一种全自动非接触核酸采样机器人系统

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1.本发明涉及一种全自动非接触核酸采样机器人系统，其主要功能是完成对人口腔的核酸采样工作，用于医疗领域中核酸采样。

背景技术：

2.从新冠病毒爆发，肆虐至今已有两年多，我国的防疫政策是要动态清零，要阻断病毒传播，就需要把已经感染的患者尽快到，然后隔离。而寻感染者的途径就是采集人体的核酸，通过检测判断其是否受感染。到目前为止，采集核酸的工作基本都是由医护人员实施，他们每天高强度工作，穿着隔离防护服，在炎热的夏天更是容易出现身体不适等各种情况。基于这种情况，很多核酸采样机器人问世，但是这些系统都还处于研制初期，仅对机械臂采样动作进行相应设计，试管数量也不成规模，无法真正投入日常使用，有些采样机器人需要配置咬口器，还需要受检者自己翻盖取咬口器、按动启动按钮等，很难做到真正的无接触。为了解决这个问题，本发明提出一种全自动非接触的核酸采样机器人系统，其将灵巧机械臂和小型自动化生产线有机融为一体，不仅有试管的自动上下料、扫码、瓶盖的自动开合和拭子自动剪切等，也有机械臂的自动采样、消毒等，全流程实现自动化。

技术实现要素：

3.针对已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种全自动非接触核酸采样机器人系统，其具有“全自动、非接触”等特，被检人员无需使用咬口器，无需按动任何按钮，只需扫核酸码后，站在设备采样房前方，系统通过视觉检测得到被检人员的口腔形状，控制机械臂在口腔中采样的路径，并且通过六维力传感器对采样过程中拭子与口腔接触力进行检测，增加了采样的安全性；设备将灵巧机械臂和小型自动化生产线有机融为一体，增加了试管存放数量，并且通过相应的物流系统，让试管自动在各个工位流转，满足日常核酸采样工作。系统从拭子剥离、定位夹取、试管上位、试管扫码、口腔采样、样本剪切、试管下位，到采样末端部位消毒等，全流程实现自动化。
4.为了实现上述目的，采用下述技术方案：
5.一种全自动非接触核酸采样机器人系统，包括一个采样房、试管架和若干试管、一套plc 控制系统、一个拭子自动剥离机和一个扫码器，所述采样房的地面上，右边固定安装一个主工作台，左边前方固定安装一个副工作台，后方安装一块可拆卸台面板，在所述采样房顶面中间倒装固定一个机械臂系统；在所述主工作台上方布置的是一套试管物流系统，右侧下方安装的是一套试管物流系统的plc控制系统；所述主工作台台面上的后边固定安装一套上料移载机械手，前边固定安装一套下料移载机械手，在所述主工作台台面的左边中间，安装一套旋转工作台，在所述旋转工作台旁边固定安装一个扫码器，在所述主工作台台面面板上，在所述上、下料移载机械手和旋转工作台中间安装一套拧盖机械手，所述上、下料移载机械手、旋转工作台和所述拧盖机械手组成所述试管物流系统；在所述副工作台的台面上，放置一个拭子自动剥离机，在所述副工作台的下方设计为两层空间，布置一套消
毒和废弃物回收系统。
6.在所述试管物流系统中，所述上、下料机械手均具有x、y向的平移和z向升降，结构相同；以所述上料机械手为例，在上料移栽机械手机架的底板上，放置两套所述试管架，每套所述试管架上可放置m
×
n个所述试管，在所述上料移栽机械手机架顶端前后两侧分别固定放置一套x轴直线模组与一个x轴直线导轨，在所述x轴直线模组的一端固定电机，在所述x轴直线模组与所述x轴直线导轨上连接了滑块，在所述滑块上安装了一套y轴直线模组，在所述y轴直线模组一端固定了电机，在所述y轴直线模组上连接了滑块，在所述滑块上固定安装了所述上料移栽机械手升降夹取部分；所述电机驱动所述x直线模组上所述滑块来实现x轴方向的运动，所述电机驱动所述y轴直线模组上所述滑块来实现y轴方向的移动，所述上料移栽机械手升降夹取部分实现升降、夹取和放松的动作。所述上料移栽机械手升降夹取部分由电机驱动滑块完成升降动作，在所述滑块的末端固定安装有电机，在所述电机连接着夹爪，所述夹爪由所述电机驱动可以实现夹紧与松开，所述夹爪上安装有试管夹，所述试管夹与x轴方向成45
