CN113777336A - 一种生物标本的自动化检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种生物标本的自动化检测系统及方法，包括任务下单，将装有样本的标本容器放置于标本存储设备中；管理系统接收下单任务以及标本存储设备和检测设备的设备状态信息，确认搬运样本任务；机器人搬运样本，先自主导航至起始设备处，通过机械臂系统将起始设备上的标本容器转移至自身的标本存放空间中，再自主导航至目标设备处，将机器人标本存放空间中的标本容器转移至目标设备中；重复上述过程直至样本完成所有检测任务，并被搬运至最终的标本存储设备。本发明可替代人工实现样本转移、上下料和检测设备联动控制，实现全流程自动化，使样本检测的上下环节可及时衔接，减少时间浪费，可高强度作业，提升系统整体效率。

Description

一种生物标本的自动化检测系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化设备及技术领域，尤其涉及一种生物标本的自动化检测系统及方法。

背景技术

生物样本如血液、体液、DNA、蛋白质等往往需要经过多道处理和检测工序，如稀释、冷冻、离心、标定、提纯、浓度检测、光学检测、成分检测等，现有的方式主要是依靠人工一一进行处理，需要人工将标本容器放入检测设备中，手动设置好检测参数后启动检测设备，检测完成后，人工取出样本盘再放入下一检测设备中进行处理，经过多个环节多台检测设备处理，最终完成标本检测。而在每个环节中均需记录标本盘的编码，进行关联追溯。这样设备处理或检测完成后，人员往往无法及时得到信息或难以及时在岗来及时进行处理，使得样品无法及时进入下一处理环节，影响样本的作业效率；而且人工记录，容易出错、丢失或错漏，影响样本的追溯。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可替代人工实现样本转移、上下料和检测设备联动控制，实现全流程自动化，上下环节可及时衔接的生物标本的自动化检测方法，以及实现该方法的系统。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种生物标本的自动化检测系统，包括检测设备、机器人、标本容器、标本存储设备和管理系统。

所述标本容器用于存放样本，其上设置有可被机器人识别的标识，该标识可作为各样本容器的唯一标示将各托盘区分开来。

所述检测设备用于样本的处理和性能检测，检测设备上设置有用于存放标本容器的若干存储位，各存储位预设有存储编号。

所述标本存储设备上也设置有用于存放标本容器的若干存储位，各存储位预设有存储编号，各存储位上还设置有用于检测有无标本容器的检测装置管理系统；。

所述机器人用于在各检测设备之间、检测设备与标本存储设备之间搬运标本容器，机器人上设置有移动底盘、标本存放空间和机械臂系统，所述移动底盘负责机器人的移动、避障和导航，其包括用于移动的移动模块和用于定位和避障的传感模块；所述标本存放空间用于暂时存放装有样本的标本容器，标本存放空间中设置有若干存放位，各存放位预设有存放编号。

所述机械臂系统包括摄像头、机械臂、机械抓手和机械臂控制器，所述摄像头用于数据采集以进行位置定位和目标识别，摄像头设置在机械臂上，机械臂带动摄像头移动至需要数据采集的位置进行拍摄采集数据，包括识别标本容器的便签或编号、识别检测设备和标本存储设备上的基准点(mark点)；所述机械抓手安装在机械臂上，机械抓手在机械臂的协作下进行标本容器的取放，所述机械臂控制器与所述摄像头、机械臂、机械抓手及移动底盘相连，接收数据和下发指令。

所述管理系统与检测设备、机器人、标本存储设备相连，用于调度管理、系统运行和数据库运行，对机器人、样本存储装置和检测设备进行统一管理，以及对样本进行追踪。

所述检测设备、机器人、标本存储设备和管理系统相互间通过各自的通信模块进行通信，或通过外设的通信设备进行通信。

管理系统进一步地，所述样本包括生物体液、血液、DNA、RNA和蛋白质，所述检测设备包括离心机、电解质分析仪、血气分析仪、生化分析仪、免疫层析定量分析仪、离子交换层析检测仪、液质联用分析仪、液体工作站、冷冻机、高速冷冻离心机和生化培养箱。

进一步地，所述机械抓手上设置有力反馈传感器，用于检测是否抓取到位。所述检测设备上设置有用于机器人识别的基准点(Mark点)，标本存储设备上也设置有用于机器人识别的基准点(Mark点)。

