咽拭子采样装置的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种咽拭子采样装置。


背景技术：

2.传染病可引起的突发公共卫生事件，比如sars病毒、h7n9禽流感病毒、埃博拉病毒，以及新冠状病毒，都容易导致众多人口感染，甚至造成死亡，对整个社会造成严重的影响。作为一种常用的传染病医学检测方式，咽喉部采样是采样工具从人体的咽喉部和扁桃体取分泌物做细菌培养或病毒分离的过程，可以了解患者病情、口腔黏膜和咽喉部感染情况。对于引起传染病的一些传染性强且危害性大的病毒，咽喉部生物样本的采集具有高危感染性，会引起医护人员感染，造成医护人员短缺，致使疫情进一步发展。因此迫切需要可在隔离条件下遥控的智能机器人代替医护人员对病患进行近距离采样。医护人员在远距离的隔离空间进行操控，进而有效地防止他们被感染。
3.医护人员通过操作台控制采样装置，采样装置的前端器械模仿医护人员腕部的灵活动作在人口腔内取样，因此对于咽喉部采样装置有着更高的设计要求，应满足前端器械的小型化、轻量化、动作快速性与安全性等要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种咽拭子采样装置。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提出的咽拭子采样装置，包括：用于固定及承载咽拭子的采样头部装置、用于连接咽拭子采样装置和外部组件的转接平台、用于带动采样头部装置运动的采样运动装置；
7.采样运动装置包括外壳和安装在外壳内的内部组件；
8.内部组件包括：固定平台、安装在固定平台和转接平台之间用于转动咽拭子采样装置的转台电机、间隔安装在固定平台上用于支撑的两个侧立板、安装在两个侧立板之间的转轴、安装在转轴上用于与采样头部装置连接的横梁、安装在固定平台和横梁之间用于平衡横梁的拉簧、安装在固定平台上用于带动横梁绕转轴转动的丝杠电机、安装在固定平台上用于防止丝杠电机的丝杠转动的防转装置；
9.外壳上设有用于连接横梁和采样头部装置的窗口，窗口的尺寸和横梁的转动范围相对应，保证在横梁与采样头部装置共同转动时，外壳和横梁不发生干涉；外壳与采样头部装置的连接端为圆弧曲面；采样头部装置上的横梁转接件与圆弧曲面相配合，密封窗口；侧立板对称安装在固定平台的两侧；转轴的轴线和横梁的中轴线正交；咽拭子的轴线、采样头部装置的中轴线和横梁的中轴线平行；拉簧安装在固定平台和横梁之间。
10.优选地，在丝杠电机的丝杠前端安装有用于减小丝杠和横梁之间摩擦的顶轮；横梁上设有和顶轮相配合用于减小摩擦的光滑板；光滑板选用光滑摩擦的硬铝板。
11.优选地，丝杠电机选用贯通式丝杆直线步进电机。
12.优选地，采样头部装置包括：用于和横梁连接的横梁转接件、下壳、安装在下壳上方的上壳、下壳和上壳配合安装后形成密闭的头部腔室；
13.在头部腔室内安装有用于装夹咽拭子的柔性装夹旋转装置、用于传递力的滑环和用于带动柔性装夹旋转装置旋转的电机、用于测量与被采样者之间距离的激光测距仪、用于采集图像信息的相机；
14.柔性装夹旋转装置、滑环和电机依次串联连接，且柔性装夹旋转装置的中轴线、滑环的中轴线和电机的输出轴的中轴线重合；
15.相机的镜头的光轴和柔性装夹旋转装置的中轴线平行；
16.激光测距仪发出的激光光束与咽拭子的轴线相交在咽拭子的头部位置。
17.优选地，柔性装夹旋转装置包括：套管、安装在套管的一端用于和滑环连接的转接组件、安装在套管的外圆柱面上的轴承、一部分固定在套管内且另一部分伸出套管用于传递力的中心杆，在套管内分别安装有套在中心杆上用于支撑及润滑中心杆的直线轴承、用于固定直线轴承的卡簧、压力传感器和用于传递力及将压力传感器压紧在转接组件上的传感器压板，在中心杆和传感器压板之间安装有用于缓冲中心杆运动的弹簧，在中心杆一端安装有用于承载及固定咽拭子的装夹套管、在装夹套管内安装有用于压紧咽拭子的弹片；