°
，可以得到更大的试管夹取空隙；在所述拧盖机械手中，在机架的横梁上安装一个拧盖直线模组，在所述拧盖直线模组一端固定一个电机，在所述拧盖直线模组上连接着滑块，在所述滑块下端固定安装一个电机，在所述电机上连接另一个滑块，在所述滑块上固定安装一个电机，在所述电机下端连接着旋转夹爪；所述电机驱动所述拧盖直线模组上的所述滑块运动以实现所述拧盖机械手在y轴方向的移动，所述电机驱动滑块运动以实现所述拧盖机械手升降动作，所述电机驱动所述旋转夹爪完成夹取、放松和旋转动作。
7.所述旋转工作台，在所述主工作台的台面上固定安装一个五等分度的凸轮分割器，台面下面固定安装一个驱动电机，所述凸轮分割器输入轴端和所述驱动电机轴端分别安装一个同步带轮，一条同步带旋装在两个所述同步带轮上，在所述凸轮分割器上方出轴上固定安装一个转盘，在所述驱动电机驱动下，通过所述同步带轮和所述同步带的传递，使所述转盘五等分间隙旋转；在所述转盘上五等分固定安装5个试管座，所述5个试管座对应五个工位，分别是试管上料位、试管扫码和开盖位、拭子剪切位、试管拧盖位和试管下料位，所述扫码器在试管扫码和开盖位和拭子剪切位中间；在所述转盘对应的所述试管扫码和开盖位和所述试管拧盖位处分别固定安装一套夹紧组件，安装方向由所述转盘圆心向对应工位径向射线方向，所述夹紧组件的基座固定安装在所述主工作台台面上，所述基座上固定安装一个电动滑台，所述电动滑台上固定安装一个电动夹紧器，所述电动夹紧器i前端对称安装两个夹紧块；在所述转盘对应的所述试管剪切位外侧，固定安装一套拭子剪切组件，所述拭子剪切组件的基座ii固定安装在所述主工作台台面上，所述基座ii上固定安装一个电动夹紧器ii，所述电动夹紧器ii前端对称安装两个剪刀固定座，所述剪刀固定座上分别嵌入剪刀的两个手柄，两个压紧块分别与相应的所述剪刀固定座固定连接，即把所述剪刀的两个手柄与所述剪刀固定座固定，当所述电动夹紧器ii松开时，所述剪刀打开，所述机械臂系统将所述拭子放入所述试管中，所述电动夹紧器ii夹紧，带动所述剪刀合拢，从而将所述拭子剪断，所述机械臂系统将剪断后的拭子杆扔进所述消毒和废弃物回收系统的拭子杆落料槽中。
8.所述拧盖机械手，在机架的横梁上安装一个拧盖直线模组，在所述拧盖直线模组一端安装一个伺服电机iii，在所述拧盖直线模组上固定安装一块移动板，在所述移动板下
端固定安装一个电动直线推杆，在所述电动直线推杆上固定安装一个滑块，在所述滑块上固定安装一个旋盖电机，在所述旋盖电机下端安装一对旋转夹爪；所述移动板在所述伺服电机iii驱动下带动所述旋盖电机和所述旋转夹爪沿y轴方向移动，对应三个工作工位：扫码和开盖位、拧盖位和消毒位，所述电动直线推杆驱动滑块运动以实现所述拧盖机械手升降动作，所述旋盖电机驱动所述旋转夹爪完成对试管的夹取、放松和旋转动作。
9.所述机械臂系统，在所述采样房顶面中间固定安装一个机器人底座，所述机器人底座上固定安装一个机械臂，在所述机械臂末端依次固定安装一个视觉传感器和一个六维力传感器，在所述力传感器另一端固定安装一个电动微型夹爪，所述电动微型夹爪的相对移动的夹紧滑块上分别固定安装一个带有梳状的v形夹爪，且上、下v形错开布置，以便用于形状较细的拭子杆的夹取；所述机器人底座前端，固定安装一个显示器，当机械臂系统对人体进行采样时，所述的视觉传感器捕捉口腔形状，并检测后，给机械臂控制系统提供相应数据，使机械臂按照要求行进，将拭子伸入口腔内部进行相应采样动作，所述的力传感器检测可以防止机械臂采样时误操作，保障采样的安全性；所述视觉传感器的检测图像，可在所示显示器上显示。
