CN112698629A - 一种适用于医院场景的agv调度方法与*** - Google Patents

一种适用于医院场景的agv调度方法与*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于医院场景的AGV调度方法与***，综合考虑了医院场景下的医疗运输AGV所应具备的各项定制功能，包括上装柜体，数据库管理医护人员信息、药物信息扫码录入和APP定制设计等，可以满足医院日常工作需求，给医护人员带来安全与便利。

Description

一种适用于医院场景的AGV调度方法与***
技术领域
本发明涉及一种AGV调度方法与***，属于工业通信领域。
背景技术
疫情带来的冲击，使得人们开始关注医疗运输机器人所带来的安全与便利之处。医疗机器人所运用到的底盘称作为AGV(Automated Guided Vehicle，自动引导运输车)，具体指搭载有激光雷达，超声波传感器，电机驱动器或者深度摄像头等传感器的自动化运输车辆。这种运输车能够按照既定的路线进行行驶，并具备有安全避障，自动充电和定点运输等主要功能。
AGV调度***指的是自动化运输车能够在主控***控制下，定位模块、通信模块、避障等模块可以正常运作，使得机器人可以安全自主地完成人为指定的订单任务。
在医院环境中，医生通过终端设备进行下单任务，***自主判断所有机器人状态，并调用空闲机器人进行订单响应，接着用图论方法进行最短路径选择，到达医生所指定的任务装配点进行装载任务。
现有技术大多是将AGV应用在智能停车场，军工领域或者仓库物流领域。此外，因为医院任务繁忙，造成订单数量较大，所以普通工业级AGV调度不能够满足医院的应用场景，非定制的调度***工作效率低，容易造成AGV调度卡死，循环避障，无法完成指定任务的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于医疗领域的AGV调度方法与***，适用于医院场景下的调度***可视化程度高，安全高效，操作便捷，能够满足医院复杂场景下的调度任务。
一种适用于医院场景的AGV调度***，包括设备终端***、组网通信模块、工作站调度中心模块以及软件交互模块；所述的设备终端***包括AGV医疗车的本体，以及其搭载的上装柜体装置，机器人端显示设备、指纹/刷卡识别模块、药品信息扫码录入模块、语音识别模块；所述的组网通信模块是为了让工作站调度中心模块、设备终端***以及软件交互模块相互稳定收发指令信息，及时做出响应，所述的工作站调度中心模块，负责整个***稳定高效地运行，调度中心模块获取到任务信息后根据功能不同智能地分配给相对应的医疗AGV机器人，AGV接收调度中心模块信息并且根据调度规划的路径到达指定科室，所述的软件交互模块是管理人员能够可视化监控AGV状态信息，并且进行地图扫描和编辑相关工作；医护人员根据可视化终端下达任务，实时关测医疗机器人状态信息，实现人机交互。
所述医疗AGV机器人本体，包括深度相机、激光雷达装置、主控板、电机驱动器、电源以及主从动轮；医疗AGV机器人本体搭载的上装柜体装置，包括医护人员身份验证模块、语音识别***、二维码扫描模块、继电器模块、电控锁单元，上装的控制核心由安卓工控机和嵌入式单片机构成，安卓工控机作为上位机能够根据用户下达的相关指令，完成上装各设备状态的读取，更改以及报文的生成传送，整个用户指令下达的功能集成在一个APP里，存放于安卓机中；相应APP的界面则通过通触摸屏显示，下位机嵌入式单片机通过串口通信接收到来自工控机的报文，并通过读取相关命令，完成相应上装设备功能的实现。
所述组网通信模块功能是将收集到的信号信息，上传到工作站调度中心模块，实施多机器人联动作业，其硬件包括：主/副路由器、工作站无线网卡以及医疗运输车本体端的WiFi收发模块；工作站和医疗运输AGV都会自动得到路由器分配的IP地址，进行IP锁定，保证设备端分配到的IP地址唯一不变，IP地址得到后，工作站就可以通过Ubuntu***下的SSH工具，进行数据传输以及丢包率的检测，其中SSH是一种安全通讯协议，主要用于给远程登录会话数据进行加密，保证数据传输的安全。