18.装夹套管靠近咽拭子的一端为中空圆台的形状，中空圆台的内孔孔径与咽拭子的杆部直径相同；轴承被下壳的内壁和上壳的内壁固定；中心杆、弹簧、传感器压板和压力传感器依次串联安装。
19.优选地，在头部腔室内还安装有：用于封闭上壳上的窗口的挡板、安装在下壳上的安装板、安装在下壳的内壁两侧被安装板压紧固定的夹板、安装在上壳上的支撑板；
20.滑环和电机安装在安装板上；激光测距仪安装在夹板的凹槽内；相机安装在支撑板上；
21.挡板选用透明材料；在支撑板上安装有用于补光的灯光组件，灯光组件的光轴和柔性装夹旋转装置的中轴线平行。
22.优选地，在套管上靠近转接组件的一端的外圆柱面上设有通槽；在中心杆上靠近弹簧的一端设有定位键；定位键和通槽配合，保证套管旋转时带动中心杆同时旋转；在套管的外圆柱面上设有用于轴向定位轴承的轴肩。
23.优选地，在传感器压板的一端开设有用于固定弹簧的环槽，环槽的尺寸和弹簧的尺寸相同。
24.优选地，压力传感器为薄膜传感器；在转接组件上设有用于使压力传感器的线脚穿过的通孔。
25.优选地，在装夹套管的轴向，一组弹片的数量至少为3个，且所有弹片的安装位置共线；在装夹套管的径向，弹片的组数不少于3组，且各组弹片沿圆周均匀分布。
26.本发明能够取得以下技术效果：
27.本发明提出一种咽拭子采样装置，能够模仿医护人员实际采样过程中的前后移动和多个方向摆动采样的腕部灵活和轻柔的动作，实现了在隔离条件下医护人员对患者的人口腔进行非接触式的取样，避免感染的风险，提高采样的安全性，同时满足前端器械的小型化、轻量化、采集动作快速性及采集舒适性等要求；本发明通过采样头部装置中的相机和激光测距仪，对采样患者的口腔进行定位，进一步提高了咽拭子采样的准确性，保证了对咽拭
子采样的精准定位，减少了视差影响；本发明的采样头部装置内设有压力传感器，当咽拭子与采样部位接触后，压力传感器反馈的压力值发生变化，装置停止移动，并且采样头部装置内部设置缓冲机构，所以接触比较轻柔，被采样者无明显痛感；在隔离条件下，医护人员可通过对咽拭子采样装置进行远程遥控操作，移动到患者面前对患者的口腔进行采样，可以避免在采样过程中医护人员与患者进行直接接触的感染，使其放心对患者进行深度检查，提高咽拭子采样的安全性，保证医护人员的安全。
附图说明
28.图1是根据本发明实施例的咽拭子采样装置的具体结构示意图；
29.图2是根据本发明实施例的咽拭子采样装置的外观结构示意图；
30.图3是根据本发明实施例的采样头部装置的内部结构示意图；
31.图4是根据本发明实施例的柔性装夹旋转装置的外观示意图；
32.图5是根据本发明实施例的柔性装夹旋转装置的全剖视图；
33.图6是根据本发明实施例的套管的结构示意图；
34.图7是根据本发明实施例的中心杆的结构示意图；
35.图8是根据本发明实施例的安装板与下壳相配合的结构示意图；
36.图9是根据本发明实施例的激光测距仪及夹板与下壳相配合的结构示意图。
37.其中的附图标记包括：采样头部装置1、外壳2、横梁3、转轴4、侧立板5、顶轮6、拉簧7、丝杠电机8、固定平台9、防转装置10、转台电机11、转接平台12、咽拭子13、柔性装夹旋转装置101、滑环102、激光测距仪103、电机104、下壳105、横梁转接件106、上壳107、相机108、灯光组件109、安装板110、夹板111、支撑板112、挡板113、装夹套管ⅰ、弹片ⅱ、中心杆ⅲ、轴承ⅳ、直线轴承
ⅴ
、套管
ⅵ
、弹簧
ⅶ
、传感器压板
ⅷ
、压力传感器
ⅸ
、转接组件
ⅹ
、卡簧
ⅺ
、定位键
ⅲ‑ⅰ
、通槽
