件、立柱、三自由度机械臂共同用于带动针头移动到达采血初始位置，滑块带动所述针头移动以进针或者出针，提高了自动化程度及效率，降低了人力资源成本，减轻了医务人员的工作强度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。