(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 202210687248.4 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋二楼 (72)发明人 梁斌　王学谦　李寿杰　 (74)专利代理 机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 4 4223 专利代理师 刘莉 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) B25J 15/00(2006.01) A61B 10/00(2006.01) (54)发明名称 拭子采样执行器、 拭子采样机械臂、 机器人 及采样方法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书7页 附图6页 CN 114888811 A 2022.08.12 CN 114888811 A 1.一种拭子采样执 行器， 其特 征在于： 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。 2.如权利要求1所述的拭子采样执行器， 其特征在于： 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。 3.如权利要求1所述的拭子采样执行器， 其特征在于： 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。 4.如权利要求1所述的拭子采样执行器， 其特征在于： 还包括振动电机， 所述振动电机 设置在所述外壳 内， 用于在拭子采样时使所述拭子采样执 行器振动。 5.如权利要求1所述的拭子采样执行器， 其特征在于： 所述外 壳包括同轴 且可拆卸连接 的第一外壳和第二外壳， 所述弹性夹持件设在所述第一外壳内被所述第一外壳包裹； 所述 相机位于第二外壳 内的下部， 所述弹性膜连接在所述第二外壳 内的顶部周向上。 6.一种拭子采样机械臂， 其特征在于， 包括机械臂本体以及权利要求1 ‑5所述的拭子采 样执行器， 所述拭子采样执 行器连接在所述机 械臂本体的末端。 7.一种采用权利要求6所述的拭子采样机械臂的拭子采样方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： S1、 所述第二气管吸气而 使得所述弹性膜的内表面向内凹陷； S2、 所述弹性夹持件夹取拭子， 拭子的杆部穿过所述采样孔， 拭子的杆部后端与所述弹 性膜的内表面接触而在所述弹性膜的内表面产生力的作用， 使得弹性膜发生形变， 通过所 述相机采集所述 弹性膜的形变以获得拭子的杆部后端的接触力信息， 所述接触力信息包括 接触力的位置、 大小和方向； S3、 当接触有效时， 通过所述第一气管向所述弹性夹持件的所述充气腔内充气， 使得所 述弹性夹持件膨胀而将拭子 夹紧； S4、 将拭子的前端伸入受检部位， 按照预定的轨 迹进行拭子采样。 8.如权利要求7所述的拭子采样方法， 其特征在于， 所述步骤S2中的接触力的位置是通 过背景差法计算得到的接触点的位置， 所述步骤S2中的接触力的大小根据所述接触点的大 小得到。 9.如权利要求8所述的拭子采样方法， 其特征在于， 所述步骤S2中的所述接触力的方向 采用以下步骤得到： A1、 将所述拭子在所述采样孔内的部分 当作旋转中心， 拭子能围绕所述旋转中心转动； A2、 通过所述接触点在空间中的三维坐标和所述旋转中心在空间中的三维坐标做差， 得到方向 向量， 即为所述接触力的方向。 10.一种机器人， 其特 征在于， 包括权利要求6所述的拭子采样机 械臂。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114888811 A 2拭子采样执行器、 拭子采 样机械臂、 机 器人及采 样方法 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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。 [0004]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。 [0005]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 [0006]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。 [0007]为实现上述目的， 本发明采用以下技 术方案： [0008]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说　明　书 1/7 页 3 CN 114888811 A 3