拭子采样头、自动采样组件、自动采样系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种拭子采样头、自动采样组件、自动采样系统。


背景技术：

2.核酸检测是确诊新型冠状病毒的重要依据，而拭子采样是进行核酸监测的重要步骤。
3.现有的拭子采样过程，以咽拭子采样为例。一般通过采样者人工操作，需操作拭子在指定区域进行采样，由于每个受检者口腔环境不同，对采样者的技术、经验均提出了较高的要求；同时，在需要开展大批量检测时，由于工作量很大，工作强度很高，采样者在反复的机械劳动中，可能无法保证所有样本的采样精度，并且可能无法每次都手消毒达到标准要求，增加了受检者间交叉传染的风险。
4.然而，现有自动的拭子采样装置在实际运用中，仍然存在一些有待改进的问题：
5.一、由于采样个体的多样化，以及采样个体站位姿势的不同，导致采样过程中所需的进给量各不相同，拭子与人体软组织接触时容易出现局部过度挤压，存在受伤的风险；
6.二、有效的采样过程需要保证拭子浮动，在口腔里面发生相对位移。由于采样的力非常小，自动的拭子采样装置不容易控制感应拭子是否有效采集到人体软组织上的样本，容易出现无效采样或假阴性等采样事故。
7.有鉴于此，本技术提供了一种拭子采样头、自动采样组件、自动采样系统，以克服上述的问题。


技术实现要素：

8.本实用新型的一个目的是提供一种拭子采样头。
9.本实用新型的一个目的是提供一种自动采样组件。
10.本实用新型的一个目的是提供一种自动采样系统。
11.根据本实用新型第一方面的一种拭子采样头，包括抱持部，限定抱持空间，能够抱持所述拭子；驱动部，与所述抱持部连接，以驱动所述抱持部具有第一抱持状态或第二抱持状态；施力部，能够与所述拭子作用而对所述拭子提供采样力；当所述抱持部为所述第一抱持状态，所述抱持部能够夹紧所述拭子；当所述抱持部为所述第二抱持状态，所述抱持部能够与所述拭子松脱，使得所述拭子能相对所述抱持部移动且受到所述施力部提供的采样力。
12.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述施力部包括弹簧件以及被所述弹簧件套设的轴件；当所述抱持部为所述第二抱持状态，所述弹簧件的能够响应所述拭子的移动的作用而回复弹性力，所述轴件发生在轴向的位移，位移量为所述弹簧件的弹性形变量。
13.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述弹簧件以及轴件位于所述抱持部的抱持空间内和/或位于所述抱持空间的延伸空间内，能够直接或间接与所述拭子连接。
14.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述弹簧件的数量为多个，所述弹簧件以及轴件位于所述抱持部的抱持空间外以及位于所述抱持空间的延伸空间外；所述施力部还包括挡板，当所述抱持部为所述第二抱持状态，所述挡板的一侧能够与所述拭子抵接，所述挡板的另一侧与多个所述弹簧件连接，受到所述弹簧件回复的弹性力。
15.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述轴件具有检测部，所述拭子采样头还包括位移传感器，所述检测部能够被所述位移传感器检测，以感测所述轴件的位移量。
16.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述弹簧件的胡克系数为0.01n/mm-0.5n/mm。
17.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述轴件的位移量的阈值为2mm-30mm。
18.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述第二抱持状态的抱持部与所述拭子的被抱持的部位之间的间隙为至少0.01mm。
19.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述抱持部包括第一抱持体、第二抱持体；所述驱动部至少与一抱持体连接，所述第一抱持体、第二抱持体之间能够相对位移，使得所述第一抱持体、第二抱持体之间具有第一间距或第二间距，所述第一间距对应所述第一抱持状态，所述第二间距对应所述第二抱持状态。
