CN111887864A - 用于采血机器人装置的末端执行装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于采血机器人装置的末端执行装置，包括固定装置、超声探头、激光测距传感器以及红外相机。固定装置固定安装有超声探头，超声探头用于超声成像手臂的静脉血管信息。激光测距传感器固定安装在固定装置上，用于测量手臂皮肤至少三个点至激光测距传感器的相对距离。红外相机固定安装在固定装置上，用于红外成像手臂的静脉血管信息。本公开有助于准确检测到手臂血管的信息，从而将采血针调整到合适的角度进行采血。

Description

用于采血机器人装置的末端执行装置

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于采血机器人装置的末端执行装置。

背景技术

目前，护士采用现有人工静脉采血的方式采血时，存在工作量大、工序复杂、血管不好找等问题，不仅给她们的工作带来诸多不便，还增加了患者的痛苦。在采血这个过程中，医护人员与患者之间避免不了接触与暴露，存在病菌感染的风险，带来了医护职业安全隐患的问题。而现阶段有关自动静脉采血机器人技术皆存在采血成功率不够高等缺点，采血成功率不够高的其中一个原因就是与采血针移动相关的设计结构不能够准确检测到手臂血管的信息，因而不能将静脉采血针调整到合适的角度进行采血。

发明内容

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种用于采血机器人装置的末端执行装置，有助于准确检测到手臂血管的信息，从而将采血针调整到合适的角度进行采血。

根据本公开的一个方面，一种用于采血机器人装置的末端执行装置，包括：

固定装置，固定安装有超声探头，所述超声探头用于超声成像手臂的静脉血管信息；

激光测距传感器，固定安装在所述固定装置上，用于测量手臂皮肤至少三个点至激光测距传感器的相对距离；以及

红外相机，固定安装在所述固定装置上，用于红外成像手臂的静脉血管信息。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括多连杆机构，所述多连杆机构包括：

驱动连杆，与驱动装置连接，能在所述驱动装置的带动下围绕第一中心转动；

固定连杆，在所述第一中心处与所述驱动连杆铰接，所述固定连杆固定连接在固定装置上；

第一连杆，与所述固定连杆平行设置，所述第一连杆与所述驱动连杆铰接；

第二连杆，与所述驱动连杆平行设置，所述第二连杆与所述固定连杆在第二中心处铰接，且所述第二连杆还与所述第一连杆铰接；

第三连杆，与所述固定连杆平行设置，所述第三连杆同时与所述驱动连杆和所述第二连杆铰接；以及

固定板，所述固定板在第三中心处与所述第一连杆铰接，并且在第四中心处与所述第三连杆铰接；所述第三中心与所述第四中心的连线与所述驱动连杆平行。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一连杆和所述第三连杆位于所述固定连杆的同一侧，且所述第三中心与所述第四中心的连线与所述驱动连杆的距离大于所述第二连杆与所述驱动连杆的距离。

根据本公开的至少一个实施方式，所述驱动装置采用减速电机，所述减速电机安装在所述固定装置上，所述减速电机的输出法兰与所述驱动连杆固定连接。

根据本公开的至少一个实施方式，所述固定板上固定安装直线移动装置，所述直线移动装置连接电磁夹爪，并能带动所述电磁夹爪沿直线移动；所述电磁夹爪用来夹持针头夹紧机构，所述针头夹紧机构夹持有静脉采血针。

根据本公开的至少一个实施方式，所述静脉采血针的底部轮廓线与所述第三中心和所述第四中心的连线重合。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一中心和所述第二中心之间的连线与所述第三中心和所述第四中心的连线的交点距离所述超声探头靠近所述静脉采血针一侧的端面2mm-10mm。

根据本公开的至少一个实施方式，所述激光测距传感器位于所述超声探头靠近所述静脉采血针的一侧，所述激光测距传感器的激光光束距离所述超声探头的该侧端面3mm-10mm。

