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三天出設計三周出樣機 復旦科研團隊爭分奪秒研發消毒機器人

2020-3-7 13:25:49發布8次查看ip:發布人:
疫情防控期間,如何最大程度降低消毒人員被感染的風險,同時實現消毒過程和結果的精準控制?以機器人代替人工是一個可行的選擇:在機器人上配置消毒設備,通過機器人自主運動,能夠有效、無死角地殺滅空氣中的致病微生物。
以復旦大學工程與應用技術研究院(以下簡稱“工研院”)副院長甘中學為組長,行政副院長徐曉創、副院長張國旗、復旦大學附屬華山醫院黨委副書記耿道穎為副組長的攻關小組成立后,工研院智能工業機器人及應用工程實驗室教授孫云權和青年研究員齊立哲牽頭成立了機器人裝備實施攻關小組,三天完成方案和圖紙設計,不到三周就成功開發出消毒機器人第一代樣機,并與復旦大學附屬中山醫院的醫務人員一起試實驗應用,在樓道等敞開式空間和病房等較狹窄區域,自主無障礙行走,自動消毒,效果和應用前景得到了院方護理部領導的認可,并結合實際應用場景,提出升級版的建議。
“見其所見”:人機遠程融合控制確保安全性
“就像打槍一樣,指哪兒打哪兒。”對于消毒機器人的工作原理,甘中學解釋,在已有移動平臺的基礎上增加視覺系統、消毒設備及過程控制系統,使機器人隔著幾重墻壁也能“聽”到指令,自主運動到指示位置,實現人機遠程融合控制的自動消毒。
“遠程”能不能再“遠”一些?這個問題曾困擾著攻關小組的成員。最初,消毒機器人的使用環境被限定在同一局域網下,就像連接wifi一樣,控制端不能離開一定范圍,無法實現長距離控制。對此,研究人員采用云服務器作為中間代理,控制端和移動平臺之間的距離在理論上沒有了限制,只要有4g信號,就可以控制。2月12日,在新金博大廈進行的噴灑測試中,從同樓層到相差十幾樓,在不同位置都能夠實現對機器人的遠程監控。
若機器人的遠程控制程序發生錯誤,但負責消毒的小車仍繼續運動,無法自動停止,這可怎么辦?在軟件調試階段,攻關小組成員就預想到了這一點。他們增加了判斷socket通訊連接機制,如果一方意外斷開,則令小車停止;同時又加入心跳機制,控制端每隔一秒給小車發送一個“ok”,五秒沒有收到“ok”小車就自動停止,防止意外發生。
“在實際應用中,安全系數是第一位,是最需要保障的。”甘中學說。人機融合控制模式就是保證安全性的一柄“利器”,也是攻關小組研發的消毒機器人較之其他產品的優勢所在。
現有機器人產品大多是基于二維的激光或超聲導航,檢測高度始終如一。“這一高度檢測到都是墻,就默認四周都是實墻,若墻體剛好缺一塊,是檢測不到的。”齊立哲解釋,在人機融合控制模式下,機器人自主運動的同時,控制端不僅可以實時看到它所“看”到的,還能監控它的狀態,一旦發現故障,可以控制或切斷它,甚至及時幫助它、優化它。
“實戰演練”:既能達到預期,更要不斷升級
遠程監控是否暢通?消毒液噴灑效果是否理想?機器人在病房中能否自主避障?消毒機器人的這些功能均于2月21日在中山醫院進行了實地測試。
在候診大廳等敞開式空間中工作,消毒機器人“游刃有余”,但一到病房中,它的自主運動能力就受到不小的挑戰。“病房里的情況比較復雜,一是病人離開后立馬需要對其病床周圍區域進行消毒,二是病床間的距離比我們預計的要窄。”齊立哲說:“這對控制端的操作和機器人的傳感能力都有較高要求。”經過反復測試后,攻關小組確認,消毒機器人樣機“完全可以達到院方的預期”。
不同構造的病房分別需要噴灑多少消毒液?需要紫外線停留多長時間?每個區域的照射角是多少?可否將這些經驗形成一個數據庫?將需要消毒的被子放進壓縮袋后,機器人能否定點向袋內加充消毒氣體?對樣機表示高度認可的同時,院方還提出了進一步的需求。“對消毒過程的精準控制,已經納入二、三代機器人的規劃中。”甘中學說。
為盡快投入應用,第一代機器人上安裝的是成熟的紫外殺菌產品,而工研院“uvled紫外滅毒光源組”自主研制的紫外殺菌設備,將在第二代機器人上亮相。面向更廣泛的應用前景,“多自由度移動消殺病毒”的第三代機器人的開發也在緊張有序地進行中。
“戰斗狀態”:三天出設計三周出樣機
三天時間完成詳細方案設計及非標件加工圖紙設計,不到三周時間完成從設計、制造到現場試用的過程,攻關小組全員保持“戰斗狀態”,“時刻繃著”。
疫情期間,采購的硬件什么時候發貨,多長時間能到,研究人員均無法預估和控制,只能多做預案,將不可控因素減至最低。價格不高的噴頭,小組成員買了兩個,型號有些差別。“如果都到了,也能夠充分利用上,如果一個到不了,那也不影響工作。”結果,其中一個廠家就因無法發貨取消了訂單。
“硬件采購全部到位,軟件模擬測試均要完成,上一個步驟的輸出與下一個步驟的輸入必須無縫銜接。”2月11日,攻關小組中最早結束隔離期的許鶴華進入實驗室,次日就完成了組裝調試工作。何以如此迅速,齊立哲解釋道,在1日小組成立至11日間,研究人員已將現場調試前的所有工作,按照嚴格的時間表,全部實質性地完成。
15人的攻關小組中三分之二是學生,“參與度很高,做出了突出貢獻。”齊立哲說。2018級博士生高曉飛在參與結構設計工作的同時,還積極參與物料采購、供應商溝通等協調工作。主導agv小車控制等設計工作的2019級碩士生蔡汝佳,時刻與調試人員保持電話溝通,根據現場情況不斷修正優化軟件。
2月21日,在等待醫院確認當天是否可以進行實地測試時,小組成員就把機器人安裝好,并裝車前往。結果車剛到,醫院就協調好了。“我們一點時間都不能耽誤。”
統一領導結合大團隊協作,助力消毒機器人研發工作“與疫情賽跑”。在協調小組的保駕護航下,研發過程關鍵環節把控、資源協調、技術難點攻關等方面得到了全方位支持。
“看準就做,主動出擊,科研攻關不能等。”甘中學表示,快速做出有實際應用價值的消毒機器人,為疫情防控貢獻實質性的力量,是攻關小組全員共同的目標。
“面向實用,持續優化,消毒機器人一定助力疫情防疫戰!”中山醫院科研處主任李卡為復旦工研院科研人員加油,期盼有實際應用價值的消毒機器人早日進入醫院的防治診室,成為疫情防控的醫生助手。
(中國日報上海分社)
來源:中國日報網
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