一种可实现自动换针的智能采血机的制作方法

本发明涉及一种医疗机器人，具体涉及一种可实现自动换针的智能采血机。

背景技术

人工抽血过程中，若没有找到静脉或针头扎的过深，往往会给患者带来痛苦，然而现在医院内大多采用人工抽血的方式，抽血的体验感大多数和医务人员的抽血技术息息相关；而且人工抽血的方式其过程麻烦，效率较低。

所以随着科学技术的发展，医疗器械越来越智能化，市场上出现了采用机器人代替人工抽血的产品，这种采血机器人利用红外线和超声波成像技术设计替代护士给患者打针抽血，虽然目前已有83％的准确抽血概率，但整个抽血过程还是需要人工把控，每次换针过程还是无法避免现有的人工抽血方式存在的容易被针头二次伤害感染的问题，且换针抽血过程无法实现全自动化，整体效率仍然较低，没有从根本上解决人工抽血存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服以上技术问题，提供一种可实现自动换针的智能采血机，该抽血机器人可自动完成换针、抽血、封针、脱针的过程，实现了无人化操作，自动化程度更高，采血过程安全、卫生。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可实现自动换针的智能采血机，包括抽血机器人的操作手臂，在操作手臂末端设置有下针调节支架，还包括针筒、换针机构、推针机构、抽血脱针机构、封针机构，其中：

所述换针机构包括大圆筒和小圆筒，所述大圆筒和小圆筒的周向侧壁一体成型连接且中心轴线相互平行，且大圆筒通过安装架与下针调节支架底端连接，在大圆筒内设置有一圈优弧挡板和劣弧挡板，优弧挡板和劣弧挡板将大圆筒分割成两个腔室，其中优弧挡板外壁与大圆筒内壁之间所形成的环形通道为针筒放置室，劣弧挡板内凹壁与优弧挡板内壁所围成的腔室为驱动室，在驱动室中安装有驱动电机和推杆，所述推杆的一端通过转动轴与驱动电机的输出轴连接、另一端置于针筒放置室内且可沿大圆筒的周向推动针筒，劣弧挡板的一端与大圆筒和小圆筒的交界处通过转轴铰接、另一端与复位弹簧的a端连接，复位弹簧的b端与转动轴外侧的固定套筒固定；所述小圆筒的内腔为换针腔且与针筒放置室相通；

所述推针机构包括针筒检测机构、推针控制驱动模块、电动液压推杆和电磁头，推针控制驱动模块通过安装架与下针调节支架底端连接，所述电磁头的直径小于换针腔的内径，电动液压推杆的一端与电磁头连接、另一端与推针控制驱动模块连接，所述电磁头穿过小圆筒的端部置于换针腔中且通过导线与推针控制驱动模块连接，针筒检测机构内嵌在换针腔内且通过导线与推针控制驱动模块连接；

所述抽血脱针机构包括小圆筒，所述小圆筒包括固定板和活动板，固定板与活动板的一轴向截面通过合页连接、另一轴向截面之间形成脱针槽口，还包括两个与推针控制驱动模块通过导线连接的液压缸，每个液压缸的一端与大圆筒外侧壁固定、另一端与活动板底端的底板上表面固定，底板的另一侧与固定板通过连接柱固定，所述两个液压缸之间的垂直间距大于针筒轴向长度；

所述封针机构包括第一转盘、第二转盘、电动液压臂、a电机、b电机，所述第一转盘和第二转盘之间通过针盖卷带连接缠绕，第一转盘安装在操作手臂的上段且其转轴与a电机连接，所述电动液压臂的电机端通过横向支撑柱与操作手臂上段连接、活塞杆的自由端通过支撑板与b电机连接，所述b电机的输出端与第二转盘的转轴连接，在支撑板的上表面还设置有电动推杆，所述a电机、b电机、电动液压臂、电动推杆分别与抽血机器人的控制系统连接；

