自动采血机器人及自动采血方法与流程

本发明涉及一种自动采血机器人及自动采血方法。

背景技术：

通常，在需要采集病人的血液标本、献血等情况下，需要医护人员人工采血。如在医院、采血站等场所，被采血对象数量较多，需要医护人员长时间工作，这种长时间的重复采血作业，使得医护人员长时间处于精力高度集中的状态，容易产生疲劳，导致不期望的医疗失误出现。

为了节省人力并且减少医疗失误，出现了专门用于替代医护人员为患者采血的采血机器人，只要被采血对象的手臂就位，采血机器人就可以自动完成采血动作，医护人员只需要更换采集血液的试管。但是，由于设计方面的缺陷，已有的采血机器人在机械结构和运行方式两方面均不理想，重复扎针的情况较多，扎针错误率高，且采血舒适度低，难以满足更高的使用需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种自动采血机器人，通过对装置结构的合理配置，能够在提高采血时的扎针准确度，降低扎针错误率的同时改善采血舒适度。

本发明的一个方面在于提供一种自动采血机器人，其包括：第一直线导轨模块、第二直线导轨模块、第三直线导轨模块、图像获取模块、距离传感器模块、第一弧形导轨模块、第一滑座模块、第二弧形导轨模块、第二滑座模块、采血针模块以及控制模块，其中所述控制模块与前述的所有模块中的每一个模块均电连接，所述控制模块用于对第一直线导轨模块、第二直线导轨模块、第三直线导轨模块、第一弧形导轨模块、第一滑座模块、第二弧形导轨模块、第二滑座模块、采血针模块进行控制；其中，第一直线导轨模块和第二直线导轨模块相互垂直，第三直线导轨模块既垂直于第一直线导轨模块也垂直于第二直线导轨模块；并且，第二直线导轨模块可滑动地安装在第一直线导轨模块上，第三直线导轨模块的一个端部可滑动地安装在第二直线导轨模块上；图像获取模块和距离传感器模块分别通过支撑模块安装在第三直线导轨模块的另一个端部；第一弧形导轨模块可滑动地安装在第三直线导轨模块上，第一滑座模块可滑动地安装在第一弧形导轨模块上；第二弧形导轨模块安装在第一滑座模块上，第二滑座模块可滑动地安装在第二弧形导轨模块上；采血针模块安装在第二滑座模块上。

基于上述方案，本发明的自动采血机器人具有若干直线导轨模块和弧形导轨模块，直线导轨模块可以实现采血针在空间中的位移，弧形导轨模块可以实现采血针在空间中的姿态调整，因而一旦采血位置确定，自动采血机器人能够将采血针移动至采血位置附近并做姿态调整，直至采血针到达期望的位置和角度，从而达到降低扎针错误率及改善舒适度的目的。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第一弧形导轨模块所在的平面与所述第二弧形导轨模块所在的平面相互垂直。这样的设计避免引入不必要的角度，有利于简化采血针的姿态调整过程，可提高采血舒适度。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第二弧形导轨模块通过第一连接件和第二连接件安装在所述第一滑座模块上，其中，所述第一连接件安装在所述第一滑座模块上，所述第二连接件安装在所述第一连接件上，所述第二弧形导轨模块安装在所述第二连接件上；并且，所述第一连接件为弯折结构，弯折处所夹钝角为100～150度；所述第二连接件为弯折结构，弯折处所夹锐角为50～70度。这样的设计机械结构紧凑，并且方便被采血对象观察采血针移动和/或姿态调整。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第一连接件的弯折处所夹钝角为120～140度，例如135度，所述第二连接件的弯折处所夹锐角为55～65度，例如60度。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述支撑模块为第四直线导轨模块，且所述图像获取模块和所述距离传感器模块分别能够在所述第四直线导轨模块上滑动。优选地，第四直线导轨模块与控制模块电连接。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第一弧形导轨模块的弧度小于等于π，所述第二弧形导轨模块的弧度小于等于π/2。这样的设计在满足采血针姿态调整时的轨道长度需求的同时可减少自动采血机器人的总重量。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，将所述第一弧形导轨模块、所述第二弧形导轨模块以及所述采血针模块设置为使第一弧形导轨模块的圆心、所述第二弧形导轨模块的圆心以及所述采血针模块的采血针的针尖三者始终重合。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第一弧形导轨模块上安装有限位块，分别位于所述第一弧形导轨模块的两个端部附近。安装限位块可以防止弧形轨道上的滑座意外脱落。优选地，所述限位块的数量为两个。进一步优选地，所述第二弧形导轨模块上可安装有限位块，优选所述限位块的数量为两个，分别位于所述第二弧形导轨模块的两个端部附近。

