CN113384303A - 一种用于咽喉采样的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械及机器人领域，具体地说是一种用于咽喉采样的机器人，适用于针对传染病人，在隔离条件下远程完成咽喉部生物学样本的采样；机器人包括咽喉部采样作业工具、升降和俯仰调整机构、可移动底座、摄像头、视频编码器、音频编解码器和无线节点，咽喉部采样作业工具主要包括内窥镜、采样工具夹持机构、执行机构、驱动机构和口腔标识圈。本发明能代替医护人员，对病患进行咽喉部样本采集；在隔离条件下，医护人员可以对机器人进行远程遥控操作，防止被感染；机器人保证了医护人员的安全，使其放心对病患进行细致深度的检查。本发明可在SARS、埃博拉、H7N9禽流感、新冠状病毒等传染病中避免医护人员感染，能发挥重要作用。

Description

一种用于咽喉采样的机器人

技术领域

本发明属于医疗器械及机器人领域，具体地说是一种用于咽喉采样的机器人。

背景技术

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，都导致众多人口感染，甚至造成死亡，对整个社会造成严重影响。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作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，能有效的防止他们被感染。

医护人员通过操作台控制机器人，机器人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机器人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。

发明内容

为了满足咽喉部采样的要求，本发明的目的在于提供一种用于咽喉采样的机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括咽喉部采样作业工具及可移动底座，该咽喉部采样作业工具安装于可移动底座上或通过升降和俯仰调整机构与可移动底座连接；所述咽喉部采样作业工具包括底板、内窥镜、执行机构、驱动机构、采样工具夹持机构及口腔标识圈，其中底板作为咽喉部采样作业工具的安装基础与可移动底座相连，所述口腔标识圈安装于底板的远端，所述采样工具夹持机构与执行机构的远端相连，该执行机构的近端连接于所述驱动机构，通过驱动机构的驱动由执行机构带动所述采样工具夹持机构实现左右弯曲及上下弯曲的自由度；所述驱动机构安装于底板上，或与安装在底板上的驱动机构直线运动驱动机构连接、由所述驱动机构直线运动驱动机构带动实现前后运动，进而实现所述采样工具夹持机构前后运动的自由度；所述内窥镜安装于驱动机构上，或与安装在底板上的内窥镜直线运动驱动机构连接，由所述内窥镜直线运动驱动机构带动实现前后运动。

其中：所述执行机构包括蛇骨、驱动腱、器械主体支架、推拉滑块及压盖，该器械主体支架安装于所述驱动机构上，所述器械主体支架上设有压盖，该压盖与器械主体支架之间容置有可相对前后运动的推拉滑块；所述蛇骨的近端连接于器械主体支架的远端，该蛇骨的远端通过驱动腱与推拉滑块连接；所述推拉滑块分为执行蛇骨左右弯曲及执行蛇骨上下弯曲的两组，每组中的两个推拉滑块分别通过所述驱动腱与蛇骨的远端相连，每组中的两个推拉滑块通过所述驱动装置的驱动同步反向运动；所述采样工具夹持机构连接于蛇骨的远端。

所述压盖上开设有供推拉滑块前后运动的滑槽，该推拉滑块的一侧设有凸出部，该凸出部由所述滑槽伸出，并与所述驱动机构相连，所述推拉滑块的另一侧容置于压盖与器械主体支架之间。

所述推拉滑块沿长度方向开有通孔，该通孔的两端分别螺纹连接有顶丝；所述驱动腱的远端与蛇骨的远端相连，该驱动腱的近端由推拉滑块内靠前的所述顶丝穿过，所述驱动腱的近端端部设有圆头，该圆头夹于两顶丝之间。

所述驱动机构包括电机A、驱动传动机构、驱动机构滑块、驱动机构丝杠、驱动机构丝杠螺母及支架，该支架安装于底板上，或与所述驱动机构直线运动驱动机构连接，所述支架上转动安装有分别对应采样工具夹持机构左右弯曲和上下弯曲的两组驱动机构丝杠，每组中的两根驱动机构丝杠旋向相反，并通过所述驱动传动机构由同一个安装在支架上的电机A同步驱动，每组中的两根驱动机构丝杠上分别通过驱动机构丝杠螺母连接有用于与执行机构相连的驱动机构滑块，每组中的两个驱动机构滑块通过同一个电机A的驱动同步反向运动，进而通过所连接的所述执行机构带动采样工具夹持机构实现左右弯曲或上下弯曲两个自由度。

