棉签夹爪

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种可用于医疗协作机器人末端的棉签夹爪。


背景技术：

2.在医院、疾控中心等地，大多数的检查项目都会用到棉签。特别是对于病毒感染的检测，主要通过咽拭子采集的样本进行核酸检查。而目前都是采用人工采样方式进行核酸采样，医护人员机械式地不断重复着相同的动作，劳动强度大，工作效率低，稍有不慎就会用力过大伤害患者喉部。同时，采样过程中患者需张口暴露咽喉部位，用力呼吸、咳嗽等行为可产生大量飞沫或气溶胶，这大概率增加了医患交叉感染的风险。另外，医护人员需要长时间穿着防护服、配戴护目镜，进行高强度工作，这样会导致医护人员身体疲劳，在咽拭子采集过程中很容易导致采集样品质量下降，容易出现假阴性的问题。
3.核酸采样急需更科学、更有效的方法，解决传统人工采样方式中存在交叉感染率高、精确度低与人力成本高等现实问题，这对减轻医护人员工作压力，提高患者的检查、治疗效果具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种棉签夹爪，能够与协作机器人配合使用，实现对咽拭子的自动采样，提高采样质量，减小医患交叉感染的风险，减轻医护人员的工作压力。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提供的棉签夹爪包括安装基座、夹爪、夹爪驱动机构和外壳，外壳固定在安装基座上，夹爪与夹爪驱动机构自上而下安装在外壳内，且夹爪与外壳的内壁接触，棉签穿过外壳后插入夹爪内，通过夹爪驱动机构驱动夹爪运动，使夹爪与外壳的内壁发生挤压并产生弹性变形，最终在夹紧棉签的同时带动棉签进行伸缩。
7.优选地，夹爪驱动机构包括气缸、上气管接头、下气管接头、上气管和下气管，气缸包括缸体和活塞，活塞包括大头端、小头端和连杆，小头端在缸体内上下活动，大头端位于缸体的上方并与夹爪的底部固定连接，且开设有力传感器引线孔，连杆的两端分别与大头端和小头端固定连接；小头端将缸体分成上空腔和下空腔，在缸体上对应于上空腔和下空腔的位置分别开设有上通气孔和下通气孔；在外壳上对应于上通气孔和下通气孔的位置分别开设有上气管接头安装孔和下气管接头安装孔，上气管接头安装在上气管接头安装孔上，上气管接头的一端与上气管连接，上气管接头的另一端与上通气孔连接，下气管接头安装在下气管接头安装孔上，下气管接头的一端与下气管连接，下气管接头的另一端与下通气孔连接。
8.优选地，在小头端的圆周面上开设有密封圈凹槽，在密封圈凹槽内安装有与缸体接触的密封圈。
9.优选地，在缸体的上方通过密封垫圈安装有气缸端盖，在气缸端盖上开设有贯穿孔，连杆向上穿过贯穿孔与大头端固定连接。
10.优选地，在气缸端盖的内周面上开设有一圈o型密封圈凹槽，在o型密封圈凹槽内装有o型密封圈。
11.优选地，在上气管接头与上通气孔连接的一端的周面及下气管接头与下通气孔连接的一端的周面上分别开设有一圈o形圈凹槽，在两个o形圈凹槽内分别安装有o形圈，两个o形圈分别与上通气孔、下通气孔的圆周面接触。
12.优选地，夹爪为柔性夹爪，大头端的直径与柔性夹爪的直径相同，大头端与柔性夹爪的底部粘接固定。
13.优选地，柔性夹爪为硅胶块或橡胶块，在硅胶块或橡胶块的中心形成有棉签夹持孔，棉签的杆部插入在棉签夹持孔内。
14.优选地，在安装基座固定有摄像头和力传感器，摄像头用于识别待测物，力传感器用于监测棉签与工作表面的接触力大小；在缸体的底部形成有法兰盘，在法兰盘上开设有第一传感器引线孔，在大头端上开设有第二传感器引线孔，力传感器的引线依次穿过第一传感器引线孔、第二传感器引线孔后与夹爪连接。
15.优选地，在力传感器的外围安装有传感器防护壳，传感器防护壳的下端与安装基座固定连接，传感器防护壳的上端与法兰盘固定连接。
16.本发明能够取得如下技术效果：
17.1、与协作机器人相互配合，实现棉签的快速柔性夹持并对人体咽部进行采样。本发明的驱动方式为气压驱动，通过柔性夹爪与外壳之间的挤压力来实现棉签的夹持；柔性夹爪采用柔性材料制成，通过胶粘方式与活塞大直径端连接，柔性夹爪在日常使用中会损坏，若需更换时，则只需把旧的柔性夹爪拆下，重新胶粘新的柔性夹爪即可，操作简单方便。
18.2、在与协作机器人配合使用时，协作机器人不需要使用太复杂的控制算法，当柔性夹爪夹持棉签时，柔性夹爪与外壳接触并产生挤压，通过柔性夹爪本身的柔性产生自适应变形，与棉签形成包裹状态，对棉签进行周向抓取。
