1.本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及视触觉引导的组织分泌物取样机器人。
背景技术：
2.规模化的核酸检测是筛查病毒感染者的重要手段，其中鼻、咽拭子采样是提取受检者核酸样本的主要途径。但目前的人工鼻、咽拭子采样存在两方面的问题：一方面是由于呼吸道病毒的传播特性，医务人员、受检人员之间具有交叉感染风险；另一方面由于各地区医疗水平的差异，采样的流程难以统一，样品有效性受影响。
3.采样机器人进行采样是解决上述两方面问题的有力手段，现有的采样机器人较多采用的方案为：采用六自由度工业机械臂作为主体机构带动拭子完成取样动作，并采用另一较少自由度的机械臂完成采样管的递送和开盖动作。此种方案通常需要被安置在固定采样站，或移动车载采样站内。其缺点是成本较高，不利于大范围推广使用；并且该种方案中所使用的刚性连接在六自由度机械臂末端的拭子夹爪，不具备微小接触力的感知能力，因此较难实现对软体组织的轻柔采样动作。
4.专利文献cn113133787a涉及一种鼻咽拭子采样机器人人机协同交互控制方法，所述方法包括(1)运动信息获取、(2)运动状态的识别、(3)机器人远程操作控制、(4)视觉反馈与力反馈四个步骤。
5.专利文献cn212553870u涉及医疗机器人领域，特别涉及一种模块化鼻口咽拭子采样机器人。包括操作平台及设置于操作平台上的采样机械臂、隔离套安装工位、拭子准备工位、拭子掰断装瓶工位、试管转运工位、隔离套拆卸工位及采样窗口模块；采样机械臂上设有采样工具；隔离套安装工位用于在采样工具的外侧安装隔离套；拭子准备工位用于脱掉拭子外侧的包装袋；拭子掰断装瓶工位用于将已采样的拭子进行掰断后装瓶；试管转运工位用于空置或装有鼻咽拭子样本的试管的转运；隔离套拆卸工位用于拆卸采样工具外侧的隔离套；采样窗口模块用于对受试者进行鼻咽拭子样本采集。
6.现有专利未能解决上述采样机器人的成本较高、较难实现对软体组织的轻柔采样动作等问题。
技术实现要素：
7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种视触觉引导的组织分泌物取样机器人。
8.根据本发明提供的一种视触觉引导的组织分泌物取样机器人，包括：定位支架、采样机构、头部支撑架、分泌物拭子切断机构以及分泌物拭子传送机构；
9.所述定位支架上固定安装所述采样机构、所述头部支撑架、所述分泌物拭子切断机构以及所述分泌物拭子传送机构；
10.所述采样机构上夹持分泌物拭子，所述分泌物拭子允许通过所述采样机构移动；
11.所述头部支撑架允许相对所述定位支架转动。
12.优选地，所述定位支架包括：框架底座、电磁铁机构安装平台、分泌物拭子切断机构安装支架、分泌物拭子传送机构安装支架以及采样机构安装支架；
13.所述框架底座上固定安装所述分泌物拭子切断机构安装支架和所述采样机构安装支架；
14.所述框架底座上设置所述分泌物拭子传送机构安装支架；
15.所述采样机构安装支架上安装所述电磁铁机构安装平台；
16.所述采样机构安装在所述采样机构安装支架上，所述头部支撑架安装在所述框架底座上，所述分泌物拭子切断机构安装在所述分泌物拭子切断机构安装支架上，所述分泌物拭子传送机构安装在所述分泌物拭子传送机构安装支架上。
17.优选地，所述采样机构包括：分泌物拭子夹持末端、移动滑台、俯仰主梁、回转平台、固定底座、深度相机以及聚光头灯；
18.所述固定底座水平安装在所述采样机构安装支架上，所述回转平台安装在所述固定底座上并允许相对所述固定底座沿水平面内转动；
19.所述回转平台上安装轴承座，所述俯仰主梁通过所述轴承座转动连接所述回转平台并允许相对所述回转平台沿竖直平面内转动；
