一种口令式无人核酸采集机器人的制作方法

1.本发明涉及一种无人样本采集机器人，通过播报采集口令方式指导市民逐步完成采集动作，同时对采集动作符合度进行人工智能判断。

背景技术：

2.社区防疫核酸样本采集部位：(1)口腔拭子采集：将拭子浸入口腔，医生会用棉签 (也就是拭子)在两侧扁桃体上稍微用力地来回擦拭3-5次，然后再把棉签捅到底，触碰到整个口腔最里面的位置，这个地方被称为咽后壁，在咽后壁上擦拭3-5次之后就可以取出拭子，把拭子头浸入到病毒保存液的管里了。通过反复擦拭3-5次来收集粘膜细胞，以避免接触舌突、口腔粘膜和唾液。(2)鼻咽拭子是经鼻采集标本的方法：将拭子垂直插入鼻孔，缓慢穿过鼻腔至鼻后端，直至有“碰壁”的感觉。棉签在鼻子里停留15-30秒，然后轻轻旋转三次，不同的鼻孔需要换一个新的棉签。
3.图1为棉签(拭子)擦拭扁桃体位置示意图。
4.可见采样动作要求严格，目前主要靠人工完成口腔拭子采集，一个采集点一般具有多名员工，有的负责核验身份、发管，有的负责采样，有的负责维持秩序。为了减轻人员工作风险和劳动强度，也为了减少资金投入，各方都在积极探索机器人在样本采集的应用。
5.目前较多报导的是基于机械臂、视觉、力觉的方案，有的是单机械臂、有的是双机械臂。比如，走到核酸采样车前，扫码，来到采样窗口，张嘴，摄像头采集识别口腔位置，借助镜头采集视频图像和智能判断算法，机械臂带动采样拭子棉签塞入口中，棉签到述准确位置，左三圈右三圈，转动采样。其后机械臂对准试管塞入，另一支机械臂伸过来剪断采样棉签，棉签进入试管。试管伸到车顶部，上下两个端口交接，拧上试管，再放到底部试管架。大约30秒的时间里，一次无人操作核酸采样完成。缺点是机械臂成本高，使用难度大，多数现场还得有一个工作人员。
6.具有人工智能能力的电脑配合外围摄像头、显示屏、语音播报模块、拭子发放和回收机构、身份识别模块，不但具有核实身份、发放和回收采集拭子、播报采集动作口令能力，还能对采集动作符合度进行人工智能判断。本发明利用这些能力实现口令式无人样本采集，不但可以低成本方式实现无人化采集，还对整个采集过程进行口令规范化、对每个口令的执行符合度进行实时判断和纠正，保证了无人样本采集的有效性。