工作站调度中心模块采用图论中最短路径算法A*算法来辅助AGV进行路径规划，A*算法的具体步骤如下所示：
1)初始化两个数据表，S1和S2，其中S1表示的是保存已生成而未访问的节点，S2保存的是已经访问过的节点；
2)将起点放入S1中，优先级设为0；
3)遍历S1，并判断是否为空，不是则选其优先级最高的节点n，否则停止；
4)判断n是否为终点，不是则加入S2中，是则从n自身开始逐步搜索父节点到起点并回到终点位置，算法到此结束；
5)遍历n节点附近所有节点，判断邻近m节点是否在S2中，若满足则转取别的节点，若不满足且节点m也不在S1中，那么则可以设置n为m的父节点，此时将节点m加入到S1中，重复步骤3。
软件交互模块包括调度Web端操作界面、机器人端APP、客户端APP，其中Web端操作界面用于后台管理人员查看***任务分配情况；机器人端APP是放在机器人本体上，用于显示机器人的电量和状态信息，方便医护人员进行身份识别验证取放药物；客户端APP是用于科室内的安卓工控机，方便医生呼叫机器人前来执行相应任务。
本发明所达到的有益效果：
1、本发明综合考虑了医院场景下的医疗运输AGV所应具备的各项定制功能，包括上装柜体，数据库管理医护人员信息、药物信息扫码录入和APP定制设计等，可以满足医院日常工作需求，给医护人员带来安全与便利。
2、本发明的调度***模块采用了基于图优化的Cartographer激光SLAM算法，显著适用于室内外场景的AGV即时定位和建图，得到精确且全局一致的地图。
3、此外，调度***模块还采用了A*算法，在此基础上设计了医疗运输AGV的路径规划单元，封装在AGV底盘控制器中，可以有效快速地实现最优路径求解，大大优化了运输路径，避免了AGV在运输路程上所消耗的时间。
4、本发明针对不同的设备以及医院运营科室的不同，定制了APP，可以满足医生基本的日常操作使用。同时也设计了Web监控界面，便于后台管理人员进行日志的读取和监控，保证了整个调度高效有序地运行。
附图说明
图1是本发明的***的原理框图。
图2是本发明的AGV底盘硬件结构原理图。
图3是本发明的AGV上装柜体结构原理图。
图4是本发明的***软件层逻辑框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1，一种适用于医院场景的AGV调度***，包括设备终端***、组网通信模块、工作站调度中心模块以及软件交互模块。所述的设备终端***指的是AGV医疗车的本体，以及其搭载的柜体装置，包括机器人端显示设备、指纹/刷卡识别模块、药品信息扫码录入模块、语音识别模块等。所述的组网通信模块指的是局域网搭建工作，为了让工作站调度中心模块、设备终端***以及软件交互模块相互稳定收发指令信息，及时做出响应。所述的工作站调度中心模块类似于电脑的CPU，负责整个***稳定高效地运行，调度中心模块获取到任务信息后根据功能不同智能地分配给相对应的医疗AGV机器人，AGV接收控制模块信息并且根据调度规划的路径到达指定科室。所述的软件交互模块指的是管理人员能够可视化监控AGV状态信息，并且进行地图扫描和编辑等相关工作；医护人员可以根据可视化终端下达任务，实时关测医疗机器人状态信息，实现人机交互。
