[发明专利]拭子采样执行器、拭子采样机械臂、机器人及采样方法

说明书

本发明公开了一种拭子采样执行器，包括外壳、夹取部和感知部：夹取部包括弹性夹持件和第一气管，弹性夹持件上具有采样孔，弹性夹持件内具有充气腔，第一气管与充气腔连通，通过第一气管向充气腔充气使弹性夹持件膨胀而将拭子夹紧在采样孔内；感知部包括相机、弹性膜和第二气管，第二气管用于吸气而使得弹性膜的内表面向内凹陷，从而通过相机采集由于拭子杆部后端接触弹性膜的内表面而产生的弹性膜的形变来获取拭子杆部后端的接触力信息。本发明利用基于视觉的触觉反馈技术来获取拭子与人体的接触状态，模仿人类手指采样时的行为，弥补刚性连接动作过于生硬的问题，即时调整接触力的大小和采样角度，提高了拭子的容错性能。

技术领域

本发明涉及拭子采样领域，尤其是涉及拭子采样执行器、拭子采样机械臂、机器人及采样方法。

背景技术

拭子检测是一种医学检测方法，例如采用医用棉签从人体的咽部或鼻腔等部分收集少量分泌物进行检测，以用于了解受检部位的健康状况。

现有技术中，可以采用机械臂代替人工来对受检部位进行拭子采样。当前的拭子采样执行器大多结构比较简单，通常是利用机械爪夹持一个拭子进行采样，这种方式虽然简单可行，但是拭子采样末端纯刚性连接，缺少柔性和安全性，缺少力反馈，无法感知拭子与被测者的接触状态，在面对这种需要和人体进行接触的采样行为，在缺少反馈的情况下非常容易出现采样不充分或者采样过深对人体造成伤害。

当前也有采用单点式的触觉传感器的拭子采样器，现有的力反馈技术(触觉反馈技术)所用的触觉传感主要有：(1)电容式触觉阵列传感器。其原理是外力使极板间的相对位移发生变化，从而使电容发生变化，通过检测电容变化量来测量触觉力；(2)电感式触觉传感器。其是利用电磁感应原理把压力作用转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出；(3)光电式触觉传感器。其是基于全内反射原理进行研制的，通常由光源和光电探测器构成。当施加在界面上的压力发生变化时，传感器敏感元件的反射强度和光源频率也会相应发生变化；(4)压阻式触觉传感器。其是根据半导体材料的压阻效应而制成的器件，其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出；(5)压电式触觉传感器。其在压力作用下压电材料两端面间出现电位差；反之，施加电压则产生机械应力。这些常用的触觉传感器各有优缺点，单点式的触觉传感器虽然能够获取接触力，但都存在如下问题：触觉传感器会将拭子夹紧，使拭子与机械臂之间处于刚性连接，极大地限制了拭子的活动性，会出现检测不充分的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术极易出现检测不充分或者检测力过大对人体造成伤害的缺点，提供一种拭子采样执行器、拭子采样机械臂、机器人及采样方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种拭子采样执行器，包括外壳、夹取部和感知部，其中：所述夹取部包括弹性夹持件和第一气管，所述弹性夹持件设在所述外壳内的上部，所述弹性夹持件上具有供拭子的杆部穿过的采样孔，所述弹性夹持件内具有充气腔，所述第一气管与所述充气腔连通，通过所述第一气管向所述充气腔内充气，所述弹性夹持件膨胀而将拭子夹紧在所述采样孔内；所述感知部包括相机、弹性膜和第二气管，所述相机设于所述外壳内的下部，所述弹性膜位于所述弹性夹持件和所述相机之间，所述第二气管与所述外壳连通，用于吸气而使得所述弹性膜的内表面向内凹陷，从而通过所述相机采集由于所述拭子的杆部后端接触所述弹性膜的内表面而产生的所述弹性膜的形变来获取所述拭子杆部后端的接触力信息。

在一些实施例中，所述感知部还包括红黄蓝三色的LED灯带，所述LED灯带设在所述外壳内并位于所述弹性膜和所述相机之间。

在一些实施例中，所述弹性膜的外表面具有银色反光层，所述弹性膜由硅胶、橡胶、乳胶中的至少一种材料制成。