一种生物标本的自动化检测方法，采用上述生物标本的自动化检测系统，包括下列步骤：

S1、管理系统接收下单任务，装有待检测样本的标本容器被放置于标本存储设备中，标本存储设备检测标本容器的放置位置并上报给管理系统。

S2、管理系统根据下单任务信息以及标本存储设备和检测设备的设备状态信息，判断系统中是否存在搬运样本任务，如有，根据系统中机器人的任务状态分配合适的机器人执行搬运样本任务。

搬运样本任务为在起始设备与目标设备间转移标本容器，所述起始设备和目标设备均包括各检测设备和标本存储设备，搬运样本任务包括：将标本容器从初始存放的标本存储设备搬运至检测设备上，将标本容器从一台检测设备搬运至另一台检测设备上，将标本容器从检测设备搬运至最终的标本存储设备上。

机器人执行搬运样本任务的方法可为：机器人自主导航至起始设备处，通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将起始设备上的标本容器转移至自身的标本存放空间中；自主导航至目标设备处，再通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将机器人标本存放空间中的标本容器转移至目标设备中。

当样本被转移至检测设备中后，检测设备开启检测任务，检测设备完成检测后将其检测任务的完成情况上报给管理系统，以便管理系统分配机器人取出检测样本。标本存储设备上接收到新的样本后，将设备的运行状态、标本容器的放置情况上报给管理系统，以便管理系统分配机器人取出检测样本。

S3、重复S2步骤中的过程，直至样本完成下单任务中所有的检测任务，并被搬运至最终的标本存储设备管理系统。

进一步地，还包括样本追溯，其包括如下步骤：

机器人执行搬运样本任务后：

若目标设备为检测设备，当机器人将样本转移至检测设备上后，机器人与检测设备通信发送样本数量给检测设备并控制检测设备启动检测工作，同时将检测设备的工作状态、标本容器的编号和放置位置等信息上报给管理系统；

若目标设备为标本存储设备，当机器人将样本搬运至标本存储设备后，机器人将标本容器的编号和放置位置上报给管理系统，标本存储设备将设备的运行状态、标本容器的放置情况上报给管理系统，两者可以互相校对，如出现异常可以及时发现并告警；

管理系统根据机器人上报的标本容器的编号、标本容器在各检测设备和标本存储设备上的放置位置，将样本在各检测设备上的检测结果与初始标本容器进行关联，实现样本的可追溯性。进一步地，机器人执行搬运样本任务的方法包括如下步骤：

S2-1、机器人接收任务信息后，获取任务信息中起始设备的实时状态，如为繁忙状态，则暂不执行任务，并上报告警信息至管理系统；如为空闲状态，则根据获取的任务信息及机器人的当前位置，自主规划路径，并导航前往起始设备所处的目标点。

其中，所述任务信息包括起始设备和目标设备的编号和位置、标本容器在起始设备和目标设备上的放置位置。

系统在运行前，还应进行，还包括系统部署，包括：机器人通过激光雷达扫描系统工作的环境轮廓生成环境地图，环境地图中预设各检测设备和标本存储设备的位置坐标，并将位置坐标和设备类型、设备编号建立关联关系，预存到系统中。在此基础上，步骤S2-1中机器人的当前位置的获取方法为：机器人通过激光雷达扫描当前位置的周边环境，获得距离点云数据，将其与环境地图中的点云数据进行匹配，得到当前位置坐标。

S2-2、机器人到达起始设备所处的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别起始设备上的基准点，获取机械臂的准确位置，实现二次定位，机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至起始设备上的标本容器处；再通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器。

其中，所述抓取任务信息包括起始设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器的放置位置。

S2-3、机械抓手抓取标本容器后，将标本容器存放到机器人自身上标本存放空间上空闲的存放位中，机器人再将标本容器的编号和在标本存放空间上的存放状态上报给管理系统；然后机器人与目标设备通信，获取目标设备当前的工作状态，若目标设备为繁忙状态，则暂停执行任务，并上报告警信息至管理系统，管理系统可使其等待，待起始设备为空闲状态再执行任务；若目标设备为空闲状态，自主导航至目标设备所处的目标点。

若起始设备为标本存储设备，当标本存储设备正在上料或下料，则表示其为繁忙状态，否则为空闲状态；若起始设备为检测设备，当检测设备正在上下料或样本检测，则表示其为繁忙状态，否则为空闲状态。

S2-4、机器人到达目标设备所在的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别目标设备上的基准点，获取机械臂的准确位置，实现二次定位；机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至机器人标本存放空间中的标本容器处，并通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器，再将其放置于目标设备的存储位上(放置的方法和步骤同上，通过摄像头获取存储位的姿态信息，再调整机械臂和机械抓手的位姿)；机器人根据管理系统的指示继续执行其它任务或回到待机点待机。