如图2，所述的设备终端***包括的硬件设备主要是医疗AGV机器人本体，其中包括深度相机、激光雷达装置、主控板、电机驱动器、电源以及主从动轮。此外，为了适应医院的应用场景，本发明的AGV还搭载了上装柜体结构，整个医疗物流运输机器人硬件框架结构是通过SolidWorks软件绘制的(SolidWorks是达索***下的子公司专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品)，如图3，柜体上装部分主要包括医护人员身份验证模块、语音识别***、二维码扫描模块、继电器模块、电控锁单元等。上装的控制核心由安卓工控机和STM32(嵌入式单片机)构成。安卓工控机作为上位机能够根据用户下达的相关指令，完成上装各设备状态的读取，更改以及报文的生成传送。整个用户指令下达的功能集成在一个APP里，存放于安卓机中；相应APP的界面则通过通触摸屏显示。下位机STM32通过串口通信接收到来自工控机的报文，并通过读取相关命令，完成相应上装设备功能的实现。上装部分独立设计优势在于各硬件设备之间具有较强的解耦性，便于开发调试，定制特定功能。
组网通信模块主要功能是将收集到的信号信息，上传到智能调度中心，实施多机器人联动作业。涉及到的硬件包括：主/副路由器、工作站无线网卡以及医疗运输车本体端的WiFi收发模块。性能强劲的WiFi信号收发设备，可以有效保证整个医院场景下多车调度的实时性，有效性。在大范围场景的医院，将涉及到的路由器桥接功能，进行超大范围的局域网覆盖。工作站和医疗运输AGV都会自动得到路由器分配的IP地址，可以进行IP锁定，保证设备端分配到的IP地址唯一不变。IP地址得到后，工作站就可以通过Ubuntu***下的SSH(secure shell)工具，进行数据传输以及丢包率的检测，其中SSH是一种安全通讯协议，主要用于给远程登录会话数据进行加密，保证数据传输的安全。
更进一步的，调度***模块用到了激光SLAM算法(simultaneous localizationand mapping，即时定位与地图构建),采用基于图优化的Cartographer SLAM技术利用激光雷达传感器的点云数据构建医院场景的增量式地图，同时进行机器人自身的位姿估计与定位，进而能够便捷地实现对机器人的控制，实现测距、避障，以及定位和自主导航功能。
此外，本专利的调度***采用图论中最短路径算法来辅助AGV进行路径规划。A*(A-Star)算法是一种常见的路径规划和图形遍历算法，有着良好的效果。其中距离的估算值与实际值的差值的绝对值越接近于0，规划出的路径越准确高效，明显优于Dijkstra算法的无方向性的向四周搜索。A*算法的具体步骤如下所示：
1)初始化两个数据表，S1和S2。其中S1表示的是保存已生成而未访问的节点，S2保存的是已经访问过的节点；
2)将起点放入S1中，优先级设为0；
3)遍历S1，并判断是否为空，不是则选其优先级最高的节点n，否则停止；
4)判断n是否为终点，不是则加入S2中，是则从n自身开始逐步搜索父节点到起点并回到终点位置，算法到此结束。
5)遍历n节点附近所有节点，判断邻近m节点是否在S2中，若满足则转取别的节点，若不满足且节点m也不再S1中，那么则可以设置n为m的父节点，此时将节点m加入到S1中，重复步骤3。
据此，本发明采用A*算法，医疗运输AGV能够有效快速地规划出行驶路径，从而到达指定科室开展作业。
如图4，软件交互模块功能主要是为了方便医护人员和管理人员下订单以及查看医疗运输AGV的状态信息。为此，需要编写调度Web端操作界面、机器人端APP、客户端APP。其中Web端操作界面主要是方便后台管理人员查看***任务分配情况，所需要的权限更高。机器人端APP主要是放在机器人本体上，用于显示机器人的电量和状态信息，方便医护人员进行身份识别验证取放药物。客户端APP主要是用于科室内的安卓工控机，方便医生呼叫机器人前来执行相应任务。
Web后端框架采用目前主流的基于Java开发的Spring Boot框架(Spring Boot是由Pivotal团队提供的全新框架，其设计目的是用来简化新Spring应用的初始搭建以及开发过程)。通过TCP/IP协议与底盘工控机实现数据的交互和指令的收发，并通过MySQL数据库管理***将数据保存至本地数据库，最后通过Swagger-UI自动生成接口文档。Web前端框架采用目前主流的基于JavaScript开发的Vue.js框架，通过调用Web后端提供的接口，并利用CSS(Cascading Style Sheets，一种计算机语言)和Html(HyperText Markup Language，超文本标记语言)技术实现Web前端网页的开发。