自动换针脱针工作过程如下：

当推杆推动针筒时，所述针筒通过劣弧挡板挤压处于原始状态的复位弹簧，并进入换针腔内；当针筒检测机构检测到针筒置于换针腔内时，所述电动液压推杆推动针筒沿换针腔的轴向移动且使针头置于小圆筒外端；当下针调节支架控制针筒下针放平后，所述液压缸压缩使固定板和活动板夹住针筒，电磁头吸住针筒尾端并朝远离针头的方向移动；当抽血机器人检测到抽血完成后，所述电动液压臂伸长，a电机和b电机正转或反转，使得针盖卷带最低端的针盖开口端对准针头，电动推杆伸长推动针盖卡接在针筒上；所述推针控制驱动模块控制液压缸伸长使得固定板与活动板松开针筒，电动液压推杆通过电磁头吸住针筒并朝远离针头的方向移动，直至针筒位于两个液压缸之间，推针控制驱动模块控制电磁头断电，针筒通过脱针槽口滚动在底板上。

现有的机器人通过模拟人抽血的一系列动作完成抽血过程，在每次抽血前都需要人工重新将针头安装在推进器上，然后再通过软管与存血试管连接，该存血试管包括抽管和直管，抽管的一端置于直管内，当针头插入人体皮肤后，然后医疗人员再操控存血试管，即模拟针筒抽血的动作，使得软管与针头内形成负压，保证血液倒流入存血试管内，完成抽血操作，然后人工再将安装在推进器上的针头取下，整个过程除了定点采血不需要人工操作以外，其针头的安装和取下以及保证血流入存血试管的过程都需要人工操作，需要有人一直守在机器人旁并且对每位抽血者的抽血过程进行把控，这仍然需要耗费人力。且由于推进器的位置较低，取针头的视野被操作手臂下针调节支架所挡住，并不开阔，这使得人们在取针或安装时更易被针头划伤，加大了血液感染、疾病传播的概率。

而且目前市面上也没有自动换针、封针、脱针结构，还能保证在换针、封针、脱针的过程中完成抽血过程，所以发明人在仔细研究现有的医疗抽血机器人的基础上，对抽血机器人做了改进：在现有的抽血机器人操作手臂末端的下针调节支架中去除了推进器，增加了换针机构、推针机构、封针机构、抽血脱针机构，各个机构结构如上述所示。换针机构由两个圆筒组成，针筒放置室为一个环形通道，针筒可从大圆筒的一端面放入并安装在针筒放置室内，每个针筒的中心线与大圆筒的中心线重合，在针筒放置室安装完后的针筒成环形分布，推杆用于推动远离换针腔的针筒；本发明在设计时，可将优弧挡板的轴向长度设计来短于大圆筒的轴向长度，这样推杆可靠着优弧挡板的一端面推动针筒移动；或者优弧挡板与大圆筒的轴向等长，在优弧挡板上开一个弧形孔槽，这样推杆可穿过弧形孔槽且绕着弧形孔槽推动针筒移动。在推杆不移动的情况下，与劣弧挡板连接的复位弹簧处于未受形变状态，此时劣弧挡板与大圆筒以及优弧挡板之间的间距较窄，可保证针筒放置室内针筒无法在自然状态下进入换针腔中；然后利用抽血机器人的控制系统控制驱动电机转动，驱动电机的输出轴带动转动轴使得推杆推动，然后最后一个针筒受到挤压，依次推动前方的针筒，并在针筒放置室内朝着靠近换针腔的方向移动，最靠近换针腔的针筒受到挤压后会对劣弧挡板的外凸面也施加一个挤压力；由于劣弧挡板的一端铰接，处于可活动状态，针筒挤压劣弧挡板时，复位弹簧会受到一个挤压力收缩使得劣弧挡板与大圆筒之间的间距扩大，针筒在重力的作用下进入换针腔中，此时控制推杆不动，复位弹簧失去挤压力会靠自身的弹性回复力反弹，使得劣弧挡板与大圆筒之间的间距变窄，避免后一个针筒下落。