10.所述消毒和废弃物回收系统，消毒箱安装在所述主工作台上，所述消毒箱边上固定安装一个所述拭子杆落料槽，所述消毒箱上设有消毒箱盖，在所述消毒箱盖上开有一个圆孔和一个方孔供所述拧盖机械手和所述机械臂系统进入所述消毒箱消毒，所述消毒箱右侧面固定安装一个酒精喷嘴；所述消毒和废弃物回收系统分上下两层空间布置在所述副工作台下方，在所述副工作台机架的中间固定安装一套滑轨，所述滑轨上固定安装一个抽屉框，所述抽屉框上分别固定安装一个拭子包装纸回收桶和一个拭子杆回收桶，随着所述抽屉框的拉出，可以方便将所述拭子包装纸回收桶和所述拭子杆回收桶中的废料取出，在所述副工作台下方底面上固定一个酒精储存瓶和一个酒精回收瓶；所述酒精储存瓶侧面插入一根出水管，所述出水管的另一端与压力泵的进口相连，所述压力泵的出口通过一根进水管子连接酒精喷嘴相连，所述酒精回收瓶内部存有一定量的清水，侧面上口插入一根废水管，所述废水管另一端接至所述消毒箱底部的放水口，以便酒精喷洒后多余酒精回流至所述酒精回收瓶中，所述酒精回收瓶侧面下放有一个排水口安装一个手动阀门，人工开启所述手动阀门可以放掉废弃的酒精和水的混合液；在酒精回收瓶中放入清水的目的是降低酒精浓度，减少风险。
11.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优势：
12.本发明提供了一种全自动非接触核酸采样机器人系统，将灵巧机械臂和小型自动化生产线有机融为一体，充足的试管存放数量和相应的物流系统，让试管自动在各个工位流转，不仅具有试管的自动上下料、扫码、瓶盖的自动开合和拭子自动剪切等功能，同时具有机械臂的自动采样、消毒等，全流程实现自动化，可满足日常核酸采样工作需求。被检人员无需使用咬口器，无需接触设备的任何地方，只需扫核酸码后，站在设备采样房前方，系统通过视觉检测得到被检人员的口腔形状，控制机械臂在口腔中采样的路径，并且通过六维力传感器对采样过程中拭子与口腔接触力进行检测，增加了采样的安全性。本发明实现了核酸采样的自动化和非接触，且设备结构简单、功能齐全、安全性高。
附图说明
13.图1是本发明的轴测图。
14.图2是采样房的外形简图。
15.图3是上料移载机械手的轴测图。
16.图4是上料移载机械手z轴方向局部的正视图。
17.图5是旋转工作台x轴方向局部的正视图。
18.图6是旋转工作台整体的轴测图。
19.图7是拧紧机械手的轴测图。
20.图8是机械臂系统的正视图。
21.图9是消毒和废弃物回收系统的轴测图。
22.图10是消毒和废弃物回收系统的正视图。
具体实施方式
23.本发明的优选实施例结合附图详述如下：
24.如图1所示，一种全自动非接触核酸采样机器人系统，包括一个采样房1、试管架2、若干试管3，一套plc控制系统4，一个拭子自动剥离机5、一个扫码器6和若干拭子7，其特征在于：所述采样房1的地面上，右边固定安装一个主工作台f，左边前方固定安装一个副工作台g，后方安装一块可拆卸台面板h，在所述采样房1顶面中间倒装固定一个机械臂系统j；在所述主工作台f上方布置一套试管物流系统w，右侧下方安装的是一套试管物流系统的所述plc控制系统4；所述主工作台f台面上的后边固定安装一套上料移载机械手a，前边固定安装所述一套下料移载机械手b，在所述主工作台f台面的左边中间，安装所述一套旋转工作台组件d，在所述旋转工作台组件d旁边固定安装所述扫码器6，在所述主工作台f台面面板上，在所述上料移载机械手a、下料移载机械手b和旋转工作台组件d中间安装一套拧盖机械手c，所述上料移载机械手a、所述下料移载机械手b、所述旋转工作台组件c和所述拧盖机械手d组成所述试管物流系统w；在所述副工作台g的台面上，放置一个拭子自动剥离机5，在所述副工作台7的下方设计为两层空间，布置一套消毒和废弃物回收系统e。
25.如图2所示，所述采样房正面面板上左边中间安装一个测温仪1-1和一个读码器1-2，采样房面板中间开有一个小孔1-3，供机器人采样时所述机械臂系统j有可将拭子伸出的空间。所述采样房内放置所述核酸采样机器人系统。
26.如图3-4所示，所述上料移载机械手a、所述下料移载机械手b均具有x、y向的平移、 z向升降和试管夹取功能，结构相同；以所述上料移载机械手a为例，在上料移载机械手机架a1的底板a2上，放置两套所述试管架2，每套所述试管架2上放置m
×
