預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管插管智能機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)明專利

1、預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管插管智能機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管插管智能機(jī)器人系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器 械技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)重癥病毒性肺炎的病理基礎(chǔ)是急性呼吸窘迫綜合征(ARDS),是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。其治療原則中重要措施之一就是盡早進(jìn)行氣管插管，采取正壓機(jī)械通氣， 充分供氧，改善低氧血癥，預(yù)防肺泡萎縮，治療多器官衰竭(MOF)。進(jìn)行氣管插管時(shí)，醫(yī)護(hù)人員需要非常近距離的貼近患者，打開口腔，打開聲門，找到氣道，含高 濃度病毒的空氣就會(huì)撲面而來。醫(yī)護(hù)人員感染病毒性肺炎的幾率大大增加，浸泡在 滿是高濃度病毒空氣中，對醫(yī)護(hù)人員無論是技術(shù)還是心理承受能力上，都會(huì)是一個(gè) 極大的考驗(yàn)。

2、因此氣管插管成為治療病毒性肺炎最危險(xiǎn)的操作。目前氣管插管機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)單一的氣管插管操作，且不能完全實(shí)現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員 與患者的完全隔離。此外只能通過視覺導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)插管操作，相比于傳統(tǒng)的插管過程， 缺少力覺信息，因此插管過程可能對人體造成機(jī)械損傷。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管 插管智能機(jī)器人系統(tǒng)。本發(fā)明所述的預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管插管智能機(jī)器人系統(tǒng)，包括氣管插管 機(jī)器人，氣管插管機(jī)器人位于呼吸道傳染疾病患者的密閉高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并通過無線 傳輸模塊與位于醫(yī)護(hù)人員所在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)視控制端相連；氣管插管機(jī)器人包括呈臺式設(shè)置的機(jī)器人本體，機(jī)器人本體的頂部一側(cè)集

3、成有 若干末端操作工具，末端操作工具包括依次并排放置吸氧罩操作工具、開口操作工 具和插管操作工具；機(jī)器人本體的頂部另一側(cè)安裝有機(jī)械手，機(jī)械手沿末端依次連 接有快速自動(dòng)鎖緊裝置、六維力傳感器和六自由度機(jī)械臂；機(jī)器人本體的底部安裝 有移動(dòng)裝置，機(jī)器人本體內(nèi)置有為機(jī)器人本體提供電源的儲電池；機(jī)器人本體的上 方安裝有朝向機(jī)械手設(shè)置的監(jiān)控?cái)z像頭；機(jī)器人本體的側(cè)部通過氣路自動(dòng)連接裝置 與呼吸機(jī)和氧氣機(jī)相連；監(jiān)視控制端包括視位于工作臺上的視頻監(jiān)視器，以及位于視頻監(jiān)視器一側(cè)的六 自由度操作手柄，六自由度操作手柄將操作過程中的力和視覺的反饋控制通過無線 傳輸模塊傳遞至機(jī)械手，六自由度機(jī)械臂通過快速自動(dòng)鎖緊裝置選

4、取不同類型的末 端操作工具進(jìn)行操作。優(yōu)選地，所述機(jī)器人本體上表面開設(shè)有吸氧罩孔、開口孔和插管孔，吸氧罩孔、 開口孔和插管孔依次對應(yīng)放置有吸氧罩操作工具、開口操作工具及插管操作工具， 其形狀與各自具體操作工具的外形耦合。優(yōu)選地，所述吸氧罩操作工具包括依次連接的氧氣呼吸罩、柔性氧氣管和氧氣 罐，氧氣呼吸罩的一端與柔性氧氣管一端連接，柔性氧氣管另一端連接在氧氣罐上， 氧氣罐位于機(jī)器人本體內(nèi)，氧氣罐安裝有電動(dòng)控制開關(guān)。優(yōu)選地，所述開口操作工具包括伸縮桿、下顆套、牙墊和牙墊加持釋放裝置， 牙墊連接在牙墊加持釋放裝置的另一端，伸縮桿的一端連接在牙墊加持釋放裝置中 間位置，伸縮桿的另一端通過銀鏈連接在下顆套