20.所述移动滑台一端安装在所述俯仰主梁内并允许相对所述俯仰主梁沿直线移动；
21.所述移动滑台另一端安装所述分泌物拭子夹持末端；
22.所述俯仰主梁靠近所述移动滑台一侧安装所述深度相机，所述俯仰主梁远离所述移动滑台一侧安装所述聚光头灯；
23.所述采样机构内安装控制装置，所述控制装置连接所述深度相机和所述聚光头灯。
24.优选地，所述头部支撑架包括：固定架支柱、挡片放置滑槽、下巴托、固定铰支座、一次性塑料咬口以及一次性透明塑料挡片；
25.所述固定铰支座安装在所述框架底座上，所述固定架支柱铰接所述固定铰支座；
26.所述固定铰支座和所述固定架支柱设置有多个，相邻所述固定架支柱之间安装所述一次性透明塑料挡片；
27.所述一次性透明塑料挡片和所述固定架支柱之间安装所述挡片放置滑槽；
28.相邻所述固定架支柱上安装所述下巴托；
29.所述一次性透明塑料挡片上安装所述一次性塑料咬口。
30.优选地，所述一次性透明塑料挡片上设置槽口，所述一次性塑料咬口一端设置卡扣；
31.所述一次性塑料咬口通过所述卡扣卡接所述槽口连接所述一次性透明塑料挡片。
32.优选地，所述分泌物拭子切断机构包括：电磁铁机构和切断刀头；
33.所述电磁铁机构安装在所述电磁铁机构安装平台上；
34.所述电磁铁机构一端安装所述切断刀头，所述切断刀头允许通过所述电磁铁机构实现往复运动。
35.优选地，所述分泌物拭子传送机构包括：分泌物拭子传送机构框架、丝杆、第二电机、分泌物拭子固定装置以及滚珠丝杆滑台；
36.所述分泌物拭子传送机构框架安装在所述分泌物拭子传送机构安装支架上，所述
分泌物拭子传送机构框架内安装所述丝杆；
37.所述丝杆一端连接所述第二电机，所述第二电机安装在所述分泌物拭子传送机构框架上；
38.所述滚珠丝杆滑台滑配连接所述丝杆，所述分泌物拭子固定装置安装在所述滚珠丝杆滑台上；
39.所述分泌物拭子固定装置上设置倾斜管孔。
40.优选地，所述分泌物拭子夹持末端包括：夹持末端套壳、夹持末端内部滑动块、第一电机、凸轮以及连接弹簧；
41.所述夹持末端套壳安装在所述移动滑台内；
42.所述夹持末端套壳内部设置半开放容置空间，所述半开放容置空间一端设置开口，所述开口背向所述移动滑台；
43.所述夹持末端套壳内安装所述夹持末端内部滑动块、所述第一电机、所述凸轮以及所述连接弹簧；
44.所述夹持末端内部滑动块设置在所述开口处；
45.所述夹持末端内部滑动块一端通过所述连接弹簧连接所述夹持末端套壳；
46.所述第一电机安装在所述夹持末端内部滑动块上，所述第一电机连接所述凸轮；
47.所述夹持末端内部滑动块和所述夹持末端套壳之间安装压力传感器；
48.所述压力传感器连接所述控制装置。
49.优选地，所述夹持末端内部滑动块内设置管状空腔，所述分泌物拭子通过所述管状空腔安装在所述夹持末端内部滑动块内；
50.所述凸轮连接所述第一电机输出轴并通过所述第一电机带动转动；
51.所述凸轮设置有尖端；
52.当所述尖端转动至所述管状空腔时，所述分泌物拭子压紧在所述夹持末端内部滑动块内；
53.当所述尖端远离所述管状空腔时，所述分泌物拭子脱离所述夹持末端内部滑动块。
54.优选地，所述框架底座设置为矩形；
55.所述框架底座同一侧安装所述分泌物拭子切断机构安装支架和所述采样机构安装支架，所述分泌物拭子切断机构安装支架背向所述框架底座一侧安装所述电磁铁机构安装平台；
56.所述分泌物拭子传送机构安装所述第二电机一端设置为终止端，所述分泌物拭子传送机构另一端设置为起始端；
57.所述起始端靠近所述分泌物拭子切断机构安装支架，所述框架底座朝向所述起始端一侧安装所述头部支撑架。
58.优选地，所述夹持末端内部滑动块和所述夹持末端套壳之间的左侧、上侧以及下侧安装所述压力传感器。
