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新建医院如何整体规划自导航机器人物流系统?

筑医台资讯 | 为中国建设更好的医院 2020/08/29 17:47


摘要

本文主要对新建医院在选择了自导航机器人(以下简称机器人)物流系统情况下,如何整体规划、运输物资、建筑要求、收发站点、运输路径、机器人安全、机器人部署、机器人成本组成等方面进行分析,以期降低医院后勤运营成本,提高医院运营效率。

机器人概述

1

机器人研究起源至今50年,从一无所知到如今在物流仓储行业、工业制造领域的大量应用,产生出机器人底盘研发、调度软件研发、导航算法研发、导航传感器研发、技术整合二次研发等公司,导致出现应用产品技术参差不齐的现象。

2

机器人具有灵活高效,集机械、动力驱动、光电传感、导航算法、操作系统、业务系统、软件架构、计算机为一体的高集成度自动化设备,机器人通过无线网络数据通信,实现控制平台的统一调度和运行状态监控和告警,所行驶路径可根据不同的运输需求灵活改变路径。机器人具有部署灵活、现场安装周期短、快速投入、单机故障对业务影响小等。

3

机器人主要解决“我现在何处;我要往何处;我要如何快速到达该处”。

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机器人物流系统规划

以下技术指标仅供设计参考,具体以最新机器人行业技术发展要求为准。

01

物流物资量规划

1

机器人由机械装置(车体、车轮、移载装置、安全装置、转向装置)、动力装置(运行电机、转向电机、蓄电池及充电装置)、控制系统(信息传输及处理、驱动控制、转向控制、安全装置)等组成,机器人载重量在100-500kg范围,机器人可以实现院内输液袋、餐饮、被服、生活垃圾、器械包等批量、大件物资的回收。

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2

需运输物资量估算:

因物资包装规格不一、医院特色科室不同等,在此只做粗略估算仅做参考。

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1)

护理单元输液袋: 每袋250毫升,每床3-4袋,每日平均运输2次(上午、下午),机器人平均单次运输1-2个护理单元输液量。

2)

护理单元餐饮: 每份800毫升,机器人平均每日运输3次(早、中、晚),饭盒平均规格为23cm*20cm*5cm,如有医护人员工作餐派送,需调整估算系数,餐饮派送需根据情况选择带保温餐车。

3)

护理单元被服: 被服分为洁净被服和污被服,被服每套2.5-3.5公斤,按照住院床位50%估算,每天更换一次,机器人每日在非高峰期运输至护理单位储藏室。

4)

生活垃圾: 护理单元每天每床1公斤,医护人员每天1公斤,门诊人数每天每人0.35公斤,每天运输一次。

5)

手术器械包 (小手术包、大手术包、骨科包规格不同) 手术器械包分为洁净器械包和术后回收器械包,平均每个器械包30cm*30cm*50cm,单包重量5公斤,手术器械包每日每床3-4个包,按需运输。

02

机器人对建筑基本要求

1)

各站点区域隔离门、防火门需配置电动开关闭门器,闭门器动作信号与机器人联动,机器人应能通过遥测信号打开通道门。

2)

收发站点通道净宽度满足同一通道双向会车,单车道建议净宽在1米,双车道净宽建议在1.8-2米,出门净空间满足机器人载货后转弯半径。

3)

收发站点、途径路径不建议有大于5度的坡道地面及容易结露地面材质,避免车辆满载情况下出现溜车及打滑等安全问题。

4)

途径电梯应设置梯控装置,满足机器人遥测信号呼梯、开梯、关梯。

5)

电梯轿厢承重、净尺寸应满足机器人载货后进出要求,电梯门宽不小于1.2米。

6)

瓷砖地面或伸缩缝须安装平整,路径上的最大间隙控制在30mm内,最大落差在15mm内。

7)

机器人充电区、临时停靠港湾至少设置一个220V/2KW的五孔插座。

8)