其中，所述抓取任务信息包括目标设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器在机器人标本存放空间中的存放位置、标本容器在目标设备上的放置位置。

进一步地，步骤S2-2中所述标本容器的三维姿态包括托盘的中心点坐标、托盘的长宽尺寸、竖直方向的倾角和竖直方向的高度，所述机械臂和机械抓手的位姿包括机械抓手的宽度、机械臂末端的平面倾角、机械臂基准点的水平和纵向坐标(可为机械臂末端夹爪中心点的坐标)。

进一步地，步骤S2-3中将标本容器存放到机器人自身上的标本存放空间上空闲的存放位中，若有若干个空闲的存放位时，则按存放位的存放编号从小到大依次放置，并记录各存放位的存放情况，上报标本容器的存放编号至管理系统。

机器人判断空闲的存放位的方法为：

机器人预存空闲存放位的图像；机器人通过摄像头拍摄得到存放位的实时图像，再通过将实时图像与预存的空闲存放位的图像进行匹配，匹配方法采用dHash差异值哈希算法，得到64位hash值后，使用汉明距离量化两张图像的相似性，汉明距离大于设定值，判定为空闲存放位；汉明距离小于设定值，判定为非空闲存放位。

进一步地，步骤S1中下单任务信息包括样本的信息、初始标本存储设备的编号、样本初始托盘在标本存储设备中的存储位置、需要进行的检测项目或检测设备、最终的标本存储设备和任务的执行时间要求。

进一步地，机器人执行搬运样本任务时，还包括标本存储设备或检测设备的设备门的开启和关闭，若设备门为需要手工开启的设备门，则由机器人的机械抓手在机械臂和摄像头的协作下完成自动门的开启和关闭；若设备门为自动门，则机器人与标本存储设备或检测设备通信，由标本存储设备或检测设备控制打开或关闭设备门。

本发明通过机器人实现自主定位和导航，在各设备间进行行走，利用机器人上的机械臂系统，结合视觉摄像技术实现样本的识别、抓取和放置，替代人工实现样本转移、上下料和检测设备联动控制，实现全流程自动化，使样本检测的上下环节可及时衔接，减少时间浪费，可高强度作业，总体效率提升；通过管理系统，实现对各标本存储设备和检测设备工作状态的跟踪，并根据设备状态的跟踪情况及时分配系统中合适的机器人执行搬运任务，实现对系统内机器人调度统筹的最大化，提高系统的工作效率；通过机器人在各任务阶段及时上报标本容器和存放位置，管理系统实现对样本检测数据的关联记录，替代手工记录的追踪方式，由管理系统对数据进行统一记录管理，提升准确率，便于追溯；机器人上设置样本存放空间，搬运样本时可作暂存样本之用，保证样本转移中的安全性，同时也使机器人可同时执行多个任务，工作效率提升。

附图说明

图1为本发明自动化检测系统的框架图。

图2为本发明自动化检测方法的工作框架图。

图3为本发明自动化检测方法中机器人搬运样本任务的工作框架图。

具体实施方式

一种生物标本的自动化检测系统，可如图1所示，包括若干检测设备、若干机器人、若干标本容器、若干标本存储设备和管理系统。

所述标本容器用于存放样本，标本容器上设置有可被机器人识别的标签或编号，方便区分和追溯。一般标本容器上设置有多个样本存放位，每个样本存放位预先设置有位置编号，当样本放置在样本存放位上时，各样本信息与样本存放位的位置编号关联，方便样本追溯。样本在存储和检测过程中在不同标本容器间进行转移，各标本容器上样本存放位的转移映射关系由系统预设设定，记录各标本容器之间的关联关系，再根据各标本容器上样本存放位间的转移映射关系即可实现对样本的追溯。标本容器可有不同种类，不同种类的标本容器可用于存放不同种类的样本。本发明所述的样本可为生物体液、血液、DNA、RNA、蛋白质等。

所述检测设备用于样本的处理和性能检测等，本发明中的检测设备包含的范围较广，可对样本进行处理和检测的设备均包括在本发明的保护范围内，如包括对样本处理的设备，如冷冻冷藏设备、加热设备、离心设备、微生物培养设备等，也包括样本性能检测的设备，如样本浓度检测、成分含量分析的设备等，例如电解质分析仪、生化分析仪、免疫层析定量分析仪、离子交换层析检测仪、液质联用分析仪、荧光光谱仪、原子吸收光谱仪等，同种检测项目可能可用不同的设备来实现，可根据具体情况选择合适的检测设备，对检测设备的选择可根据样本的类别及检测需求在任务中进行设定，也可设定具体的检测项目由管理系统分配合适的检测设备。本发明中，检测设备上设置有设备门，设备门可根据指令自动打开，或由机器人打开。