所述驱动传动机构包括齿轮A、齿轮B及齿轮C，该齿轮B与齿轮C分别与一组中的两根驱动机构丝杠的同一端连接，所述齿轮A安装于驱动该组的电机A的输出轴上，位于所述齿轮B与齿轮C之间，并分别与所述齿轮B与齿轮C外啮合传动。

所述支架为框架结构，上下两侧各转动安装一组驱动机构丝杠，所述执行机构安装于该支架内部，所述支架朝向病患的一侧设有供所述执行机构伸出的开口；所述驱动机构滑块的上端内部安装有与驱动机构丝杠螺纹连接的驱动机构丝杠螺母，该驱动机构滑块的下端为与所述执行机构连接的凹槽A。

所述驱动机构直线运动驱动机构包括电机B、直线运动丝杠A、直线运动丝杠螺母A、垫片、载重滑块及导轨，该电机B安装于底板上，输出轴与转动安装于底板上的直线运动丝杠A相连，所述直线运动丝杠A上螺纹连接有直线运动丝杠螺母A；所述垫片与直线运动丝杠螺母A连接，该垫片的下表面安装有与所述底板上设置的导轨滑动连接的载重滑块，所述驱动机构安装于垫片的上表面。

所述内窥镜直线运动驱动机构包括电机C、直线运动丝杠B及直线运动丝杠螺母B，该电机C安装于底板上，或固定于所述垫片上，所述直线运动丝杠B转动安装于底板上，或转动安装于所述垫片上，该直线运动丝杠B上螺纹连接有直线运动丝杠螺母，所述内窥镜的近端与直线运动丝杠螺母相连。

所述采样工具夹持机构包括触碰咽喉作业工具及压舌作业工具，该触碰咽喉作业工具由独立的驱动机构驱动执行机构带动左右弯曲或上下弯曲，所述压舌作业工具由独立的驱动机构驱动执行机构带动左右弯曲或上下弯曲，所述触碰咽喉作业工具及压舌作业工具通过驱动机构直线运动驱动机构实现前后移动。

所述触碰咽喉作业工具包括传感器架、力/力矩传感器、弹簧、橡胶套及触碰工具，该传感器架的近端与所述执行机构的远端相连，所述传感器架的远端内部容置有弹簧及可相对传感器架移动的橡胶套，该橡胶套的远端与所述触碰工具连接，所述橡胶套的近端与安装于传感器架上的力/力矩传感器之间设有弹簧，该弹簧的两端分别与所述橡胶套近端及力/力矩传感器连接。

所述压舌作业工具包括传感器架、翘板、挡板、力/力矩传感器及压舌工具，该传感器架的近端与所述执行机构的远端相连，所述传感器架的远端铰接有翘板，所述翘板的远端与压舌工具插接，该翘板的近端与安装在所述传感器架上的力/力矩传感器抵接。

所述口腔标识圈为“O”形环，该口腔标识圈朝向病患的端面沿圆周方向均布有多个用于固定病患嘴型的凸起；所述底板远端设有支架，该支架上开设有供所述口腔标识圈插接的凹槽B。

所述底板上安装有立柱及无线节点，该立柱的顶端连接有具有旋转及俯仰两个自由度的摄像头，该摄像头用于观看病患面部情况以及全景情况；所述可移动底座的底部安装有轮子，该可移动底座的内部分别布置有视频编码器、音频编解码器、计算机、驱动器及电池，所述视频编码器、音频编解码器、驱动器、无线节点及摄像头分别与计算机连接，计算机与电池连接，所述内窥镜与视频编码器连接，所述驱动机构、驱动机构直线运动驱动机构及内窥镜直线运动驱动机构中的电机分别与驱动器连接。

本发明的优点与积极效果为：

本发明能代替医护人员，模拟医护人员的手臂、手腕和眼睛，对病患进行口腔样本采集。在隔离条件下，医护人员可以对机器人进行远程遥控操作，防止被感染；本发明保证了医护人员的安全，使其放心对病患进行深度检查；装置上的可拆卸口腔标识圈可对病患进行有效定位，保证采样过程稳定。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明咽喉部采样作业工具的内部结构示意图；

