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随着少子老龄化的发展，医院等医疗机构的工作人员和护士的工作日益繁忙。而且，由于医疗费用的削减等因素，医院需要进行合理化管理。在这些因素的影响下，越来越多的医疗机构希望尽可能地使简单作业实现自动化，以便让工作人员和护士专心从事自己的本职工作。 松下抓住这个商机，正在以医院为对象研发多种机器人。其中一款是医院用自动搬运机器人“HOSPI ”（图1）。HOSPI可代替工作人员和护士，自动搬运药品、血液样本、医疗器具以及文件等。
需要应对不断变化的环境 松下在开发这款机器人时提出的要求是，能够避开医院内熙熙攘攘的行人、轮椅和担架等，在没有行走路线指南的情况下顺利移动。原因是有些医院不便于设置轨道，需要沿着白线以及标记等行走。 要想实现这个要求，就需要开发出与原有工业机器人技术截然不同的技术。一旦处理的部件和周围环境发生变化，传统的工业机器人就无法运转了。原因是传统 工业机器人一直通过重启规定模式的工作程序来进行驱动。而“需要在医院内到处活动的机器人，其面临的环境不是一成不变的。这就需要一项能够让机器人自己思 考并移动的自动控制技术”（松下机器人业务推进中心商品开发总负责人北野幸彦）。 修正因打滑而出现的偏差 具体要求是①根据医院里的目的地，自动思考行走路线；②根据该路线，在医院内自动行走；③对吃饭用的悬臂桌、担架以及桌面板等医院特有的高处突出物进行检测；④在医院里避开熙熙攘攘的行人、轮椅和担架等；⑤搭乘电梯到达其他楼层。 实现上述要求的关键技术之一是②中自动行走所不可或缺的自我位置修正技术。HOSPI在左右两侧共配备了两个驱动轮，又在两个驱动轮的前后各配备了一 个辅助轮，共计四个。其原理是独立控制左右驱动轮，若左右以相同转数正转则机器人前进，若左右以相同转数相互逆向转动则机器人旋转，若改变左右驱动轮的转 数正转则机器人转弯。可以通过控制左右驱动轮的转数，使机器人自动地按照目标路线行走。 但是这项技术很难实现。驱动轮与地面之间会打滑，打滑程度因地面的材质和表面状态而异。因此，如果只向机器人提示驱动轮转数的话，必定会偏离目标路线。 因此，松下开发出了可对因打滑等而产生的与目标路线之间的偏差进行修正的算法（图2）。为了让HOSPI能够自己思考到达目的地的行走路线，松下在 HOSPI中配备了医院的地图信息（俯视平面图）。可以在考虑到单向通行和禁止通行等因素的前提下，自己寻找距离最短的路线。而且，还可以参考开始行走后 向驱动轮发出的转数历史记录，推测没有打滑等误差因素时在地图上的自我位置。把根据该推测位置推断出的机器人与墙壁之间的相对位置，以及机器人与墙壁之间 的实际相对位置进行比较，从而掌握偏差程度、修正自我位置。 测量与墙壁间距离时采用的是激光测距传感器。向某个平面内照射激光，根据反射光反射回来所需要的时间，测量与该平面内某个墙壁间的距离（图3）。可在0.5秒的周期内检测与墙壁之间的距离并进行修正，由此误差不会太大。
在目的地与障碍物之间设定子目标 医院自动搬运机器人顺利行走的另一项关键技术是④中避开障碍物所需要的绕行路线生成技术。 如上所述，医院里行人、轮椅和担架等来来往往，而且还有吃饭用悬臂桌、担架以及桌面板等高处突出物（障碍物）。如果无法成功避开这些障碍物，机器人实际上就无法在医院里自动行走。 HOSPI采用图3中的激光测距传感器对高处的突出物和障碍物进行检测，详细内容就不做介绍了。不过，由此得知的只不过是障碍物的位置和轮廓形状。要想成功避开障碍物，就需要能够生成绕行路线或一旦靠近障碍物就自动改变前进方向和速度的系统。 因此，松下开发出了旨在生成绕行路线的技术。按照顺序来介绍的话，HOSPI先将到达目的地的目标路线细分成了几个部分，并分别设置了目标点，然后据 此移动。通常是朝着最近的目标点，选择最短路线行走。不过，当这条路线上有行人或障碍物时，则会经过事先设计的新的子目标，而非瞄准最近的目标点。 首先考虑HOSPI的尺寸大小和可移动空间，再根据激光测距传感器检测到的障碍物位置和轮廓形状，在地图信息上划出不可侵犯区（注：行人或障碍物的所 在区域）。然后，调查将HOSPI位置与最近目标点连接起来的线段是否在不可侵犯区的范围内。如果是的话，则在中途设定子目标并修正路线，从而使分别连接 HOSPI和子目标，以及子目标和目标点的线段在不可侵犯区之外。此时，会在不可侵犯区的范围之外以最短路线设定子目标＊1。 ＊1：在人员来往较多的医院，还要求考虑到安全性。避开行人和障碍物就是旨在确保安全性的一 项技术，而且还考虑到了以下几点：“采用圆润的外形设计，以防止剐到衣服和点滴管等”，“降低重心，即使被成人推一下，机器人也不会摔倒”，“将行驶速度 限制在人行走的水平上，万一撞到人也不会使其受伤”。 电梯控制单元与通信 此外，⑤中通过电梯实现的升降功能，在减少大型医院的搬运目的地限制上很重要。HOSPI经由LAN与电梯控制单元相互通信，从而实现该功能＊2。 ＊2：该LAN中除了电梯控制单元外，还配备了可对HOSPI配备的摄像头所拍影像进行放映 的显示屏，将该影像进行录像的录像机，在地图上显示HOSPI当前位置的系统管理用个人电脑，告知工作人员HOSPI已经到达的HOSPI运转通知灯，控 制自动门开关的控制器，与各个HOSPI共享路线信息、从而在狭窄道路上与其他HOSPI错开通行的监控用个人电脑，以及通过各个HOSPI中配备的无线 LAN单元来访问LAN的装置。 例如，当HOSPI希望搭乘电梯时，就会经由LAN将这个想法与目的地楼层告知该单元。于是，为了避免人进入电梯，该单元就会将HOSPI想要搭乘的 电梯切换成HOSPI专用的运行模式，关上电梯照明，从而允许HOSPI搭乘电梯。然后，该单元会一直向HOSPI提供帮助，直至其走出电梯。另外，还需 要在该单元侧进行改进，以便能够设置成HOSPI专用的运行模式。 松下正在旗下的松下纪念医院等实际运用HOSPI进行验证实验。截至2011年9月，HOSPI已经顺利地进行了3000多次的药品搬运工作。 HOSPI操作不是由松下员工，而是由该医院的工作人员来实施。该公司正在以2012年度投产为目标积极致力于HOSPI的研发。将来，还打算配备可减轻 充电麻烦的非接触充电技术。 |
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