(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211058613.1 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 南通新蓝机器人科技有限公司 地址 226600 江苏省南 通市海安市南莫镇 工业园区 (72)发明人 谭彬彬　孟祥敦　谷阳正　 (74)专利代理 机构 南通一恒专利商标代理事务 所(普通合伙) 32553 专利代理师 梅家祺 (51)Int.Cl. A61B 10/00(2006.01) A61B 50/31(2016.01) A61B 50/36(2016.01) G06T 7/70(2017.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种非接触式机器人免编程核酸样本物面 采集设备 (57)摘要 本发明涉及一种非接触式机器人免编程核 酸样本物 面采集设备， 采用自主导航和遥操作结 合的方式， 配有激光雷达、 IMU传感器、 遥操作杆， 可进行融合点云构建， 配合毫秒级感知的底层算 力和高速算法， 实现实时的红外深度图建立和核 酸检测陌生场景的准确重构， 可在仓库、 港区等 环境中自主导航移动到目标区域， 同时可以通过 摇杆遥操作全向移动， 灵活适应复杂的现场环 境； 采样过程中通过六维力传感器的介入保证了 咽拭子和被检测物表面的接触力度， 从而确保采 样过程符合标准， 对于被检测物表 面凹凸不平的 情况， 基于自研的力控算法和自适应算法， 可 以 保证咽拭子与被检测物表面始终恒力接触， 保证 采样的准确性。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115349893 A 2022.11.18 CN 115349893 A 1.一种非接触式机器人免编程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 包括工作箱 （10） 和设于工作箱 （10） 底部的全向移动底盘 （1） ， 工作箱 （10） 内设有动力电源 （2） 和电控箱 （3） ； 工作箱 （10） 上端面一侧设有机器人 （4） ， 另一侧设有采样 配套组件； 采样配套组件至少包括 医废收集箱 （11） 、 夹持组件 （5） 和料位组件 （6） ， 料位组件 （6） 上设有多个坐标确定的放置位 以用于临时存放咽拭子 （13） 和采集管 （14） ； 夹持组件 （5） 用于配合机器人 （4） 实现咽拭子 （13） 和采样管 （14） 的夹紧、 拧盖、 采样功能， 机器人 （4） 端部安装有机器人末端工具 （12） ； 所述夹持组件 （5） 包含固定于工作箱 （10） 上的夹持座 （501） ， 夹持座 （501） 上并列固定 有用于夹持咽拭子 （13） 的外套管的二指夹爪A （502） 和用于夹持采样管 （14） 的二指夹爪B （504） ， 夹持座 （501） 近二指夹爪B （504） 一角处设有用于临时存放采样管 （14） 瓶盖的管盖座 （505） ； 所述料位组件 （6） 包含固定于工作箱 （10） 上的料台座 （601） ， 料台座 （601） 上固定有用 于存放咽拭子 （13） 的试 管架A （602） 和用于存放采样管 （14） 的试 管架B （603） 。 2.根据权利要求1所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述全向移动底盘 （1） 采用自主导航和遥操作结合的方式移动， 工作箱 （10） 上安装有用于 感知障碍物的激光雷达 （7） 、 用于感知运动状态的IMU传感器 （8） ， 并设有用于远程遥控的遥 操作杆 （15） ； IMU传感器 （8） 和激光雷达 （7） 对检测环 境进行融合点云构建， 配合毫秒级感知 的底层算力和高速算法， 对核酸检测陌生场景进行实时重构， 并将重构的画面传输至远程 终端。 3.根据权利要求2所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述机器人末端工具 （12） 包含依次设置的夹具 （1201） 、 旋转夹爪 （1202） 、 支架A （1204） 、 支 架B （1206） ， 支架A （1204） 上设有3D相机 （1203） ； 支架B （1206） 为L型， 支架A （1204） 和支架B （1206） 的短边之间设有六维力传 感器 （1205） ， 支架B （1206） 的长边与旋转夹爪 （1202） 之间 设有浮动机构 （1207） ； 六维力传感器 （1205） 和支架A （1204） 通过法兰与机器人 （4） 末端连 接； 所述旋转夹爪 （1202） 为一具有开合以及正反旋转功能的电控夹爪， 其夹紧力和旋转的 扭矩可调， 扭矩峰值 不大于3N.M。 4.