图3为图2中执行机构的结构示意图；

图4为图3中驱动腱与推拉滑块的连接结构示意图；

图5为图2中驱动机构的结构示意图；

图6为图5中驱动传动机构的结构示意图；

图7为本发明驱动机构的直线运动驱动机构的结构示意图；

图8为本发明内窥镜的直线运动驱动机构的结构示意图

图9为本发明驱动机构与执行机构卡接的结构示意图；

图10为本发明触碰咽喉作业工具夹持机构的结构示意图；

图11为本发明压舌作业工具夹持机构的结构示意图；

图12为本发明口腔标识圈的结构示意图；

图13为本发明升降和俯仰调整机构的结构示意图；

图14为本发明可移动底座的内部结构示意图；

其中：1为咽喉部采样作业工具，2为升降和俯仰调整机构，3为可移动底座，4为内窥镜，5为执行机构，6为驱动机构，7为采样工具夹持机构，8为口腔标识圈，9为摄像头，10为无线节点，11为蛇骨，12为驱动腱，13为限丝套管，14为器械主体支架，15为推拉滑块，16为压盖，17为顶丝，18为电机A，19为电机安装板，20为驱动传动机构，21为驱动机构滑块，22为驱动机构丝杠，23为支架，24为丝杠螺母，25为齿轮A，26为齿轮B，27为齿轮C，28为垫片，29为载重滑块，30为传感器架，31为力/力矩传感器，32为弹簧，33为橡胶套，34为翘板，35为挡板，36为内立柱，37为中间立柱，38为外立柱，39为视频编码器，40为音频编解码器，41为计算机，42为驱动器，43为电池，44为轮子，45为扶手，46为走腱管，47为滑槽，48为圆头，49为直线运动丝杠A，50为直线运动丝杠螺母A，51为底板，52为导轨，53为电机B，54为电机C，55为直线运动丝杠B，56为直线运动丝杠螺母B，57为连接槽，58为销轴，59为支架，60为凸起，61为立柱，62为凹槽A。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括咽喉部采样作业工具1及可移动底座3，该咽喉部采样作业工具1安装于可移动底座3上或通过升降和俯仰调整机构2与可移动底座3连接；本实施例的咽喉部采样作业工具1是通过升降和俯仰调整机构2与可移动底座3连接，通过升降和俯仰调整机构2可调整咽喉部采样作业工具1的高度及俯仰角度。

如图1及图2所示，咽喉部采样作业工具1包括底板51、内窥镜4、执行机构5、驱动机构6、采样工具夹持机构7、口腔标识圈8、摄像头9及无线节点10，其中底板51作为咽喉部采样作业工具1的安装基础与可移动底座3直连，或如本实施例通过升降和俯仰调整机构2与可移动底座3连接；口腔标识圈8安装于底板51的远端，采样工具夹持机构7与执行机构5的远端相连，该执行机构5的近端连接于驱动机构6，通过驱动机构6的驱动由执行机构5带动采样工具夹持机构7实现左右弯曲及上下弯曲的自由度。驱动机构6安装于底板51上，或与安装在底板51上的驱动机构直线运动驱动机构连接、由驱动机构直线运动驱动机构带动实现前后运动，进而实现采样工具夹持机构7前后运动的自由度；本实施例的驱动机构6与安装在底板51上的驱动机构直线运动驱动机构连接。内窥镜4安装于驱动机构6上、随驱动机构6连动，或与安装在底板51上的内窥镜直线运动驱动机构连接，由内窥镜直线运动驱动机构独立带动实现前后运动；本实施例的内窥镜4与安装在底板51上的内窥镜直线运动驱动机构连接，具有一个前后运动的自由度，用于观察病患口腔内部情况。底板51上靠近近端的位置安装有立柱61及无线节点10，该立柱61的顶端连接有具有俯仰及绕立柱61旋转两个自由度的摄像头9，该摄像头9用于观看拍摄病患面部情况以及观看监控全景环境情况。本实施例的无线节点10为现有技术，可为无线信号接收器，可以实现主从端的无线信号传输。

如图2、图3所示，执行机构包括蛇骨11、驱动腱12、限丝套管13、器械主体支架14、推拉滑块15及压盖16，该器械主体支架14安装于驱动机构6上，器械主体支架14上设有压盖16，该压盖16与器械主体支架14之间容置有可相对前后运动的推拉滑块15；蛇骨11的近端连接于器械主体支架14的远端，该蛇骨11的远端通过驱动腱12与推拉滑块15连接；推拉滑块15分为执行蛇骨11左右弯曲及执行蛇骨11上下弯曲的两组，每组中的两个推拉滑块15分别通过驱动腱12与蛇骨11的远端相连，每组中的两个推拉滑块15通过驱动装置6的驱动同步反向运动；采样工具夹持机构7连接于蛇骨11的远端。本实施例的蛇骨11为现有技术，可以是冗余的连续体机构，也可以是万向节二自由度机构。

