一种非接触式血样采集装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种非接触式血样采集装置，包括：支撑板，其水平设置；支撑架，其竖直设置在支撑板上，且能够沿支撑板轴向运动；水平导轨，其水平垂直设置在支撑架上，且能够沿支撑架轴向运动；连接架，其可滑动设置在水平导轨上；采血架，其可旋转设置在连接架上；穿刺臂，其可旋转设置在远离水平导轨的采血架一端；穿刺动力机构，其固定设置在穿刺臂上；采血针夹持装置，其固定设置在穿刺动力机构的输出端，用于夹持采血针；辅助臂，其可旋转设置在靠近水平导轨的采血架一端；第一辅助动力机构，其固定设置在辅助臂上；第二辅助动力机构，其固定设置在第一辅助动力机构上，且输出端设置有贴敷部。本发明专利技术提供一种非接触式血样采集装置的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式血样采集装置及其控制方法
本专利技术涉及医用器械领域，尤其涉及一种非接触式血样采集装置及其控制方法。
技术介绍
浅表静脉穿刺是临床非常常见的操作，目前基本由医务人员手动完成，一次穿刺成功率与医务人员的经验有很大关系，也导致一次穿刺成功率参差不齐。不仅降低了医疗效率，增加患者痛苦，严重者甚至影响医患关系和谐。虽然可以借助静脉显像设备，在一定程度上提高静脉穿刺成功率，但人工穿刺的不确定性依然无法避免。并且人工穿刺时不可避免会有人人接触，更高概率因接触传播导致传染病爆发，危害医务人员。中国专利技术专利201410473142.X公开了一种无需人工穿刺的全自动智能化采血方法及设备，首先对被采样点进行超声波数字化识别定位，其次按照定位数据，通过4轴(或者4轴以上)全自动定位机械结构将穿刺针头准确插入被采样者体内准确位置。再次通过真空系统将血液或者组织样本吸入试管，完成采样过程，但并未公开四轴定位机械结构的具体细节，无法保证穿刺深度的精准控制，不能保证穿刺成功率。中国专利技术专利202010063352.7公开一种自动静脉穿刺机及其控制方法，通过对穿刺臂的水平方向，高度方向和穿刺臂的转角调节，且穿刺臂与连接架的角度也可调，实现采血针的进针的五维调节。但是该装置仅是通过线性关系控制采血针的横纵位置、旋转角度和进针深度，不可避免会产生一定的误差，影响穿刺成功率。并且上述设备也仅是理论上实现或者半自动化设备而已，关于采血针的更换、穿刺前的消毒和穿刺处后的止血敷贴粘贴均需手工操作，仍然会有人人接触或者间接人人接触的可能。为了更为有效的减少人人接触或者间接人人接触，非接触式血样采集装置已逐渐成为人们研究的热点问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种非接触式血样采集装置，既能对穿刺臂的水平轴向、径向以及竖直方向进行调节，还能控制穿刺臂水平方向和竖直方向的旋转，实现采血针包括进针深度的多维调节，调节精度高，提高了穿刺成功率。本专利技术的另一个目的是设计开发了一种非接触式血样采集装置的控制方法，提供了采血针的多维调节方法，实现了穿刺过程的精准控制，并能够精调进针深度，提高了穿刺成功率。本专利技术还对采血针的竖直旋转角度和进针深度进行误差补偿，进一步提高了穿刺过程的精度。本专利技术提供的技术方案为：一种非接触式血样采集装置，包括：支撑板，其为矩形板状结构，且水平设置；支撑架，其竖直设置在所述支撑板上，且能够沿所述支撑板轴向运动；水平导轨，其水平垂直设置在所述支撑架上，且能够沿所述支撑架轴向运动；连接架，其可滑动设置在所述水平导轨上；采血架，其可旋转设置在所述连接架上；穿刺臂，其可旋转设置在远离所述水平导轨的所述采血架一端；穿刺动力机构，其固定设置在所述穿刺臂上；采血针夹持装置，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端，用于夹持采血针；辅助臂，其可旋转设置在靠近所述水平导轨的所述采血架一端；第一辅助动力机构，其固定设置在所述辅助臂上，且输出端设置有超声探测部；第二辅助动力机构，其固定设置在所述第一辅助动力机构上，且输出端设置有贴敷部。