n个所述试管3，在所述上料移载机械手机架a1顶端前后两侧分别固定放置一套x轴直线模组a4与一个x 轴直线导轨a5，在所述x轴直线模组a4的一端安装一个伺服电机ia3，在所述x轴直线模组a4与所述x轴直线导轨a5上连接一块滑板ia10，在所述滑板ia10上安装了一套y轴直线模组a8，在所述y轴直线模组a8一端安装伺服电机iia9，在所述y轴直线模组a8上连接了滑板iia7，在所述滑板iia7上固定安装了所述上料移载机械手升降夹取部分a6；所述伺服电机ia3驱动所述x轴直线模组a4上所述滑板ia10来实现x轴方向的运动，所述伺服电机iia9驱动所述y轴直线模组a8上所述滑板iia7来实现y轴方向的移动，所述上料移载机械手升降夹取组件a6实现
升降、夹取和放松的动作。
27.所述上料移载机械手升降夹取组件a6由电机a6-2驱动电推杆a6-1完成升降动作，在所述电推杆a6-1的末端固定安装一个电动夹爪a6-3，在所述电动夹爪a6-3上固定安装一对夹爪a6-4，所述两个夹爪a6-4上分别安装一个试管夹a6-5，所述夹爪a6-4由所述电动夹爪a6-3驱动实现所述试管夹a6-5的夹紧与松开，所述试管夹a6-5与x轴方向成45
°
，以得到更大的试管夹取空隙。
28.如图5-6所示，所述旋转工作台组件d，在所述主工作台f的台面上固定安装一个五等分度的凸轮分割器d2，台面下面固定安装一个驱动电机d4，所述凸轮分割器d2输入轴端和所述驱动电机d4轴端分别安装一个同步带轮d9，一条同步带d8旋装在两个所述同步带轮 d9上，在所述凸轮分割器d2上方出轴上固定安装一个转盘d1，在所述驱动电机d4驱动下，通过所述同步带轮d9和所述同步带d8的传递，使所述转盘d1五等分间隙旋转；在所述转盘d1上五等分固定安装5个试管座d3，所述5个试管座d3对应五个工位，分别是试管上料位d3-1、试管扫码和开盖位d3-2、拭子剪切位d3-3、试管拧盖位d3-4和试管下料位d3-5，所述扫码器6在试管扫码和开盖位d3-2和拭子剪切位d3-3中间；在所述转盘d1对应的所述试管扫码和开盖位d3-2和所述试管拧盖位d3-4处分别固定安装一套夹紧组件d5，安装方向由所述转盘d1圆心向对应工位径向射线方向，所述夹紧组件d5的基座d5-4固定安装在所述主工作台f台面上，所述基座d5-4上固定安装一个电动滑台d5-3，所述电动滑台d5-3 上固定安装一个电动夹紧器d5-2，所述电动夹紧器id5-2前端对称安装两个夹紧块d5-1；在所述转盘d1对应的所述试管剪切位d3-3外侧，固定安装一套拭子剪切组件d6，所述拭子剪切组件d6的基座iid6-1固定安装在所述主工作台f台面上，所述基座iid6-1上固定安装一个电动夹紧器iid6-2，所述电动夹紧器iid6-2前端对称安装两个剪刀固定座d6-3，所述剪刀固定座d6-3上分别嵌入剪刀d6-5的两个手柄，两个压紧块d6-4分别与相应的所述剪刀固定座d6-3固定连接，即把所述剪刀d6-5的两个手柄与所述剪刀固定座d6-3固定，当所述电动夹紧器iid6-2松开时，所述剪刀d6-5打开，所述机械臂系统j将所述拭子7放入所述试管3中，所述电动夹紧器iid6-2夹紧，带动所述剪刀d6-5合拢，从而将所述拭子7剪断，所述机械臂系统j将剪断后的拭子7杆扔进所述消毒和废弃物回收系统e的拭子杆落料槽e7中。
29.如图7所示，所述拧盖机械手c，在机架c8的横梁上安装一个拧盖直线模组c7，在所述拧盖直线模组c7一端安装一个伺服电机iiic5，在所述拧盖直线模组c7上固定安装一块移动板c6，在所述移动板c6下端固定安装一个电动直线推杆c4，在所述电动直线推杆c4 上固定安装一个滑块c3，在所述滑块c3上固定安装一个旋盖电机c2，在所述旋盖电机c2 下端安装一对旋转夹爪c1；所述移动板c6在所述伺服电机iiic5驱动下带动所述旋盖电机 c2和所述旋转夹爪c1沿y轴方向移动，对应三个工作工位：扫码和开盖位d3-2、拧盖位 d3-4和消毒位e6-1，所述电动直线推杆c4驱动滑块c3运动以实现所述拧盖机械手c升降动作，所述旋盖电机c2驱动所述旋转夹爪c1完成对试管3的夹取、放松和旋转动作。