本实施例的执行机构5为结构相同的两套，分别对应采样工具夹持机构7的触碰咽喉作业工具和压舌作业工具。以一套执行机构5为例，器械主体支架14的上下两面各安装有一个压盖6，压盖6与器械主体支架14之间留有空间。每个压盖6上并排开设有两个供推拉滑块15前后运动的滑槽47，每套执行机构5中具有四个推拉滑块15及四根驱动腱12，四个推拉滑块15分别对应蛇骨11的左、右、上、下弯曲方向；其中对应左右弯曲方向的两个推拉滑块15位于一个压盖6与器械主体支架14之间，对应上下弯曲方向的两个推滑块15位于另一个压盖6与器械主体支架14之间。器械主体支架14上固接了四根限丝套管13、与四根驱动腱12一一对应，并且器械主体支架14朝向病患的一面设有走腱管46，蛇骨11的近端连接于器械主体支架14的远端(即走腱管46上)，四个推拉滑块15各连接一根驱动腱12，每根驱动腱12的近端与推拉滑块15连接，远端则由对应的限丝套管13穿出，再穿入走腱管46内，最终引入蛇骨11内，并连接于蛇骨11远端的左、右、上、下四个位置。

如图3、图4所示，本实施例的推拉滑块15的一侧设有凸出部，该凸出部由压盖16上开设的滑槽47伸出，并与驱动机构6相连，推拉滑块15的另一侧容置于压盖16与器械主体支架14之间，推拉滑块15被压盖6压在器械主体支架14上，通过驱动机构6的驱动可以在滑槽47内前后移动，从而推拉驱动腱12，驱动蛇骨11的弯曲。推拉滑块15沿长度方向开有通孔，该通孔的两端分别螺纹连接有顶丝17；驱动腱12的远端与蛇骨11的远端相连，该驱动腱12的近端由推拉滑块15内靠前的顶丝17穿过，驱动腱12的近端端部设有圆头48，该圆头48夹于两顶丝17之间。

蛇骨11的左右弯曲自由度及上下弯曲自由度各需要两根驱动腱12的分别推拉来实现，因此执行蛇骨11左右弯曲自由度的两个推拉滑块15的运动方向相反，执行蛇骨11上下弯曲自由度的两个推拉滑块15的运动方向相反。

如图2～6及图9所示，驱动机构6包括电机A18、驱动传动机构20、驱动机构滑块21、驱动机构丝杠22、驱动机构丝杠螺母及支架23，该支架23安装于底板51上，或与驱动机构直线运动驱动机构连接，支架23上转动安装有分别对应采样工具夹持机构7左右弯曲和上下弯曲的两组驱动机构丝杠22，每组中的两根驱动机构丝杠22旋向相反，并通过驱动传动机构20由同一个安装在支架23上的电机A18同步驱动，每组中的两根驱动机构丝杠22上分别通过驱动机构丝杠螺母连接有用于与执行机构5相连的驱动机构滑块21，每组中的两个驱动机构滑块21通过同一个电机A18的驱动同步反向运动，进而通过所连接的执行机构5带动采样工具夹持机构7实现左右弯曲或上下弯曲两个自由度。

本实施例的驱动机构6为结构相同的两套，分别用于驱动采样工具夹持机构7的触碰咽喉作业工具和压舌作业工具，每套执行机构5均由一套驱动机构6独立驱动。两套驱动机构6均与驱动机构直线运动驱动机构连接，使采样工具夹持机构7的触碰咽喉作业工具和压舌作业工具还具有前后运动的自由度。以一套驱动机构为例，支架23为框架结构，朝向病患的一侧设有供执行机构5伸出的开口，执行机构5中的器械主体支架14、压盖16及推拉滑块15容置于支架23内部，限丝套管13及走腱管46则由支架23上的开口伸出。电机A18为两个，两个电机A18分别安装到电机安装板19上，电机安装板19再与支架23固接，两个电机A18上下设置；支架23内部的上下两侧各转动安装一组驱动机构丝杠22，一组的两根驱动机构丝杠22等高并排设置、且旋向相反，每根驱动机构丝杠22上均设有可前后运动的驱动机构滑块21，驱动机构滑块21的上端内部安装有与驱动机构丝杠22螺纹连接的驱动机构丝杠螺母，该驱动机构滑块21的下端为矩形的凹槽A62；一组驱动机构丝杠22上所连接的两个驱动机构滑块21由一个电机A18同步驱动，运动方向相反。执行机构5中的推拉滑块15上的凸出部卡接在凹槽A62内，实现执行机构5与驱动机构6的连接。位于上侧的两个驱动机构滑块21与执行机构5中的两个推拉滑块15上的凸出部卡接，位于下侧的两个驱动机构滑块21与执行机构5中的另外两个推拉滑块15上的凸出部卡接，这样通过驱动机构滑块21的前后运动，即可带动执行机构5中的推拉滑块15前后运动，进而推拉驱动腱12实现蛇骨11的左右弯曲和上下弯曲两个自由度。本实施例的驱动传动机构20为齿轮组，包括齿轮A25、齿轮B26及齿轮C27，该齿轮B26与齿轮C27分别与一组中的两根驱动机构丝杠22的同一端连接，齿轮A25的内孔安装于驱动该组的电机A18的输出轴上，位于齿轮B26与齿轮C27之间，并分别与齿轮B26与齿轮C27外啮合传动，因此，与齿轮A25外啮合的齿轮B26与齿轮C27同步同向旋转，齿轮B26与齿轮C27再分别与旋向相反的一组中的两个驱动机构丝杠22连接，将动力传递到驱动机构丝杠22上的驱动机构滑块21上，化齿轮的旋转运动为一组中两个驱动机构滑块21的同步反向直线运动。