20.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述驱动部包括电动夹爪，所述电动夹爪的第一爪与所述第一抱持体连接，所述电动夹爪的第二爪与所述第二抱持体连接，所述第一爪、第二爪能够沿位移轨道位移，使得所述第一抱持体、第二抱持体之间能够相对位移而对应具有所述第一间距或所述第二间距。
21.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述第一抱持体、第二抱持体的内壁提供用于所述拭子相对所述抱持部移动的移动轨道。
22.在所述拭子采样头的一个或多个实施例中，所述抱持部的轴线方向、所述施力部的轴线方向重合或者平行。
23.根据本实用新型第二方面的一种自动采样组件，包括如第一方面所述的拭子采样头，以及与所述拭子采样头连接的运动装置。
24.在所述自动采样组件的一个或多个实施例中，所述拭子采样头包括位移传感器，所述拭子采样头的施力部包括弹簧件以及被弹簧件套设的轴件，所述位移传感器、所述运动装置能够与控制单元电连接；当所述抱持部为所述第二抱持状态，所述运动装置为进给运动，以推动所述拭子采样头，所述弹簧件的能够响应所述拭子的移动的作用而回复弹性力，所述轴件发生在轴向的移动，移动量为所述弹簧件的弹性形变量，当所述轴件的位移量为阈值，所述运动装置停止所述进给运动。
25.根据本实用新型第三方面的一种自动采样系统，包括壳体以及如第二方面所述的拭子自动采样组件，所述壳体限定容纳空间，所述拭子自动采样组件位于该容纳空间内。
26.采用以上介绍的拭子采样头、自动采样组件、自动采样系统的有益效果包括但不限于，通过抱持部、驱动部以及施力部的协同作用，使得抱持部在非采样时与拭子夹紧的第一抱持状态，而进行采样时处于与拭子松脱的第二抱持状态，使得在采样时拭子可以相对抱持部移动且受到所述施力部提供的采样力，使得采样力可以通过感测拭子的移动量进行精确地感测，使得采样头在自动采样的过程中能够缓和、精确地施加采样力，既实现了避免
过度挤压的风险，也可以保证采样的有效性，避免出现无效采样或假阴性等采样事故。
附图说明
27.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：
28.图1是一实施例的拭子自动采样组件的结构示意图。
29.图2是一实施例的拭子采样头的结构示意图。
30.图3是一实施例的拭子采样头的抱持部为第一抱持状态的结构示意图。
31.图4是一实施例的拭子采样头的抱持部为第二抱持状态的结构示意图。
32.图5是一实施例的拭子采样头的抱持部为非抱持状态的结构示意图。
33.图6是一实施例的拭子采样头的俯视结构示意图。
34.图7是一实施例的拭子采样头的轴件位于初始位置的结构示意图。
35.图8是一实施例的拭子采样头的轴件的位移为阈值的结构示意图。
36.图9是另一实施例的拭子采样头的轴件位于初始位置的结构示意图。
37.图10是另一实施例的拭子采样头的轴件的位移为阈值的结构示意图。
38.附图标记
39.100-拭子自动采样组件，10-拭子采样头，20-运动装置，30-拭子，40-控制单元；
40.1-抱持部，11-第一抱持体，111-第一抱持体的内壁，12-第二抱持体，121-第二抱持体的内壁，s-抱持空间，s1-抱持空间的轴向延伸空间，a1-第一抱持状态，a2-第二抱持状态，a3-非抱持状态，d1-第一间距，d2-第二间距，d3-第三间距，ax1-抱持部的轴线方向，g-间隙；
41.2-驱动部，21-电动夹爪，211-第一爪，212-第二爪；
42.3-施力部，31-弹簧件，311-弹簧件的自由端，p1-弹簧件的自由端在初始状态的位置，p2-弹簧件的自由端对应轴件的位移为阈值的位置，32-轴件，321-检测部，33-第一挡板，34-第二挡板，ax2、ax3-施力部的轴线方向；
43.301-拭子的头部，302-拭子的尾部；
44.4-位移传感器。
具体实施方式
45.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。
46.另外，需要理解的是，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”、“一个或多个实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
47.现有的拭子采样过程，以咽拭子采样为例。一般通过采样者人工操作。而采用自动