优选的是，还包括：第一上料装置，其设置在所述支撑板一侧，用于连续输送采血针；第二上料装置，其与所述第一上料装置位于所述支撑板同侧，用于连续输送敷贴；一对滑轨，其平行间隔设置在所述支撑板上，且所述滑轨沿所述支撑板轴向设置；滑板，其可滑动设置在所述滑轨上；其中，所述支撑架竖直设置在所述滑板上；竖直导轨，其轴向固定设置在所述支撑架上；导向轨道，其平行所述竖直导轨固定设置在所述支撑架上；其中，所述水平导轨可滑动设置在所述竖直导轨和所述导向轨道上。优选的是，所述采血针夹持装置包括：第一夹持部，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端；第二夹持部，其可滑动设置在所述穿刺动力机构的输出端；夹持动力机构，其输出端与所述第二夹持部连接，用于驱动所述第二夹持部靠近或者远离所述第一夹持部运动。优选的是，所述滑轨、水平导轨和竖直导轨为单轴机器人，所述采血架通过第一旋转电机可旋转设置在所述连接架上；所述穿刺臂通过第二旋转电机可旋转设置在远离所述水平导轨的所述采血架一端；所述辅助臂通过第三旋转电机可旋转设置在靠近所述水平导轨的所述采血架一端；所述穿刺动力机构和所述第一辅助动力机构为伺服电机；所述第二辅助动力机构和所述夹持动力机构为气缸。优选的是，还包括：远红外检测装置，其固定设置在所述采血架上，用于确定静脉穿刺位置和穿刺处血管的粗细；控制器，其与所述远红外检测装置、单轴机器人、第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、伺服电机和气缸电连接，用于接收所述远红外检测装置的检测数据，并控制所述单轴机器人、第二旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、伺服电机和气缸工作。一种非接触式血样采集装置的控制方法，包括如下步骤：步骤1：建立笛卡尔三维坐标系；其中，所述笛卡尔坐标系的坐标原点为支撑板上任意一点；所述支撑板所在平面为xy平面，且支撑板轴向为x轴，径向方向为y轴，支撑架轴向为z轴；步骤2：确定患者静脉穿刺点坐标(x′，y′，z′)，以患者静脉穿刺点为圆心，r为半径获得圆形封闭曲线，获取患者穿刺手臂轴线与所述圆形封闭曲线的交点坐标(x1′，y1′，z1′)和(x2′，y2′，z2′)，确定第一旋转电机的旋转角度θ1为：其中，θ1＞0时，所述第一旋转电机顺时针旋转，θ1≤0时，所述第一旋转电机逆时针旋转；步骤3：确定采血针的针尖坐标(x1，y1，z1)；调整采血针的轴向位置，使支撑架沿支撑板轴向运动，且轴向运动距离Lx为：Lx＝x′-x1+ξ；式中，ξ为标准水平间距，当Lx＞0时，沿坐标系的x轴正向滑动，Lx＜0时，沿坐标系的x轴负向滑动；调整采血针的径向位置，使连接架沿水平导轨轴向运动，且轴向运动距离Ly为：Ly＝y′-y1；式中，当Ly＞0时，沿坐标系的y轴正向滑动，Ly＜0时，沿坐标系的y轴负向滑动；调整采血针的纵向位置，使水平导轨沿竖直导轨轴向运动，且轴向运动距离Lz为：Lz＝z′-z1+ζ；式中，ζ为标准竖直间距，当Lz＞0时，沿坐标系的z轴正向滑动，Lz＜0时，沿坐标系的z轴负向滑动；步骤4：调整第二旋转电机和第三旋转电机的旋转角度，控制伺服电机驱动采血针进针采血；其中，所述第二旋转电机和第三旋转电机的旋转角度一致。优选的是，在所述步骤4中，所述第二旋转电机和第三旋转电机的旋转角度满足：式中，θ2为第二旋转电机的旋转角度，θ3为第三电机的旋转角度，R为采血针的针尖与第二旋转电机轴心所在水平面的距离。优选的是，所述步骤4中，所述采血针的进针深度满足：式中，Ln为采血针的进针深度，L为采血针的针头长度。...