APP通过调度预留的接口读取医疗运输AGV的状态信息，工作时主要维护两层状态机。第一层状态分为正常与故障两种：在正常状态下，机器人执行日常任务；在故障状态下，机器人停止工作，等待故障排除，故障排除后，故障码清零，并返回正常状态。第二层状态位于正常状态下，分为待机与任务两种。

Claims (10)

1.一种适用于医院场景的AGV调度***，其特征在于，包括设备终端***、组网通信模块、工作站调度中心模块以及软件交互模块；所述的设备终端***包括AGV医疗车的本体，以及其搭载的上装柜体装置，机器人端显示设备、指纹/刷卡识别模块、药品信息扫码录入模块、语音识别模块；所述的组网通信模块是为了让工作站调度中心模块、设备终端***以及软件交互模块相互稳定收发指令信息，及时做出响应，所述的工作站调度中心模块，负责整个***稳定高效地运行，调度中心模块获取到任务信息后根据功能不同智能地分配给相对应的医疗AGV机器人，AGV接收调度中心模块信息并且根据调度规划的路径到达指定科室，所述的软件交互模块是管理人员能够可视化监控AGV状态信息，并且进行地图扫描和编辑相关工作；医护人员根据可视化终端下达任务，实时关测医疗机器人状态信息，实现人机交互。
2.根据权利要求1所述的一种适用于医院场景的AGV调度***，其特征在于，所述医疗AGV机器人本体，包括深度相机、激光雷达装置、主控板、电机驱动器、电源以及主从动轮；医疗AGV机器人本体搭载的上装柜体装置，包括医护人员身份验证模块、语音识别***、二维码扫描模块、继电器模块、电控锁单元，上装的控制核心由安卓工控机和嵌入式单片机构成，安卓工控机作为上位机能够根据用户下达的相关指令，完成上装各设备状态的读取，更改以及报文的生成传送，整个用户指令下达的功能集成在一个APP里，存放于安卓机中；相应APP的界面则通过通触摸屏显示，下位机嵌入式单片机通过串口通信接收到来自工控机的报文，并通过读取相关命令，完成相应上装设备功能的实现。
3.根据权利要求1所述的一种适用于医院场景的AGV调度***，其特征在于，所述组网通信模块功能是将收集到的信号信息，上传到工作站调度中心模块，实施多机器人联动作业，其硬件包括：主/副路由器、工作站无线网卡以及医疗运输车本体端的WiFi收发模块；工作站和医疗运输AGV都会自动得到路由器分配的IP地址，进行IP锁定，保证设备端分配到的IP地址唯一不变，IP地址得到后，工作站就可以通过Ubuntu***下的SSH工具，进行数据传输以及丢包率的检测，其中SSH是一种安全通讯协议，主要用于给远程登录会话数据进行加密，保证数据传输的安全。
4.根据权利要求1所述的一种适用于医院场景的AGV调度***，其特征在于，工作站调度中心模块采用图论中最短路径算法A*算法来辅助AGV进行路径规划，A*算法的具体步骤如下所示：
1)初始化两个数据表，S1和S2，其中S1表示的是保存已生成而未访问的节点，S2保存的是已经访问过的节点；
2)将起点放入S1中，优先级设为0；
3)遍历S1，并判断是否为空，不是则选其优先级最高的节点n，否则停止；
4)判断n是否为终点，不是则加入S2中，是则从n自身开始逐步搜索父节点到起点并回到终点位置，算法到此结束；
5)遍历n节点附近所有节点，判断邻近m节点是否在S2中，若满足则转取别的节点，若不满足且节点m也不在S1中，那么则可以设置n为m的父节点，此时将节点m加入到S1中，重复步骤3。
