智能機器人運送系統(tǒng)是繼氣動物流傳輸系統(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、高效的物流運輸系統(tǒng)，也稱為自動導(dǎo)航運輸車（Automatic Guided Vehicle，AGV）。該系統(tǒng)可應(yīng)用于多種社會生產(chǎn)領(lǐng)域，如果應(yīng)用在醫(yī)院中又稱為醫(yī)院物流機器人（Hospital Transmission Robots，HTR）。本文介紹該類運送系統(tǒng)在臨床實驗室的應(yīng)用，故又將其稱為智能機器人標本運送系統(tǒng)。這種類型的機器人是指高度集成機電一體化、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)，在計算機和無線局域網(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)定路徑運行、?？康街付ǖ攸c，完成一系列物品移載、搬運等作業(yè)。

智能機器人運送系統(tǒng)具有以下主要特點：以電池為動力，可實現(xiàn)無人駕駛的運輸作業(yè)，運行路徑和目的地可以由管理程序控制，機動能力強，定位精度高；導(dǎo)引車的載物平臺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行設(shè)計制作；可裝備多種聲光報警系統(tǒng)，具有避免相互碰撞的自控能力。與傳統(tǒng)的氣動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，因此稱其為智能機器人。

目前，智能機器人運送系統(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)濟發(fā)達國家的醫(yī)院較早應(yīng)用這種運送機器人，主要用于代替勞動密集型的手推車，運送病人餐食、衣物、醫(yī)院垃圾、供應(yīng)室消毒物品等，能實現(xiàn)樓宇間和樓層間的傳送。近年來，隨著智能化與自動化的快速發(fā)展，國內(nèi)已成立了多家企業(yè)研究機器人與醫(yī)院物流系統(tǒng)，這種智能設(shè)備在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸增多，其承擔(dān)的功能也由最初的物資運輸擴展到檢驗標本運輸，服務(wù)的范圍也由樓宇間、樓層間的遠距離運輸進入到實驗室內(nèi)部標本、物資運輸。

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

智能機器人標本運送系統(tǒng)集中了傳感器技術(shù)、移動技術(shù)、操作控制技術(shù)、人工智能等技術(shù)，相當具有人的眼、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、進行動態(tài)決策與規(guī)劃、實施行為控制與任務(wù)執(zhí)行。我們可將其分為不同的模塊，分別進行介紹。

1. 導(dǎo)航模塊：在機器人運送系統(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)航是指機器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標的自主運動。自主導(dǎo)航系統(tǒng)可通過一定的檢測手段獲取機器人在空間中的位置、方向以及所處環(huán)境的信息；再用一定的算法對所獲信息進行處理并建立環(huán)境模型；最后尋找一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無碰路徑，實現(xiàn)機器人安全移動的路徑規(guī)劃。機器人運送系統(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)信號實現(xiàn)導(dǎo)航，其靈活性差，改變或擴充路徑不方便容易。

激光導(dǎo)航是通過激光測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，其最大的優(yōu)點是定位精確；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)場環(huán)境。

視覺導(dǎo)航，是包含了攝像機（CCD圖像傳感器）、視頻信號數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號處理器、計算機及其外設(shè)等。其工作原理簡單說來就是對機器人周邊的環(huán)境進行光學(xué)處理，先用攝像頭進行圖像信息采集，將采集的信息進行壓縮，然后將它反饋到一個由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計學(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器人的實際位置聯(lián)系起來，完成機器人的自主導(dǎo)航定位功能。但該技術(shù)圖像處理量巨大，一般計算機無法完成運算，實時性比較差，且容易受光線條件限制，無法在黑暗環(huán)境中進行工作。

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，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時間差及傳播速度，計算出傳播距離，就能得到障礙物到機器人的距離，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：在機器人運送系統(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)和動態(tài)物體時，按照一定的方法進行有效地避障，最后達到目標點。實現(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)在移動機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。常見的機器人大部分都是采用二維激光雷達導(dǎo)航。二維激光雷達是360度水平視場角的距離測量，其量程范圍內(nèi)的多數(shù)障礙物都能因為對激光的反射而被測量到，但是激光雷達無法檢測雷達掃描平面以下物體，機器人無法根據(jù)雷達掃描測量障礙物距離的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)準確避障。所以在實際應(yīng)用中，散落在地上的物體、凸起的臺階、桌子和椅子等都會對激光雷達避障形成挑戰(zhàn)。在一些復(fù)雜的場所，二維激光雷達無法勝任立體避障的工作，必須要為機器人配備其它的傳感器作為補充，比如超聲波傳感器，它的成本非常低，實施簡單，可識別透明物體，缺點是檢測距離近，三維輪廓識別精度不好，所以對桌腿等復(fù)雜輪廓的物體識別不好，但是它可以識別玻璃、鏡面等物體。還有深度相機，它具備三維的距離測量能力（同時具備水平和垂直視場角），因此，可以直接檢測到立體的障礙物，為移動機器人提供三維的保護能力。