技术实现要素：

7.本发明利用现有智能电脑的人工智能能力提出了一种口令式无人核酸采集机器人，对整个采集过程进行口令规范化、对每个口令的执行符合度进行实时判断和纠正，保证了无人样本采集的有效性。
8.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
9.一种无人核酸采集机器人，其特征是：所述采集机器人包括一个具有人工智能能力的智能电脑、一个显示屏、一个音箱、至少一个摄像头、身份识别模块、拭子发放和回收机
构。所述智能电脑利用所述身份识别模块核实正在采集的市民身份，利用所述拭子发放和回收机构给市民发放采集拭子，市民在所述智能电脑指示下完成采集，所述拭子发放和回收机构回收带有样本的拭子。所述摄像头给所述智能电脑提供市民的采集动作视频图像。
10.所述智能电脑通过所述显示屏和音箱播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集。
11.所述智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对所述视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过显示屏和音箱播报动作纠正提示。
12.可选的，具有手机app，所述手机app安装在正在采集的市民手机上，市民一只手手持手机，另一只手手持拭子，在所述手机app的指示下进行采集。所述手机app通过手机前置摄像头拍摄拭子在本市民口腔中的视频图像，通过无线通信方式提供给所述智能电脑。
13.所述app播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集。所述智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对所述视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过所述app进行动作纠正提示。
14.更进一步，具有多个保存试管，用于保存回收之后带有样本的拭子。1个或多个样本保存在一个所述保存试管中。
15.机器人还具有一个剪切机构，所述拭子在放入所述保存试管前剪掉不带样本物质的手柄部分，拭子中只有带样本物质的棉签头掉入所述保存试管。
16.机器人还具有一个冰箱，所述冰箱内部温度设定在符合保存要求的范围。具有样本的所述保存试管被放在所述冰箱中。
17.机器人具有远程通信模块，本机器人与远程服务器实时通信，结合机器人的摄像头和 /或手机app，市民采集过程中可以请求远程视频指导。
18.机器人具有一个宣教显示屏，与前面所述显示屏安装在不同侧面，市民在等待上一个市民完成采集时可以观看采集宣教视频。
附图说明
19.图1为拭子/棉签擦拭扁桃体位置示意图；
20.图2为本发明机器人功能组成示意图；
21.图3为本发明采集口令示例；
22.图4为本发明拭子和试管操作流程示意图；
23.图5为现有三轴移动平台+旋转电爪子组成示意图；
具体实施方式
24.实施例一：
25.图2为本发明机器人正面功能示意图；采集机器人包括一个具有人工智能能力的智能电脑、一个显示屏、一个音箱、至少一个摄像头、身份识别模块、拭子发放和回收机构。智能电脑在内部，正面不可见。拭子发放和回收机构大部分在内部，正面可见到拭子发放口和拭子回收口。智能电脑利用身份识别模块核实正在采集的市民身份。利用拭子发放和回收机构给市民发放采集拭子，市民从拭子发放口取出带包装的拭子，打开包装，取出带有擦拭头的棉签，将拭子包装放入医废收集口。手持棉签手柄，棉签头伸入口腔，市民在智能电脑指示下完成采集，拭子发放和回收机构回收带有样本的拭子。摄像头给智能电脑提供市
民的采集动作视频图像。
26.智能电脑给出的指示可以多种方式，如演示视频，声音提示等。为了规范采集过程，并确保采集动作的有效性，本发明的智能电脑通过所述显示屏和音箱播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集。
27.如图3本发明采集口令示例，一共10个口令，需要逐步同步实施才能完成采集。
28.第一、请摘掉口罩；
29.第二、请对准屏幕摄像头，让头部与屏幕上头部轮廓基本重合。
30.第三、注意事项播报，请在张大口腔状态完成棉签伸入和取出动作，整个过程均避免棉签头接触嘴唇、舌头、牙齿和口腔上颚，避免大口呼吸；
31.第四、请微微抬头，张大口腔，右手将棉签倾斜伸入到达左侧扁桃体，系统正在确认位置是否正确，请等待；
32.第五、请稍微用力上下摩擦左侧扁桃体5次；
33.第六、请往后调整棉签，接触到咽后壁；
34.第七、请将棉签贴着咽后壁上作圆形运动摩擦3圈；
35.第八、请继续张大口腔，取出棉签；
36.第九、请等待系统打分，保持口腔正常状态，正常呼吸，分数小于80分者需要重新取拭子、重新采集，最多连续三次。
37.第十、请将棉签头朝左，放入拭子回收口卡槽内，避免接触其它任何部件，完成采集，谢谢。
