對于醫療行業實現自動化精準配送的設計研究

陳一軒　杜心昊　高菲菲　岳曈

摘? 要：本文設計了一款基于道路識別系統、物品識別系統、嵌入式系統的運動控制軟件的智能醫療小車，能夠對道路進行識別和規劃，并準確地拿取所需藥物，物品，有效降低醫護人員的工作壓力，提升醫療服務精準度。

關鍵詞：道路識別系統;物品識別系統;嵌入式系統的運動控制軟件

隨著醫療水平的不斷提高，患者需求日益增加，為了減輕醫護人員的壓力，提高服務的精準度因此設計出一款可以自主無接觸配送的智能小車十分重要。本文基于此設計出基于道路識別系統、物品識別系統、嵌入式系統的運動控制軟件的智能醫療小車，可以大大的減少人力的消耗，有效降低醫護人員的工作壓力。其具體功能實現如下：

（1）通過攝像頭自動識別道路，按照具體要求搬用相關物品;

（2）運行過程中自動檢測道路情況，避開障礙物;

（3）通過藍牙模塊接受指令，并且可以識別出相對應的物品;

（4）可以實現自主實現患者身邊環境的消毒。

智能小車，是一個集環境感知、規劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。世界各國在智能微型車領域進行了很多研究，己經應用于各個領域，在探測和軍事領域使用特別多。近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。世界各國開發、研制星球探測車系統己經有了多年的歷史。例如美國的Sojourner號探測車，“勇氣號”探測車，“機遇號”火星探測車都曾成功登陸。前蘇聯也曾成功發射了兩個月球探測車。有了前人的經驗和基礎，再結合當前全球醫療資源的需求增大，讓我們有了設計一輛醫療智能小車的想法。以下是對醫療智能小車的具體介紹：

小車設有儲物裝置，用于盛放病人所需的藥品，物品。儲物裝置盡量空間大、質量輕，有利于提高運輸效率。儲物裝置內設置防滑槽，可有效提高醫療用品運輸過程的穩定性。另外，為了能夠實現對醫療用品和患者周邊環境進行實時消毒，后期我們在添加了消毒裝置，以更好滿足實際需求。

小車設有道路檢測裝置，小車開啟后，通過藍牙板塊接受拿取藥品的指令，打開攝像頭自動識別道路，將小車導航到相應道路上。道路檢測裝置設置于車架外周側，為智能醫療小車檢測行使環境，如果檢測到路障，則輸出避障信號;小車的控制模塊接收到避障信號后，控制驅動裝置，避開障礙物，并重新規劃路線。道路檢測裝置可選用紅外傳感器和超聲波傳感器中的一種或多種。另外，小車還設置了GPS模塊，方便觀測智能護理車的實時位置。如果長時間未見醫療智能小車返回，可定位智能護理車位置，及時找到智能護理車，并對其未返回原因進行檢查。目前，醫療智能小車的道路識別系統已經趨于完整成熟，要想在應用方面更加智能，更加高效，還須提高算法的效率和精度，做大量的實驗進行改進調整。這是我們下一步要攻克的難題。

小車設有物品檢測裝置和抓取裝置。物品檢測裝置為重力傳感器或光電傳感器，設置于車架外周側，用于識別醫療用品，并向控制模塊輸出預設信號。物品檢測裝置涉及到了圖像識別技術.圖像識別技術基于圖像的主要特征，在圖像識別過程中，感知機制必須排除輸入的冗余信息并提取關鍵信息。其中，高效率提取關鍵信息，是提高醫療智能小車物品識別系統穩定性的關鍵性問題。抓取裝置使用轉盤，機械臂，抓手。轉盤固定設置于車架上，機械臂一端與轉盤轉動連接，機械臂的另一端與抓手轉動連接。抓取裝置最重要的是它的穩定性，它要能夠準確地抓取醫療用品，并且穩定地將其放入到儲物裝置中去。這就需要讓轉盤、機械臂、抓手他們之間的連接既要穩固又要靈活。

小車同時設有控制模塊，為接收物品檢測裝置、道路檢測裝置的輸出信號并輸出控制信號給所述抓取裝置或所述驅動裝置，完成醫療智能小車的自動行使或自動取放醫療用品。控制模塊相當于小車的心臟，它使小車可以有序穩定地運行下去，是上述的道路檢測裝置、驅動裝置、物品檢測裝置以及抓取裝置之間的樞紐。因此，對于控制模塊的研究我們還需對其進行大量的測試，使控制模塊更加高效、可靠。特別地，小車的速度通過PID控制，首先將ID 參數都變為0，先調整P 比例參數，調整到速度基本上跟給定的速度差不多，接下來調整I，調整I 的結果就是震蕩會消除很多，但是車速會變化緩慢，也就是說會有一些延遲，然后再調整D，調整D 的結果就是增強調節的靈活性和預見性，在向給定速度變化的過程中，能夠以一個平穩過渡來變換，而且速度可以長時間穩定在給定速度附近。通過PID的調節，小車能夠以給定的速度穩定地行進。

不論是海外還是國內，都有不少有關醫療的智能小車的研究，李野、張晶對于智能小車在醫療垃圾搬運系統中的應用做出了研究，針對多功能智能小車進行設計和分析，智能垃圾搬運車能夠實現自主尋跡、自動避障、自動卸載等功能，最終實現醫療垃圾的自動搬運，實現醫療垃圾與人的無接觸，減少感染的可能性，其中一些自動半自動機器人的研究也為我們提供一定的參考價值。喬琛宇對醫療智能小車的智能算法進行了改進優化，強化了醫療智能小車信息系統的構建，暢通了醫療智能小車信息共享模式。他們對醫療智能小車的研究著重于某一方面，并沒有將其綜合起來，實現一種功能全面、智能實用的醫療小車。本設計定位明確，專為醫療工作者設計，節省拿藥，送藥的人力，提高了醫療工作者的工作效率，為醫療工作者提供了一個更好的選擇。

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