机器人收发站点、充电区、临时停靠区、途径路径、电梯轿厢内应设置无缝漫游无线网络信号覆盖,接入点符合 802.11a/b/g/n 标准,机器人行走的路径需要接入同一个 SSID。

9)

机器人控制平台需接入稳定可靠的网络,并且通过 UPS 不间断电源为之供电,网络具备低延时、高带宽、高速率的特性。

10)

为提高机器人运输效率,如有条件优先设计机器人专用通道(与管线通道可合用,机器人净高通道净高不小于1.6米),其次与医护人员通道合用设置。

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03

机器人收发站点规划

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1)

输液: 静配中心设置输液派发站点,护理单元护士站就近设置接收站点。

2)

餐饮:食堂派餐区设置餐车派发区、餐车回收消毒区、餐车临时存放区,护理单元护士站就近设置餐饮接收站点。

3)

被服:医院洁净被服库设置被服派发站点,护理单元洁净储存室设置临时洁净被服储存站点,护理单元污物处置室设置临时污物被服储存站点,医院污物被服回收库设置统一回收站点。

4)

生活垃圾:护理单元、各科室诊区设置污物处置室,作为临时生活垃圾储存站点,医院生活垃圾房设置回收站点及箱体消毒区,也可在单元楼底层设置回收周转站点。

5)

器械包:消毒供应中心如选择机器人派送,在洁区设置洁净器械包派送站点,手术室准备区就近设置器械包接收站点。术后器械包在污区通道设置派发站点。

注:

物流运输通道应根据医疗工艺洁污通道进行规划,避免洁污交叉。

04

物流流程、路径规划

1

机器人任务流程

1)

派发站点管理员呼叫机器人,调度机器人配送。

2)

机器人收到调度指令后,到达配送站点,语音呼叫库管放置物资。

3)

库管听到机器人呼叫后,放置待配送物资等,选择需配送目的地,点击出发,或机器人自动载运已装备好的待配送被服、餐饮、生活垃圾周转箱体到系统预设的目标站点。

4)

机器人运送物资到达目标站点/病区护士站/库房/回收站,语音呼叫护士接收或自动卸载周转箱体自动执行下一个任务或自动就近充电桩充电。

5)

护士听到机器人呼叫拿取物资,点击出发。

6)

机器人结束任务,返回充电桩充电或继续执行下一次任务。

2

路径规划

1)

机器人的运行时间,即从任务工作开始到任务完成的时间,运行时间是判断路径规划算法的较重要因素。

2)

控制平台的响应时间,即路径规划控制器为机器人选择路径所花费的时间。路径选择要求越快越好,因此要求路径规划算法简单有效。

3)

控制器的灵敏性,即系统发生偶然或突发情况时,路径规划控制器要作出快速的处理方法,使近期的安全运行。

4)

路径规划分为全局路径规划(完全掌握作业环境的地图信息)和局部路径规划(行走过程中自动避开障碍物),环境信息包括路径信息、工作站点信息、充电站点信息、停靠站点信息、任务信息、确定车辆自身位置、目标位置及可行路径。

5)

路径规划应重点避开早高峰人流大的通道、电梯厅、挂号候诊区、患者通道、患者专用梯、门诊大厅等严重容易机器人行走的路径。

6)

食堂、被服库、生活垃圾房优先在地下层完成水平行驶,再通过医护梯、污梯,垂直行驶运输至各目标站点。

7)

如静配中心位于中间层,优先使用不同单元楼连廊的医护通道水平行驶,再通过医护梯、污梯,垂直行驶运输至各目标站点。

05

机器人安全规划

1

机器人安全问题是最规划最优先考虑的事项,因为机器人是在与人共享的建筑内运行的,机器人的运行需要保证人身的安全和避免设备间的碰撞等。目前与机器人相关的部分国际和国内安全标准以及行业标准参考如下(版本号以当年最新为准):