ⅵ‑ⅰ
。
具体实施方式
38.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
40.下面结合图1和图9对本发明的具体工作方式进行详细说明：
41.本发明提出的咽拭子采样装置，如图1所示，包括：用于固定及承载咽拭子13的采样头部装置1、用于连接咽拭子采样装置和外部组件的转接平台12、用于带动采样头部装置1运动的采样运动装置；
42.采样头部装置1包括：柔性装夹旋转装置101、滑环102、激光测距仪103、电机104、下壳105、横梁转接件106、上壳107、相机108、灯光组件109、安装板110、夹板111、支撑板112、挡板113；下壳105和上壳107配合安装后形成密闭的头部腔室。
43.柔性装夹旋转装置101用于装夹咽拭子13；柔性装夹旋转装置101安装在头部腔室
内，可以带动咽拭子13转动。柔性装夹旋转装置101采用弹片ⅱ来装夹咽拭子13，装夹力度轻柔，防止了咽拭子13在装夹时出现折断现象；同时，当咽拭子13在采样时遇到的阻力较大时，弹片ⅱ与咽拭子13会发生相对滑动，减少了不适感；柔性装夹旋转装置101设有弹簧
ⅶ
和压力传感器
ⅸ
，提高了咽拭子采样的舒适性；同时压力传感器
ⅸ
能实时反馈压力值的变化情况，提高了咽拭子采样的安全性。
44.滑环102用于传递电机104带动柔性装夹旋转装置101旋转的力；滑环102安装在头部腔室内的安装板110上，且位于柔性装夹旋转装置101和电机104之间。
45.滑环102为内外环结构；内环用于连接电机104和柔性装夹旋转装置101，和柔性装夹旋转装置101同时转动；内环通过与转接组件
ⅹ
连接来传递带动柔性装夹旋转装置101旋转的力；内环上设有用于通过压力传感器
ⅸ
的电路的通孔；外环用于承载内环，与安装板110固定连接。
46.激光测距仪103用于测量与被采样者之间距离；如图9所示，激光测距仪103安装在夹板111的凹槽内。激光测距仪103发出的激光光束与咽拭子13的轴线相交在咽拭子13的头部位置，以此保证激光测距仪实时测量咽拭子13头部与被采样者之间的具体距离。
47.电机104用于带动柔性装夹旋转装置101旋转，电机104安装在头部腔室内的安装板110上。如图3所示，柔性装夹旋转装置101的中轴线、滑环102的中轴线和电机104的输出轴的中轴线重合。
48.横梁转接件106用于和横梁3连接。横梁转接件106分别和下壳105以及上壳107固定连接。
49.上壳107安装在下壳105的上方。上壳107上开设有用于透光的窗口。在本发明的一个实施例中，下壳105和上壳107通过螺纹固定连接。
50.相机108用于采集图像信息。相机108安装在支撑板112上。相机1018的镜头的光轴和柔性装夹旋转装置101的中轴线平行，保证相机108能直接采集被采样者的口腔图像。
51.灯光组件109用于在光线较暗时对相机108进行补光；灯光组件109安装在支撑板112上；灯光组件109的光轴和柔性装夹旋转装置101的中轴线平行，保证灯光组件109直接照射被采样者的口腔。
52.安装板110用于承载滑环102和电机104。如图8所示，安装板110安装在下壳105上，且位于头部腔室内。
53.夹板111用于固定和承载激光测距仪103。如图8和图9所示，夹板111安装在下壳105的内壁两侧且被安装板110压紧固定。夹板111上开设有用于固定激光测距仪103的凹槽。凹槽的倾斜角度保证了激光测距仪103发出的激光的光路与咽拭子13的轴线相交在咽拭子13的头部位置。
54.支撑板112用于固定和承载相机108和灯光组件109。如图3所示，支撑板112安装在上壳107上，且位于头部腔室内。在本发明的一个实施例中，支撑板112通过螺钉固定安装在上壳107上。