检测设备上设置有用于存放标本容器的若干存储位，各存储位预设有存储编号。样本放置在标本容器内进入检测设备内，有的检测设备是整体进样，整个标本容器进入，再整体输出，样本无需更换标本容器，而有的检测设备的样本是依次进样，样本在检测设备一一经过检测后需要用另一托盘输出，故需要识别托盘的标签或编号，并记录托盘的存放位置(即存储编号)，将检测设备的检测结果与输入输出的托盘进行关联。

各检测设备上可设置用于机器人识别的基准点，机器人通过识别基准点进行定位，便于机器人与检测设备之间的对接。

所述标本存储设备上也设置有用于存放标本容器的若干存储位，可存放各种类型的托盘，各存储位预设有存储编号，各存储位上还设置有用于检测有无标本容器的检测装置，所述检测装置与管理系统相连以上报各存储位的存储状态。标本存储设备上也可设置用于机器人识别的基准点，机器人通过识别基准点进行定位，便于机器人与标本存储设备之间的对接。标本存储设备可为冷藏柜、超低温生物样本保存箱等。

所述机器人用于在各检测设备之间、检测设备与标本存储设备之间搬运标本容器，机器人上设置有移动底盘、标本存放空间和机械臂系统。

所述移动底盘负责机器人的移动、避障和导航，其包括用于移动的移动模块和用于定位和避障的传感模块，移动模块主要指机器人的机械移动组件，包括动力元件、滚轮、换向机构等，传感模块可包括激光雷达、视觉摄像头等，可扫描环境地图，探测障碍物，协助进行行走和避障。

所述标本存放空间用于搬运样本过程中暂时存放装有样本的标本容器，当标本容器由一台设备转移至另一台设备时，转移过程中，机器人可暂时将标本容器存放在其自身上，再行走至目标设备时再将标本容器转移到目标设备上，避免在行走过程中单依靠机械手抓取或吸取标本容器而导致的不稳定性，如当机器人需要乘坐电梯跨楼层转移样本时机器人过坎会产生颠簸，移动途中会遭遇其它机器人、行人及移动障碍物等，样本可暂时存放使得机器人可同时执行多个任务，如可同时执行两个样本搬运任务，从两个位置依次移取两个样本并暂存后，再移动至相同或不同的目标位置放下样本。标本存放空间中设置有若干存放位，每个存放位对应预设一个存放编号。多个存放位对应可放置多个样本，故机器人可一次任务移取多个样本，或进行多次移取样本任务。标本存放空间可设置在机器人的顶端，方便存放，若干存放位在顶端平台上并行排列，也可设置在机器人的中部，若干存放位上下排列。

所述机械臂系统包括摄像头、机械臂、机械抓手和机械臂控制器。所述摄像头用于数据采集以进行定位和目标识别，摄像头可设置在机械臂上，机械臂带动摄像头移动至需要数据采集的位置进行拍摄采集数据，本发明中主要用于识别标本容器的便签或编号，识别检测设备和标本存储设备上的基准点来进行定位对接。所述机械抓手安装在机械臂上，机械抓手在机械臂的协作下进行标本容器的取放。所述机械抓手上还可设置有力反馈传感器，用于检测是否抓取到位。所述机械臂控制器与所述摄像头、机械臂、机械抓手及移动底盘相连，接收数据和下发指令，包括接收移动底盘的指令及下发指令给摄像头、机械臂和机械抓手以控制这些部件的动作，以及接收并处理摄像头、机械臂和机械抓手传输的数据，如接收摄像头的数据来识别标识、检测设备以及进行定位等，并将识别的结果传输给移动底盘，机械臂控制器规划机械臂和机械抓手的动作，机械臂和机械抓手根据指令完成抓取动作，等等。

所述管理系统与机器人、样本存储装置和检测设备连接，用于调度管理、系统运行和数据库运行，对机器人、样本存储装置、检测设备进行统一管理，以及对样本进行追踪。

所述检测设备、机器人、标本存储设备和管理系统相互间通过各自的通信模块进行通信，或通过外设的通信设备进行通信，管理系统式可采用多种无线通信方式(WIFI、以太网、4G通信、433MHz通信等)。