30.如图8所示，所述机械臂系统j，在所述采样房1顶面中间固定安装一个机器人底座j1，所述机器人底座j1上固定安装一个六自由度机械臂j2，在所述机械臂j2末端依次固定安装一个视觉传感器j4和一个六维力传感器j5，在所述力传感器j5另一端固定安装一个电动微型夹爪j6，所述电动微型夹爪j6上相对移动的夹紧滑块上分别固定安装带有梳状的上v形夹爪j7和下v形夹爪j8，且上、下v形错开布置，以便用于形状较细的拭子7杆的夹取；所
述机器人底座j1前端，固定安装一个显示器j3，当机械臂系统j对人体进行采样时，所述的视觉传感器j4捕捉口腔形状，并检测后，给机械臂控制系统提供相应数据，使所述机械臂 j2按照要求，将所述拭子7伸入口腔内部进行相应采样动作，所述的力传感器j5检测可以防止所述机械臂j2采样时误操作，保障采样的安全性；所述视觉传感器j4的检测图像，可在所示显示器j3上显示。
31.如图9-10所示，所述消毒和废弃物回收系统e，消毒箱e6安装在所述主工作台f上，所述消毒箱e6边上固定安装一个所述拭子杆落料槽e7，所述消毒箱e6上设有消毒箱盖e6-2，在所述消毒箱盖e6-2上开有一个圆孔和一个方孔供所述拧盖机械手d和所述机械臂系统j 进入所述消毒箱e6消毒，所述消毒箱e6右侧面固定安装一个酒精喷嘴e9；所述消毒和废弃物回收系统e分上下两层空间布置在所述副工作台g下方，在所述副工作台g机架g-1的中间固定安装一套滑轨e3，所述滑轨e3上固定安装一个抽屉框e8，所述抽屉框e8上分别固定安装一个拭子包装纸回收桶e4和一个拭子杆回收桶e5，随着所述抽屉框e8的拉出，可以方便将所述拭子包装纸回收桶e4和所述拭子杆回收桶e5中的废料取出，在所述副工作台g 下方底面上固定一个酒精储存瓶e1和一个酒精回收瓶e2；所述酒精储存瓶e1侧面插入一根出水管e12，所述出水管e12的另一端与压力泵e11的进口相连，所述压力泵e11的出口通过一根进水管子e10连接酒精喷嘴e9相连，所述酒精回收瓶e2内部存有一定量的清水，侧面上口插入一根废水管e13，所述废水管e13另一端接至所述消毒箱e6底部的放水口e14，以便酒精喷洒后多余酒精回流至所述酒精回收瓶e2中，所述酒精回收瓶e2侧面下放有一个排水口e15安装一个手动阀门e16，人工开启所述手动阀门e16可以放掉废弃的酒精和水的混合液；当所述酒精回收桶e2满了，可以人工开启，将水放掉，所述酒精回收瓶e2中放入清水的目的是降低酒精浓度，减少风险。
32.本实施例的工作原理如下：
33.系统在等待状态时，所述上料移载机械手a移动到所述试管架2相应位置的上方，下降，从所述试管架2中夹取一个所述试管3，上升，然后平移到所述试管上料位c3-1上方等待，所述下料移载机械手b在所述试管取料位c3-5上方等待，所述拧盖机械手d在所述扫码和开盖位c3-2上方等待，所述旋转工作台c周边的所述夹紧电爪c5处于退回状态，夹爪打开，所述拭子剪切夹爪c6打开，所述剪刀c7打开，所述机械臂j在取拭子位置等待。工作时，受检人员先站在所述测温仪1-1前进行测温，若体温不正常，则提示其离开，不能使用该系统自动采样，若体温正常，可以继续，拿出核酸码至所述读码器1-2前扫码，然后根据语音系统提示实施下面的每个步骤，即站立在采样房前，嘴巴对着采样口处，张大嘴巴等待，在扫码完成同时，所述机械物流系统w和所述机械臂j同时开始工作，所述上料移载机械手a 将未使用的试管3上料至旋转工作台c的上料试管座c3-1中，所述旋转工作台c第一次旋转一个分度角度，所述拧盖机械手d下降，将拧盖位的所述试管3抓取后上升，将所述试管 3旋转，扫码器6读取所述试管3上的二维码数据，发送至总控制系统，与人员核酸码绑定，所述拧盖机械手d下降，将所述试管3放回试管座d3-2中，这时，所述夹紧电爪i前移并将试管3夹紧，所述拧盖机械手d逆时针旋转，将所述试管3的管帽拧松后上升，管帽握在所述拧盖机械手d中，平移到所述试管拧盖位c3-4等待，所述旋转工作台c第二次旋转一个分度角度，已经开盖的所述试管3位于所述拭子剪切位c3-3，等待所述机械臂j采样；同时所述机械臂j至所述自动拭子剥离机5那里，夹爪j7抓取拭子7取出，至采样位，这时视觉检测系统检测口腔形