如图2及图7所示，本实施例的驱动机构直线运动驱动机构包括电机B53、直线运动丝杠A49、直线运动丝杠螺母A50、垫片28、载重滑块29及导轨52，该电机B53通过电机安装架固定于底板51上，输出轴与转动安装于底板51上的直线运动丝杠A49相连，直线运动丝杠A49上螺纹连接有直线运动丝杠螺母A50；本实施例的电机B53、直线运动丝杠A49及直线运动丝杠螺母A50均为两个，两根直线运动丝杠A49相平行、旋向相同，对称设置于两套执行机构5和两套驱动机构6两侧。垫片28的两端分别与两侧的直线运动丝杠螺母A50连接，该垫片28的下表面安装有载重滑块29；底板51上设有导轨52，载重滑块29与导轨52滑动连接。两套驱动机构6的支架23对称安装于垫片28的上表面，内窥镜4位于两套驱动机构6的中间，摄像头9及立柱61位于两套驱动机构6后方的中间位置。两个电机B53同步工作，分别驱动直线运动丝杠A49旋转，通过与直线运动丝杠螺母A50形成的螺旋副，实现直线运动丝杠螺母A的前后运动，进而通过垫片28带动两套驱动机构6、两套执行机构5、采样工具夹持机构7前后运动。

如图2及图8所示，本实施例的内窥镜直线运动驱动机构包括电机C54、直线运动丝杠B55及直线运动丝杠螺母B56，该电机C54安装于底板51上(或固定于垫片28上)，直线运动丝杠B55转动安装于底板51上(或转动安装于垫片28上)，该直线运动丝杠B55上螺纹连接有直线运动丝杠螺母56，内窥镜4的近端与直线运动丝杠螺母56相连，由电机C54驱动直线运动丝杠B55旋转进而驱动内窥镜4直线运动。

采样工具夹持机构7包括触碰咽喉作业工具及压舌作业工具，触碰咽喉作业工具由一套独立的驱动机构6驱动执行机构5带动左右弯曲或上下弯曲，压舌作业工具由另一套独立的驱动机构6驱动执行机构5带动左右弯曲或上下弯曲，触碰咽喉作业工具及压舌作业工具通过驱动机构直线运动驱动机构实现前后移动。

如图2、图10所示，本实施例的触碰咽喉作业工具包括传感器架30、力/力矩传感器31、弹簧32、橡胶套33及触碰工具，该传感器架30的近端与一套执行机构5远端的蛇骨11相连，传感器架30的远端内部容置有弹簧32及可相对传感器架30移动的橡胶套33，该橡胶套33的远端与触碰工具连接，橡胶套33的近端与安装于传感器架30上的力/力矩传感器31之间设有弹簧32，该弹簧32的两端分别与橡胶套33近端及力/力矩传感器31连接。本实施例的力/力矩传感器31为现有技术，可为一个六维力传感器。橡胶套33的远端设有连接孔，可以连接触碰工具；本实施例的触碰工具可为杆状作业工具(如咽拭子)，橡胶套33远端的连接孔可以把杆状作业工具的长杆套住，橡胶套33的近端与弹簧32的一端连接，弹簧32的另一端再与力/力矩传感器31连接，使触碰咽喉作业工具与咽喉部的触碰力可以传到力/力矩传感器31，同时弹簧32与橡胶套33可使触碰咽喉作业工具具有可活动的空间，起到缓冲保护的作用，保证操作的安全性。