一种生物标本的自动化检测方法，采用上述生物标本的自动化检测系统，主要包括下列步骤：将样本放置在标本存储设备中；下单；机器人将样本由标本存储设备转移至第一检测设备上进行检测；机器人将样本由第一检测设备转移至第二检测设备上进行检测；……机器人将样本由第N-1检测设备转移至第N检测设备上进行检测；机器人将样本由第N检测设备转移至标本存储设备上。其中，机器人每次执行样本搬运转移任务均由管理系统根据任务情况、机器人的空闲状态来进行调度分配合适的机器人，机器人每次执行任务均向管理系统上报装有样本的标本容器的编号、标本容器的存放位置等信息，标本存储设备放置好样本后、检测设备完成检测后均向管理系统上报设备的运行状态等信息。机器人每次执行搬运样本任务时，均预先确认设备的空闲状态，转移样本时先将样本由设备中取出，放置于自身的样本存放空间中，再行走至目标设备处转移样本。

如图2所示，具体包括下列步骤：

S1、任务下单，管理系统接收下单任务，人工将装有待检测样本的标本容器放置于标本存储设备中，标本存储设备检测标本容器的放置位置并上报给管理系统。下单可由人工在系统中下单，系统可配置相应的应用程序，供人工下单，下单任务信息中一般包括样本的信息、初始标本存储设备的编号、样本初始托盘在标本存储设备中的存储位置(对应存储编号)、需要进行的检测项目或检测设备(可根据实际情况选择具体的检测项目或检测设备)、最终的标本存储设备、任务的执行时间要求等。

S2、管理系统接收下单任务以及标本存储设备和检测设备的设备状态信息，根据接收到的信息判断系统中是否存在搬运样本任务，如有，根据系统中机器人的任务状态分配合适的机器人执行搬运样本任务。搬运样本任务为在起始设备与目标设备间转移标本容器，所述起始设备和目标设备均包括各检测设备和标本存储设备，本发明中，搬运样本任务主要包括：将标本容器从初始存放的标本存储设备搬运至检测设备上，将标本容器从一台检测设备(完成检测)搬运至另一台检测设备(等待检测)上，将标本容器从检测设备搬运至最终的标本存储设备上。

本实施例中，机器人完成搬运样本任务后：

若目标设备为检测设备，当机器人将样本转移至检测设备上后，机器人与检测设备通信发送样本数量给检测设备并控制检测设备启动检测工作，同时将检测设备的工作状态、标本容器的编号和放置位置等信息上报给管理系统；检测设备开启检测工作，完成检测任务后将其检测任务的完成情况、标本容器的放置位置等信息上报给管理系统，以便管理系统分配机器人取出检测样本(转移至另一台检测设备或标本存储设备)。

若目标设备为标本存储设备，当机器人将样本搬运至标本存储设备后，机器人将标本容器的编号和放置位置上报给管理系统，以便管理系统分配机器人取出检测样本(转移至检测设备)。

管理系统接收下单信息后，根据下单信息记录样本依次需要经过的标本存储设备和检测设备，任务执行过程中，当接收到相应标本存储设备和检测设备上报的状态即可安排相应的搬运样本任务，如当样本初始存放的标本存储设备检测到样本放置妥当后，上报给管理系统，管理系统分配合适的机器人执行任务，将样本由初始的标本存储设备搬运至第一台检测设备；当某一台检测设备上完成检测任务后，该检测设备将设备状态上报给管理系统，管理系统分配合适的机器人，将样本由该检测设备搬运至下一台检测设备；当最后一台检测设备上完成检测任务后，最后一台检测设备将设备状态上报给管理系统，管理系统分配合适的机器人，将样本由最后一台检测设备搬运至最终的标本存储设备。如此，将下单的任务拆分成一个个检测设备的检测任务和机器人的搬运样本任务，各任务由管理系统调度和跟踪，最终保证整个下单的任务可依次自动完成，也可对机器人实现统筹调度，提高系统自动化检测的效率。

合适的机器人的分配主要考虑机器人的空闲状态、执行任务的情况、机器人与初始设备和目标设备之间的距离等因素，一般选择空闲的机器人执行任务，当空闲的机器人有多台时，选择距离最近的机器人；当没有空闲的机器人时，根据各机器人的任务状态分配，如可分配即将执行完任务的机器人，也可分配在起始设备和目标设备附近的机器人顺路执行，如机器人正在执行由设备A搬运样本到设备B的任务，现有由设备C搬运样本到设备B的任务，可分配该机器人在从设备A取出样本后，再至设备C处取样本，然后再将样本一起移取到设备B上。