5.根据权利要求1所述的一种适用于医院场景的AGV调度***，其特征在于，软件交互模块包括调度Web端操作界面、机器人端APP、客户端APP，其中Web端操作界面用于后台管理人员查看***任务分配情况；机器人端APP是放在机器人本体上，用于显示机器人的电量和状态信息，方便医护人员进行身份识别验证取放药物；客户端APP是用于科室内的安卓工控机，方便医生呼叫机器人前来执行相应任务。
6.一种适用于医院场景的AGV调度方法，其特征在于，包括设备终端***、组网通信模块、工作站调度中心模块以及软件交互模块；所述的设备终端***包括AGV医疗车的本体，以及其搭载的上装柜体装置，机器人端显示设备、指纹/刷卡识别模块、药品信息扫码录入模块、语音识别模块；所述的组网通信模块是为了让工作站调度中心模块、设备终端***以及软件交互模块相互稳定收发指令信息，及时做出响应，所述的工作站调度中心模块，负责整个***稳定高效地运行，调度中心模块获取到任务信息后根据功能不同智能地分配给相对应的医疗AGV机器人，AGV接收调度中心模块信息并且根据调度规划的路径到达指定科室，所述的软件交互模块是管理人员能够可视化监控AGV状态信息，并且进行地图扫描和编辑相关工作；医护人员根据可视化终端下达任务，实时关测医疗机器人状态信息，实现人机交互。
7.根据权利要求6所述的一种适用于医院场景的AGV调度方法，其特征在于，所述医疗AGV机器人本体，包括深度相机、激光雷达装置、主控板、电机驱动器、电源以及主从动轮；医疗AGV机器人本体搭载的上装柜体装置，包括医护人员身份验证模块、语音识别***、二维码扫描模块、继电器模块、电控锁单元，上装的控制核心由安卓工控机和嵌入式单片机构成，安卓工控机作为上位机能够根据用户下达的相关指令，完成上装各设备状态的读取，更改以及报文的生成传送，整个用户指令下达的功能集成在一个APP里，存放于安卓机中；相应APP的界面则通过通触摸屏显示，下位机嵌入式单片机通过串口通信接收到来自工控机的报文，并通过读取相关命令，完成相应上装设备功能的实现。
8.根据权利要求6所述的一种适用于医院场景的AGV调度方法，其特征在于，所述组网通信模块功能是将收集到的信号信息，上传到工作站调度中心模块，实施多机器人联动作业，其硬件包括：主/副路由器、工作站无线网卡以及医疗运输车本体端的WiFi收发模块；工作站和医疗运输AGV都会自动得到路由器分配的IP地址，进行IP锁定，保证设备端分配到的IP地址唯一不变，IP地址得到后，工作站就可以通过Ubuntu***下的SSH工具，进行数据传输以及丢包率的检测，其中SSH是一种安全通讯协议，主要用于给远程登录会话数据进行加密，保证数据传输的安全。
9.根据权利要求6所述的一种适用于医院场景的AGV调度方法，其特征在于，工作站调度中心模块采用图论中最短路径算法A*算法来辅助AGV进行路径规划，A*算法的具体步骤如下所示：
1)初始化两个数据表，S1和S2，其中S1表示的是保存已生成而未访问的节点，S2保存的是已经访问过的节点；
2)将起点放入S1中，优先级设为0；
3)遍历S1，并判断是否为空，不是则选其优先级最高的节点n，否则停止；
4)判断n是否为终点，不是则加入S2中，是则从n自身开始逐步搜索父节点到起点并回到终点位置，算法到此结束；
5)遍历n节点附近所有节点，判断邻近m节点是否在S2中，若满足则转取别的节点，若不满足且节点m也不在S1中，那么则可以设置n为m的父节点，此时将节点m加入到S1中，重复步骤3。
10.根据权利要求6所述的一种适用于医院场景的AGV调度方法，其特征在于，软件交互模块包括调度Web端操作界面、机器人端APP、客户端APP，其中Web端操作界面用于后台管理人员查看***任务分配情况；机器人端APP是放在机器人本体上，用于显示机器人的电量和状态信息，方便医护人员进行身份识别验证取放药物；客户端APP是用于科室内的安卓工控机，方便医生呼叫机器人前来执行相应任务。
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