如图2、图11所示，本实施例的压舌作业工具包括传感器架30、翘板34、挡板35、力/力矩传感器31及压舌工具，该传感器架30的近端与另一套执行机构5远端的蛇骨11相连，传感器架30的远端通过销轴58铰接有翘板34，翘板34的远端开有矩槽的连接槽57，可通过摩擦或过盈配合与压舌工具插接，夹紧压舌工具，该翘板34的近端与安装在传感器架30上的力/力矩传感器31抵接，可以把舌头对压舌工具施加的正向力通过力矩传递到力/力矩传感器31上进行力反馈控制。本实施例的压舌工具可为板状作业工具，如压舌板。

如图2、图12所示，本实施例的口腔标识圈8为“O”形环，该口腔标识圈8朝向病患的端面沿圆周方向均布有多个(本实施例为四个)凸起60，用于固定病患的嘴型。底板51远端设有支架59，该支架59上开设有凹槽B，口腔标识圈8可以插进底板51伸出来的支架59上开设的凹槽B中，方便拆卸更换。

如图1、图13所示，本实施例的升降和俯仰调整机构2包括三节可相对伸缩的立柱，分别为内立柱36、中间立柱37及外立柱38；内立柱36的上端与咽喉部采样作业工具1连接，外立柱38的下端与可移动底座3连接，可以升降调节高度和调整咽喉部采样作业工具1的俯仰姿态。

如图1、图2及图14所示，本实施例的可移动底座3的底部四角分别安装有轮子44，后部安装有扶手45，可通过人手推动；该可移动底座3的内部分别布置有视频编码器39、音频编解码器40、计算机41、驱动器42及电池43，视频编码器39、音频编解码器40、驱动器42、无线节点10及摄像头9分别与计算机41连接，触碰咽喉作业工具及压舌作业工具中的力/力矩传感器31也分别与计算机41连接，计算机41与电池43连接，内窥镜4与视频编码器39连接，音频编解码器40可连接麦克/音响。驱动机构6中的电机A18、驱动机构直线运动驱动机构中的电机B53及内窥镜直线运动驱动机构中的电机C54分别与驱动器42连接。本发明的视频编码器39、音频编解码器40、驱动器42、无线节点10及触碰咽喉作业工具和压舌作业工具中的力/力矩传感器31均为现有技术。

本发明的工作原理为：

人手推动机器人至病患所在病房。在隔离条件下，医护人员可以通过远程操控对病患进行咽喉部采样。医护人员可通过摄像头9观看监控病房内全部环境，并通过无线节点10、计算机41及音频编解码器40将医护人员的声音传达给病患；同样，病患的声音也通过音频编解码器40、计算机41及无线节点10反馈给医护人员。病患在医护人员的指导下，咬住口腔标识圈8，两套执行机构5上的蛇骨11远端分别夹持触碰咽喉作业工具、压舌作业工具，在驱动机构6的驱动下，可以在两个正交方向(即左右方向与上下方向)上弯曲和前后运动，模仿医护人员的手腕对病患进行咽喉部样本采集。内窥镜4用于观察病患口腔内部情况，具有前后运动的一个自由度。

医护人员通过无线节点10将指令传递给计算机41，计算机41通过驱动器42控制每套驱动机构6中的电机A18工作，通过驱动传动机构20带动一组两根驱动机构丝杠22同步反向旋转，通过与驱动机构丝杠螺母形成的螺旋副，使两根驱动机构杠22上的两个驱动机构滑块21同步反向运动，进而带动执行机构5中的一组两个推拉滑块15同步反向运动，对所连接的两根驱动腱12进行推拉；每组的两个推拉滑块15分别由两根驱动腱12与蛇骨11的远端连接，实现蛇骨11的左右弯曲或上下弯曲，模仿医护人员的手腕进行样本的采集，最终通过压舌作业工具下压病患舌头，由触碰咽喉作业工具进行采样。内窥镜4可观察病患口腔内部的状况，力/力矩传感器31可进行力反馈。

如需要调整驱动机构6及执行机构5的前后位置，可由医护人员通过无线节点10将指令传递给计算机41，计算机41通过驱动器42控制驱动机构直线运动驱动机构中的电机B53工作，通过直线运动丝杠A49与直线运动丝杠螺母A50之间形成的螺旋副，实现垫片28带动驱动机构6及执行机构5沿导轨52前后运动。内窥镜4也可通过电机C54的驱动实现前后运动。

