【摘 要】
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咽拭子核酸检测是呼吸道传染性疾病（包括新型冠状病毒肺炎（新冠肺炎））检测的主要方法。咽拭子采集操作要求医生手持棉签伸入受检者的口腔内部在咽后部采集呼吸道分泌物。新冠肺炎由于传染性极强,医生必须在防护服内完成大量人员的咽拭子采集任务,近似封闭环境下的巨大工作量给医生带来巨大负担,且长时间的工作会导致采集效率和质量降低。因此,本文研制一种咽拭子智能采集机器人代替医生完成咽拭子采集工作。本文所研制的咽拭
【基金项目】
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机器人技术与系统国家重点实验室（哈尔滨工业大学）自主课题（SKLRS202010B）；
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咽拭子核酸检测是呼吸道传染性疾病（包括新型冠状病毒肺炎（新冠肺炎））检测的主要方法。咽拭子采集操作要求医生手持棉签伸入受检者的口腔内部在咽后部采集呼吸道分泌物。新冠肺炎由于传染性极强,医生必须在防护服内完成大量人员的咽拭子采集任务,近似封闭环境下的巨大工作量给医生带来巨大负担,且长时间的工作会导致采集效率和质量降低。因此,本文研制一种咽拭子智能采集机器人代替医生完成咽拭子采集工作。本文所研制的咽拭子采集机器人由Kinova机械臂,具有力感知功能的棉签夹持机构,RGB-D相机,负责图像处理、运动规划和控制的上位机和负责力传感器信息采集的下位机构成。设计分体式夹持机构可以装配于机械臂末端并便于棉签的装卸。该夹持机构利用具有弹性功能的TPU材料采用3D打印技术加工,并在棉签夹持部分安装压敏力传感器测量棉签夹持部位的三维受力情况,以检测咽拭子采集过程中棉签与咽喉内壁的接触力,避免对咽喉内壁的损伤。研究基于面部特征点检测的嘴部位姿估计方法,用于估计咽拭子采集过程中机械臂的初始位姿;基于UNet的扁桃体分割方法,用于确定咽拭子采集过程中机械臂运动路径规划。设计比例控制器对机械臂进行速度控制,实现机械臂沿规划路径的精确运动。本文搭建了咽拭子采集机器人试验平台,对机器人性能进行评估。实验结果表明:手眼标定精度在5 mm范围内;棉签末端重复定位的精度为3 mm,姿态误差为0.02 rad;棉签末端动态跟踪的精度沿在X、Y、Z轴分别为1.7 mm,2.4 mm,6.7 mm;头部模型实验证明该机器人可以实现自主的咽拭子采集操作。
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