根据本发明的自动采血机器人，优选地，所述第一直线导轨模块、所述第二直线导轨模块、所述第三直线导轨模块和任选的第四直线导轨模块、第一弧形导轨模块、第一滑座模块、第二弧形导轨模块和第二滑座模块中均包含电机，所述电机用于驱动对应的模块或滑座的移动。利用电机驱动导轨模块的定位精度高，有利于提高自动采血机器人的性能。

在某些实施方案中，本发明的自动采血机器人进一步包括回血检测模块，用于检测扎针后一定时间内(优选1～60s，更优选10～50s，进一步优选20～40s)是否存在回血，以便判断是否扎针成功。

本发明的另一方面在于提供一种自动采血方法，所述自动采血方法基于本发明的自动采血机器人，所述方法包括：所述图像获取模块对被采血对象的皮肤进行图像采集，并将采集到的图像信息发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述图像信息确定被采血对象的皮肤上的采血位置；所述距离传感器模块检测采血针的针头与所述采血位置之间的距离，并将采集到的距离信息发送给所述控制模块；所述控制模块根据所述采血位置和所述距离信息确定针对各个模块的控制数据，并根据所述控制数据下发控制命令；所述第一直线导轨模块、所述第二直线导轨模块、所述第三直线导轨模块接收所述控制命令并根据所述控制命令分别在对应的直线导轨上移动，以使针头到达与所述采血位置相关的第一预定位置；然后，第一滑座模块和/或第二滑座模块接收所述控制命令并根据所述控制命令分别在第一弧形导轨模块和/或第二弧形导轨模块上移动，以使所述采血针处于第一姿态；其中，所述第一预定位置与所述采血位置之间的距离小于等于20mm，优选小于等于15mm，更优选小于等于10mm。所述第一姿态包括所述采血针相对于被采血对象的皮肤的夹角为10～20度；

所述控制模块控制所述采血针模块执行采血针扎入动作，然后进一步控制所述第一滑座模块和/或所述第二滑座模块移动，以使所述采血针处于第二姿态，其中所述第二姿态包括相对于被采血对象的皮肤的夹角为3～8度；

接下来，所述控制模块控制所述采血针模块执行抽血动作，并在抽血完成后控制所述采血针模块执行采血针拔出动作。

在上述各个步骤中，所述第一弧形导轨模块的圆心、所述第二弧形导轨模块的圆心以及所述采血针模块中的采血针的针尖三者始终重合。

在某些实施方案中，自动采血方法还包括回血检测步骤，其包括当采血针模块执行采血针扎入动作后，检测导管内是否存在回血，以此作为是否扎入成功的标准。在某些实施方案中，当未检测到回血时，则执行拔出动作。由此防止扎针失败产生的影响。

根据上述自动采血方法，利用图像获取模块和距离传感器模块确定位于被采血者皮肤上的采血位置，定位准确度高，利用若干直线导轨模块和弧形导轨模块实现采血针在空间中的位移以及采血针的姿态调整，能够提高采血时的扎针准确度，从而降低扎针错误率，并且当所述采血针模块以相对于被采血对象的皮肤为10～20度的角度对准采血位置时执行采血针扎入动作，可提高采血成功率。