55.挡板113用于封闭上壳107上的窗口。如图3所示，挡板113安装在上壳107上，且位于头部腔室内。挡板113选用透明材料，来保证透光性。
56.柔性装夹旋转装置101包括：装夹套管ⅰ、弹片ⅱ、中心杆ⅲ、轴承ⅳ、直线轴承
ⅴ
、套管
ⅵ
、弹簧
ⅶ
、传感器压板
ⅷ
、压力传感器
ⅸ
、转接组件
ⅹ
、卡簧
ⅺ
。
57.装夹套管ⅰ安装在中心杆ⅲ的一端，用于承载及固定咽拭子13。如图5所示，为了便于咽拭子13装夹时的对中，装夹套管ⅰ靠近咽拭子13的一端为中空圆台的形状，中空圆台的内孔孔径与咽拭子13的杆部直径相同。当咽拭子13靠近装夹套管ⅰ时，咽拭子13的杆部最先接触中空圆台，咽拭子13继续运动时会被中空圆台的内壁导向中空圆台的内孔，保证了咽拭子13装夹时的对中方便。装夹套管ⅰ上设有安装弹片ⅱ的孔，孔的尺寸及数量和弹片ⅱ对应。在本发明的实施例中，装夹套管ⅰ和中心杆ⅲ采用过盈配合的方式装配在一起，保证中心杆ⅲ能够带动装夹套管ⅰ一起转动。
58.弹片ⅱ安装在装夹套管ⅰ内，用于压紧咽拭子13。为保证装夹咽拭子13的对中性以及可靠性，在装夹套管ⅰ的轴向，一组弹片ⅱ的数量至少为三个，且所有弹片ⅱ的安装位置共线；在装夹套管ⅰ的径向，弹片ⅱ的组数不少于三组，且各组弹片ⅱ沿圆周均匀分布。
59.如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，选用三个弹片ⅱ为一组，共三组弹片ⅱ，每组弹片ⅱ在装夹套管ⅰ的径向成120
°
角均匀分布。在本发明的一个实施例中，弹片ⅱ选用顶针弹片。
60.如图7所示，中心杆ⅲ一部分固定在套管
ⅵ
内，并穿过直线轴承
ⅴ
；另一部分伸出套管
ⅵ
，与装夹套管ⅰ连接。中心杆ⅲ用于传递咽拭子13与被采样部位的接触力和带动装夹套管ⅰ转动。在中心杆ⅲ上靠近弹簧
ⅶ
的一端设有定位键
ⅲ‑ⅰ
，定位键
ⅲ‑ⅰ
用于和套管
ⅵ
上外圆柱面上的通槽
ⅵ‑ⅰ
配合，保证套管
ⅵ
旋转时带动中心杆ⅲ同时旋转。
61.轴承ⅳ装在套管
ⅵ
的外圆柱面上的，被套管
ⅵ
的外圆柱面上的轴肩约束。轴承ⅳ被下壳105的内壁和上壳107的内壁固定。轴承ⅳ用于承载柔性装夹旋转装置101。
62.直线轴承
ⅴ
安装在套管
ⅵ
内部，被卡簧
ⅺ
轴向固定，并套在中心杆ⅲ上。直线轴承
ⅴ
用于支撑及润滑中心杆ⅲ。
63.如图6所示，套管
ⅵ
用于承载内部各个组件，并带动中心杆ⅲ转动。通槽
ⅵ‑ⅰ
设在套管
ⅵ
上靠近转接组件
ⅹ
的一端的外圆柱面上；通槽
ⅵ‑ⅰ
和中心杆ⅲ上的定位键
ⅲ‑ⅰ
配合，保证套管
ⅵ
旋转时带动中心杆ⅲ同时旋转。套管
ⅵ
的外圆柱面上设有用于轴向定位轴承ⅳ的轴肩。套管
ⅵ
的内部设有用于固定卡簧
ⅺ
的凹槽。
64.弹簧
ⅶ
安装在套管
ⅵ
的内部，且位于中心杆ⅲ和传感器压板
ⅷ
之间。弹簧
ⅶ
用于缓冲中心杆ⅲ的运动冲击，保证咽拭子13轻柔地采样。弹簧
ⅶ
被传感器压板
ⅷ
上的环槽约束固定。
65.传感器压板
ⅷ
安装在套管
ⅵ
的内部。用于传递力及将压力传感器
ⅸ
压紧在转接组件
ⅹ
上。传感器压板
ⅷ
的一端开设有用于固定弹簧
ⅶ
的环槽，环槽的尺寸和弹簧
ⅶ
的尺寸相同。
66.压力传感器
ⅸ
安装在套管
ⅵ
的内部，且位于传感器压板
ⅷ
和转接组件
ⅹ
之间。压力传感器
ⅸ
用于测量咽拭子13和被采样部位的接触压力。压力传感器
ⅸ
选用薄膜传感器。压力传感器
ⅸ
的线脚穿过转接组件
ⅹ
上的通孔，与滑环102以及外部组件连接，传输具体的压力数据。
67.转接组件
ⅹ
安装在套管
ⅵ
的一端，用于和滑环102连接以及保证套管
ⅵ
的密封性。转接组件
ⅹ
上设有用于使压力传感器
ⅸ
的线脚穿过的通孔。
68.卡簧
ⅺ
安装在套管
