智能機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)是繼氣動(dòng)物流傳輸系統(tǒng)和軌道式物流傳輸系統(tǒng)后出現(xiàn)的一種新型、靈活、智能、高效的物流運(yùn)輸系統(tǒng)，也稱為自動(dòng)導(dǎo)航運(yùn)輸車（Automatic Guided Vehicle，AGV）。該系統(tǒng)可應(yīng)用于多種社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域，如果應(yīng)用在醫(yī)院中又稱為醫(yī)院物流機(jī)器人（Hospital Transmission Robots，HTR）。本文介紹該類運(yùn)送系統(tǒng)在臨床實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，故又將其稱為智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)。這種類型的機(jī)器人是指高度集成機(jī)電一體化、多維傳感、人工智能、數(shù)字通訊以及仿生學(xué)等高新技術(shù)的系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)和無線局域網(wǎng)絡(luò)控制下經(jīng)磁、激光等導(dǎo)向裝置引導(dǎo)，可沿程序設(shè)定路徑運(yùn)行、?？康街付ǖ攸c(diǎn)，完成一系列物品移載、搬運(yùn)等作業(yè)。

智能機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：以電池為動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)無人駕駛的運(yùn)輸作業(yè)，運(yùn)行路徑和目的地可以由管理程序控制，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，定位精度高；導(dǎo)引車的載物平臺(tái)可以采用不同的安裝結(jié)構(gòu)和裝卸方式，可根據(jù)各種不同的傳輸用途進(jìn)行設(shè)計(jì)制作；可裝備多種聲光報(bào)警系統(tǒng)，具有避免相互碰撞的自控能力。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)物流和軌道式物流系統(tǒng)相比，無需鋪設(shè)軌道等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制，并可與周圍環(huán)境交互，靈活性高，因此稱其為智能機(jī)器人。

目前，智能機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和物流行業(yè)。在歐美一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的醫(yī)院較早應(yīng)用這種運(yùn)送機(jī)器人，主要用于代替勞動(dòng)密集型的手推車，運(yùn)送病人餐食、衣物、醫(yī)院垃圾、供應(yīng)室消毒物品等，能實(shí)現(xiàn)樓宇間和樓層間的傳送。近年來，隨著智能化與自動(dòng)化的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)已成立了多家企業(yè)研究機(jī)器人與醫(yī)院物流系統(tǒng)，這種智能設(shè)備在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐漸增多，其承擔(dān)的功能也由最初的物資運(yùn)輸擴(kuò)展到檢驗(yàn)標(biāo)本運(yùn)輸，服務(wù)的范圍也由樓宇間、樓層間的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)本、物資運(yùn)輸。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部傳統(tǒng)的標(biāo)本傳遞一般都由人工搬運(yùn)，這種方式效率較低，而且需要消耗人力，對(duì)于一些TAT時(shí)間要求比較短、有頻繁的標(biāo)本傳送要求以及空間比較大的實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用智能機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)則能有效解決這類問題，有利于提高工作效率，保證TAT。常見的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)智能機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)見圖1。

智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)集中了傳感器技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)、操作控制技術(shù)、人工智能等技術(shù)，相當(dāng)具有人的眼、耳、皮膚的視覺傳感器、聽覺傳感器和觸覺傳感器，通過這些系統(tǒng)感知環(huán)境、進(jìn)行動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、實(shí)施行為控制與任務(wù)執(zhí)行。我們可將其分為不同的模塊，分別進(jìn)行介紹。

1. 導(dǎo)航模塊：在機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)中，自主導(dǎo)航技術(shù)是其核心。自主導(dǎo)航是指機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運(yùn)動(dòng)。自主導(dǎo)航系統(tǒng)可通過一定的檢測(cè)手段獲取機(jī)器人在空間中的位置、方向以及所處環(huán)境的信息；再用一定的算法對(duì)所獲信息進(jìn)行處理并建立環(huán)境模型；最后尋找一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無碰路徑，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人安全移動(dòng)的路徑規(guī)劃。機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)目前常用的自主導(dǎo)航方式有激光定位導(dǎo)航、視覺定位導(dǎo)航、紅外線定位導(dǎo)航、超聲波定位導(dǎo)航、磁導(dǎo)航等。

磁導(dǎo)航是指在路面上貼磁條替代在地面下埋設(shè)金屬線，通過磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，其靈活性差，改變或擴(kuò)充路徑不方便容易。

激光導(dǎo)航是通過激光測(cè)距建立小車的整套行駛路徑地圖，不需要任何的輔助材料，柔性化程度更高，適用于全局部署。這種導(dǎo)航方式是未來的大趨勢(shì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是定位精確；地面無需其他定位設(shè)施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