根据本公开的至少一个实施方式，所述超声探头的探测面的中心面与所述静脉采血针的底部轮廓线在同一平面上。

根据本公开的至少一个实施方式，所述电磁夹爪包括固定夹爪和活动夹爪，所述活动夹爪在电磁力作用下靠近或远离所述固定夹爪；所述活动夹爪与所述固定夹爪之间设置有弹性件，在所述活动夹爪不受电磁力的情况下使所述活动夹爪回复原位。

本公开的末端执行装置与现有技术相比具有以下优点：红外相机可以对手臂上的静脉血管信息进行红外扫描成像，所获得的静脉血管信息有助于识别出最佳采血点位置信息与其所在静脉血管XY平面的角度信息。另外，超声探头通过超声成像获得的手臂静脉血管信息还可以有助于得到最佳采血点静脉血管的深度信息。激光测距传感器通过扫描手臂皮肤上至少三个点至激光测距传感器的相对距离，可以理解，这些点是位于识别出的最佳采血点附近的点，有助于得到采血点附近皮肤的角度信息。利用获得的最佳静脉采血点的位置信息、静脉血管角度信息、静脉血管深度信息以及采血点附近皮肤的角度信息，有助于控制采血机器人的末端执行装置至手臂上方最佳静脉采血点附近，使静脉采血针旋转一定角度，使其与最佳采血点所在静脉血管方向保持一致，并使静脉采血针摆动到与皮肤切线方向成一个合适的角度来实施静脉穿刺。这种情况下，静脉采血针穿刺的位置是最佳采血点附近皮肤的切线方向，可以明显的提高采血的成功率。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开末端执行装置的示例性实施方式的立体结构示意图。

图2是本公开末端执行装置的示例性实施方式的一侧正视图。

图3是本公开末端执行装置中电磁夹爪和针头夹紧机构的示例性实施方式立体结构图。

附图说明：

161-驱动连杆；162-固定连杆；163-第一连杆；164-第二连杆；165-第三连杆；501-第一中心线；502-超声探头；503-超声探头固定夹；504-减速电机；505-激光测距传感器；506-固定板；507-直线移动装置；508-第二中心线；509-针头夹紧机构；510-静脉采血针；511-电磁夹爪；513-红外相机；514-弹性件；c1-第一中心；c2-第二中心；c3-第三中心；c4-第四中心；O-中心线交点。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

根据本公开的一个方面，参见图1所示的本公开末端执行装置的示例性实施方式的立体结构示意图，以及图2所示的本公开末端执行装置的示例性实施方式的一侧正视图，提供了一种用于采血机器人装置的末端执行装置，包括固定装置、激光测距传感器505以及红外相机513。固定装置固定安装有超声探头502，超声探头502用于超声成像手臂的静脉血管信息。固定装置可以采用超声探头固定夹503，分成两个部分，两个部分相互对接扣合在一起将超声探头502夹持在中间进行固定。超声探头502的探测端朝下设置。优选的，使超声探头502竖直固定在超声探头固定夹503中间。激光测距传感器505固定安装在固定装置上，用于测量手臂皮肤上至少三个点至激光测距传感器505的相对距离。激光测距传感器505安装在超声探头固定夹503的外侧壁上，激光测距传感器505的检测端与超声探头502的探测端朝向一致，均朝向下方设置，且两者在竖直方向上有一定的高度差。优选的，激光测距传感器505的检测端相对于超声探头502的探测端更加靠上。红外相机513固定安装在固定装置上，用于红外成像手臂的静脉血管信息。红外相机513可以固定在超声探头固定夹503的外侧壁上。红外相机513的摄像端也朝向下方设置。