针筒下落在换针腔后，由于推针控制驱动模块均受抽血机器人的控制系统控制，针筒检测机构检测到针筒置于换针腔内后，推针控制驱动模块就控制电动液压推杆推动针筒的尾端沿换针腔的轴向移动且使针头置于小圆筒外端。然后两个液压缸压缩使固定板和活动板夹住针筒，此时大圆筒、小圆筒都处于张紧一体化状态，而换针机构、推针机构均通过安装架与下针调节支架底端连接，所以通过调节下针调节支架运动，可使得置于小圆筒外端的针头完成下针动作；当下针调节支架控制针筒下针放平后，抽血机器人的控制系统控制推针控制驱动模块工作，推针控制驱动模块控制电动液压推杆缩短，由于针筒通过固定板和活动板夹住处于稳固状态，电动液压推杆缩短后可通过磁性头吸住针筒尾端的活塞杆并朝远离针头的方向移动，使得针筒内形成负压，完成抽血工作。当抽血机器人检测到抽血完成后，封针机构的电动液压臂伸长，第二转盘和第一转盘之间的相对间距增长，使得连接第一转盘和第二转盘之间处于松弛状态的针盖卷带下落绷直，其位置在调节时，要保证针盖卷带最低端的针盖开口端对准针头，然后再利用抽血机器人的控制系统控制位于支撑板上的电动推杆伸长推动针盖，使针盖将针头包裹后卡接在针筒上，以此完成整个封针的过程。当封针完后，电动液压臂缩短，使得整个封针机构往上提，避免影响下个人抽血下针；当电动液压臂缩短后，b电机转动，将脱离针盖部分的针盖卷带条缠绕收紧。封针完后，抽血机器人的控制系统再通过推针控制驱动模块控制液压缸伸长使得固定板与活动板松开针筒，电动液压推杆通过电磁头吸住针筒，整个针筒再朝远离针头的方向移动，直至针筒位于两个液压缸之间，此时推针控制驱动模块控制电磁头断电，这时针筒不受电磁吸力的作用，并且由于液压缸伸长抬高了整个大圆筒和固定板，活动板的合页连接处失去压力自然下垂，针筒在重力的作用下通过脱针槽口针筒脱离换针腔滚落在底板上，医护人员可拿起进行检测；当下一个抽血者准备好后，控制抽血机器人启动，又可重复上述工作。

通过本发明，该抽血机器人可自动完成换针、抽血、封针、脱针的过程，极大的减轻了人力劳动量，实现了机器人抽血的自动化过程，并且取针方便，有效避免了人们在取针或安装时更易被针头划伤的问题，具有极大的经济和实用价值；同时，采用封针结构将针盖盖在针头上，可避免空气中的细菌从针头孔进入针筒血液中，以此也可提高后续血液检测的精度，安全卫生。

所述针筒包括带有针头的圆筒，在圆筒外壁上设置有与针盖匹配的卡接凸点、内部设置有活塞杆，所述活塞杆的轴向长度大于圆筒轴向长度，且活塞杆位于圆筒外的一端为不锈钢圆片，所述不锈钢圆片的直径小于圆筒的外径。进一步的，以上为本发明针筒的具体结构，该结构可自由的在换针腔内轴向移动，上述中的针筒内的活塞杆的长度大于针筒长度，且活塞尾端，即不锈钢圆片可便于吸附在电磁头上。

优选的，在操作手臂的上段开有一个槽口，所述a电机的尾端穿过槽口部分置于操作手臂外侧、输出轴与第一转盘的转轴固定，第一转盘另一端的转轴通过悬臂杆与操作手臂固定。将a电机直接以内插式的方式安装在操作手臂上，既可缩小电动液压臂与操作手臂之间的空间，同时可对a电机工作时起到稳定作用。

所述底板的上表面为橡胶垫斜面，底板的厚度朝远离小圆筒的方向逐渐减小。进一步的，这样的结构可便于针筒从底板上滚动到桌面上，以便医生拿取编号；橡胶垫斜面可起到缓冲作用，降低对针筒内血液的震荡力。