S3、重复S2步骤中的过程，直至样本完成下单任务中所有的检测任务，并被搬运至最终的标本存储设备。管理系统根据机器人上报的标本容器的编号、标本容器在各检测设备和标本存储设备上的放置位置(对应存储编号)，将样本在各检测设备上的检测结果与初始标本容器进行关联，再根据各样本与在标本容器上位置编号之间的对应关系，即可实现样本的可追溯性。

机器人执行搬运样本任务的方法为：机器人自主导航至起始设备处，通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将起始设备上的标本容器转移至自身的标本存放空间中；自主导航至目标设备处，再通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将机器人标本存放空间中的标本容器转移至目标设备中。

如图3所示，具体可为：

S2-1、机器人接收任务信息，任务信息包括起始设备和目标设备的编号、位置，标本容器在起始设备和目标设备上的放置位置等，通过与任务信息中的起始设备通信，获取起始设备的实时状态，如为繁忙状态，则暂不执行任务，并上报告警信息至管理系统，管理系统可使其等待，待起始设备为空闲状态再执行任务；如为空闲状态，则根据获取的任务信息及机器人的当前位置，自主规划路径，并导航前往起始设备所处的目标点。若起始设备为标本存储设备，当标本存储设备正在上料或下料，则表示其为繁忙状态，否则为空闲状态；若起始设备为检测设备，当检测设备正在上下料或样本检测，则表示其为繁忙状态，否则为空闲状态。

在系统执行样本检测和搬运任务之前，还需要进行系统部署，包括环境地图的部署、各设备的位置设定、各设备中存储位置的存储编号的预设、标本容器中各样本存放位的位置编号的预设等。具体可包括：机器人通过激光雷达扫描系统工作的环境轮廓生成环境地图，在地图中标定各检测设备和标本存储设备的坐标位置，并将位置坐标和设备类型、设备编号建立关联关系，预存到系统中。

机器人执行任务时需要进行定位，步骤S2-1中机器人的当前位置的获取方法可具体为：机器人通过激光雷达扫描当前位置的周边环境，获得距离点云数据，将其与环境地图中的点云数据进行匹配，得到当前位置坐标。具体可描述为：激光雷达扫描得到一组角度-距离关联数据，即角度X-距离Y，角度X1-距离Y1……角度Xn-距离Yn。机器人第一次扫描建立地图时，可得到地图中每个坐标点的对应的360°环境轮廓距离数组，通过将实时扫描的角度-距离数组与建立地图时的各坐标点的角度-距离数组进行一一比对，匹配比例值大于设定值时，判定机器人当前位于地图对比坐标点的位置。

S2-2、机器人通过激光雷达、视觉摄像等手段进行行走和避障，当机器人到达起始设备所在的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别起始设备上的基准点，获取机械臂的准确位置(相对于起始设备的坐标关系)，实现二次定位，机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至起始设备上的标本容器处；再通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器。

其中，所述抓取任务信息包括起始设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器的放置位置等。

所述标本容器的三维姿态包括托盘的中心点坐标、托盘的长宽尺寸、竖直方向的倾角和竖直方向的高度，所述机械臂和机械抓手的位姿包括机械抓手的宽度、机械臂末端的平面倾角、机械臂基准点的水平和纵向坐标。

标本存储设备和检测设备一般均设置有设备门，设备类型不同其设备门的开启方式不同，有些是机械式，需要手工打开，有些是自动门，可以控制设备自动开启，对于需要手工开启的设备门，可由机器人的机械手在机械臂和摄像头的协作下完成自动门的开启和关闭，具体可为通过摄像头获取设备门把手的具体姿态，根据其具体姿态规划机械臂和机械抓手的位姿，机器人还需预存各设备门的开启方法，不同的设备门对应不同的开启方向和角度，也对应机械臂和机械抓手不同的动作轨迹；对于自动门，机器人与设备进行通信，设备自身控制打开或关闭设备门。

S2-3、机械抓手抓取标本容器后，将标本容器存放到机器人自身上标本存放空间上空闲的存放位中，机器人再将标本容器的编号和在标本存放空间上的存放状态上报给管理系统；然后机器人与目标设备通信，获取目标设备当前的工作状态，若目标设备为繁忙状态，则暂停执行任务，并上报告警信息至管理系统，管理系统可使其等待，待目标设备为空闲状态再执行任务；若目标设备为空闲状态，自主导航至目标设备所处的目标点。同上，机器人依靠其上的摄像头来对机械臂定位，并规划和修正机械臂的动作轨迹，并控制机械臂和机械抓手的动作来放置标本容器。