状后，发送信息给所述机械臂j，所述机械臂j带动拭子7在口腔左右两侧进行采样，完成采样后，所述机械臂j运动至所述旋转工作台c的所述拭子剪切位c3-3，将所述拭子7插入所述试管3中，由所述剪刀c7将所述拭子7杆剪断，然后所述机械臂j 将拭子7杆扔入所述拭子杆落料槽e7中，下落至下方的拭子杆回收桶e5中，所述机械臂j 再移动至消毒工位e6-1，将所述机械臂j末端插入所述消毒箱e6内，酒精喷射对其进行消毒，然后其回到取拭子位，等待下一次操作；在完成拭子剪切动作后，所述旋转工作台c第三次旋转一个分度，已获得采样拭子的所述试管3输送至所述试管拧盖位c3-4，夹紧电爪 c5伸出并将试管3夹紧，所述拧盖机械手d下降，并顺时针旋转，将管帽拧紧在所述试管3 上，所述旋转工作台c第四次旋转一个分度，完成采样的所述试管3输送至所述试管下料位 c3-5，所述下料移载机械手b下降抓取所述试管3，上升，然后平移至相应的放置位，下降将所述试管3放入所述试管架2中，然后回到所述试管取料位c3-5上方等待，所述旋转工作台c第五次旋转一个分度，完成一次循环，等待下一次操作。
34.本发明上述实施例全自动非接触核酸采样机器人系统，其主要功能是完成对人口腔的核酸采样工作。本发明上述实施例通过试管物流系统提供试管上料、扫码、开盖、拭子剪切、拧盖和下料等工作，机械臂完成取拭子、采样、放拭子、扔拭子杆和消毒等动作。本发明上述实施例将灵巧机械臂和小型自动化生产线有机融为一体，实现了“全自动、非接触、大通量、高快速、云监控”等功能。
35.上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种全自动非接触核酸采样机器人系统，包括一个采样房(1)、试管架(2)、若干试管(3)，一套plc控制系统(4)，一个拭子自动剥离机(5)、一个扫码器(6)和若干拭子(7)，其特征在于：所述采样房(1)的地面上，右侧固定安装一个主工作台(f)，左侧前方固定安装一个副工作台(g)，左侧后方安装一块可拆卸台面板(h)，在所述采样房(1)顶面中间倒装固定一个机械臂系统(j)；在所述主工作台(f)上方布置一套试管物流装置(w)，右侧下方安装的是试管物流装置(w)的所述plc控制系统(4)；所述主工作台(f)台面上的后边固定安装一套上料移载机械手(a)，前边固定安装所述一套下料移载机械手(b)，在所述主工作台(f)台面的左边中间，安装所述一套旋转工作台组件(d)，在所述旋转工作台组件(d)旁边固定安装所述扫码器(6)，在所述主工作台(f)台面面板上，在所述上料移载机械手(a)、下料移载机械手(b)和旋转工作台组件(d)中间安装一套拧盖机械手(c)，所述上料移载机械手(a)、所述下料移载机械手(b)、所述旋转工作台组件(c)和所述拧盖机械手(d)组成所述试管物流装置(w)；在所述副工作台(g)的台面上，放置一个拭子自动剥离机(5)，在所述副工作台(7)的下方设计为两层空间，布置一套消毒和废弃物回收系统(e)。2.根据权利要求1所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述试管物流装置(w)中的所述上料移载机械手(a)、所述下料移载机械手(b)均具有x、y向的平移、z向升降和试管夹取功能，结构相同；以所述上料移载机械手(a)为例，在上料移载机械手机架(a1)的底板(a2)上，放置两套所述试管架(2)，每套所述试管架(2)上放置m
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n个所述试管(3)，在所述上料移载机械手机架(a1)顶端前后两侧分别固定放置一套x轴直线模组(a4)与一个x轴直线导轨(a5)，在所述x轴直线模组(a4)的一端安装一个伺服电机i(a3)，在所述x轴直线模组(a4)与所述x轴直线导轨(a5)上连接一块滑板i(a10)，在所述滑板i(a10)上安装了一套y轴直线模组(a8)，在所述y轴直线模组(a8)一端安装伺服电机ii(a9)，在所述y轴直线模组(a8)上连接了滑板ii(a7)，在所述滑板ii(a7)上固定安装了所述上料移载机械手升降夹取部分(a6)；所述伺服电机i(a3)驱动所述x轴直线模组(a4)上所述滑板i(a10)来实现x轴方向的运动，所述伺服电机ii(a9)驱动所述y轴直线模组(a8)上所述滑板ii(a7)来实现y轴方向的移动，所述上料移载机械手升降夹取组件(a6)实现升降、夹取和放松的动作。