ⅵ
的内部凹槽中，用于固定直线轴承
ⅴ
。
69.在本发明的一个实施例中，转接平台12连接在外部可直线运动的滑轨组件上，滑
轨组件带动咽拭子采样装置沿平行于咽拭子13的中轴线方向直线运动。
70.采样运动装置包括外壳2和安装在外壳2内的内部组件；
71.外壳2上设有用于连接横梁3和采样头部装置1的窗口，窗口的尺寸和横梁3的转动范围相对应，保证在横梁3与采样头部装置1共同转动时，外壳2和横梁3不发生干涉；外壳2与采样头部装置1的连接端为圆弧曲面；采样头部装置1上的横梁转接件与圆弧曲面相配合，密封窗口；外壳2上设有用于通过电路的通孔。
72.内部组件包括：横梁3、转轴4、两个侧立板5、拉簧7、丝杠电机8、固定平台9、防转装置10、转台电机11；
73.横梁3用于连接及承载采样头部装置1。横梁3安装在转轴4上。横梁3的中轴线和咽拭子13的轴线、采样头部装置1的中轴线平行。横梁3上设有和顶轮6相配合用于减小摩擦的光滑板。光滑板选用光滑摩擦的硬铝板。
74.转轴4用于支撑横梁3，并保证横梁3以转轴4为轴来带动采样头部装置1进行俯仰调节。转轴4安装在两个侧立板5之间。转轴4的轴线和横梁3的中轴线正交。
75.两个侧立板5用于支撑转轴4。两个侧立板5间隔对称安装在固定平台9的两侧。
76.拉簧7用于平衡横梁3。当丝杠电机8带动横梁3绕转轴4转动时，拉簧7给横梁3以拉力，时刻保持横梁3的稳定。拉簧7安装在固定平台9和横梁3之间。
77.丝杠电机8用于带动横梁3绕转轴4转动，进而进行采样头部装置1的俯仰调节。丝杠电机8安装在固定平台9上。丝杠电机8选用贯通式丝杆直线步进电机。丝杠电机8的丝杠前端安装有用于减小丝杠和横梁3之间摩擦的顶轮6。
78.固定平台9用于承载各个组件。
79.防转装置10用于防止丝杠电机8的丝杠转动，从而实现丝杠电机8在转动时，丝杆及顶轮6进行上下移动，来带动横梁3绕转轴4转动。防转装置10安装在固定平台9上。
80.转台电机11用于转动咽拭子采样装置。转台电机11安装在固定平台9和转接平台12之间。
81.本发明提出的咽拭子采样装置的工作原理如下：
82.工作时，外部滑轨组件带动咽拭子采样装置沿平行于咽拭子13的中轴线方向直线运动。
83.在运动的过程中，采样头部装置1可以实时进行距离检测以及被采样者口腔环境检测，通过检测结果，调整咽拭子采样装置的位置姿态。
84.咽拭子采样装置可以进行俯仰、转动及前后移动三种姿态位置的调节。与转接平台12相连的外部滑轨组件带动咽拭子采样装置整体进行前后位置调节；转台电机11带动咽拭子采样装置整体转动，实现转动调节；丝杠电机8正向转动时，带动丝杆及顶轮6向上移动，带动横梁3及采样头部装置1沿转轴4逆时针转动，当电机8反向转动时，丝杆及顶轮6向下移动，横梁3在拉簧7的作用下实现沿转轴4顺时针转动，从而实现采样头部装置1的俯仰调节。
85.当咽拭子13运动至指定采样部位时，咽拭子13会与采样部位接触，压力传感器
ⅸ
反馈的压力值发生变化，装置停止移动。采样头部装置1内部设置缓冲机构，所以接触比较轻柔，被采样者无明显痛感。采样头部装置1内部的电机104工作，开始进行采样工作；采样结束后，电机104停止转动，咽拭子采样装置在外部滑轨组件的带动下向后移动，咽拭子13
离开口腔，后续由其他设备取下并收集已采样的咽拭子13，至此完成了整个采样工作。
86.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
87.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
88.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。