一种自动化核酸检测装置的制作方法

1.本发明具体涉及医疗用品技术领域，具体涉及一种自动化核酸检测装置。


背景技术：

2.在进行核酸采样时，需要专业的医护人员佩戴口罩、防护服、乳胶手套、防溅面罩等情况下方可进行采样，医护人员需要长时间简单重复同样动作，容易疲劳，不利于其身心健康，且医护人员接触的人员较多，大大提高了其被感染的风险。
3.中国专利cn114856267a公开了一种口咽拭子核酸采样工作站，其具体公开了如下技术特征：机械手通过中控台由采样医护人员控制，能够完成从耗材仓取出病毒采样管及拭子、拧开瓶盖，进行口咽拭子样本采集、拧回瓶盖、将样本放回样本回收仓、将拭子放回拭子回收仓等操作。但是，该核酸采样工作站在通过机械手进行口咽拭子样本采集时，无法保证拭子与口腔擦拭部位的接触力度，力度太大会造成检测者喉部损伤，力度太小可能导致拭子不能有效接触检测者喉部，从而造成无效采样。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种自动化核酸检测装置，该自动化核酸检测装置可实现自动化核酸采样，降低安全隐患，且采样过程中可保证拭子与口腔擦拭部位的接触力度，在不弄伤检测者喉部的情况下达到有效采样的目的。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种自动化核酸检测装置，包括工作台、用于支撑检测者的下巴的托架装置、用于放置拭子的拭子座、用于放置试管的试管座、用于从所述拭子座中夹取所述拭子并把所述拭子放入检测者口腔中进行取样后放入所述试管中的拭子夹取装置、用于对检测者的口腔进行图像采集的图像采集系统、用于拧开和拧紧试管的试管盖夹取装置和控制器，所述托架装置、所述拭子座、所述试管座、所述拭子夹取装置和所述试管盖夹取装置均设置在所述工作台上，所述拭子夹取装置、所述图像采集系统和所述试管盖夹取装置均分别与所述控制器电性连接，所述拭子夹取装置包括用于夹取所述拭子的第一夹头组件和用于驱使所述第一夹头组件做平移和翻转运动的第一机械臂，所述第一机械臂固定设置在所述工作台上，所述第一夹头组件固定设置在所述第一机械臂的末端法兰上，所述拭子夹取装置还包括核酸采样过程中用于感知所述拭子受力的力传感器，所述力传感器设置在所述第一机械臂的末端法兰和所述第一夹头组件之间，所述力传感器与所述控制器电性连接。
7.优选地，所述第一夹头组件包括两个第一夹爪，两个所述第一夹爪能够同步相向移动以夹持所述拭子，两个所述第一夹爪还能够同步相背移动以松开所述拭子，所述第一夹头组件还包括用于驱使两个所述第一夹爪同步相向和相背移动的第一驱动机构，两个所述第一夹爪分别设置在所述第一驱动机构上。
8.进一步地，每个所述第一夹爪的内侧均设置有与所述拭子相配合的第一夹持部，所述第一夹持部呈v型结构，两个所述第一夹爪的第一夹持部对称设置。
9.进一步地，所述拭子为细长结构，所述拭子间隔设置在所述拭子座中，所述拭子座中的各个所述拭子的中心轴线均垂直于所述工作台所在平面。
10.优选地，所述图像采集系统包括双目深度相机，所述双目深度相机固定设置在所述第一夹头组件的上方，所述双目深度相机的中心轴线与所述第一夹头组件的中心轴线二者在竖直方向上的距离为30～70mm。
11.优选地，所述试管包括管体和与所述管体通过旋合连接的试管盖，所述试管盖夹取装置包括用于夹取所述试管盖的第二夹头组件和用于驱使所述第二夹头组件做平移和翻转运动的第二机械臂，所述第二夹头组件包括两个第二夹爪，两个所述第二夹爪能够同步相向移动以夹持所述试管盖，两个所述第二夹爪还能够同步相背移动以松开所述试管盖，所述第二夹头组件还包括用于驱使两个所述第二夹爪相向和相背移动的第二驱动机构，所述第二夹头组件还包括用于驱使所述第二夹爪带动所述试管盖做旋转运动以拧开和拧紧所述试管的第三驱动机构，所述第二机械臂固定设置在所述工作台上，所述第三驱动机构设置在所述第二机械臂的末端法兰上，所述第二驱动机构设置在所述第三驱动机构上，两个所述第二夹爪分别设置在所述第二驱动机构上。