59.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
60.1、本发明能够实现全流程自动采样，有效地实现操作者与受试者之间的隔离。
61.2、本发明各功能机构模块化，安装与拆卸容易，便于快速地布置，有助于统一采样
流程，提高分泌物拭子样本的有效性。
62.3、采用一次性塑料挡片与一次性塑料咬口组成的一次性采样耗材，在阻挡受试者呼出气体，减少交叉感染风险的同时，能够在不借助压板的情况下，充分暴露目标采样区域，使得机器人采样时能有效避免触碰受试者除目标采样区域外的其它部位，提高分泌物拭子样本有效性。
63.4、本发明采用视觉-触觉复合感知手段，提高采样过程的精准性、灵活性，降低受试者在采样过程中的不舒适感。
64.5、本发明中采用了四自由度采样机构，其结构简单，控制成本低并且精度较高，能有效降低本分泌物拭子取样机器人成本，使得本发明更易推广应用。
附图说明
65.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
66.图1为取样机器人结构示意图；
67.图2为定位支架结构示意图；
68.图3为采样机构结构示意图；
69.图4为分泌物拭子夹持末端结构示意图；
70.图5为头部支撑架结构示意图；
71.图6为分泌物拭子切断机构结构示意图；
72.图7为分泌物拭子传送机构结构示意图。
73.图中所示：
74.75.具体实施方式
76.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
77.实施例1
78.如图1和图2所示，一种视触觉引导的组织分泌物取样机器人，包括：定位支架1、采样机构2、头部支撑架3、分泌物拭子切断机构4以及分泌物拭子传送机构5；定位支架1上固定安装采样机构2、头部支撑架3、分泌物拭子切断机构4以及分泌物拭子传送机构5，采样机构2上夹持分泌物拭子208，分泌物拭子208允许通过采样机构2移动，头部支撑架3允许相对定位支架1转动。定位支架1包括：框架底座、电磁铁机构安装平台101、分泌物拭子切断机构安装支架102、分泌物拭子传送机构安装支架103以及采样机构安装支架104；框架底座上固定安装分泌物拭子切断机构安装支架102和采样机构安装支架104，框架底座上设置分泌物拭子传送机构安装支架103，采样机构安装支架104上安装电磁铁机构安装平台101，采样机构2安装在采样机构安装支架104上，头部支撑架3安装在框架底座上，分泌物拭子切断机构4安装在分泌物拭子切断机构安装支架102上，分泌物拭子传送机构5安装在分泌物拭子传送机构安装支架103上。框架底座设置为矩形，框架底座同一侧安装分泌物拭子切断机构安装支架102和采样机构安装支架104，分泌物拭子切断机构安装支架102背向框架底座一侧安装电磁铁机构安装平台101，分泌物拭子传送机构5安装第二电机501一端设置为终止端，分泌物拭子传送机构5另一端设置为起始端，起始端靠近分泌物拭子切断机构安装支架102，框架底座朝向起始端一侧安装头部支撑架3。
79.如图3和图4所示，采样机构2包括：分泌物拭子夹持末端201、移动滑台202、俯仰主梁203、回转平台204、固定底座205、深度相机206以及聚光头灯207；固定底座205水平安装在采样机构安装支架104上，回转平台204安装在固定底座205上并允许相对固定底座205沿水平面内转动，回转平台204上安装轴承座，俯仰主梁203通过轴承座转动连接回转平台204并允许相对回转平台204沿竖直平面内转动，移动滑台202一端安装在俯仰主梁203内并允