本公开的末端执行装置通过在固定装置上安装超声探头502、激光测距传感器505以及红外相机513，来辅助采血机器人装置对手臂血管的信息进行准确检测，从而能够将静脉采血针510调整到合适的角度进行采血。其能够实现该效果的原理为：通过红外相机513对手臂进行红外扫描成像，能获取到手臂的静脉血管信息，以便于识别出最佳采血点位置信息与其所在静脉血管XY平面的角度信息。另外，通过超声探头502对手臂进行超声波扫描成像，能获得手臂的静脉血管信息，以便于确定最佳采血点静脉血管的深度信息。激光测距传感器505通过扫描手臂皮肤上最佳采血点附近的至少三个点到激光测距传感器505的相对距离，由于三点确定一个平面，通过这三个点的距离数据有助于得到采血点附近皮肤的角度信息。利用获得的最佳静脉采血点的位置信息、静脉血管角度信息、静脉血管深度信息以及采血点附近皮肤的角度信息，有助于控制采血机器人的末端执行装置至手臂上方最佳静脉采血点附近，使静脉采血针510旋转一定角度，使其与最佳采血点所在静脉血管方向保持一致，并使静脉采血针510摆动到与皮肤切线方向成一个合适的角度来实施静脉穿刺。这种情况下，静脉采血针510穿刺的位置是最佳采血点附近皮肤的切线方向，可以明显的提高采血的成功率。

在本公开的一个实施方式中，末端执行装置还包括多连杆机构，多连杆机构包括驱动连杆161、固定连杆162、第一连杆163、第二连杆164、第三连杆165以及固定板506。驱动连杆161与驱动装置连接，驱动装置固定安装在超声探头固定夹503上，驱动装置的输出端能够带动驱动装置围绕第一中心c1转动，驱动连杆161相当于多连杆机构中的主动件。固定连杆162在第一中心c1处与驱动连杆161铰接，即固定连杆162与驱动连杆161的铰接点与第一中心c1重合，固定连杆162固定连接在超声探头固定夹503上，超声探头固定夹503用来安装超声探头502。固定连杆162与超声探头固定夹503相对固定，在多连杆机构中固定连杆162的位置固定，即不做转动，使得整个多连杆机构能够随超声探头固定夹503同步移动。第一连杆163与固定连杆162平行设置，第一连杆163与驱动连杆161铰接，第一连杆163可以相对驱动杆围绕铰接点转动。第二连杆164与驱动连杆161平行设置，第二连杆164与固定连杆162在第二中心c2处铰接，即第二连杆164与固定连杆162的铰接点与第二中心c2重合，第二连杆164可以相对固定连杆162围绕第二中心c2转动，并且第二连杆164还与第一连杆163铰接，能够相对第一连杆163围绕铰接点转动。第三连杆165与固定连杆162平行设置，第三连杆165同时与驱动连杆161和第二连杆164铰接，能够同时相对驱动连杆161和第二连杆164转动。固定板506在第三中心c3处与第一连杆163铰接，并且在第四中心c4处与第三连杆165铰接，即固定板506同时与第一连杆163和第三连杆165铰接，两个铰接点分别与第三中心c3和第四中心c4重合，使固定板506能同时相对第一连杆163和第三连杆165转动。其中，第三中心c3与第四中心c4的连线与驱动连杆161平行。本公开中将第一中心c1和第二中心c2之间的连线称为第一中心线501，将第三中心c3和第四中心c4的连线称为第二中心线508，根据该多连杆机构各个杆件位置关系的限定，第一中心线501与第二中心线508相交，将两条中心线的交点称为O点。在固定板506上设置好静脉采血针510之后，静脉采血针510的方向与第二中心线508一致，这样，第二中心线508所在的位置就是静脉采血针510所在的位置。从图1中可以看出，第一中心线501、第二中心线508、第三连杆165以及驱动连杆161分别与平行四边形的四条边重合。