12.进一步地，每个所述第二夹爪的内侧均设置有与所述试管盖相配合的第二夹持部，所述第二夹持部呈v型结构，两个所述第二夹爪的第二夹持部对称设置，所述第二夹持部的夹持面上设置有齿槽。
13.进一步地，每个所述第二夹爪的内侧还设置有用于将所述拭子折断的切割部，两个所述第二夹爪的切割部相对设置。
14.优选地，所述托架装置包括托架，所述托架的上端部设置有用于支撑检测者下巴的支撑部，所述托架装置还包括可拆卸地设置在所述支撑部上的支撑垫。
15.进一步地，所述托架装置还包括设置在所述托架上的灯光装置，所述灯光装置包括支架和灯源，所述支架的一端部能够上下调节高度地、且能够转动地设置在所述托架上，所述灯源通过球形关节转动设置在所述支架的另一端部。
16.优选地，所述核酸检测装置还包括设置在所述托架装置上的触动开关和设置在所述工作台上的启动开关，所述触动开关和所述启动开关均与所述控制器电性连接，当所述检测者的下巴放置在所述托架装置上时，所述触动开关被触发，发送信号到所述控制器。
17.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的自动化核酸检测装置在进行核酸采样时，当检测者下巴放置在托架装置上后，控制器可控制拭子夹取装置动作夹取拭子，通过图像采集系统对检测者喉部的图像进行导航定位，引导拭子夹取装置将拭子放入检测者口腔进行采样，采样后可通过试管盖夹取装置的配合将拭子放入试管中，完成医护人员日常核酸采样过程的步骤，实现从拭子到核酸采样的机器人全流程采样，整个采样过程无需医护人员参与，减少了医护人员的需求，避免了医护人员与检测者的接触感染问题，可实现自动化核酸采样，降低安全隐患，降低采样成本，方便人员进行核酸检测。而且，在拭子夹取装置将拭子放入检测者口腔进行采样时，可通过力传感器感知拭子的受力，确保拭子与口腔擦拭部位相接触，且力度适中，避免弄疼弄伤检测者，同时也可以确保拭子能够贴合检测部位完成有效采样。
附图说明
18.附图1为本实施例的自动化核酸检测装置的立体示意图；
19.附图2为本实施例的托架装置的立体示意图；
20.附图3为本实施例的第一夹头组件的立体示意图(含力传感器)；
21.附图4为附图3中a处局部放大示意图；
22.附图5为本实施例的第一夹头组件的主视示意图(含力传感器)；
23.附图6为本实施例的第一夹头组件的侧视示意图(含力传感器)；
24.附图7为本实施例的第二夹头组件的立体示意图；
25.附图8为本实施例的第二夹头组件的俯视示意图；
26.附图9为本实施例的第二夹头组件的侧视示意图。
27.其中：1、工作台；2、托架装置；21、托架；211、支撑部；22、支撑垫； 231、支架；232、灯源；233、套筒；31、拭子座；32、拭子；321、被切割部； 41、试管座；42、试管；5、拭子夹取装置；51、第一夹头组件；511、第一夹爪；511a、第一夹持部；512、第一驱动机构；513、第一安装座；52、第一机械臂；53、力传感器；6、图像采集系统；7、试管盖夹取装置；71、第二夹头组件；711、第二夹爪；711a、第二夹持部；711b、切割部；712、第二驱动机构；713、第三驱动机构；714、第二安装座；72、第二机械臂；8、触动开关； 9、启动开关。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
29.如图1所示，本发明的自动化核酸检测装置包括工作台1、托架装置2、拭子座31、试管座41、拭子夹取装置5、图像采集系统6、试管盖夹取装置7和控制器。
30.托架装置2放置在工作台1上，托架装置2用于支撑检测者的下巴。如图2 所示，托架装置2包括托架21，托架21的下部固定设置在工作台1上，托架 21的上部设置有支撑部211，支撑部211用于放置检测者的下巴。支撑部211 呈弧形，以便于与检测者的下巴更好地贴合，以形成稳定的支撑，从而固定检测者口腔位置，保证不同的检测者口腔张开的角度与位置相对固定。