3.根据权利要求2所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述上料移载机械手升降夹取组件(a6)由电机(a6-2)驱动电推杆(a6-1)完成升降动作，在所述电推杆(a6-1)的末端固定安装一个电动夹爪(a6-3)，在所述电动夹爪(a6-3)上固定安装一对夹爪(a6-4)，所述两个夹爪(a6-4)上分别安装一个试管夹(a6-5)，所述夹爪(a6-4)由所述电动夹爪(a6-3)驱动实现所述试管夹(a6-5)的夹紧与松开，所述试管夹(a6-5)与x轴方向成45
°
，以得到更大的试管夹取空隙。4.根据权利要求1所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述试管物流装置(w)中的所述旋转工作台组件(d)，在所述主工作台(f)的台面上固定安装一个五等分度的凸轮分割器(d2)，台面下面固定安装一个驱动电机(d4)，所述凸轮分割器(d2)输入轴端和所述驱动电机(d4)轴端分别安装一个同步带轮(d9)，一条同步带(d8)旋装在两个所述同步带轮(d9)上，在所述凸轮分割器(d2)上方出轴上固定安装一个转盘(d1)，在所述驱动电机(d4)驱动下，通过所述同步带轮(d9)和所述同步带(d8)的传递，使所述转盘(d1)五等分间隙旋转；在所述转盘(d1)上五等分固定安装5个试管座(d3)，所述5个试管座(d3)对应五个工位，分别是试管上料位(d3-1)、试管扫码和开盖位(d3-2)、拭子剪切位(d3-3)、试
管拧盖位(d3-4)和试管下料位(d3-5)，所述扫码器(6)在试管扫码和开盖位(d3-2)和拭子剪切位(d3-3)中间；在所述转盘(d1)对应的所述试管扫码和开盖位(d3-2)和所述试管拧盖位(d3-4)处分别固定安装一套夹紧组件(d5)，安装方向由所述转盘(d1)圆心向对应工位径向射线方向，所述夹紧组件(d5)的基座(d5-4)固定安装在所述主工作台(f)台面上，所述基座(d5-4)上固定安装一个电动滑台(d5-3)，所述电动滑台(d5-3)上固定安装一个电动夹紧器(d5-2)，所述电动夹紧器i(d5-2)前端对称安装两个夹紧块(d5-1)；在所述转盘(d1)对应的所述试管剪切位(d3-3)外侧，固定安装一套拭子剪切组件(d6)，所述拭子剪切组件(d6)的基座ii(d6-1)固定安装在所述主工作台(f)台面上，所述基座ii(d6-1)上固定安装一个电动夹紧器ii(d6-2)，所述电动夹紧器ii(d6-2)前端对称安装两个剪刀固定座(d6-3)，所述剪刀固定座(d6-3)上分别嵌入剪刀(d6-5)的两个手柄，两个压紧块(d6-4)分别与相应的所述剪刀固定座(d6-3)固定连接，即把所述剪刀(d6-5)的两个手柄与所述剪刀固定座(d6-3)固定，当所述电动夹紧器ii(d6-2)松开时，所述剪刀(d6-5)打开，所述机械臂系统(j)将所述拭子(7)放入所述试管(3)中，所述电动夹紧器ii(d6-2)夹紧，带动所述剪刀(d6-5)合拢，从而将所述拭子(7)剪断，所述机械臂系统(j)将剪断后的拭子(7)杆扔进所述消毒和废弃物回收系统(e)的拭子杆落料槽(e7)中。5.