5、上。27優(yōu)選地，所述插管操作工具包括可變剛度內(nèi)窺鏡、氣管導(dǎo)管和氣管導(dǎo)管固定支 架；氣管導(dǎo)管套裝在可變剛度內(nèi)窺鏡可變剛度部分，氣管導(dǎo)管固定支架安裝在氣管 導(dǎo)管的外表面上，氣管導(dǎo)管的充氣端連接有微型充氣模塊，氣管導(dǎo)管的一端與T型三通閥接口連接，T型三通閥接口連接柔性呼吸管的一端，柔性呼吸管的另一端與 氣路自動(dòng)連接裝置連接，可變剛度內(nèi)窺鏡的一端安裝有微型管式攝像頭。優(yōu)選地，所述快速自動(dòng)鎖緊裝置包括鎖緊環(huán)和鎖緊柱，鎖緊環(huán)與六維力傳感器 連接，鎖緊柱分別與吸氧罩操作工具、開口操作工具和插管操作工具連接，快速自 動(dòng)鎖緊裝置采用電磁抱緊鎖緊原理。優(yōu)選地，所述氣路自動(dòng)連接裝置包括位于并病床附近的銷釘結(jié)構(gòu)和位于

6、機(jī)器人 本體上的錐孔結(jié)構(gòu)，通過機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)銷釘結(jié)構(gòu)與錐孔結(jié)構(gòu)的對接，且 當(dāng)插管結(jié)束后，銷釘結(jié)構(gòu)與機(jī)器人本體分離。優(yōu)選地，所述銷釘結(jié)構(gòu)包括連接件，連接件的一端連接在機(jī)器人本體上，確保 銷釘結(jié)構(gòu)伸出，在機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)與錐孔結(jié)構(gòu)的對接。本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對呼吸道傳染疾病患者全流程地氣 管插管，能夠?qū)崿F(xiàn)呼吸道傳染疾病患者與醫(yī)護(hù)人員的完全隔離，大大降低醫(yī)護(hù)人被 呼吸道傳染疾病感染的風(fēng)險(xiǎn)；（2）本發(fā)明的機(jī)器人本體的操作端安裝有六維力傳感 器，可以實(shí)現(xiàn)力反饋控制，因此可以大大降低氣管插管過程中對患者咽喉和呼吸道 等機(jī)體的損傷；（3）氣管插管機(jī)器人除了實(shí)現(xiàn)氣管插管操作

7、，還包括吸氧罩操作和 開口操作，屬于實(shí)現(xiàn)多功能使用的氣管插管輔助器械。附圖說明圖1是本發(fā)明整體的立體圖之一。圖2是本發(fā)明整體的立體圖之二。圖3是本發(fā)明的機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明吸氧罩操作工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明開口操作工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明插管操作工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明機(jī)器人本體俯視圖。圖8是本發(fā)明氣路自動(dòng)連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1、機(jī)器人本體；2、監(jiān)視控制端；3、無線傳卒模塊；4、氣路自動(dòng)連接 裝置；11、末端操作工具；12、快速自動(dòng)鎖緊裝置；13、六維力傳感器；14、六自 由度機(jī)械臂；15、移動(dòng)裝置；16、儲電池；17、監(jiān)控?cái)z像頭；21、視頻監(jiān)視器；2

8、2、 六自由度操作手柄；41、銷釘結(jié)構(gòu)；42、錐孔結(jié)構(gòu)；111、吸氧罩操作工具；112、 開口操作工具；113、插管操作工具；121、鎖緊環(huán)；122、鎖緊柱；151、吸氧罩孔； 152、開口孔；153、插管孔；411、連接件；421、彈性密封圈；422、支撐座；423、 呼吸機(jī)接管；1111、氧氣呼吸罩；1112、柔性氧氣管；1113、氧氣罐；1121、伸縮 桿；1122、下顆套；1123、牙墊；1124、牙墊加持釋放裝置；1131、可變剛度內(nèi)窺 鏡；1132、氣管導(dǎo)管；1133、氣管導(dǎo)管固定支架；1134、微型充氣模塊；1135、柔 性呼吸管；1136、T型三通閥；1137、微型管式攝像頭。