31.如图2所示，托架装置2还包括支撑垫22，支撑垫22与支撑部211相匹配，支撑垫22可拆卸地设置在支撑部211的上端面上。这样，在每个检测者进行核酸检测后，都可将支撑垫22从支撑部211上拆卸，在下一检测者进行核酸检测时，可更换新的支撑垫22到支撑部211上，从而可避免交叉感染。
32.如图2所示，托架装置2还包括灯光装置，灯光装置设置在托架21上，灯光装置主要在进行核酸检测时提供照明，以使得图像采集系统6能够清晰地采集检测者口腔的图像信息。
33.灯光装置包括支架231和设置在支架231上的灯源232。支架231的一端部能够上下滑动地设置在托架21上，从而可使支架231带动灯源232上下滑动，以调节灯源232的高度。支架231的一端部还与托架21转动连接，使得支架231 还能够带动灯源232绕托架21在水平面内转动，从而调节灯源232的周向位置。灯源232通过球形关节转动设置在支架231上，从而可调节灯源232与支架231 之间的角度。以保证针对不同的检测者都可以通过灯源232将光线打进检测者口腔内部，保证检测者口腔内部的光源环境良好，保证口腔采集点的准确
性与可靠性。
34.沿支架231转动的圆周方向，支架231可设置有多个，每个支架231上均设置有一个灯源232。灯光装置还包括套筒233，套筒233套设在托架21的外部并能够绕托架21转动地设置。每个支架231的一端部均可调位置地设置在套筒233上。
35.拭子座31设置在工作台1上，拭子座31用于放置采样所用的拭子32。拭子32呈细长结构，各个拭子32在拭子座31上间隔设置，且拭子32在拭子座 31中放置时，各个拭子32的中心轴线均垂直于工作台1所在平面。这样，便于在核酸采样时拭子夹取装置5夹取拭子32。
36.试管座41设置在工作台1上，试管座41用于放置试管42。试管42包括管体和与管体旋合连接的试管盖。本实施例中，试管座41上间隔设置有多个试管 42，每个试管42均竖直设置，管体固定设置在试管座41上，试管盖朝上。
37.拭子夹取装置5设置在工作台1上，拭子夹取装置5用于夹取拭子座31中放置的拭子32，并将拭子32移动放入到检测者口腔中进行取样，然后将取样后的拭子32放入试管42中。
38.如图1所示，拭子夹取装置5包括第一夹头组件51和第一机械臂52。第一夹头组件51用于夹取拭子32，本实施例中，在第一夹头组件51夹取拭子32和采样后将拭子32放入试管42中时，拭子32的中心轴线均是沿竖直方向延伸，而将拭子32伸入检测者口腔中进行核酸采样时，拭子32的中心轴线沿水平方向延伸，因此第一夹头组件51需要相对工作台1进行平移及翻转运动。第一机械臂52用于驱使第一夹头组件51做平移和翻转运动。本实施例中，第一机械臂52采用六自由度机械臂，第一机械臂52安装在工作台1上，第一夹头组件 51设置在第一机械臂52的末端法兰上。
39.如图1、图3～图6所示，第一夹头组件51包括两个第一夹爪511，第一夹头组件51具有一中心轴线a，两个第一夹爪511对称设置在中心轴线a的相对两侧。两个第一夹爪511能够同时向靠近中心轴线a的方向相向移动，以使第一夹头组件51处于夹紧状态，从而夹持拭子32。两个第一夹爪511还能够同时向远离中心轴线a的方向相背移动，以使第一夹头组件51处于松开状态，从而松开拭子32。
40.如图3和图4所示，每个第一夹爪511的内侧均设置有与拭子32相配合的第一夹持部511a，第一夹持部511a呈v型结构，两个第一夹爪511的第一夹持部511a对称设置。当第一夹头组件51处于夹紧状态时，两个第一夹爪511的第一夹持部511a相互靠近，二者之间形成夹持拭子32的夹持空间。当拭子32被夹持在夹持空间中时，可使拭子32的中心轴线自动与第一夹头组件51的中心轴线a对准，使二者沿同一直线方向延伸，从而在进行核酸采样时，对拭子32 的位置进行精确定位，可使拭子32能够准确地对准检测者的检测位置进行取样。