优选的，所述复位弹簧包括限位筒、螺旋弹簧、a弧形板、b弧形板，所述限位筒的一端与a弧形板连接、另一端为椭圆形内腔的开口端，所述螺旋弹簧与限位筒的椭圆形内腔相互匹配，螺旋弹簧的一端置于限位筒内与a弧形板连接、另一端与b弧形板连接。以上结构为复位弹簧的具体结构，限位筒的设置可降低螺旋弹簧偏振形变的概率，延长螺旋弹簧的使用寿命。a弧形板、b弧形板的安装面均为弧面，可更好的与转动轴外筒和劣弧挡板的内凹面安装贴合。另外，发明人经过将限位筒设计为椭圆形，这样可大大增加螺旋弹簧沿大圆筒轴向的截面积，进一步限制螺旋弹簧的受力方向，提高螺旋弹簧的稳定性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种可实现自动换针的智能采血机，在现有的抽血机器人操作手臂末端的下针调节支架中去除了推进器，增加了换针机构、推针机构、抽血脱针机构、封针机构，并针对改进的机器人设置了特制的针筒，通过以上结构使得改进后的抽血机器人可自动完成换针、抽血、封针、脱针的过程，极大的减轻了人力劳动量，实现了机器人抽血的自动化过程，并且取针方便，有效避免了人们在取针或安装时更易被针头划伤的问题，具有极大的经济和实用价值；同时，采用封针结构将针盖盖在针头上，可避免空气中的细菌从针头孔进入针筒血液中，以此也可提高后续血液检测的精度，安全卫生；

2、本发明一种可实现自动换针的智能采血机，对现有的复位弹簧做了改进，具有稳定性强等优点，使得换针机构的使用寿命大大提升。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明抽血机器人的结构示意图；

图2为本发明换针机构、抽血脱针机构、封针机构的放大示意图；

图3为本发明换针机构的剖面示意图；

图4为本发明针筒结构示意图；

图5为本发明复位弹簧的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-操作手臂，2-下针调节支架，3-大圆筒，4-优弧挡板，5-劣弧挡板，6-针筒放置室，7-驱动室，8-驱动电机，9-推杆，10-转动轴，11-换针腔，12-复位弹簧，13-推针控制驱动模块，14-电动液压推杆，15-电磁头，16-固定板，17-活动板，18-脱针槽口，19-底板，20-液压缸，21-第一转盘，22-第二转盘，23-电动液压臂，24-a电机，25-b电机，26-针盖卷带，27-横向支撑柱，28-支撑板，29-电动推杆，30-针筒，121-限位筒，122-螺旋弹簧，123-a弧形板，124-b弧形板，311-圆筒，312-不锈钢圆片，313-卡接凸环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1～4所示，本发明一种可实现自动换针的智能采血机，包括抽血机器人的操作手臂1，在操作手臂1末端设置有下针调节支架2，还包括针筒30、换针机构、推针机构、抽血脱针机构、封针机构，其中：

所述换针机构包括大圆筒3和小圆筒，所述大圆筒3和小圆筒的周向侧壁一体成型连接且中心轴线相互平行，且大圆筒3通过安装架与下针调节支架2底端连接，在大圆筒3内设置有一圈优弧挡板4和劣弧挡板5，优弧挡板4和劣弧挡板5将大圆筒3分割成两个腔室，其中优弧挡板4外壁与大圆筒3内壁之间所形成的环形通道为针筒放置室6，劣弧挡板5内凹壁与优弧挡板4内壁所围成的腔室为驱动室7，在驱动室7中安装有驱动电机8和推杆9，所述推杆9的一端通过转动轴10与驱动电机8的输出轴连接、另一端置于针筒放置室6内且可沿大圆筒3的周向推动针筒，劣弧挡板5的一端与大圆筒3和小圆筒的交界处通过转轴铰接、另一端与复位弹簧12的a端连接，复位弹簧12的b端与转动轴10外侧的固定套筒固定；所述小圆筒的内腔为换针腔11且与针筒放置室6相通；

所述推针机构包括针筒检测机构、推针控制驱动模块13、电动液压推杆14和电磁头15，推针控制驱动模块13通过安装架与下针调节支架2底端连接，所述电磁头15的直径小于换针腔11的内径，电动液压推杆14的一端与电磁头15连接、另一端与推针控制驱动模块13连接，所述电磁头15穿过小圆筒的端部置于换针腔11中且通过导线与推针控制驱动模块13连接，针筒检测机构内嵌在换针腔11内且通过导线与推针控制驱动模块13连接；

所述抽血脱针机构包括小圆筒，所述小圆筒包括固定板16和活动板17，固定板16与活动板17的一轴向截面通过合页连接、另一轴向截面之间形成脱针槽口18，还包括两个与推针控制驱动模块13通过导线连接的液压缸20，每个液压缸20的一端与大圆筒3外侧壁固定、另一端与活动板17底端的底板19上表面固定，底板19的另一侧与固定板16通过连接柱固定，所述两个液压缸20之间的垂直间距大于针筒轴向长度；