9、具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、 完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)27 施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1:如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的預(yù)防呼吸道病毒傳播的氣管插管智能機(jī)器人系 統(tǒng)，包括機(jī)器人本體1、監(jiān)視控制端2、無線傳輸模塊3和氣路自動(dòng)連接裝置4。機(jī)器人本體1位于呼吸道傳染疾病患者的密閉高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，例如ICU病房內(nèi)；監(jiān)視控制端2位于醫(yī)護(hù)人員所在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，例如ICUO房外，兩者通過必要措施進(jìn)行 隔離；機(jī)器人本

10、體1和監(jiān)視控制端2通過無線傳輸模塊3實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，氣路自動(dòng)連 接裝置4的一端連接在機(jī)器人本體1上，根據(jù)實(shí)際的需求，另一端與呼吸機(jī)或麻醉機(jī) 連接。如圖3所示，機(jī)器人本體1包括末端操作工具11、快速自動(dòng)鎖緊裝置12、六維力 傳感器13、六自由度機(jī)械臂14、移動(dòng)裝置15、儲電池16和監(jiān)控?cái)z像頭17。如圖1至圖3所示，儲電池16位于在機(jī)器人本體1內(nèi)，為機(jī)器人本體1上的設(shè)備提 供供電；六自由度機(jī)械臂14的固定端安裝在機(jī)器人本體1的上端邊緣位置，選擇六 自由度機(jī)械臂14可以實(shí)現(xiàn)空間六自由的運(yùn)動(dòng)，確保插管過程的運(yùn)動(dòng)靈活性和效率； 六自由度機(jī)械臂14的運(yùn)動(dòng)端安裝有六維力傳感器13,用于測量末端操作工具11受到

11、 的力，避免機(jī)器人進(jìn)行氣管插管過程中力過大，對患者的咽喉部位造成損傷；末端 操作工具11安裝在機(jī)器人本體1的上表面。如圖3所示，末端操作工具11包括吸氧罩操作工具111、開口操作工具112和插 管操作工具113,在不同操作過程中，六自由度機(jī)械臂 14通過快速自動(dòng)鎖緊裝置12 選取不同類型的工具進(jìn)行操作。如圖4和圖5所示，吸氧罩操作工具111包括氧氣呼吸罩1111、柔性氧氣管1112 和氧氣罐1113,氧氣呼吸罩1111的一端與柔性氧氣管1112一端連接，柔性氧氣管 1112另一端連接在氧氣罐1113上，氧氣罐1113位于機(jī)器人本體1內(nèi)，進(jìn)一步氧氣罐 1113具有電動(dòng)控制開關(guān)。如圖5所示，開口操

12、作工具112包括伸縮桿1121、下顆套1122、牙墊1123和牙墊 加持釋放裝置1124,牙墊1123連接在牙墊加持釋放裝置1124的另一端，伸縮桿1121 的一端連接在牙墊加持釋放裝置1124中間位置，伸縮桿1121的另一端通過錢鏈連接 在下顆套1122上。如圖6所示，插管操作工具113包括可變剛度內(nèi)窺鏡1131、氣管導(dǎo)管1132、氣管 導(dǎo)管固定支架1133,微型充氣模塊1134、柔性呼吸管1135、T型三通閥1136和微型 管式攝像頭1137。氣管導(dǎo)管1132套裝在可變剛度內(nèi)窺鏡1131可變剛度部分，氣管導(dǎo)管固定支架 1133安裝在氣管導(dǎo)管1132的外表面上，微型充氣模塊1134連接在氣管

13、導(dǎo)管1132的充 氣端，氣管導(dǎo)管1132的一端與T型三通閥113齦口連接，柔性呼吸管1135的一端與T 型三通閥1136接口連接，柔性呼吸管1135的另一端與氣路自動(dòng)連接裝置 4連接，微 型管式攝像頭1137安裝在可變岡I1度內(nèi)窺鏡1131的一端。如圖3至圖6所示，快速自動(dòng)鎖緊裝置12包括鎖緊環(huán)121和鎖緊柱122,鎖緊環(huán) 121與六維力傳感器13連接，鎖緊柱122分別與吸氧罩操作工具111、開口操作工具 112和插管操作工具113連接，快速自動(dòng)鎖緊裝置12采用電磁抱緊鎖緊原理。27如圖7所示，機(jī)器人本體1的上表面開有分別放置吸氧罩操作工具 111、開口操 作工具112和插管操作工具113的吸