視覺導(dǎo)航，是包含了攝像機(jī)（CCD圖像傳感器）、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等。其工作原理簡(jiǎn)單說來就是對(duì)機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。但該技術(shù)圖像處理量巨大，一般計(jì)算機(jī)無法完成運(yùn)算，實(shí)時(shí)性比較差，且容易受光線條件限制，無法在黑暗環(huán)境中進(jìn)行工作。

超聲波在介質(zhì)中遇到障礙物而返回接收裝置。通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時(shí)間差及傳播速度，計(jì)算出傳播距離，就能得到障礙物到機(jī)器人的距離，但是這種定位導(dǎo)航技術(shù)容易受周圍環(huán)境等以及障礙物陰影，表面粗糙度等外界環(huán)境的影響，適用范圍較小導(dǎo)航精度差。

2. 行走與避障：在機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)中，安全行走的關(guān)鍵技術(shù)是避障。避障是指機(jī)器人根據(jù)采集的障礙物的狀態(tài)信息，在行走過程中通過傳感器感知到妨礙其通行的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體時(shí)，按照一定的方法進(jìn)行有效地避障，最后達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)避障與導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境感知，在未知或者是部分未知的環(huán)境下避障需要通過傳感器獲取周圍環(huán)境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，因此傳感器技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人避障中起著十分重要的作用。避障使用的傳感器主要有超聲傳感器、視覺傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等。常見的機(jī)器人大部分都是采用二維激光雷達(dá)導(dǎo)航。二維激光雷達(dá)是360度水平視場(chǎng)角的距離測(cè)量，其量程范圍內(nèi)的多數(shù)障礙物都能因?yàn)閷?duì)激光的反射而被測(cè)量到，但是激光雷達(dá)無法檢測(cè)雷達(dá)掃描平面以下物體，機(jī)器人無法根據(jù)雷達(dá)掃描測(cè)量障礙物距離的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確避障。所以在實(shí)際應(yīng)用中，散落在地上的物體、凸起的臺(tái)階、桌子和椅子等都會(huì)對(duì)激光雷達(dá)避障形成挑戰(zhàn)。在一些復(fù)雜的場(chǎng)所，二維激光雷達(dá)無法勝任立體避障的工作，必須要為機(jī)器人配備其它的傳感器作為補(bǔ)充，比如超聲波傳感器，它的成本非常低，實(shí)施簡(jiǎn)單，可識(shí)別透明物體，缺點(diǎn)是檢測(cè)距離近，三維輪廓識(shí)別精度不好，所以對(duì)桌腿等復(fù)雜輪廓的物體識(shí)別不好，但是它可以識(shí)別玻璃、鏡面等物體。還有深度相機(jī)，它具備三維的距離測(cè)量能力（同時(shí)具備水平和垂直視場(chǎng)角），因此，可以直接檢測(cè)到立體的障礙物，為移動(dòng)機(jī)器人提供三維的保護(hù)能力。

在機(jī)器人運(yùn)送系統(tǒng)中，通常采用激光雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，用深度相機(jī)來實(shí)現(xiàn)立體避障，再用超聲波來防護(hù)激光雷達(dá)和深度相機(jī)的檢測(cè)盲點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能移動(dòng)。

3. 載物模塊：載物模塊可根據(jù)目標(biāo)運(yùn)載物的體積、重量、運(yùn)輸要求進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。一般可分位箱式、抽屜式、冷鏈?zhǔn)胶推桨迨綆追N類型。對(duì)于以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)為使用場(chǎng)景的運(yùn)輸機(jī)器人，一般設(shè)計(jì)為開放的平臺(tái)式或平板式載物臺(tái)，加設(shè)圍欄防止掉落。根據(jù)實(shí)際需要，載物模塊也可以設(shè)計(jì)成封閉式，甚至帶有溫控設(shè)備的模塊，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程全程封閉，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度，這類模式的運(yùn)輸機(jī)器人主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室外部不同部門之間的物品傳送。

4. 充電模塊：運(yùn)輸機(jī)器人采用電池作為動(dòng)力，由本身的計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電池電壓達(dá)到最低電壓時(shí)，傳送小車將繼續(xù)執(zhí)行完最后一次傳送任務(wù)，然后控制中心將把傳送小車送回充電站點(diǎn)。每次任務(wù)結(jié)束后，小車也會(huì)自動(dòng)返回固定位置進(jìn)行充電，無需操作人員值守。

5. 控制單元：每個(gè)運(yùn)輸機(jī)器人均有一個(gè)主控電腦及軟件系統(tǒng)，控制其導(dǎo)航、行走、避障、載物以及溫控和電量監(jiān)控等功能。