当机械抓手将标本容器存放到机器人自身上的标本存放空间上空闲的存放位中时，若机器人的标本存放空间上有若干个空闲的存放位时，则按存放位的存放编号从小到大依次放置，并记录各存放位的存放情况，上报标本容器的存放编号至管理系统。

机器人判断空闲的存放位的方法为：

机器人中预存空闲存放位的图像；机器人通过摄像头拍摄得到存放位的实时图像，再通过将实时图像与预存的空闲存放位的图像进行匹配，匹配方法采用dHash差异值哈希算法，得到64位hash值后，使用汉明距离量化两张图像的相似性，汉明距离大于设定值，判定为空闲存放位；汉明距离小于设定值，判定为非空闲存放位。

S2-4、机器人到达目标设备所在的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别目标设备上的基准点，获取机械臂的准确位置(相对于目标设备的坐标关系)，实现二次定位；机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至机器人标本存放空间中的标本容器处，并通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器，再将其放置于目标设备的存储位上，标本容器的放置同样通过摄像头获取存储位的位姿信息，根据位姿信息调整机械臂和机械手的位姿直至样本容器被放置在存储位上；然后，机器人根据管理系统的指示继续执行其它任务或回到待机点待机。机械抓手根据其上的力反馈传感器检测标本容器的抓放情况。

其中，所述抓取任务信息包括目标设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器在机器人标本存放空间中的存放位置、标本容器在目标设备上的放置位置等。

样本完成所有的检测任务，最后来到标本存储设备上后，管理系统根据机器人各个阶段上传的标本容器编号、放置位置，将其与初始标本容器进行关联，实现检测结果与初始标本容器的关系映射。可得到如表1所示的追踪记录表，并由表1得到映射关系，实现样本追溯。

表1样本追踪记录表

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种生物标本的自动化检测系统，其特征在于，包括检测设备、机器人、标本容器、标本存储设备和管理系统；

所述标本容器用于存放样本，其上设置有可被机器人识别的标识；

所述检测设备用于样本的处理和性能检测，检测设备上设置有用于存放标本容器的若干存储位，各存储位预设有存储编号；

所述标本存储设备上也设置有用于存放标本容器的若干存储位，各存储位预设有存储编号，各存储位上还设置有用于检测有无标本容器的检测装置；

所述机器人包括移动底盘、标本存放空间和机械臂系统，所述移动底盘包括用于移动的移动模块和用于定位和避障的传感模块；所述标本存放空间用于暂时存放装有样本的标本容器，标本存放空间中设置有若干存放位，各存放位预设有存放编号；

所述机械臂系统包括摄像头、机械臂、机械抓手和机械臂控制器，所述摄像头用于数据采集以进行位置定位和目标识别，摄像头设置在机械臂上，所述机械抓手安装在机械臂上，机械抓手在机械臂的协作下进行标本容器的取放，所述机械臂控制器与所述摄像头、机械臂、机械抓手及移动底盘相连，接收数据和下发指令；

所述管理系统与检测设备、机器人、标本存储设备相连，对机器人、样本存储装置和检测设备进行统一管理，以及对样本进行追踪；

所述检测设备、机器人、标本存储设备和管理系统相互间进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种生物标本的自动化检测系统，其特征在于，所述样本包括生物体液、血液、DNA、RNA和蛋白质，所述检测设备包括离心机、电解质分析仪、血气分析仪、生化分析仪、免疫层析定量分析仪、离子交换层析检测仪、液质联用分析仪、液体工作站、冷冻机、高速冷冻离心机和生化培养箱。

3.根据权利要求1所述的一种生物标本的自动化检测系统，其特征在于，所述机械抓手上设置有力反馈传感器，用于检测是否抓取到位；所述检测设备上设置有用于机器人识别的基准点，标本存储设备上也设置有用于机器人识别的基准点。

4.一种生物标本的自动化检测方法，采用如权利要求1至3任一项所述的生物标本的自动化检测系统，其特征在于，包括下列步骤：

S1、管理系统接收下单任务，装有待检测样本的标本容器被放置于标本存储设备中，标本存储设备检测标本容器的放置位置并上报给管理系统；

S2、管理系统根据下单任务信息以及标本存储设备和检测设备的设备状态信息，判断系统中是否存在搬运样本任务，如有，则分配合适的机器人执行搬运样本任务；搬运样本任务为在起始设备与目标设备间转移标本容器，所述起始设备和目标设备为检测设备或标本存储设备；