根据本发明的自动采血方法，优选地，执行所述采血针扎入动作时，所述方法还包括：在将所述采血针扎入到所述被采血对象的皮肤上的所述采血位置之后，所述控制模块控制所述第一滑座模块和/或所述第二滑座模块移动，以将所述采血针相对于被采血对象的皮肤的角度调整至3～8度；然后执行抽血动作。这样的处理方式在更大程度上模拟了人工采血时的处理方式，采血舒适度好。

本发明的自动采血机器人对装置结构进行了优化配置，利用若干直线导轨模块和弧形导轨模块实现采血针在空间中的位移以及采血针的姿态调整，能够提高采血时的扎针准确度，从而降低扎针错误率；通过对弧形轨道本身及其安装方式的优化设计，可进一步降低扎针错误率；本发明的自动采血方法利用图像获取模块和距离传感器模块确定位于被采血者皮肤上的采血位置，定位准确度高，并且当采血针模块以相对于被采血对象的皮肤为特定角度对准采血位置时执行采血针扎入动作，可提高采血成功率。

附图说明

图1为本发明的一个自动采血机器人的结构示意图。

图2为本发明的一个自动采血机器人中滑轨的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明的具体实施例对自动采血机器人的结构进行优化配置，利用若干直线导轨模块和弧形导轨模块实现采血针在空间中的位移以及采血针的姿态调整，达到降低扎针错误率的目的，并通过合理设置扎针时机改善被采血者的采血舒适度。

实施例1

图1示出了本发明的一种自动采血机器人100，其包括：控制模块(未图示)，第一直线导轨110，第二直线导轨120，第三直线导轨130，第四直线导轨140，图像获取设备142，距离传感器143，第一弧形导轨150，第一滑座151，第一连接件152，第二连接件153，第二弧形导轨160，第二滑座161、采血针170和平台180。

其中，第一直线导轨110和第二直线导轨120相互垂直，第三直线导轨130既垂直于第一直线导轨110也垂直于第二直线导轨120，第一直线导轨110、第二直线导轨120和第三直线导轨130三者可构成空间直角坐标系。

其中，第二直线导轨120可滑动地安装在第一直线导轨110上，第三直线导轨130的一个端部可滑动地安装在第二直线导轨120上。第二直线导轨120可在第一直线导轨110上滑动，第三直线导轨130可在第二直线导轨120上滑动。

其中，第四直线导轨140安装在第三直线导轨130的另一个端部，且垂直于第三直线导轨130。图像获取设备142和距离传感器143固定安装在第四直线导轨140上。可选的实施方案中，图像获取设备142和距离传感器143可在第四直线导轨140上滑动。

其中，第一弧形导轨150可滑动地安装在第三直线导轨130上，并且可沿第三直线导轨130上下滑动，第一滑座151可滑动地安装在第一弧形导轨150上。第一连接件152安装在第一滑座151上，第二连接件153安装在第一连接件152上。第二弧形导轨160安装在第二连接件153上，第二滑座161可滑动地安装在第一滑座151上。第一弧形导轨150所在的平面与第二弧形导轨160所在的平面相互垂直。

图1中第一弧形导轨150的弧度等于π。第二弧形导轨160的弧度等于π/2。

其中，采血针170通过连接件安装在第二滑座161上。

其中，第一连接件152为弯折结构，弯折处所夹钝角为135度。需要说明的是虽然此处的角度为135度，但是本领域技术人员也可以确定在100～150度，优选120～140度范围内均不影响本发明目的的实现，因而也是可选的。