的拭子采样，面临拭子与人体软组织接触时容易出现局部过度挤压，存在受伤的风险，以及自动的拭子采样装置不容易控制感应拭子是否有效采集到人体软组织上的样本，容易出现无效采样或假阴性等采样事故的缺点。
48.在一种对比方案中，为了实现精确地施加采样力，采用力传感器直接感测的结构。但发明人经过深入研究发现，在此对比方案中，使用力传感器虽然可以检测在采样进给方向的采样力并进行一定的安全防护控制，但拭子或者抱持部本身不会进行移动，在物理上无法实现防护缓冲，仍具有一定的安全隐患。并且由于人体组织例如口腔可承受的支持的采样力非常小，大多数力传感器无法达到响应力传感的精度，使得该对比方案较为昂贵。发明人经过研究，发现采用弹簧件以及轴件的弹簧装置以及位移传感器的方案也可以精准的采集采样力的变化，且灵敏度很高，同时利用弹簧件实现了拭子的顺应浮动，达到了物理上的安全缓冲的效果。
49.基于以上，发明人经过深入研究，发明了一种拭子采样头，其通过抱持部、驱动部以及施力部的协同作用，使得抱持部在非采样时与拭子夹紧的第一抱持状态，而进行采样时处于与拭子松脱的第二抱持状态，使得在采样时拭子可以相对抱持部移动且受到所述施力部提供的采样力，使得采样力可以通过感测拭子的移动量进行精确地感测，使得采样头在自动采样的过程中能够缓和、精确地施加采样力，既实现了避免过度挤压的风险，也可以保证采样的有效性，避免出现无效采样或假阴性等采样事故。
50.可以理解到，以下实施例描述的拭子采样，以对人体口腔进行咽拭子采样为例，但不以此为限，可以适用于对人体其它组织进行拭子采样。
51.参考图1所示的，在一些实施例中，拭子自动采样组件100包括拭子采样头10以及与拭子采样头10连接的运动装置20。如图1所示的，拭子采样头10可以安装有用于进行采样的拭子30，拭子30的结构一般为拭子的头部301与人体的组织接触，而尾部302为拭子被采用头10抱持的部位。运动装置20可以是图1所示的机械臂，但不以此为限，例如也可以是机器人，任何可以使得拭子采样头10运动的装置均符合运动装置20的解释范围。
52.在一些实施例中，上述的拭子自动采样组件100可以应用于自动采样系统，自动采样系统例如自动核酸采样小屋，其具有壳体，壳体限定有容纳空间，将上述的实施例的自动采样组件100设置于该容纳空间内。
53.结合图1，参考图2至图5，以及图7、图8所示，在一些实施例中，拭子采样头10包括抱持部1、驱动部2以及施力部3。抱持部1限定抱持空间s，能够抱持拭子30，如图2所示的，抱持部1一般抱持拭子30的尾部302。驱动部2与抱持部1连接，以驱动抱持部1具有第一抱持状态a1或第二抱持状态a2。
54.此处的“抱持状态”是相对于“非抱持状态”而言的，例如图3、图4所示的，抱持部1分别为第一抱持状态a1、第二抱持状态a2，在抱持状态，拭子30与抱持部1接触而受到抱持部1的抱持而被支承。而如图5所示的，抱持部1为非抱持状态a3，此时抱持部1与拭子30为非接触结构，拭子30可以从抱持部1卸下脱离。
55.参考图3所示的，在第一抱持状态a1，抱持部1在该状态下夹紧拭子30。参考图4、图7、图8所示的，在第二抱持状态a2，抱持部1在该状态下与拭子30松脱，可以理解到，此处的松脱，并非上述非抱持状态a3的脱离，抱持部1仍旧是抱持拭子30。如图7、图8所示的，对应第二抱持状态a2，拭子30能相对抱持部轴向移动，且受到施力部3提供的采样力。
56.可以理解到，一般而言，第二抱持状态a2相比于第一抱持状态a1而言，抱持部1在第一抱持状态a1与拭子30受到抱持的尾部302夹紧无间隙，在第二抱持状态a2与拭子30受到抱持的尾部302存在间隙g。但也存在驱动部可以精确地对抱持部1施加力，在第二抱持状态a2时对抱持部1施加的夹紧力几乎为零，那么此时的第二抱持状态a2可以是与尾部302无间隙的。但一般而言，抱持部1在第二抱持状态a2实现对抱持部1施加的夹紧力几乎为零，与尾部302无间隙需要很高的控制精度。因此如图4所示的，第二抱持状态a2的抱持部1与拭子30的被抱持的部位(即尾部302)之间的间隙g为至少0.01mm。以0.01mm为较佳值，其有益效果在于，尽量小的间隙可以减少拭子30除了轴向方向位移以外的晃动，例如在抱持空间内径向的晃动，使得拭子30的移动与轴件32的轴向移动的位移量以及弹簧件31的弹性形变量更为精确的对应，从而使得采样力更为精确地被感测。