41.第一夹头组件51还包括第一驱动机构512，第一驱动机构512用于驱使两个第一夹爪511同步相向和相背移动，两个第一夹爪511分别设置在第一驱动机构512上。本实施例中，第一驱动机构512采用电动夹爪，第一夹头组件51 还包括第一安装座513，第一驱动机构512固定设置在第一安装座513上。
42.拭子夹取装置5还包括力传感器53，力传感器53用于在核酸采样过程中感知拭子32受力，以避免出现拭子32与口腔擦拭部位的接触力度太大造成检测者喉部损伤的问题，同时还可避免出现接触力度太小可能导致拭子32不能有效接触检测者喉部，从而造成无效采样的问题。
43.本实施例中，力传感器53采用六维力传感器，其设置在第一机械臂52的末端法兰和第一安装座513之间。
44.图像采集系统6用于对检测者的口腔进行图像采集，以通过采集的图像定位检测者口腔中的检测位置，从而引导拭子夹取装置5夹取拭子32伸入到检测者口腔中的检测位置进行有效核酸采样。
45.本实施例中，图像采集系统6采用双目深度相机，以获取检测者的口腔部位的彩色图像与深度图像。
46.本实施例中，当拭子32旋转到其中心轴线沿水平方向延伸以便于伸入检测者口腔时，双目深度相机位于第一安装座513的上端，双目深度相机的中心轴线与第一夹头组件51的中心轴线a二者在竖直方向上的距离h为30～70mm。这样，在通过双目深度相机对检测者口腔中的检测位置定位后，第一机械臂52 主要驱动第一夹头组件51夹取拭子32做水平方向的平移运动使拭子32伸入检测者口腔中，拭子32在竖直方向上的运动相对较小，使得操作简单。
47.试管盖夹取装置7设置在工作台1上，试管盖夹取装置7用于夹取试管盖，并拧开和拧紧试管42。
48.如图1所示，试管盖夹取装置7包括第二夹头组件71和第二机械臂72。第二夹头组件71用于夹取试管盖，并使试管盖相对管体旋转以拧开和拧紧试管42。第二夹头组件71可相对工作台1进行平移及翻转运动。第二机械臂72用于驱使第二夹头组件71做平移和翻转运动。本实施例中，第二机械臂72采用六自由度机械臂，第二机械臂72安装在工作台1上，第二夹头组件71设置在第二机械臂72的末端法兰上。
49.如图1、图7～图9所示，第二夹头组件71包括两个第二夹爪711，第二夹头组件71具有一中心轴线b，两个第二夹爪711对称设置在中心轴线b的相对两侧。两个第二夹爪711能够同时向靠近中心轴线b的方向相向移动，以使第二夹头组件71处于夹紧状态，从而夹持试管盖。两个第二夹爪711还能够同时向远离中心轴线b的方向相背移动，以使第二夹头组件71处于松开状态，从而松开试管盖。
50.每个第二夹爪711的内侧均设置有与试管盖相配合的第二夹持部711a，第二夹持部711a呈v型结构，两个第二夹爪711的第二夹持部711a对称设置。当第二夹头组件71处于夹紧状态时，两个第二夹爪711的第二夹持部711a相互靠近，二者之间形成夹持试管盖的夹持空间。
51.第二夹持部711a的夹持面上设置有齿槽，从而在通过第二夹头组件71拧开和拧紧试管42时可避免出现打滑现象。
52.第二夹头组件71还包括第二驱动机构712，第二驱动机构712用于驱使两个第二夹爪711同步相向和相背移动，两个第二夹爪711分别设置在第二驱动机构712上。本实施例中，第二驱动机构712采用电动夹爪。
53.第二夹头组件71还包括第三驱动机构713，第三驱动机构713用于驱使第二夹爪711带动试管盖做旋转运动，以拧开和拧紧试管42。
54.第二夹头组件71还包括第二安装座714，第二安装座714固定连接在第二机械臂72的末端法兰上，第三驱动机构713固定连接在第二安装座714上，第二驱动机构712设置在所述第三驱动机构713上，两个第二夹爪711分别设置在第二驱动机构712上。