机械安全标准

ANSIB56.5 的《无人驾驶、自动导向工业车辆安全标准》以及载人工业车辆的自动化功能标准所确定。

EN1525 “的工业卡车的安全无人驾驶卡车及其系统所制定”。

EN ISO 12100 的“机械安全 设计通则 风险评估与风险减小”。

ISO 3691-4 的“工业车辆 安全要求和验证 第4部分:无人驾驶工业车辆及其系统”。

GB/T 20721 自动导引车 通用技术条件。

机器人电气标准

EN 1175-1 的“地面输送机械的安全性.电器要求.第1部分:电池蓄电驱动的地面输送机械的一般要求”

EN 60204-1 的“机械安全.机器电气设备.第1部分:一般要求”

EN 60950-1 的“信息技术设备 安全 第1部分:通用要求”EN 61851-21-1的“电动车辆传导充电系统”

2

机器人充电区应设置消防自动报警系统及宜设置自动灭火装置,并保证空气流通,设置视频监控系统。

3

机器人控制监控及告警平台可设置在消控中心或与其它物流系统监控机房合并设置。

06

机器人部署规划

1

机器人部署分为5个步骤,即参与规划、系统初步设计、专项深化设计、招标及安装调试、系统平台联调。

2

初步设计和深化设计根据医院自己设计计划可同时实施或分步实施。

序号

工程阶段

物流系统

01

前期规划

物流参与规划

02

设计实施

物流系统初步设计

03

招标阶段

物流系统专项深化设计

04

工程建设

物流系统招标、安装调试

05

运营管理

搭建物流管理平台联调

07

机器人成本组成

机器人系统的总成本取决于许多因数和机器人项目特点。以下几点是增加机器人系统总成本的主要因素:

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1

机器人类型和机器人数量

1)

机器人形式不同,它们的成本完全不同。底盘是采用自主开发还是外购二次开发,机器人还可以包括一些机器人定制化的功能,例如,机器人为不同业务场景专用还是通用底盘,外挂安装哪种电池和导航模式,通用型底盘可减少整体投入和灵活调度。

2)

当然,总成本也将取决于机器人的数量。机器人数量将取决于任务数,路线长度,所需的存取时间等。

2

机器人管理系统

1)

必须考虑机器人的调度管理平台,调度管理平台是二次开发还是完全自主开发,因为机器人的调度管理平台授权许可及功能强弱直接影响系统后期的扩容和调度能力。

3

机器人安装和调试费用

1)

这笔费用主要与安装、编程和调试所需的工作量有关,涉及人员和安装机器人系统所需的任务量。此成本是可变的,具体取决于系统的复杂度,例如“项目规模”。

4

其他机器人系统成本:机器人系统的外围设备

1)

可能需要一些外围设备来完善机器人系统,机器人充电站(电池更换或在线充电),机器人外围设备以与环境进行通信(操作员平板电脑,防火门与机器人通信模块、电动闭门器等,此部分也可由智能化单位配合实施)

5

机器人系统的额外费用还包括运输、项目管理、工厂验收测试、系统培训、项目文件等。

6

机器人系统维护成本

1)

维护成本约占机器人系统总成本的5-10%。

从项目一开始就要考虑与机器人系统维护相关的未来成本,这一点非常重要。维护成本可能改变对机器人供应商的选择。

结论

对于机器人物流系统进行了整体规划研究和分析,对在各环节规划时遇到的问题进行了综合阐述,希望能够为未来新建医院落地机器人物流系统,提供规划思路,提高机器人物流系统落地的可行性和降低物流系统投入成本,为医院高效运营和后勤精细化管理提供有力的技术保障。

由于作者水平有限,文中有些观点归纳和阐述难免有疏漏和不足,欢迎各位专家老师指正。

在此感谢我的同事、同行们,是他们与我共同学习,交流,分享,一起进步。

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