14、氧罩孔151、開口孔152和插管孔153,其形狀與 各自具體操作工具的外形耦合。如圖8所示，監(jiān)視控制端2包括視頻監(jiān)視器21和具有力反饋功能的六自由度操作 手柄22,實(shí)現(xiàn)操作過程中的力和視覺的反饋控制。無線傳輸模塊3采用wifi、藍(lán)牙等近距離無線傳輸系統(tǒng)。如圖8所示，氣路自動(dòng)連接裝置4采用銷釘-錐孔結(jié)構(gòu)42方式，包括位于并病床 附近的銷釘結(jié)構(gòu)41和位于機(jī)器人本體1上的錐孔結(jié)構(gòu)42o通過機(jī)器人本體1的運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)銷釘結(jié)構(gòu)41與錐孔結(jié)構(gòu)42的對接，且當(dāng)插管結(jié)束后，銷釘結(jié)構(gòu) 41可以與機(jī)器人 本體1分離。如圖8所示，銷釘結(jié)構(gòu)41包括連接件411,連接件411的一端連接在機(jī)器人本體1 上，確保銷釘結(jié)構(gòu)4

15、1伸出，在機(jī)器人本體1運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)與錐孔結(jié)構(gòu)42的對接。如圖8所示，錐孔結(jié)構(gòu)42內(nèi)部包括彈性密封圈421、支撐座422和呼吸機(jī)接管423, 呼吸機(jī)接管423與呼吸機(jī)連接，當(dāng)銷釘結(jié)構(gòu)41插入到錐孔結(jié)構(gòu)42時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)呼吸 氣體的封閉，支撐座422一端連接在地面上，通常放置在靠近患者頭部床下位置。本發(fā)明的使用過程如下所示：首先，將氣管插管機(jī)器人的機(jī)器人本體1推到呼吸道傳染疾病患者附近，將機(jī)器人本體1帶有六自由度機(jī)械臂14的一側(cè)靠近患者的頭部，并將監(jiān)控?cái)z像頭17對準(zhǔn)患者；其次，位于監(jiān)視控制端2的醫(yī)護(hù)人員，通過現(xiàn)場監(jiān)控?cái)z像頭 17傳遞到視頻監(jiān)視 器21上，醫(yī)護(hù)人員同步操作位于視頻監(jiān)視器 21一側(cè)的六

16、自由度操作手柄22,六自由 度操作手柄22在操作過程中的力通過無線傳輸模塊3傳遞到機(jī)器人本體1;再次，機(jī)器人本體1接收到監(jiān)視控制端2的反饋力，控制六自由度機(jī)械臂14通過 快速自動(dòng)鎖緊裝置12選取不同類型的工具進(jìn)行操作，例如：當(dāng)選擇吸氧罩操作工具111時(shí)，將同步控制氣路自動(dòng)連接裝置 4的氧氣罐1113電 動(dòng)控制開關(guān)開通，并經(jīng)由六自由度機(jī)械臂14抓取氧氣呼吸罩1111一端，將氧氣罩放 置到患者面部；當(dāng)選擇開口操作工具112時(shí)，六自由度機(jī)械臂14抓取開口操作工具112,并輔助 現(xiàn)場醫(yī)護(hù)人員將下顆套1122、牙墊1123分別固定到患者身上；當(dāng)選擇插管操作工具113時(shí)，六自由度機(jī)械臂14抓取插管操作工具113到患者口 部，并輔助現(xiàn)場醫(yī)護(hù)人員，將柔性呼吸管1135s到患者呼吸道內(nèi)，將同步控制氣路 自動(dòng)連接裝置4的氧氣罐1113電動(dòng)控制開關(guān)開通，位于可變剛度內(nèi)窺鏡1131端部的微型管式攝像頭1137將患者直腸上的癌變圖像反饋到監(jiān)視控制端 2,輔助醫(yī)護(hù)人員 遠(yuǎn)程觀察和治療；最后，當(dāng)患者插管結(jié)束后，通過遠(yuǎn)程控制六自由度機(jī)械臂14將所有的末端操作工具11放回到對應(yīng)的吸氧罩孔151、開口孔152和插管孔153內(nèi)，等待回收、清洗、 更換。本發(fā)明可廣泛運(yùn)用于醫(yī)療器械場合。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè) 實(shí)體或者操作與另一個(gè)