38.智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过显示屏和音箱播报动作纠正提示。第四个口令对应的棉签倾斜伸入到达左侧扁桃体是整个采集的关键，扁桃体和棉签正确位置如图1所示。因此这个动作需摄像头拍摄清晰视频图像，经过智能电脑算法实时判断合格后才播报下一个口令，没有到达准确位置的给与提示纠正。为了清晰拍摄口腔内部位置，除了人脸采集摄像头，优先的，专门配置口腔采集摄像头。口腔采集摄像头具有补光灯和三轴云台，且一般视场角比人脸采集摄像头要小，智能电脑调整云台并控制补光灯，以便对准拍摄口腔内棉签位置。得到清晰图像之后，判断棉签与扁桃体之间的位置关系需要借助物体边界识别，可以借助opencv等专业库来处理，具有图像算法技能的算法工程师可以完成，现有公开的机械臂将棉签送到口腔准确位置也是类似原理，因此不在此叙述。除了第四个口令，第5至7口令也是采集的关键点，智能电脑算法对视频中上下、往后、圆形运动形态和次数也进行判断，同理，借助opencv等专业库来处理，具有图像算法技能的算法工程师可以完成，因此不在此叙述。对第4至7口令和动作的匹配度进行统计，根据实际调试可以接受的范围设定一个80 分门限，分数小于80分者需要重新取拭子、重新采集。
39.如图2，本发明机器人还具有环境采集摄像头，一般是广角的，对整个环境中的人和物循环视频采用，保存7天，以便事后查看。本发明机器人还具有感应式消毒喷雾机和医废垃圾桶，以便满足市民在消杀和医废丢弃需求。
40.如图2，机器人具有远程通信模块，一般为以太网接口或wifi/4g/5g等无线接口。本机器人与远程服务器实时通信。可选的，结合机器人的摄像头，市民采集过程中可以请求远程视频指导。机器人具有一个宣教显示屏，与前面所述采集用显示屏安装在不同侧面，市
民在等待上一个市民完成采集时可以观看采集宣教短视频，提前熟悉采集口令，这样可以加快总体采集速度，同时不会对正在采集市民产生干扰。
41.实施例二：
42.如图4为本发明拭子和试管操作流程示意图，进一步描述本发明内部处理流程。采集过程除了市民采集环节，拭子和试管的操作均由机器人自主完成。
43.拭子操作流程包括：(1)读取身份证；(2)判定有效后，拭子发放和回收机构在拭子发放口投递一个带包装的拭子；(3)市民从拭子发放口取出带包装的拭子，打开包装，取出带有擦拭头的棉签，将拭子包装放入医废收集口，市民在智能电脑指示下完成采集； (4)市民将拭子放入拭子发放和回收机构的回收口，拭子发放和回收机构的两个舵机实现夹紧并转移棉签到内部处理；(5)拭子发放和回收机构将拭子棉签头末端对准已经开盖的试管，通过电机实现升降来将末端插入试管一段距离；(6)拭子发放和回收机构启动电动剪刀，将拭子剪断，末端带有采集样本的棉签头自动掉入试管；(7)拭子发放和回收机构舵机将未放入试管的棉签手柄转移到机器人医废桶的上方，松开夹紧舵机，棉签手柄自动掉入医废桶；(8)此时启动位于医废桶上方可控消毒喷雾机启动，将拭子发放和回收机构的棉签夹爪部分进行消毒，以便再次工作。发放和回收机构各个动作(夹紧、松开、旋转、升降)实现难度不大，专业技术人员均可实现，不在此描述。电动剪刀现成产品多数用于手动安全控制使用，通过改造为继电器控制，专业技术人员均可实现，不在此描述。
44.试管操作流程包括：(1)机器人内部机构从排列整齐的试管阵列中取出一个试管； (2)智能电脑外围的扫描器扫描试管上条码，并由智能电脑记录，以便与市民身份识别码形成对应关系；(3)试管在固定一个位置卡紧，以便操作开盖和拧紧；(4)等待需要时刻，松开试管盖子；(5)转移到与拭子操作流程步骤5对应位置正下方，以便拭子棉签头能插入，(6)在剪断后拭子棉签头自动掉入试管；(7)转移到拧盖的位置，针对是否达到混管要求数量，拧紧盖子或虚盖盖子，如10混管方式检测，当试管内达到10样本时拧紧盖子，进入放入冰箱步骤，否则虚盖盖子，进入步骤4，等待等待需要时刻，松开试管盖子，再次放入拭子的棉签头；(8)拧紧盖子的试管放入/推入冰箱，规定温度下保存；(9)拧盖机构在舵机带动转移到医废桶的上方，此时启动位于医废桶上方可控消毒喷雾机，将拧盖机构部分进行消毒。试管取放、旋转扫描、拧盖、开盖、位置转移，这些动作由三轴平移机构+电动旋转夹爪容易实现。这个机构还可以用来实现拭子的夹取发放，实现拭子发放和回收机构的发放功能。这种机构比多轴机械臂成本低很多。具体如图5为三轴平移机构+电动旋转夹爪，专业技术人员均可实现，不在此描述。
45.实施例三：
46.市民手持拭子采集样本时的另一种可选方式，具有手机app，该手机app安装在正在采集的市民手机上，市民一只手手持手机，另一只手手持拭子，在手机app的指示下进行采集。手机app通过手机前置摄像头拍摄拭子在本市民口腔中的视频图像，通过无线通信方式提供给所述智能电脑。手机前置摄像头一般没有补光灯，为了保证口腔视频图像效果，机器人口腔采集摄像头的补光灯要对准口腔内部。app播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集，智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对所述视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过所述app进行动作纠正提示。工作原理与实施例一类似，不在此详细描述。
47.本发明提供了一种口令式无人核酸采集机器人，并不限于上述应用实例等具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