57.采用以上实施例的有益效果在于，通过抱持部1、驱动部2以及施力部3的协同作用，使得抱持部1在非采样时为与拭子30夹紧的第一抱持状态a1，而进行采样时处于与拭子30松脱的第二抱持状态a2，使得在采样时拭子可以相对抱持部1移动且受到施力部3提供的采样力，使得采样力可以通过直接感测拭子30的移动量进行精确地感测，使得采样头10在自动采样的过程中能够缓和、精确地施加采样力，既实现了避免过度挤压的风险，也可以保证采样的有效性，避免出现无效采样或假阴性等采样事故。
58.继续参考图2、图7、图8所示的，在一些实施例中，施力部3可以包括弹簧件31以及被弹簧件31套设的轴件32。如图7、图8所示的，当抱持部1为第二抱持状态a2，弹簧件31的能够响应拭子30的移动的作用而回复弹性力，轴件32与拭子30抵接，轴件32随着拭子也发生在轴向的位移，位移量为弹簧件31的弹性形变量。施力部3提供采样力的原理在于，拭子30的头部301受到口腔壁的挤压并将力传递至弹簧件31，使弹簧件31发生弹性形变使得拭子30以及轴件32能够发生相对抱持部1的位移。此处的弹性形变量，是相对于弹簧件31的初始状态而言的。图7为抱持部1从第一抱持状态a1切换为第二抱持状态a2的瞬间，此时弹簧件31即为初始状态，可以理解到，初始状态并非限定为弹簧件31的自然伸长状态，也可以是弹簧件31的预压缩或者预伸长的状态。如图7所示的，弹簧件31的自由端311在初始状态的位置为p1，在图8则移动至p2位置，该p2位置弹簧件31的自由端311对应轴件32的位移为阈值的位置，p1至p2的距离即为弹簧件31的弹性变形量，同时也是拭子30、轴件32的轴向位移的位移量。施力部3采用以上介绍的弹簧件31以及轴件32的有益效果在于，其结构简单、易于实现、成本低，并且弹簧件以及轴件的重量可以是非常轻的，因此系统的惯量很小，可以更加精确、缓和地施加足够且适当的采样力，进一步优化了避免过度挤压的风险，也可以保证采样的有效性，避免出现无效采样或假阴性等采样事故的效果。另外，由于施力部3直接对拭子30施力，因此弹簧件31可以设置的很软，即弹簧件31的胡克系数较小，发明人发现，有效采样并且避免过度挤压采样力的范围在0.2n-1n之间，并且轴件32的最大位移量，即位移量的阈值需要满足2mm-30mm，以便于轴件32的位移量为精确的感测，因此弹簧件31的胡克系数可以是0.01n/mm-0.5n/mm。优选地，采用胡克系数为0.02n/mm的弹簧件31，位移量的阈值为10mm，如此的弹簧件31较软且相对易于加工制造，施加采样力更为精确，在有效采样的基础上使得被采样者的感受较好。
59.继续参考图7、图8所示的，在一些实施例中，弹簧件31以及轴件32可以位于抱持部1限定的抱持空间s的内部和/或位于抱持空间s的轴向延伸空间s1的内部，弹簧件31可以是
通过第一挡板33与拭子30间接地连接，也可以是与拭子30直接地连接。同理，轴件32可以是如图中所示的穿过第一挡板33与拭子直接地连接，也可以是与拭子30间接地连接。采用以上实施例的有益效果在于，弹簧件31以及轴件32充分利用了抱持部1所占的空间，而减少占用额外的空间，使得拭子采用头10的结构紧凑。并且，弹簧件31以及对应的轴件32均可以是如图7、图8所示的单个弹簧件以及轴件，从而进一步简化拭子采样头10的结构。
60.参考图9、图10所示的，在一些实施例中，与图2、图7、图8所示的一个或多个实施例不同的是，弹簧件31以及轴件32的位置可以位于抱持部1限定的抱持空间s的外部以及位于抱持空间s的轴向延伸空间s1的外部。弹簧件31的数量需要是多个，例如图9所示的，两个弹簧件31以及对应的轴件32分别设置于抱持部1上下方向的两侧，但不以此为限，例如可以是更多的弹簧件31以及轴件32，也可以是位于抱持部1的左右方向的两侧。施力部3还包括第二挡板34，使得位于抱持空间s以及延伸空间s1外部的弹簧件31以及轴件32通过第二挡板34间接地连接拭子30，如图9、图10所示的，当抱持部1为第二抱持状态a2，第二挡板34的一侧能够与拭子30抵接，挡板30的另一侧与多个所弹簧件31以及轴件32连接，受到弹簧件31回复的弹性力。图9、图10与图7、图8所示的实施例类似的，图9所示的为弹簧件31的初始状态，图10与图9相比弹簧件31的弹性形变量即为轴件32的位移量。采用以上实施例的有益效果在于，在第一抱持状态a1时，可以通过夹紧第二挡板34而便于使得弹簧件31以及轴件32固定，避免弹簧件31以及轴件32在非采样状态时的频繁移动，弹簧件31以及轴件32的使用寿命长、可靠性好。但相比于图7、图8所示的实施例的方案，图9、图10所示的实施例的方案占用空间更大，并且需要考虑多个弹簧件31的同轴度的装配要求。