根据权利要求3所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述浮动机构 （1207） 通过线轨和弹簧实现旋转夹爪 （1202） 和夹具 （1201） 在Z向的双 向移 动， 以避免机器人 （4） 拧采样管 （14） 盖子时由于螺纹导致的Z向位移偏 差产生的过压或过拉 缺陷。 5.根据权利要求3所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述3D相机 （1203） 为一具有实感跟踪能力的相机， 机器人 （4） 通过3D相机 （1203） 感知周围 环境， 对待 取样物体进 行三维重建， 操作人员在上位软件界面中点选需要采样的区域， 系统 自动计算出目标区域的空间坐标值和表面的法向值， 并通过运动规划 算法， 驱动机器人末 端运动到目标区域进行采样。 6.根据权利要求3所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述六维力传感器 （1205） 用于感知6个自动度的力和力矩值， 采样过程中六维力传感器 （1205） 的介入保证了拭子和表面的接触力度， 确保采样过程中咽拭子与物体表面充分接 触； 针对采样表面凹凸不平的情况， 通过力控算法和自适应算法， 保证咽 拭子与表面始终恒权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115349893 A 2力接触， 确保 符合采样标准。 7.根据权利要求1所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述夹持组件 （5） 附近设有用于进行测试和系统校准的模拟被检测板 （9） ； 模拟被检测板 （9） 上设有 若干模拟采样点。 8.根据权利要求5或6所述的非接触式机器人免编程核酸样本物面采集设备， 其特征在 于， 采样包括如下步骤： S1.操控室中的观察人员根据上位机界面中显示的检测环境， 通过遥操作杆 （15） 控制 设备移动至待检测物旁， 在上位机界面中点击检测位置并确认位置， 上位机软件根据确认 的信息发送给设备， 设备通过机器人 （4） 末端的3D相机实时感知设备在检测环 境中的位置， 并根据接收到的确认信息， 通过运动轨迹规划算法自生成机器人 （4） 的核酸采样程序， 机器 人末端工具 （12） 运动到目标区域进行采样； S2.开始采样前， 机器人 （4） 控制末端工具 （12） 抓取带有外套管的咽拭子 （13） 和采集管 （14） ， 并分别放入二指夹爪A （502） 和二指夹爪B （504） 中， 打开采集管 （14） 的盖子并放于管 盖座 （505） 上； S3.机器人 （4） 携机器人末端工具 （12） 及夹具 （1201） 夹取的咽拭子 （13） 移动至被检测 位置并沿被检测表面法线方向继续移动， 此时六维力传感器 （1205） 开始监测 接触力值， 若 力值偏小， 则机器人末端工具 （12） 继续下压增加接触力， 若力值偏大， 则机器人末端工具 （12） 反向运动减小接触力值， 实时动态调整； 当监测到的力值在设定的力值范围内， 则机器 人沿界面切线 方向移动约10cm距离， 同时机器人 （4） 携带咽拭子 （13） 做旋转运动， 以促进咽 拭子 （13） 与被 检测面充分接触； S4.采样完成后， 将咽拭子 （13） 的头部插入到样管 （14） 的管口中， 并使咽拭子 （13） 的头 部与柄部之间的折断线停靠于样管 （14） 的管口上沿处； 机器人 （4） 带动咽拭子 （13） 的柄部 倾斜直至六维力 传感器 （1205） 感知到明显力的变化 或下降， 此时判定咽 拭子 （13） 的头部已 折断， 控制夹具 （1201） 做 正向和反向旋转， 促使咽 拭子 （13） 的头部与柄部完全脱离， 咽 拭子 （13） 的头部落入采样管 （14） 中； 夹具 （1201） 将咽拭子 （13） 的柄部投入 医废收集箱 （11） 中， 然后抓取样管 （14） 的盖 子并盖上， 采样工作完成； S5.控室中的观察人员根据采样需要通过遥操作杆 （15） 将设备撤回或者移动至下一检 测点并重复以上操作。 9.根据权利要求8所述的非接触式机器人免编 程核酸样本物面采集设备， 其特征在于， 所述二指夹爪B （504） 附近设有用于折断咽 拭子 （13） 的辅助折断装置， 辅助折断装置包括一 沿圆周运动的横杆 （16） ； 折断咽拭子 （13） 时， 机器人 （4） 带动咽拭子 （13） 的柄部倾斜， 此时 辅助折断装置的横杆 （16） 运动至样管 （14） 管口上方1 ‑3cm处并与折断咽拭子 （13） 的柄部相 抵， 横杆 （16） 继续下移， 将咽拭子 （13） 折断。 10.根据权利要求8所述的非接触式机器人免编程核酸样本物面采集设备， 其特征在 于， S1中， 通过运动轨迹规划算法自生成机器人 （4） 的核酸采样程序时， 在同一物面选取多 个采样点， 每采完一个采样点就将咽拭子 （13）