许相对俯仰主梁203沿直线移动，移动滑台202另一端安装分泌物拭子夹持末端201，俯仰主梁203靠近移动滑台202一侧安装深度相机206，俯仰主梁203远离移动滑台202一侧安装聚光头灯207，采样机构2内安装控制装置，控制装置连接深度相机206和聚光头灯207。分泌物拭子夹持末端201包括：夹持末端套壳2011、夹持末端内部滑动块2012、第一电机2013、凸轮2014以及连接弹簧2015；夹持末端套壳2011安装在移动滑台202内，夹持末端套壳2011内部设置半开放容置空间，半开放容置空间一端设置开口，开口背向移动滑台202，夹持末端套壳2011内安装夹持末端内部滑动块2012、第一电机2013、凸轮2014以及连接弹簧2015，夹持末端内部滑动块2012设置在开口处，夹持末端内部滑动块2012一端通过连接弹簧2015连接夹持末端套壳2011；第一电机2013安装在夹持末端内部滑动块2012上，第一电机2013连接凸轮2014，夹持末端内部滑动块2012和夹持末端套壳2011之间安装压力传感器，压力传感器连接控制装置。夹持末端内部滑动块2012内设置管状空腔，分泌物拭子208通过管状空腔安装在夹持末端内部滑动块2012内，凸轮2014连接第一电机2013输出轴并通过第一电机2013带动转动，凸轮2014设置有尖端。当尖端转动至管状空腔时，分泌物拭子208压紧在夹持末端内部滑动块2012内，当尖端远离管状空腔时，分泌物拭子208脱离夹持末端内部滑动块2012。
80.如图5所示，头部支撑架3包括：固定架支柱301、挡片放置滑槽302、下巴托303、固定铰支座304、一次性塑料咬口305以及一次性透明塑料挡片306；固定铰支座304安装在框架底座上，固定架支柱301铰接固定铰支座304，固定铰支座304和固定架支柱301设置有多个，相邻固定架支柱301之间安装一次性透明塑料挡片306，一次性透明塑料挡片306和固定架支柱301之间安装挡片放置滑槽302，相邻固定架支柱301上安装下巴托303，一次性透明塑料挡片306上安装一次性塑料咬口305。一次性透明塑料挡片306上设置槽口，一次性塑料咬口305一端设置卡扣，一次性塑料咬口305通过卡扣卡接槽口连接一次性透明塑料挡片306。
81.如图6和图7所示，分泌物拭子切断机构4包括：电磁铁机构401和切断刀头402；电磁铁机构401安装在电磁铁机构安装平台101上，电磁铁机构401一端安装切断刀头402，切断刀头402允许通过电磁铁机构401实现往复运动。分泌物拭子传送机构5包括：分泌物拭子传送机构框架、丝杆、第二电机501、分泌物拭子固定装置502以及滚珠丝杆滑台503；分泌物拭子传送机构框架安装在分泌物拭子传送机构安装支架103上，分泌物拭子传送机构框架内安装丝杆，丝杆一端连接第二电机501，第二电机501安装在分泌物拭子传送机构框架上，滚珠丝杆滑台503滑配连接丝杆，分泌物拭子固定装置502安装在滚珠丝杆滑台503上，分泌物拭子固定装置502上设置倾斜管孔。
82.实施例2
83.实施例2作为实施例1的优选例。
84.如图1所示，本实施例包括：用于整体机构安装与定位的定位支架1、用于实现自动化夹取分泌物拭子、刮取受试者组织分泌物样本以及放置分泌物拭子的采样机构2、用于固定受试者头部位置并使目标采样区域充分暴露的头部支撑架3、用于切断受试者分泌物拭子样本的分泌物拭子切断机构4以及用于收集与转运分泌物拭子样本的分泌物拭子传送机构5。
85.本实施例中，取样机器人可被放置在适当高度的桌面上，整体设置于隔离罩内，受
试者与操作者分别位于隔离罩两侧。取样机器人可以通过usb线连接电脑，并且通过现有的控制装置进行控制。
86.如图3所示，采样机构2可以通过回转平台204、俯仰主梁203、移动滑台202和分泌物拭子夹持末端201实现对分泌物拭子208空间位置的调整，并且带动分泌物拭子208进行前后伸缩、旋转刮取两种采样动作；采样机构2可以通过分泌物拭子夹持末端201实现分泌物拭子208的夹取、弃置动作，并感知分泌物拭子208末端受力矢量；采样机构2可以通过夹持式的聚光头灯207照射受试者待采样腔体部位，并通过深度相机206拍摄前方rgb-d深度图像。