多连杆机构用来限定静脉采血针510的移动轨迹，带动静脉采血针510摆动到与皮肤表面成一个合适角度的位置，以便实施静脉穿刺。当驱动装置带动驱动连杆161转动一个角度时，由于多连杆机构的固定连杆162固定在超声探头固定夹503上，位置相对固定，第二连杆164与第二中心线508将会同步转动一个相同的角度。固定板506与第一连杆163和第三连杆165铰接，当驱动连杆161带动第二连杆164转动时，将通过固定板506带动静脉采血针510转动一个角度，因为连杆上各个铰链的作用，驱动连杆161与第二连杆164将各自围绕其与固定连杆162的铰接点旋转；同理，第二中心线508将围绕第一中心线501与第二中心线508的交点O旋转，因此，静脉采血针510的运动旋转中心位于第一中心线501与第二中心线508的交点O上，并且静脉采血针510的转动角度和方向与驱动连杆161的转动角度和方向相同。

进一步的，第一连杆163和第三连杆165位于固定连杆162的同一侧，且第一连杆163和第三连杆165与固定板506的铰接点相对于驱动连杆161的距离大于第二连杆164相对于驱动连杆161的距离。该结构可以使固定板506的移动范围更大，便于使用时在更大范围内调整静脉采血针510的位置和角度。

在本公开的一个实施方式中，驱动装置可以采用减速电机504，例如，减速电机504安装在超声探头固定夹503上，减速电机504的输出法兰与驱动连杆161固定连接。减速电机504转动时，通过输出法兰带动驱动连杆161转动，在固定连杆162相对于超声探头固定夹503静止不动的情况下，使整个多连杆机构产生协同移动，在限定的移动轨迹上调整静脉采血针510的位置。

在本公开的一个实施方式中，固定板506上固定安装有直线移动装置507，直线移动装置507是可以产生直线往复移动的机构，例如可以采用电缸、螺纹丝杠副或电动推杆等，本实施方式采用直线电机，直线电机带动一滑块往复直线移动。直线移动装置507连接电磁夹爪511，并能带动电磁夹爪511沿直线移动。也即电磁夹爪511固定安装在直线电机的滑块上，由滑块带动往复直线移动。电磁夹爪511用来夹持针头夹紧机构509，针头夹紧机构509夹持有静脉采血针510。电磁夹爪511的作用是夹持针头夹紧机构509，通常静脉采血针510是通过针头夹紧机构509来夹持，两者预先装配在一起，然后再将针头夹紧机构509夹持在电磁夹爪511上。该结构便于静脉采血针510的标准化设计，增加通用性。且电磁夹爪511夹紧和松开方便操作。

进一步的，静脉采血针510的底部轮廓线与第三中心和第四中心的连线重合。也即静脉采血针510的底部轮廓线与多连杆机构的第二中心线508重合，只要控制和限定了多连杆机构中第二中心线508的角度和位置，便确定了静脉采血针510的角度和位置，增加了结构的精准度。

进一步的，第一中心和第二中心之间的连线与第三中心和第四中心的连线的交点距离超声探头502靠近静脉采血针510一侧的端面2mm-10mm。其中，超声探头502靠近静脉采血针510的一侧可以称为超声探头502的内侧。该结构中，多连杆机构的第一中心线和第二中心线508的交点即为静脉采血针510转动的中心点O，确定的该点的基准位置，也就能准确的控制采血针的刺入位置。

在本公开的一个实施方式中，激光测距传感器505位于超声探头502靠近静脉采血针510的一侧，也就是超声探头502的内侧，激光测距传感器505的激光光束距离超声探头502的该侧端面3mm-10mm。限定了激光测距传感器505的激光光束与超声探头502的该侧端面之间的距离，有助于测量最佳采血点附近的手臂皮肤上的多个点相对于激光测距传感器505的距离，也就便于得到最佳采血点区域手臂皮肤的角度信息，增加采血成功率。

在本公开的一个实施方式中，超声探头502的探测面的中心面与静脉采血针510的底部轮廓线在同一平面上。该实施方式便于通过激光测距传感器505测量的手臂皮肤至激光测距传感器505的相对距离，然后将该距离减去超声探头502的探测面到激光测距传感器505检测端的相对高度差，可以得到超声探头502的探测面到手臂皮肤的实时距离，也就是采血针到手臂皮肤的实时距离，有助于避免末端执行装置向下移动使静脉采血针510损伤用户手臂。