61.参考图1至图10所示的，在一些实施例中，轴件32具有检测部321，拭子采样头10还包括位移传感器4，检测部321能够被位移传感器4检测，以感测轴件32的位移量。检测部321的位置，可以是轴件32的端部，如此易于被位移传感器4感测。检测部321以及位移传感器4的结构一般是匹配设置的，例如检测部321可以是带有反光面的反光片体，位移传感器4对应的可以是光电位移传感器。但不以此为限，例如位移传感器4可以是接触式的位移传感器、微动开关、激光测距仪等。
62.参考图2至图10所示的，在一些实施例中，抱持部1的结构可以是包括第一抱持体11、第二抱持体12，驱动部2至少与一抱持体连接，例如与第一抱持体11、第二抱持体12连接，但不以此为限，例如也可以仅有其中之一的抱持体与驱动部2连接，使得第一抱持体11、第二抱持体12之间能够相对位移。可以理解到，以上描述并不限定抱持体的数量只能为两个，例如还可以是三个或者更多。如图3、图4所示的，使得第一抱持体11、第二抱持体12之间具有第一间距d1或第二间距d2，第一间距d1对应抱持部1的第一抱持状态a1，第二间距d2对应抱持部1的第二抱持状态a2。采用多个抱持体构成抱持部1的方案，其更易于控制驱动部2而实现较为精确的第一抱持状态、第二抱持状态的切换。可以理解到，抱持部1的结构不以多个抱持体相对移动的结构为限，例如也可以是单个柔性的抱持体，类似于喉箍的结构，抱持体为单个整圈的柔性结构，驱动部2通过对该柔性的抱持体施加力而使得该柔性的抱持体具有不同的径向尺寸，从而实现具有第一抱持状态、第二抱持状态以及状态的切换。
63.继续参考图6所示的，在一些实施例中，驱动部2可以包括电动夹爪21，电动夹爪21的第一爪211与第一抱持体11连接，电动夹爪21的第二爪212与第二抱持体12连接，第一爪211、第二爪212能够沿位移轨道径向位移，使得第一抱持体11、第二抱持体12之间能够相对
径向位移而对应具有如图3所示的第一间距d1、或者如图4所示的第二间距d2，或者如图5所示的第三间距d3。采用以上实施例介绍的电动夹爪21的结构，其原理简单、控制精度高。可以理解到，多个抱持体之间位移的方案不限于以上实施例介绍的方案，例如还可以是多个抱持体为花瓣状或者伞状结构，花瓣状或者伞状结构的一端连接有直线位移机构，通过直线位移机构的轴向位移控制花瓣状或者伞状结构的开合大小，以实现具有第一抱持状态、第二抱持状态以及状态的切换。
64.参考图2、图4所示的，在一些实施例中，第一抱持体11、第二抱持体12的内壁111、121提供用于拭子30相对抱持部1移动的移动轨道。如此可以使得拭子30沿着抱持体的内壁111、121移动，移动方向与抱持部1的轴线方向平行，可以使得拭子30的移动尽可能地沿着轴向移动，使得采样力更为精确地被感测。
65.参考图7、图8、图9、图10所示的，在一些实施例中，抱持部1的轴线方向ax1、施力部3的轴线方向ax2重合或者平行。如图7、图8所示的实施例中，抱持部1的轴线方向ax1、施力部3的轴线方向ax2重合，图9、图10所示的实施例中，抱持部1的轴线方向ax1、施力部3的轴线方向ax3平行。如此可以使得拭子30的轴向移动与施力部3的轴向移动一致性好，使得采样力更为精确地被感测。
66.参考图1，结合参考图7、图8、图9、图10所示的，在一些实施例中，拭子采样组件100的运动装置20，以及拭子采样头10的位移传感器4，运动装置20以及位移传感器4能够与控制单元40电连接，此处的电连接，可以是有线连接，也可以是通过wifi、蓝牙、4g、5g等方式的无线连接，位移传感器4将感测到轴件32的位移或者位置信号输送至控制单元40，控制单元根据位移或者位置信号判断是否达到位移量的阈值，并输出对应控制信号至运动装置20。控制单元40在空间上可以是集成于运动装置20、拭子采样头10，也可以是位于两者的外部，甚至可以在云端设置。当抱持部1为第二抱持状态a2时，与运动装置20为进给运动，推动拭子采样头10以及安装与其的拭子30挤压进行采样，位移感测器4将轴件32的位移信号传输至控制单元40，当位移传感器4感测到轴件32从图7或图9的初始位置位移至图8或图10所示的位移量为阈值的位置，控制单元40向运动装置20输出停止信号使运动装置20停止进给，以避免采样力过大而造成过度挤压而导致受伤的风险。
67.本实用新型虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。