根据权利要求1所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述试管物流装置(w)中的所述拧盖机械手(c)，在机架(c8)的横梁上安装一个拧盖直线模组(c7)，在所述拧盖直线模组(c7)一端安装一个伺服电机iii(c5)，在所述拧盖直线模组(c7)上固定安装一块移动板(c6)，在所述移动板(c6)下端固定安装一个电动直线推杆(c4)，在所述电动直线推杆(c4)上固定安装一个滑块(c3)，在所述滑块(c3)上固定安装一个旋盖电机(c2)，在所述旋盖电机(c2)下端安装一对旋转夹爪(c1)；所述移动板(c6)在所述伺服电机iii(c5)驱动下带动所述旋盖电机(c2)和所述旋转夹爪(c1)沿y轴方向移动，对应三个工作工位：扫码和开盖位(d3-2)、拧盖位(d3-4)和消毒位(e6-1)，所述电动直线推杆(c4)驱动滑块(c3)运动以实现所述拧盖机械手(c)升降动作，所述旋盖电机(c2)驱动所述旋转夹爪(c1)完成对试管(3)的夹取、放松和旋转动作。6.根据权利要求1所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述机械臂系统(j)，在所述采样房(1)顶面中间固定安装一个机器人底座(j1)，所述机器人底座(j1)上固定安装一个六自由度机械臂(j2)，在所述机械臂(j2)末端依次固定安装一个视觉传感器(j4)和一个六维力传感器(j5)，在所述力传感器(j5)另一端固定安装一个电动微型夹爪(j6)，所述电动微型夹爪(j6)上相对移动的夹紧滑块上分别固定安装带有梳状的上v形夹爪(j7)和下v形夹爪(j8)，且上、下v形错开布置，以便用于形状较细的拭子(7)杆的夹取；所述机器人底座(j1)前端，固定安装一个显示器(j3)，当机械臂系统(j)对人体进行采样时，所述的视觉传感器(j4)捕捉口腔形状，并检测后，给机械臂控制系统提供相应数据，使所述机械臂(j2)按照要求，将所述拭子(7)伸入口腔内部进行相应采样动作，所述的力传感器(j5)检测防止所述机械臂(j2)采样时误操作，保障采样的安全性；所述视觉传感器(j4)的检测图像，在所示显示器(j3)上显示。7.根据权利要求1所述的全自动非接触核酸采样机器人系统，其特征在于：所述消毒和废弃物回收系统(e)，消毒箱(e6)安装在所述主工作台(f)上，所述消毒箱(e6)边上固定安装一个所述拭子杆落料槽(e7)，所述消毒箱(e6)上设有消毒箱盖(e6-2)，在所述消毒箱盖
(e6-2)上开有一个圆孔和一个方孔供所述拧盖机械手(d)和所述机械臂系统(j)进入所述消毒箱(e6)消毒，所述消毒箱(e6)右侧面固定安装一个酒精喷嘴(e9)；所述消毒和废弃物回收系统(e)分上下两层空间布置在所述副工作台(g)下方，在所述副工作台(g)机架(g-1)的中间固定安装一套滑轨(e3)，所述滑轨(e3)上固定安装一个抽屉框(e8)，所述抽屉框(e8)上分别固定安装一个拭子包装纸回收桶(e4)和一个拭子杆回收桶(e5)，随着所述抽屉框(e8)的拉出，方便将所述拭子包装纸回收桶(e4)和所述拭子杆回收桶(e5)中的废料取出，在所述副工作台(g)下方底面上固定一个酒精储存瓶(e1)和一个酒精回收瓶(e2)；所述酒精储存瓶(e1)侧面插入一根出水管(e12)，所述出水管(e12)的另一端与压力泵(e11)的进口相连，所述压力泵(e11)的出口通过一根进水管子(e10)连接酒精喷嘴(e9)相连，所述酒精回收瓶(e2)内部存有一定量的清水，侧面上口插入一根废水管(e13)，所述废水管(e13)另一端接至所述消毒箱(e6)底部的放水口(e14)，以便酒精喷洒后多余酒精回流至所述酒精回收瓶(e2)中，所述酒精回收瓶(e2)侧面下放有一个排水口(e15)安装一个手动阀门(e16)，人工开启所述手动阀门(e16)放掉废弃的酒精和水的混合液。

技术总结

本发明涉及一种全自动非接触核酸采样机器人系统，将灵巧机械臂和小型自动化生产线有机融为一体，系统从拭子剥离、定位夹取、试管上料、试管扫码、口腔采样、样本剪切、试管下料，到采样末端部位消毒等，全流程实现自动化，可满足日常核酸采样工作需求。被检人员无需使用咬口器，无需接触设备的任何地方，只需扫核酸码后，站在设备采样房前方，系统通过视觉检测得到被检人员的口腔形状，控制机械臂在口腔中采样的路径，并且通过六维力传感器对采样过程中拭子与口腔接触力进行检测，增加了采样的安全性。本发明实现了核酸采样的自动化和非接触，且设备结构简单、功能齐全、安全性高。安全性高。安全性高。