19.3、棉签夹爪的末端还设有力传感器和摄像头，摄像头可以对工作表面进行捕捉，以图像的方式反馈给控制系统，使医疗协作机器人将棉签夹爪移动到工作地点，力传感器则严格控制棉签与工作表面之间的接触力的大小，防止用力过大对工作表面造成损伤。
附图说明
20.图1是根据本发明实施例提供的棉签夹爪的轴测示意图；
21.图2是根据本发明实施例提供的棉签夹爪的主视示意图；
22.图3是图2沿a-a线的剖视示意图；
23.图4是根据本发明实施例提供的棉签夹爪的俯视示意图；
24.图5是根据本发明实施例提供的夹爪驱动机构的结构示意图；
25.图6是根据本发明实施例提供的活塞的结构示意图；
26.图7是根据本发明实施例提供的柔性夹爪挤压后的状态示意图。
27.其中的附图标记包括：安装基座1、夹爪2、夹爪驱动机构3、上气管接头31、第一o形圈凹槽311、第一o形圈312、下气管接头32、第二o形圈凹槽321、第二o形圈322、上气管33、下
气管34、缸体35、上通气孔351、下通气孔352、活塞36、大头端361、小头端362、密封圈凹槽3621、密封圈3622、连杆363、螺钉364、气缸端盖37、贯穿孔371、o型密封圈凹槽372、o型密封圈373、密封垫圈38、螺钉39、外壳4、通孔41、上气管接头安装孔42、下气管接头安装孔43、棉签5、摄像头6、力传感器7、传感器防护壳8、螺钉9、法兰盘10、传感器防护壳11、第一传感器引线孔12、第二传感器引线孔13。
具体实施方式
28.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。
29.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。
30.如图1-图7所示，本发明实施例提供的棉签夹爪，包括安装基座1、夹爪2、夹爪驱动机构3和外壳4，外壳4固定在安装基座1上，夹爪2与夹爪驱动机构3自上而下安装在外壳4内，夹爪2的底部与夹爪驱动机构3固定连接，且夹爪2与外壳4的内壁接触，棉签5向下穿过外壳4后插入夹爪2内，通过夹爪驱动机构3驱动夹爪2在外壳4内上下运动，夹爪2在运动过程中与外壳4的内壁发生挤压，从而自身产生弹性变形夹紧棉签5，最终实现在夹紧棉签5的同时带动棉签5进行伸缩。
31.安装基座1为圆形板材，在圆形板材的周向设有与医疗协作机器人末端相连接的安装孔，采用螺栓等紧固件将安装基座1固定在医疗协作机器人末端。
32.夹爪驱动机构3包括上气管接头31、下气管接头32、上气管33、下气管34和气缸；其中，气缸包括缸体35、活塞36和气缸端盖37，气缸端盖37通过密封垫圈38安装在缸体35的上方，气缸端盖37与密封垫圈38通过螺钉39与缸体35固定连接，在气缸端盖37开设有贯穿孔371，在外壳4上开设有通孔41，棉签5向下依次穿过通孔41与贯穿孔371后插入到夹爪2内。
33.活塞36包括大头端361、小头端362和连杆363，小头端362的直径与缸体35的内径相同，大头端361的直径大于小头端362的直径且与夹爪2的直径相同，小头端362安装在缸体35内，小头端362将缸体35的内部空间分为上空腔和下空腔，大头端361位于缸体35的上方且与夹爪2的底部固定连接，连杆363的上端处于缸体35的上方并与大头端361固定连接，连杆363的下端处于缸体35内并与小头端362固定连接，通过活塞36的上下运动带动夹爪2在外壳4内上下运动，从而实现棉签5的伸缩运动。
34.当然，大头端361、小头端362和连杆363可以为一体结构，或者，小头端362与连杆363为一体结构，大头端361与连杆363通过螺钉364固定连接。大头端361与连杆363为一体结构的情况同理可得。
35.在小头端362的圆周面上开设有密封圈凹槽3621，在密封圈凹槽3621内安装有密封圈3622，密封圈3622与缸体35的内壁接触，用于对下空腔进行密封。
36.在气缸端盖37的内周面上，即沿贯穿孔371的周向开设有一圈o型密封圈凹槽372，在o型密封圈凹槽372内安装有o型密封圈373，o型密封圈373与连杆363接触，用于对上空腔进行密封。
37.在缸体35上对应于上空腔的位置开设有上通气孔351，在外壳4上对应于上通气孔351的位置开设有上气管接头安装孔42，上气管接头31螺纹连接在上气管接头安装孔42上，上气管接头31的一端与上通气孔351连接，上气管接头31的另一端与上气管33连接，上气管33通过阀门与外界的气动驱动系统连接。