【技术保护点】
1.一种非接触式血样采集装置，其特征在于，包括：/n支撑板，其为矩形板状结构，且水平设置；/n支撑架，其竖直设置在所述支撑板上，且能够沿所述支撑板轴向运动；/n水平导轨，其水平垂直设置在所述支撑架上，且能够沿所述支撑架轴向运动；/n连接架，其可滑动设置在所述水平导轨上；/n采血架，其可旋转设置在所述连接架上；/n穿刺臂，其可旋转设置在远离所述水平导轨的所述采血架一端；/n穿刺动力机构，其固定设置在所述穿刺臂上；/n采血针夹持装置，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端，用于夹持采血针；/n辅助臂，其可旋转设置在靠近所述水平导轨的所述采血架一端；/n第一辅助动力机构，其固定设置在所述辅助臂上，且输出端设置有超声探测部；/n第二辅助动力机构，其固定设置在所述第一辅助动力机构上，且输出端设置有贴敷部。/n

【技术特征摘要】
20200119 CN 20201006335271.一种非接触式血样采集装置，其特征在于，包括：
支撑板，其为矩形板状结构，且水平设置；
支撑架，其竖直设置在所述支撑板上，且能够沿所述支撑板轴向运动；
水平导轨，其水平垂直设置在所述支撑架上，且能够沿所述支撑架轴向运动；
连接架，其可滑动设置在所述水平导轨上；
采血架，其可旋转设置在所述连接架上；
穿刺臂，其可旋转设置在远离所述水平导轨的所述采血架一端；
穿刺动力机构，其固定设置在所述穿刺臂上；
采血针夹持装置，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端，用于夹持采血针；
辅助臂，其可旋转设置在靠近所述水平导轨的所述采血架一端；
第一辅助动力机构，其固定设置在所述辅助臂上，且输出端设置有超声探测部；
第二辅助动力机构，其固定设置在所述第一辅助动力机构上，且输出端设置有贴敷部。


2.如权利要求1所述的非接触式血样采集装置，其特征在于，还包括：
第一上料装置，其设置在所述支撑板一侧，用于连续输送采血针；
第二上料装置，其与所述第一上料装置位于所述支撑板同侧，用于连续输送敷贴；
一对滑轨，其平行间隔设置在所述支撑板上，且所述滑轨沿所述支撑板轴向设置；
滑板，其可滑动设置在所述滑轨上；
其中，所述支撑架竖直设置在所述滑板上；
竖直导轨，其轴向固定设置在所述支撑架上；
导向轨道，其平行所述竖直导轨固定设置在所述支撑架上；
其中，所述水平导轨可滑动设置在所述竖直导轨和所述导向轨道上。


3.如权利要求2所述的非接触式血样采集装置，其特征在于，所述采血针夹持装置包括：
第一夹持部，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端；
第二夹持部，其可滑动设置在所述穿刺动力机构的输出端；
夹持动力机构，其输出端与所述第二夹持部连接，用于驱动所述第二夹持部靠近或者远离所述第一夹持部运动。


4.如权利要求3所述的非接触式血样采集装置，其特征在于，所述滑轨、水平导轨和竖直导轨为单轴机器人，所述采血架通过第一旋转电机可旋转设置在所述连接架上；所述穿刺臂通过第二旋转电机可旋转设置在远离所述水平导轨的所述采血架一端；所述辅助臂通过第三旋转电机可旋转设置在靠近所述水平导轨的所述采血架一端；所述穿刺动力机构和所述第一辅助动力机构为伺服电机；所述第二辅助动力机构和所述夹持动力机构为气缸。


5.如权利要求4所述的非接触式血样采集装置，其特征在于，还包括：
远红外检测装置，其固定设置在所述采血架上，用于确定静脉穿刺位置和穿刺处血管的粗细；
控制器，其与所述远红外检测装置、单轴机器人、第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、伺服电机和气缸电连接，用于接收所述远红外检测装置的检测数据，并控制所述单轴机器人、第二旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、伺服电机和气缸工作。


6.一种非接触式血样采集装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立笛卡尔三维坐标系；
其中，所述笛卡尔坐标系的坐标原点为支撑板上任意一点；所述支撑板所在平面为xy平面，且支撑板轴向为x轴，径向方向为y轴，支撑架轴向为z轴；
步骤2：确定患者静脉穿刺点坐标(x′,y′,z′)，以患者静脉穿刺点为圆心，r为半径获得圆形封闭曲线，获取患者穿刺手臂轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶霖，韩斌，陈学东，欧阳浩，
申请(专利权)人：华中科技大学同济医学院附属协和医院，
类型：发明
国别省市：湖北;42