55.每个第二夹爪711的内侧还设置有切割部711b，两个第二夹爪711的切割部711b相对设置。当拭子夹取装置5夹取拭子32使拭子插入试管42的管体中后，通过切割部711b将拭子32折断，从而使采样后的拭子32能够装入试管42 中。本实施例中，拭子32上设置有被切割部321，被切割部321处的直径小于拭子32其他部位的直径，从而使得拭子32容易被折断。
56.本实施例中，拭子座31在工作台1上靠近拭子夹取装置5一侧设置，以便于拭子夹取装置5从拭子座31中夹取拭子32。第一机械臂52和第二机械臂72 分别设置在托架21的相对两侧，二者之间间隔0.8～1.3m设置，试管座41设置在第一机械臂52和第二机械臂72之间，从而便于拭子32采样后将拭子32放入试管42中，也便于试管盖夹取装置7拧开和拧紧试管42，同时便于拭子夹取装置5和试管盖夹取装置7相互协作将拭子32折断。
57.该核酸检测装置还包括控制器、触动开关8和启动开关9，触动开关8设置在托架21上，启动开关9设置在工作台1上，灯源232、拭子夹取装置5、图像采集系统6、试管盖夹取装置7、触动开关8和启动开关9均分别与控制器电性连接。
58.该核酸检测装置的工作原理如下：
59.当检测人员完成相关信息录入后，便可进行核酸检测。检测时，检测者将下巴放到托架21上部的支撑垫22上，触动开关8即被触发，触动开关8发出检测准备信号到控制器中。检测者张开口腔，同时手动按下启动开关9，使灯源 232开启照向检测者的口腔。
60.控制器控制第一机械臂52动作，驱动第一夹头组件51向拭子座31方向运动，并夹取拭子32，第一机械臂52驱动第一夹头组件51带动拭子32做翻转运动使拭子32的中心轴线沿水平方向延伸，并使双目深度相机位于第一夹头组件 51的上方。第一机械臂52驱动第一夹头组件51带动拭子32向托架装置2方向移动。当移动到设定的初始位置后，通过双目深度相机对检测者的口腔部位成像，确定检测者口腔内的检测位置。通过控制器控制第一机械臂52驱动第一夹头组件51带动拭子32移动，将拭子32伸入检测者的口腔中并对准检测位置，在拭子32伸入检测者口腔后，通过六维力传感器检测拭子32受力，确保拭子 32与口腔内检测位置接触，且力度适中，拭子32对准检测位置来回擦拭多次，便可完成拭子32的采样。
61.在控制器控制第一机械臂52驱动拭子32进行采样的同时，控制器控制第二机械臂72驱动第二夹头组件71向试管座41方向移动，并夹持试管42的试管盖。通过第三驱动机构713驱动第二夹爪711带动试管盖相对管体转动，将试管42拧开。控制器控制第二机械臂72驱动第二夹头组件71动作将试管盖放置到工作台1上。
62.第一机械臂52驱动第一夹头组件51带动采样后的拭子32向试管座41方向移动，并使第一夹头组件51带动采样后的拭子32做翻转运动使该拭子32的中心轴线沿竖直方向延伸，第一机械臂52驱动第一夹头组件51将采样后的拭子32放入试管42。第二机械臂72驱动第二夹头组件71通过其上设置的切割部 711b配合第一机械臂52动作切割采样后的拭子32的被切割部321，以将采样后的拭子32折断，使采样后的拭子32的头部落入试管41中。
63.控制器控制第二机械臂72驱动第二夹头组件71夹持试管盖，并移动到装有拭子32的管体部位，将试管盖装回管体。通过第三驱动机构713驱动第二夹爪711带动试管盖相对管体转动，以将试管42拧紧，如此便完成了核酸的自动采样。
64.整个采样过程无需医护人员参与，避免了医护人员与检测者的接触感染问题，可实现自动化自助式无人值守核酸采样，从而降低安全隐患，降低采样成本，还可24小时不间
断采样，方便了检测者随时采样、提高了采样效率。而且该检测装置可放置在社区内，核酸检测时无需人员汇聚到特定核酸检测点，避免了人员的接触，解决了核酸采样导致的交叉感染问题。
65.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。