所述封针机构包括第一转盘21、第二转盘22、电动液压臂23、a电机24、b电机25，所述第一转盘21和第二转盘22之间通过针盖卷带26连接缠绕，第一转盘21安装在操作手臂的上段且其转轴与a电机24连接，所述电动液压臂23的电机端通过横向支撑柱27与操作手臂1上段连接、活塞杆的自由端通过支撑板28与b电机25连接，所述b电机25的输出端与第二转盘22的转轴连接，在支撑板28的上表面还设置有电动推杆29，所述a电机24、b电机25、电动液压臂23、电动推杆29分别与抽血机器人的控制系统连接；

自动换针脱针工作过程如下：

当推杆9推动针筒时，所述针筒30通过劣弧挡板5挤压处于原始状态的复位弹簧12，并进入换针腔11内；当针筒检测机构检测到针筒置于换针腔11内时，所述电动液压推杆14推动针筒30沿换针腔11的轴向移动且使针头置于小圆筒外端；当下针调节支架2控制针筒下针放平后，所述液压缸20压缩使固定板16和活动板17夹住针筒30，电磁头15吸住针筒尾端并朝远离针头的方向移动；当抽血机器人检测到抽血完成后，所述电动液压臂23伸长，a电机24和b电机24正转或反转，使得针盖卷带26最低端的针盖开口端对准针头，电动推杆29伸长推动针盖卡接在针筒30上；所述推针控制驱动模块13控制液压缸20伸长使得固定板16与活动板17松开针筒，电动液压推杆14通过电磁头15吸住针筒并朝远离针头的方向移动，直至针筒位于两个液压缸20之间，推针控制驱动模块13控制电磁头15断电，针筒通过脱针槽口18滚动在底板19上。所述针筒30包括带有针头的圆筒311，在圆筒311外壁上设置有与针盖匹配的卡接凸环313、内部设置有活塞杆，所述活塞杆的轴向长度大于圆筒311轴向长度，且活塞杆位于圆筒311外的一端为不锈钢圆片312，所述不锈钢圆片312的直径小于圆筒311的外径。在操作手臂1的上段开有一个槽口，所述a电机24的尾端穿过槽口部分置于操作手臂1外侧、输出轴与第一转盘21的转轴固定，第一转盘21另一端的转轴通过悬臂杆与操作手臂固1定。所述底板19的上表面为橡胶垫斜面，底板19的厚度朝远离小圆筒的方向逐渐减小。

以上结构中，针筒检测机构为压力传感器或红外传感器，以检测针筒是否置于换针腔内。推针控制驱动模块13包括电动液压缸、控制芯片，控制芯片与抽血机器人控制系统连接，并同时与电动液压缸、电磁头15、抽血脱针机构中的液压缸20通过导线连接，通过在控制芯片中设定各个部件工作步骤和顺序，即可完成上述动作。

通过本发明，抽血机器人可自动完成换针、抽血、封针、脱针的过程，极大的减轻了人力劳动量，实现了机器人抽血的自动化过程，并且取针方便，有效避免了人们在取针或安装时更易被针头划伤的问题，具有极大的经济和实用价值；同时，采用封针结构将针盖盖在针头上，可避免空气中的细菌从针头孔进入针筒血液中，以此也可提高后续血液检测的精度，安全卫生。

实施例2

如图5所示，在实施例1的基础上，所述复位弹簧12包括限位筒121、螺旋弹簧122、a弧形板123、b弧形板124，所述限位筒121的一端与a弧形板123连接、另一端为椭圆形内腔的开口端，所述螺旋弹簧122与限位筒121的椭圆形内腔相互匹配，螺旋弹簧122的一端置于限位筒内与a弧形板123连接、另一端与b弧形板124连接。发明人经过将限位筒设计为椭圆形，这样可大大增加螺旋弹簧沿大圆筒轴向的截面积，进一步限制螺旋弹簧的受力方向，提高螺旋弹簧的稳定性，使得换针机构的使用寿命大大提升。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。