87.如图4所示，分泌物拭子夹持末端201包括：夹持末端套壳2011、夹持末端内部滑动块2012，夹持末端内部滑动块2012前端设计有管状空腔以放置分泌物拭子208；其中夹持末端内部滑动块2012位于夹持末端套壳2011的半开放容置空间中，并通过连接弹簧2015相连接，并且在夹持末端内部滑动块2012与夹持末端套壳2011的左侧、上侧、下侧接触间隙中布置有压力传感器，用于测量分泌物拭子208末端受力；固定在夹持末端内部滑动块2012上的第一电机2013；连接在第一电机2013输出轴上的凸轮2014，其中凸轮2014尖端旋转到夹持末端内部滑动块2012前端管状空腔位置时，可以夹紧分泌物拭子208，当凸轮2014尖端远离上述位置时，分泌物拭子208松脱。
88.如图5所示，头部支撑架3可以通过下巴托303支撑受试者头部，并通过固定铰支座304调整受试者头部仰角，通过挡片放置滑槽302放置一次性透明塑料挡片306，其中一次性透明塑料挡片306上制作有槽口，用于安装一次性塑料咬口305；
89.如图6所示，分泌物拭子切断机构4可通过电磁铁机构401实现往复运动，进而实现分泌物拭子208样本的切断操作；
90.如图7所示，分泌物拭子传送机构5可通过第二电机501实现往复运动，实现分泌物拭子208的运送以及装置的复位。
91.应用本实施例的技术方案，以采集口腔分泌物为例，操作者首先通过隔离罩上开口向采样机构2递送分泌物拭子208，分泌物拭子夹持末端201动作夹紧分泌物拭子208，回转平台204、俯仰主梁203转动，调整采样机构2姿态，使得深度相机206对准一次性塑料咬口305所在位置。受试者将一次性透明塑料挡片306安装在挡片放置滑槽302上，之后将下巴放置在下巴托303位置，并咬住一次性塑料咬口305。操作者在控制界面上操作采样开始，深度相机206拍摄采样机构2前方画面，通过图像分割和模板匹配算法，识别出咽部目标采样区域，并计算目标点坐标，采样机构2各关节动作使得分泌物拭子208末端达到该目标点位置。而后移动滑台202前后移动，分泌物拭子夹持末端201相对于移动滑台202做旋转运动，从而带动分泌物拭子208刮取受试者咽部组织样本。该刮取过程中，安装在分泌物拭子夹持末端201中的压力传感器持续监测分泌物拭子208受力情况，并反馈给采样机构2的控制装置，控制装置不断调整采样机构2运动状态，从而使得受试者咽部组织受力保持在可接受的范围内。刮取动作完成后，移动滑台202向后移动，使得分泌物拭子208退出受试者口腔。采样机构2取得受试者的分泌物拭子样本208之后，采样机构2旋转至分泌物拭子固定装置502一侧，电磁铁机构401的电机驱动机构实现单向运动，带动切断刀头402移动，将采样机构2夹持的分泌物拭子样本208从薄弱处切断，切断所得的下半部分分泌物拭子208落入分泌物拭子固定装置502顶部的倾斜管孔内部，第二电机501带动滚珠丝杆滑台503以及与其固连的
分泌物拭子固定装置502单向移动，将分泌物拭子固定装置502内部的分泌物拭子样本运送至操作者一侧，待操作者取出分泌物拭子208样本之后，第二电机501带动滚珠丝杆滑台503以及与其固连的分泌物拭子固定装置502反向移动，回到初始的工作位置，执行下一周期的采样工作。
92.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
93.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。