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一个“人”消毒一栋楼,复旦研发智能消毒机器人
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来源:上观新闻 作者:彭德倩 何叶 2020-03-01 16:14
摘要:“就像打枪一样,指哪儿打哪儿。”对于消毒机器人的工作原理,工研院副院长甘中学解释,在已有移动平台的基础上增加视觉系统、消毒设备及过程控制系统,使机器人隔着几重墙壁也能“听”到指令,自主运动到指示位置,实现人机远程融合控制的自动消毒。

疫情当前,消毒是个技术活,也是个体力活。能否利用智能机器人来代替人,安全又精准地工作呢?

复旦大学工程与应用技术研究院和华山医院联合组成攻关小组,三天完成方案和图纸设计,不到三周就成功开发出消毒机器人第一代样机,并与复旦大学附属中山医院的医务人员一起试实验应用,在楼道等敞开式空间和病房等较狭窄区域,自主无障碍行走,自动消毒,效果和应用前景得到了认可,并结合实际应用场景,提出升级版的建议。

第一代消毒机器人


“见其所见”:人机远程融合控制,确保安全性

“就像打枪一样,指哪儿打哪儿。”对于消毒机器人的工作原理,工研院副院长甘中学解释,在已有移动平台的基础上增加视觉系统、消毒设备及过程控制系统,使机器人隔着几重墙壁也能“听”到指令,自主运动到指示位置,实现人机远程融合控制的自动消毒。

“远程”能不能再“远”一些?这个问题曾困扰着攻关小组的成员。最初,消毒机器人的使用环境被限定在同一局域网下,就像连接WiFi一样,控制端不能离开一定范围,无法实现长距离控制。对此,研究人员采用云服务器作为中间代理,控制端和移动平台之间的距离在理论上没有了限制,只要有4G信号,就可以控制。2月12日,在新金博大厦进行的喷洒测试中,从同楼层到相差十几楼,在不同位置都能够实现对机器人的远程监控。

若机器人的远程控制程序发生错误,但负责消毒的小车仍继续运动,无法自动停止,这可怎么办?在软件调试阶段,攻关小组成员就预想到了这一点。他们增加了判断socket通讯连接机制,如果一方意外断开,则令小车停止;同时又加入心跳机制,控制端每隔一秒给小车发送一个“ok”,五秒没有收到“ok”小车就自动停止,防止意外发生。

“在实际应用中,安全系数是第一位,是最需要保障的。”甘中学说。人机融合控制模式就是保证安全性的一柄“利器”,也是攻关小组研发的消毒机器人较之其他产品的优势所在。

现有机器人产品大多是基于二维的激光或超声导航,检测高度始终如一。“这一高度检测到都是墙,就默认四周都是实墙,若墙体刚好缺一块,是检测不到的。”齐立哲解释,在人机融合控制模式下,机器人自主运动的同时,控制端不仅可以实时看到它所“看”到的,还能监控它的状态,一旦发现故障,可以控制或切断它,甚至及时帮助它、优化它。

“实战演练”:既能达到预期,更要不断升级

远程监控是否畅通?消毒液喷洒效果是否理想?机器人在病房中能否自主避障?消毒机器人的这些功能均于2月21日在中山医院进行了实地测试。

在候诊大厅等敞开式空间中工作,消毒机器人“游刃有余”,但一到病房中,它的自主运动能力就受到不小的挑战。“病房里的情况比较复杂,一是病人离开后立马需要对其病床周围区域进行消毒,二是病床间的距离比我们预计的要窄。”齐立哲说:“这对控制端的操作和机器人的传感能力都有较高要求。”经过反复测试后,攻关小组确认,消毒机器人样机“完全可以达到院方的预期”。

中山医院实地测试

不同构造的病房分别需要喷洒多少消毒液?需要紫外线停留多长时间?每个区域的照射角是多少?可否将这些经验形成一个数据库?将需要消毒的被子放进压缩袋后,机器人能否定点向袋内加充消毒气体?对样机表示高度认可的同时,院方还提出了进一步的需求。“对消毒过程的精准控制,已经纳入二、三代机器人的规划中。”甘中学说。

为尽快投入应用,第一代机器人上安装的是成熟的紫外杀菌产品,而工研院“UVLED紫外灭毒光源组”自主研制的紫外杀菌设备,将在第二代机器人上亮相。面向更广泛的应用前景,“多自由度移动消杀病毒”的第三代机器人的开发也在紧张有序地进行中。

“战斗状态”:三天出设计、三周出样机

三天时间完成详细方案设计及非标件加工图纸设计,不到三周时间完成从设计、制造到现场试用的过程,攻关小组全员保持“战斗状态”。

疫情期间,采购的硬件什么时候发货,多长时间能到,研究人员均无法预估和控制,只能多做预案,将不可控因素减至最低。价格不高的喷头,小组成员买了两个,型号有些差别。“如果都到了,也能够充分利用上,如果一个到不了,那也不影响工作。”结果,其中一个厂家就因无法发货取消了订单。

“硬件采购全部到位,软件模拟测试均要完成,上一个步骤的输出与下一个步骤的输入必须无缝衔接。”2月11日,攻关小组中最早结束隔离期的许鹤华进入实验室,次日就完成了组装调试工作。何以如此迅速,齐立哲解释道,在1日小组成立至11日间,研究人员已将现场调试前的所有工作,按照严格的时间表,全部实质性地完成。

研究人员争分夺秒

据了解,15人的攻关小组中三分之二是学生,“参与度很高,做出了突出贡献。”齐立哲说。2018级博士生高晓飞在参与结构设计工作的同时,还积极参与物料采购、供应商沟通等协调工作。主导AGV小车控制等设计工作的2019级硕士生蔡汝佳,时刻与调试人员保持电话沟通,根据现场情况不断修正优化软件。

栏目主编:徐瑞哲 文字编辑:彭德倩 题图来源:复旦大学供图
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