其中，第二连接件153为弯折结构，弯折处所夹锐角为60度，但是本领域技术人员容易地确定50～70度，优选55～65度的范围均可实现本发明的目的。

在本发明的一个或多个实施例中，第一直线导轨110、第二直线导轨120、第三直线导轨130和第四直线导轨140上分别连接有第一电机111、第二电机121、第三电机131和第四电机141，图像获取设备142、距离传感器143以及各直线导轨的移动由对应的电机驱动完成。同理，第一弧形导轨150、第一滑座151、第二弧形导轨160和第二滑座161上分别连接有电机，各导轨或滑座的移动由对应的电机驱动完成。

本发明中，平台180为用于放置被采血对象手臂的支撑架。需要说明的是，本发明中只是示例性示出了平台180的大体位置，并没有给出平台180与其他部件的连接关系。这些连接关系属于本领域常规的技术手段。

在本发明的一个或多个实施例中，所述的直线导轨、弧形导轨、滑座等以及与其对应连接的电机可采用市面上已有的结构，只要能够执行本发明所需要的功能即可，它们的具体结构和工作原理在此不再赘述。

在本发明的一个或多个实施例中，控制模块是具有根据预先设定的程序对数据进行处理，并向自动采血机器人100的相应部件发出控制指令，使得自动采血机器人100能够执行预期动作的处理模块。可以使用已知的cpu、mpu、电脑等实现，对于采用的类型和型号没有特殊限制，其具体结构和工作原理在此不再赘述。

实施例2

基于实施例1所述的自动采血机器人100，当自动采血机器人100工作时，首先，图像获取设备142对预定的采血区域进行图像采集，并将采集到的图像信息传送给控制模块，控制模块根据采集到的图像信息确定采血位置；距离传感器143检测采血针170的针头与采血位置之间的距离，并将采集到的距离信息传送给控制模块。

然后，控制模块根据所述采血位置和采血针170针头与所述采血位置之间的距离，确定各个模块的滑行数据，并根据所述滑行数据下发命令；所述滑行数据包含各个模块应该滑行的距离(或弧度)，目的是通过各个模块的移动，使得采血针170移动到所述采血位置，为实施采血做准备。

接着，根据控制模块发出的命令，第一直线导轨110、第二直线导轨120、第三直线导轨130和第四直线导轨140可分别在对应的直线导轨上滑行相应的距离，使采血针170到达采血位置。并且，根据控制模块发出的命令，第一滑座151和第二滑座161可分别沿第一弧形导轨150和第二弧形导轨160滑行相应的弧长，使采血针170调整至其与皮肤的夹角为15度的扎入姿态。当采血针扎入皮肤后，第一滑座151和第二滑座161再次滑行相应的弧长，以使夹角降低至5度进行血采。

其中，可将第一弧形导轨150的圆心记为o点，将第二弧形导轨160的圆心记为p点，将采血针170的针尖记为q点，在自动采血机器人100实施的采血的过程中，o点、p点以及q点三者始终重合。

此外，初始时，如果图像获取设备142和距离传感器143至预定的采血区域的距离较远，图像获取设备142和距离传感器143可在第四直线导轨140上滑动，以接近预定的采血区域，进行图像采集和距离检测。

在本发明的一个或多个实施例中，图像获取设备142可采用已知的能够采集到被采血者的皮肤图像的那些图像采集设备，例如用于对血管位置进行成像的红外血管成像仪、超声波血管成像仪，也可以是数字照相机等成像设备。距离传感器143也可采用已知的设备，例如激光式距离传感器。由于上述设备为已知设备，对上述设备的具体结构和工作原理在此不再赘述。

实施例3

参考图2，本实施例的自动采血机器人的第一弧形导轨150的弧度等于π，第一弧形导轨150上安装有限位块154，限位块154的数量为两个，分别安装在第一弧形导轨150的两个端部附近。本实施例的自动采血机器人中的其余设置与实施例1相同。

当自动采血机器人工作时，第一滑座151沿第一弧形导轨150滑行，当滑行至限位块154的位置时，第一滑座151停止滑行。设置限位块154的作用是可以防止第一滑座151意外脱落。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。