在機器人運送系統(tǒng)中，通常采用激光雷達來實現(xiàn)自主導(dǎo)航，用深度相機來實現(xiàn)立體避障，再用超聲波來防護激光雷達和深度相機的檢測盲點，實現(xiàn)機器人的智能移動。

3. 載物模塊：載物模塊可根據(jù)目標運載物的體積、重量、運輸要求進行靈活設(shè)計。一般可分位箱式、抽屜式、冷鏈式和平板式幾種類型。對于以實驗室內(nèi)為使用場景的運輸機器人，一般設(shè)計為開放的平臺式或平板式載物臺，加設(shè)圍欄防止掉落。根據(jù)實際需要，載物模塊也可以設(shè)計成封閉式，甚至帶有溫控設(shè)備的模塊，可實現(xiàn)運輸過程全程封閉，并且實時監(jiān)控溫度，這類模式的運輸機器人主要應(yīng)用于實驗室外部不同部門之間的物品傳送。

4. 充電模塊：運輸機器人采用電池作為動力，由本身的計算機對其進行實時監(jiān)控，當電池電壓達到最低電壓時，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。每次任務(wù)結(jié)束后，小車也會自動返回固定位置進行充電，無需操作人員值守。

5. 控制單元：每個運輸機器人均有一個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，檢驗標本從臨床科室傳送到實驗室的物流系統(tǒng)已經(jīng)有了很大提高，例如采用氣動傳輸系統(tǒng)和軌道物流系統(tǒng)，但是檢驗標本送達到實驗室后，經(jīng)標本接收處分揀處理后進一步送到各個專業(yè)小組進行測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，有些實驗室建造了室內(nèi)軌道傳輸系統(tǒng)運送標本，但這種方式成本比較高，且靈活性差，不適宜普遍推廣。應(yīng)用智能機器人標本運送系統(tǒng)，可以靈活設(shè)計路線，不需建造要特殊的軌道，并且可不間斷工作，大大提高實驗室內(nèi)標本輸送效率，尤其適用于人力短缺，對TAT要求較高的實驗室。通過使用智能機器人運輸系統(tǒng)可幫助優(yōu)化實驗室內(nèi)標本轉(zhuǎn)送過程，提高標本傳輸效率，減少人力運輸，降低人力成本，提升自動化和智能化水平，提高實驗室的管理能力。

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

1. 確定站點：現(xiàn)場評估運送起始站點、樣本接收站點，確定路線；每個站點均設(shè)置一個平板電腦作為呼叫和命令控制單元；

2. 設(shè)定充電站點；

3. 架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)；

4. 建立運行平面圖：連接機器人，手動遙控運行，在控制系統(tǒng)中定位起始點坐標和各個運輸位點，建立運行平面地圖；

5. 路線測試：由小車自主導(dǎo)航，運行設(shè)定路線，檢查運行是否順暢，是否會有撞擊，避讓是否及時；

6. 每個站點呼叫及出發(fā)指令功能測試；

7. 自動充電功能測試；

8. 細節(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，避免機器人盲區(qū)導(dǎo)至的避讓不及；

9. 重復(fù)測定至少50個來回?zé)o異常后投入使用。

本實驗室于2017年引入了智能機器人標本運送系統(tǒng)，用于樣本接收站與各檢測區(qū)之間樣本的傳送。圖2為智能機器人標本運送系統(tǒng)在本實驗室運行路線示意圖。如圖所示為本科室局部實驗區(qū)域，包括臨檢、生化、免疫、分子四個專業(yè)組，該區(qū)域每日處理臨床樣本約1萬份。我們引入機器人傳輸系統(tǒng)，旨在解決工作人員頻繁在各實驗區(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站點到B站點）。目前該機器人已在實驗室工作超過2年，其運行加速度可達到1.5m/s，平均運行速度設(shè)置為1m/s，每日在A、B間往返50-100次。該機器人可按照指定命令或遠端呼叫的模式，遵照設(shè)定的路線，進行自主導(dǎo)航平穩(wěn)運行，在設(shè)定點之間往復(fù)運輸標本。在運行途中可自動轉(zhuǎn)彎，自主避開靜止或移動的障礙物。其當其電量小于設(shè)定值時可自主尋找充電器并進行充電。

智能機器人物流系統(tǒng)是一種新的物流工具，安裝控制方便，智能化程度高，運行靈活。臨床實驗室可結(jié)合本身物資與樣本的流轉(zhuǎn)特點引入智能機器人系統(tǒng)，對于改進工作流程、提高工作效率可起到積極作用。

參考文獻略