目前，檢驗(yàn)標(biāo)本從臨床科室傳送到實(shí)驗(yàn)室的物流系統(tǒng)已經(jīng)有了很大提高，例如采用氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)和軌道物流系統(tǒng)，但是檢驗(yàn)標(biāo)本送達(dá)到實(shí)驗(yàn)室后，經(jīng)標(biāo)本接收處分揀處理后進(jìn)一步送到各個(gè)專業(yè)小組進(jìn)行測(cè)定則基本停留在人工傳送模式。通過人工傳送這種傳統(tǒng)的方式不但效率低，且消耗一定的人力成本。為解決這些問題，有些實(shí)驗(yàn)室建造了室內(nèi)軌道傳輸系統(tǒng)運(yùn)送標(biāo)本，但這種方式成本比較高，且靈活性差，不適宜普遍推廣。應(yīng)用智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)，可以靈活設(shè)計(jì)路線，不需建造要特殊的軌道，并且可不間斷工作，大大提高實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)本輸送效率，尤其適用于人力短缺，對(duì)TAT要求較高的實(shí)驗(yàn)室。通過使用智能機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)可幫助優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)本轉(zhuǎn)送過程，提高標(biāo)本傳輸效率，減少人力運(yùn)輸，降低人力成本，提升自動(dòng)化和智能化水平，提高實(shí)驗(yàn)室的管理能力。

智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)對(duì)于安裝要求較低，要求運(yùn)行路線中不能有太陡的斜坡且通道寬度要略寬于機(jī)器人最長(zhǎng)寬度，需要布置無線網(wǎng)絡(luò)，有安裝充電樁的位置等。其安裝實(shí)施的基本步驟如下：

1. 確定站點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估運(yùn)送起始站點(diǎn)、樣本接收站點(diǎn)，確定路線；每個(gè)站點(diǎn)均設(shè)置一個(gè)平板電腦作為呼叫和命令控制單元；

2. 設(shè)定充電站點(diǎn)；

3. 架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)；

4. 建立運(yùn)行平面圖：連接機(jī)器人，手動(dòng)遙控運(yùn)行，在控制系統(tǒng)中定位起始點(diǎn)坐標(biāo)和各個(gè)運(yùn)輸位點(diǎn)，建立運(yùn)行平面地圖；

5. 路線測(cè)試：由小車自主導(dǎo)航，運(yùn)行設(shè)定路線，檢查運(yùn)行是否順暢，是否會(huì)有撞擊，避讓是否及時(shí)；

6. 每個(gè)站點(diǎn)呼叫及出發(fā)指令功能測(cè)試；

7. 自動(dòng)充電功能測(cè)試；

8. 細(xì)節(jié)修復(fù)：將不規(guī)則物體的大小框出，建立禁區(qū)，修正地圖，避免機(jī)器人盲區(qū)導(dǎo)至的避讓不及；

9. 重復(fù)測(cè)定至少50個(gè)來回?zé)o異常后投入使用。

本實(shí)驗(yàn)室于2017年引入了智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)，用于樣本接收站與各檢測(cè)區(qū)之間樣本的傳送。圖2為智能機(jī)器人標(biāo)本運(yùn)送系統(tǒng)在本實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行路線示意圖。如圖所示為本科室局部實(shí)驗(yàn)區(qū)域，包括臨檢、生化、免疫、分子四個(gè)專業(yè)組，該區(qū)域每日處理臨床樣本約1萬份。我們引入機(jī)器人傳輸系統(tǒng)，旨在解決工作人員頻繁在各實(shí)驗(yàn)區(qū)域間傳送樣本，尤其是高頻率轉(zhuǎn)送急診樣本的問題（圖中A站點(diǎn)到B站點(diǎn)）。目前該機(jī)器人已在實(shí)驗(yàn)室工作超過2年，其運(yùn)行加速度可達(dá)到1.5m/s，平均運(yùn)行速度設(shè)置為1m/s，每日在A、B間往返50-100次。該機(jī)器人可按照指定命令或遠(yuǎn)端呼叫的模式，遵照設(shè)定的路線，進(jìn)行自主導(dǎo)航平穩(wěn)運(yùn)行，在設(shè)定點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)輸標(biāo)本。在運(yùn)行途中可自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，自主避開靜止或移動(dòng)的障礙物。其當(dāng)其電量小于設(shè)定值時(shí)可自主尋找充電器并進(jìn)行充電。

智能機(jī)器人物流系統(tǒng)是一種新的物流工具，安裝控制方便，智能化程度高，運(yùn)行靈活。臨床實(shí)驗(yàn)室可結(jié)合本身物資與樣本的流轉(zhuǎn)特點(diǎn)引入智能機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)于改進(jìn)工作流程、提高工作效率可起到積極作用。

參考文獻(xiàn)略