技术特征：

1.一种无人核酸采集机器人，其特征是：所述采集机器人包括一个具有人工智能能力的智能电脑、一个显示屏、一个音箱、至少一个摄像头、身份识别模块、拭子发放和回收机构。所述智能电脑利用所述身份识别模块核实正在采集的市民身份，利用所述拭子发放和回收机构给市民发放采集拭子，市民在所述智能电脑指示下完成采集，所述拭子发放和回收机构回收带有样本的拭子。所述摄像头给所述智能电脑提供市民的采集动作视频图像。2.如权利要求1所述的采集机器人，其特征是：所述智能电脑通过所述显示屏和音箱播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集。3.如权利要求2所述的采集机器人，其特征是：所述智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对所述视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过显示屏和音箱播报动作纠正提示。4.如权利要求1至3任一所述的采集机器人，其特征是：具有手机app，所述手机app安装在正在采集的市民手机上，市民一只手手持手机，另一只手手持拭子，在所述手机app的指示下进行采集。所述手机app通过手机前置摄像头拍摄拭子在本市民口腔中的视频图像，通过无线通信方式提供给所述智能电脑。5.如权利要求4所述的采集机器人，其特征是：所述app播报采集口令指挥市民逐步完成核酸采集。所述智能电脑利用自身的动作符合度判断能力对所述视频图像中每个口令动作进行符合度判断，可选的，通过所述app进行动作纠正提示。6.如权利要求1至5任一所述的采集机器人，其特征是：具有多个保存试管，用于保存回收之后带有样本的拭子。1个或多个样本保存在一个所述保存试管中。7.如权利要求6所述的采集机器人，其特征是：具有一个剪切机构，所述拭子在放入所述保存试管前剪掉不带样本物质的手柄部分，拭子中只有带样本物质的棉签头掉入所述保存试管。8.如权利要求6至7任一所述的采集机器人，其特征是：具有一个冰箱，所述冰箱内部温度设定在符合保存要求的范围。具有样本的所述保存试管被放在所述冰箱中。9.如权利要求1至8任一所述的采集机器人，其特征是：具有远程通信模块，本机器人与远程服务器实时通信，结合机器人的摄像头和/或手机app，市民采集过程中可以请求远程视频指导。10.如权利要求1至9任一所述的采集机器人，其特征是：具有一个宣教显示屏，与权利1所述显示屏安装在不同侧面，市民在等待上一个市民完成采集时可以观看采集宣教视频。

技术总结

本发明涉及一种无人样本采集机器人，通过播报采集口令方式指导市民逐步完成采集动作，同时对采集动作符合度进行人工智能判断，对关键动作及时纠正。具有人工智能能力的电脑配合外围摄像头、显示屏、语音播报模块、拭子发放和回收机构、身份识别模块，不但具有核实身份、发放和回收采集拭子、播报采集动作口令能力，还能对采集动作符合度进行人工智能判断。本发明利用这些能力实现口令式无人样本采集，不但可以低成本方式实现无人化采集，还对整个采集过程进行口令规范化、对每个口令的执行符合度进行实时判断，保证了无人样本采集的有效性。保证了无人样本采集的有效性。保证了无人样本采集的有效性。