本发明能够在隔离条件下，医护人员可以通过远程操控对病患进行咽喉部采样，并满足操作灵活、动作快速安全等要求，用以辅助医护人员进行咽喉部采样操作，以防被感染，保证了医护人员的安全，使其放心对病患进行深度检查。

Claims (14)

1.一种用于咽喉采样的机器人，其特征在于：包括咽喉部采样作业工具(1)及可移动底座(3)，该咽喉部采样作业工具(1)安装于可移动底座(3)上或通过升降和俯仰调整机构(2)与可移动底座(3)连接；所述咽喉部采样作业工具(1)包括底板(51)、内窥镜(4)、执行机构(5)、驱动机构(6)、采样工具夹持机构(7)及口腔标识圈(8)，其中底板(51)作为咽喉部采样作业工具(1)的安装基础与可移动底座(3)相连，所述口腔标识圈(8)安装于底板(51)的远端，所述采样工具夹持机构(7)与执行机构(5)的远端相连，该执行机构(5)的近端连接于所述驱动机构(6)，通过驱动机构(6)的驱动由执行机构(5)带动所述采样工具夹持机构(7)实现左右弯曲及上下弯曲的自由度；所述驱动机构(6)安装于底板(51)上，或与安装在底板(51)上的驱动机构直线运动驱动机构连接、由所述驱动机构直线运动驱动机构带动实现前后运动，进而实现所述采样工具夹持机构(7)前后运动的自由度；所述内窥镜(4)安装于驱动机构(6)上，或与安装在底板(51)上的内窥镜直线运动驱动机构连接，由所述内窥镜直线运动驱动机构带动实现前后运动。

2.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述执行机构包括蛇骨(11)、驱动腱(12)、器械主体支架(14)、推拉滑块(15)及压盖(16)，该器械主体支架(14)安装于所述驱动机构(6)上，所述器械主体支架(14)上设有压盖(16)，该压盖(16)与器械主体支架(14)之间容置有可相对前后运动的推拉滑块(15)；所述蛇骨(11)的近端连接于器械主体支架(14)的远端，该蛇骨(11)的远端通过驱动腱(12)与推拉滑块(15)连接；所述推拉滑块(15)分为执行蛇骨(11)左右弯曲及执行蛇骨(11)上下弯曲的两组，每组中的两个推拉滑块(15)分别通过所述驱动腱(12)与蛇骨(11)的远端相连，每组中的两个推拉滑块(15)通过所述驱动装置(6)的驱动同步反向运动；所述采样工具夹持机构(7)连接于蛇骨(11)的远端。

3.根据权利要求2所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述压盖(16)上开设有供推拉滑块(15)前后运动的滑槽(47)，该推拉滑块(15)的一侧设有凸出部，该凸出部由所述滑槽(47)伸出，并与所述驱动机构(6)相连，所述推拉滑块(15)的另一侧容置于压盖(16)与器械主体支架(14)之间。

4.根据权利要求2所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述推拉滑块(15)沿长度方向开有通孔，该通孔的两端分别螺纹连接有顶丝(17)；所述驱动腱(12)的远端与蛇骨(11)的远端相连，该驱动腱(12)的近端由推拉滑块(15)内靠前的所述顶丝(17)穿过，所述驱动腱(12)的近端端部设有圆头(48)，该圆头(48)夹于两顶丝(17)之间。

5.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述驱动机构(6)包括电机A(18)、驱动传动机构(20)、驱动机构滑块(21)、驱动机构丝杠(22)、驱动机构丝杠螺母及支架(23)，该支架(23)安装于底板(51)上，或与所述驱动机构直线运动驱动机构连接，所述支架(23)上转动安装有分别对应采样工具夹持机构(7)左右弯曲和上下弯曲的两组驱动机构丝杠(22)，每组中的两根驱动机构丝杠(22)旋向相反，并通过所述驱动传动机构(20)由同一个安装在支架(23)上的电机A(18)同步驱动，每组中的两根驱动机构丝杠(22)上分别通过驱动机构丝杠螺母连接有用于与执行机构(5)相连的驱动机构滑块(21)，每组中的两个驱动机构滑块(21)通过同一个电机A(18)的驱动同步反向运动，进而通过所连接的所述执行机构(5)带动采样工具夹持机构(7)实现左右弯曲或上下弯曲两个自由度。

6.根据权利要求5所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述驱动传动机构(20)包括齿轮A(25)、齿轮B(26)及齿轮C(27)，该齿轮B(26)与齿轮C(27)分别与一组中的两根驱动机构丝杠(22)的同一端连接，所述齿轮A(25)安装于驱动该组的电机A(18)的输出轴上，位于所述齿轮B(26)与齿轮C(27)之间，并分别与所述齿轮B(26)与齿轮C(27)外啮合传动。