38.在上气管接头31与上通气孔351连接的一端的周面上开设有一圈第一o形圈凹槽311，在第一o形圈凹槽311内安装有第一o形圈312，第一o形圈312与上通气孔351的圆周面接触，实现对上空腔的密封。
39.在缸体35上对应于下空腔的位置开设有下通气孔352，在外壳4上对应于下通气孔352的位置开设有下气管接头安装孔43，下气管接头32螺纹连接在下气管接头安装孔43上，下气管接头32的一端与下气管34连接，下气管接头32的另一端与下气管34连接，下气管34通过阀门与外界的气动驱动系统连接。
40.在下气管接头32与下通气孔352连接的一端的周面上开设有一圈第二o形圈凹槽321，在第二o形圈凹槽321内安装有第二o形圈322，第二o形圈322与下通气孔352的圆周面接触，实现对下空腔的密封。
41.夹爪2是由柔性材料制成的柔性夹爪，在本发明的一些示例中，柔性夹爪为硅胶夹爪或橡胶夹爪。硅胶夹爪实际为圆柱形的硅胶块，橡胶夹爪实际为圆柱形的橡胶块，在硅胶块或橡胶块的中心形成有棉签夹持孔，棉签5的杆部插入在棉签夹持孔内，硅胶块或橡胶块的底部与大头端361粘接固定。
42.当柔性夹爪上下运动时，与外壳4的内壁接触，两者之间发生摩擦、挤压，从而使柔性夹爪发生弹性形变，与棉签5的杆部紧密贴合成包裹状态，进而对棉签5的杆部实现周向夹取，将棉签5的杆部夹紧，也就是说，本发明通过柔性夹爪与外壳4之间的挤压力实现棉签5的夹持。
43.柔性夹爪在日常使用中会损坏，若需更换时，则只需把旧柔性夹爪拆下，重新胶粘新的柔性夹爪即可，操作简单方便。
44.在安装基座1还安装有摄像头6和力传感器7，摄像头6和力传感器7通过螺钉固定在安装基座1上。摄像头6用于对工作表面进行捕捉，以图像的方式反馈给控制系统，控制系统控制协作机器人带动棉签夹爪移动到工作地点。力传感器7用于严格控制棉签5与工作表面之间的接触力的大小，防止用力过大对工作表面(例如人体的喉部)造成损伤。
45.在缸体的底部形成有法兰盘10，在法兰盘10上开设有第一传感器引线孔12，在大头端361上开设有第二传感器引线孔13，力传感器7的引线依次穿过第一传感器引线孔12、第二传感器引线孔13后与夹爪2连接。力传感器7通过感知棉签5的末端与夹爪2之间的作用力，进而感知棉签与工作表面的接触力大小。
46.在力传感器7的外围安装有传感器防护壳11，传感器防护壳11的下端与安装基座1固定连接，传感器防护壳11的上端向水平方向延伸有凸沿，凸沿与法兰盘10通过螺钉9固定连接。
47.上述内容详细说明了本发明实施例提供的棉签夹爪的结构，下面对棉签夹爪的工作流程进行说明。
48.棉签夹爪的夹持流程如下：
49.医疗协作机器人通过摄像头的视觉反馈，携带棉签夹爪移动到棉签5的所在位置，
并使棉签5插进夹爪2，在气路驱动系统的驱动下，气体通过下气管34、下气管接头32和下通气孔352后进入气缸的下空腔，在气压驱动下驱动活塞36向上运动，活塞36带动夹爪2向上运动，在柔性夹爪上移一定距离后，夹爪2与外壳4接触并发生挤压，通过夹爪2本身的柔性产生自适应变形，与棉签5的杆部形成包裹状态，对棉签5的杆部进行周向夹取。
50.棉签夹爪的松持流程如下：
51.在气路驱动系统的驱动下，气体通过上气管33、上气管接头31和上通气孔351后进入气缸的上空腔，在气压驱动下驱动活塞36向下运动，活塞36带动夹爪2向下运动，夹爪2失去与外壳4之间的挤压，逐渐变回原形，松开棉签5的杆部，实现对棉签5的松弛。
52.本发明设计精巧、结构简单、体积小，具有工作效率高、稳定性高等优点，各部分通过螺钉、螺纹连接，方便拆卸、维修，与医疗协作机器人配合，在医院、疾控中心等地使用，可大幅度解放劳动力，降低人力成本，增加工作效率，在很大程度上减小医患交叉感染的风险。
53.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。
54.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。
55.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作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。