在本公开的一个实施方式中，参见图3所示的本公开末端执行装置中电磁夹爪511和针头夹紧机构509的示例性实施方式立体结构图，电磁夹爪511包括固定夹爪和活动夹爪，活动夹爪在电磁力作用下靠近或远离固定夹爪。通过将一个夹爪设定为固定夹爪，可以作为定位基准，保证电磁夹爪511抓针时夹持位置准确性。活动夹爪与固定夹爪之间设置有弹性件514，例如回复弹簧，在活动夹爪不受电磁力的情况下使活动夹爪回复原位。电磁夹爪511可以通过螺钉固连在直线移动装置507的滑块上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。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/方式或示例。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/方式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/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于采血机器人装置的末端执行装置，其特征在于，包括：

固定装置，固定安装有超声探头，所述超声探头用于超声成像手臂的静脉血管信息；

激光测距传感器，固定安装在所述固定装置上，用于测量手臂皮肤至少三个点至激光测距传感器的相对距离；以及

红外相机，固定安装在所述固定装置上，用于红外成像手臂的静脉血管信息。

2.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，还包括多连杆机构，所述多连杆机构包括：

驱动连杆，与驱动装置连接，能在所述驱动装置的带动下围绕第一中心转动；

固定连杆，在所述第一中心处与所述驱动连杆铰接，所述固定连杆固定连接在固定装置上；

第一连杆，与所述固定连杆平行设置，所述第一连杆与所述驱动连杆铰接；

第二连杆，与所述驱动连杆平行设置，所述第二连杆与所述固定连杆在第二中心处铰接，且所述第二连杆还与所述第一连杆铰接；

第三连杆，与所述固定连杆平行设置，所述第三连杆同时与所述驱动连杆和所述第二连杆铰接；以及

固定板，所述固定板在第三中心处与所述第一连杆铰接，并且在第四中心处与所述第三连杆铰接；所述第三中心与所述第四中心的连线与所述驱动连杆平行。

3.如权利要求2所述的末端执行装置，其特征在于，所述第一连杆和所述第三连杆位于所述固定连杆的同一侧，且所述第三中心与所述第四中心的连线与所述驱动连杆的距离大于所述第二连杆与所述驱动连杆的距离。

4.如权利要求2所述的末端执行装置，其特征在于，所述驱动装置采用减速电机，所述减速电机安装在所述固定装置上，所述减速电机的输出法兰与所述驱动连杆固定连接。

5.如权利要求2所述的末端执行装置，其特征在于，所述固定板上固定安装直线移动装置，所述直线移动装置连接电磁夹爪，并能带动所述电磁夹爪沿直线移动；所述电磁夹爪用来夹持针头夹紧机构，所述针头夹紧机构夹持有静脉采血针。

6.如权利要求5所述的末端执行装置，其特征在于，所述静脉采血针的底部轮廓线与所述第三中心和所述第四中心的连线重合。

7.如权利要求6所述的末端执行装置，其特征在于，所述第一中心和所述第二中心之间的连线与所述第三中心和所述第四中心的连线的交点距离所述超声探头靠近所述静脉采血针一侧的端面2mm-10mm。

8.如权利要求5所述的末端执行装置，其特征在于，所述激光测距传感器位于所述超声探头靠近所述静脉采血针的一侧，所述激光测距传感器的激光光束距离所述超声探头的该侧端面3mm-10mm。

9.如权利要求5所述的末端执行装置，其特征在于，所述超声探头的探测面的中心面与所述静脉采血针的底部轮廓线在同一平面上。

10.如权利要求5所述的末端执行装置，其特征在于，所述电磁夹爪包括固定夹爪和活动夹爪，所述活动夹爪在电磁力作用下靠近或远离所述固定夹爪；所述活动夹爪与所述固定夹爪之间设置有弹性件，在所述活动夹爪不受电磁力的情况下使所述活动夹爪回复原位。

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