7.根据权利要求5所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述支架(23)为框架结构，上下两侧各转动安装一组驱动机构丝杠(22)，所述执行机构(5)安装于该支架(23)内部，所述支架(23)朝向病患的一侧设有供所述执行机构(5)伸出的开口；所述驱动机构滑块(21)的上端内部安装有与驱动机构丝杠(22)螺纹连接的驱动机构丝杠螺母，该驱动机构滑块(21)的下端为与所述执行机构(5)连接的凹槽A(62)。

8.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述驱动机构直线运动驱动机构包括电机B(53)、直线运动丝杠A(49)、直线运动丝杠螺母A(50)、垫片(28)、载重滑块(29)及导轨(52)，该电机B(53)安装于底板(51)上，输出轴与转动安装于底板(51)上的直线运动丝杠A(49)相连，所述直线运动丝杠A(49)上螺纹连接有直线运动丝杠螺母A(50)；所述垫片(28)与直线运动丝杠螺母A(50)连接，该垫片(28)的下表面安装有与所述底板(51)上设置的导轨(52)滑动连接的载重滑块(29)，所述驱动机构(6)安装于垫片(28)的上表面。

9.根据权利要求8所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述内窥镜直线运动驱动机构包括电机C(54)、直线运动丝杠B(55)及直线运动丝杠螺母B(56)，该电机C(54)安装于底板(51)上，或固定于所述垫片(28)上，所述直线运动丝杠B(55)转动安装于底板(51)上，或转动安装于所述垫片(28)上，该直线运动丝杠B(55)上螺纹连接有直线运动丝杠螺母(56)，所述内窥镜(4)的近端与直线运动丝杠螺母(56)相连。

10.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述采样工具夹持机构(7)包括触碰咽喉作业工具及压舌作业工具，该触碰咽喉作业工具由独立的驱动机构(6)驱动执行机构(5)带动左右弯曲或上下弯曲，所述压舌作业工具由独立的驱动机构(6)驱动执行机构(5)带动左右弯曲或上下弯曲，所述触碰咽喉作业工具及压舌作业工具通过驱动机构直线运动驱动机构实现前后移动。

11.根据权利要求10所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述触碰咽喉作业工具包括传感器架(30)、力/力矩传感器(31)、弹簧(32)、橡胶套(33)及触碰工具，该传感器架(30)的近端与所述执行机构(5)的远端相连，所述传感器架(30)的远端内部容置有弹簧(32)及可相对传感器架(30)移动的橡胶套(33)，该橡胶套(33)的远端与所述触碰工具连接，所述橡胶套(33)的近端与安装于传感器架(30)上的力/力矩传感器(31)之间设有弹簧(32)，该弹簧(32)的两端分别与所述橡胶套(33)近端及力/力矩传感器(31)连接。

12.根据权利要求10所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述压舌作业工具包括传感器架(30)、翘板(34)、挡板(35)、力/力矩传感器(31)及压舌工具，该传感器架(30)的近端与所述执行机构(5)的远端相连，所述传感器架(30)的远端铰接有翘板(34)，所述翘板(34)的远端与压舌工具插接，该翘板(34)的近端与安装在所述传感器架(30)上的力/力矩传感器(31)抵接。

13.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述口腔标识圈(8)为“O”形环，该口腔标识圈(8)朝向病患的端面沿圆周方向均布有多个用于固定病患嘴型的凸起(60)；所述底板(51)远端设有支架(59)，该支架(59)上开设有供所述口腔标识圈(8)插接的凹槽B。

14.根据权利要求1所述用于咽喉采样的机器人，其特征在于：所述底板(51)上安装有立柱(61)及无线节点(10)，该立柱(61)的顶端连接有具有旋转及俯仰两个自由度的摄像头(9)，该摄像头(9)用于观看病患面部情况以及全景情况；所述可移动底座(3)的底部安装有轮子(44)，该可移动底座(3)的内部分别布置有视频编码器(39)、音频编解码器(40)、计算机(41)、驱动器(42)及电池(43)，所述视频编码器(39)、音频编解码器(40)、驱动器(42)、无线节点(10)及摄像头(9)分别与计算机(41)连接，计算机(41)与电池(43)连接，所述内窥镜(4)与视频编码器(39)连接，所述驱动机构(6)、驱动机构直线运动驱动机构及内窥镜直线运动驱动机构中的电机分别与驱动器(42)连接。

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