机器人执行搬运样本任务的方法为：机器人自主导航至起始设备处，通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将起始设备上的标本容器转移至自身的标本存放空间中；自主导航至目标设备处，再通过其上的机械臂、机械抓手与摄像头的协作将机器人标本存放空间中的标本容器转移至目标设备中；

当样本被转移至检测设备中后，检测设备开启检测任务，检测设备完成检测后将其检测任务的完成情况上报给管理系统，标本存储设备上接收到新的样本后，将设备的运行状态、标本容器的放置情况上报给管理系统；

S3、重复S2步骤中的过程，直至样本完成下单任务中所有的检测任务，并被搬运至最终的标本存储设备。

5.根据权利要求4所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，机器人执行搬运样本任务的方法包括如下步骤：

S2-1、机器人接收任务信息后，获取任务信息中起始设备的实时状态，如为繁忙状态，则暂不执行任务，并上报告警信息至管理系统；如为空闲状态，则根据获取的任务信息及机器人的当前位置，自主规划路径，并导航前往起始设备所处的目标点；

其中，所述任务信息包括起始设备和目标设备的编号和位置、标本容器在起始设备和目标设备上的放置位置；

S2-2、机器人到达起始设备所处的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别起始设备上的基准点，获取机械臂的准确位置，实现二次定位，机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至起始设备上的标本容器处；再通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器；

其中，所述抓取任务信息包括起始设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器的放置位置；

S2-3、机械抓手抓取标本容器后，将标本容器存放到机器人自身的标本存放空间上空闲的存放位中，机器人再将标本容器的编号和在标本存放空间上的存放状态上报给管理系统；然后机器人与目标设备通信，获取目标设备当前的工作状态，若目标设备为繁忙状态，则暂停执行任务，并上报告警信息至管理系统；若目标设备为空闲状态，自主导航至目标设备所处的目标点；

S2-4、机器人到达目标设备所在的目标点后，机械臂根据接收到的抓取任务信息规划其动作轨迹，再通过其上的摄像头识别目标设备上的基准点，获取机械臂的准确位置，实现二次定位；机械臂根据其准确位置调整其动作轨迹后移动，带动机械抓手移动至机器人标本存放空间中的标本容器处，并通过摄像头获取标本容器的编号和三维姿态，根据标本容器的三维姿态调整机械臂和机械抓手的位姿直至机械抓手收缩抓取标本容器，再在摄像头的协助下将其放置于目标设备的存储位上；机器人根据管理系统的指示继续执行其它任务或回到待机点待机；

其中，所述抓取任务信息包括目标设备的编号、设备类型、标本容器的数量、标本容器在机器人标本存放空间中的存放位置、标本容器在目标设备上的放置位置。

6.根据权利要求5所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，步骤S2-2中所述标本容器的三维姿态包括托盘的中心点坐标、托盘的长宽尺寸、竖直方向的倾角和竖直方向的高度，所述机械臂和机械抓手的位姿包括机械抓手的宽度、机械臂末端的平面倾角、机械臂基准点的水平和纵向坐标。

7.根据权利要求5所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，步骤S2-3中将标本容器存放到机器人自身上的标本存放空间上空闲的存放位中，若有若干个空闲的存放位时，则按存放位的存放编号从小到大依次放置，并记录各存放位的存放情况，上报标本容器的存放编号至管理系统；

机器人判断空闲的存放位的方法为：

机器人预存空闲存放位的图像；机器人通过摄像头拍摄得到存放位的实时图像，再通过将实时图像与预存的空闲存放位的图像进行匹配，匹配方法采用dHash差异值哈希算法，得到64位hash值后，使用汉明距离量化两张图像的相似性，汉明距离大于设定值，判定为空闲存放位；汉明距离小于设定值，判定为非空闲存放位。

8.根据权利要求4所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，还包括样本追溯，其包括如下步骤：

机器人执行搬运样本任务后：

若目标设备为检测设备，当机器人将样本转移至检测设备上后，机器人与检测设备通信发送样本数量给检测设备并控制检测设备启动检测工作，同时将检测设备的工作状态、标本容器的编号和放置位置信息上报给管理系统；

若目标设备为标本存储设备，当机器人将样本搬运至标本存储设备后，机器人将标本容器的编号和放置位置上报给管理系统，标本存储设备将设备的运行状态、标本容器的放置情况上报给管理系统；

管理系统根据机器人上报的标本容器的编号、标本容器在各检测设备和标本存储设备上的放置位置，将样本在各检测设备上的检测结果与初始标本容器进行关联，实现样本的可追溯性。

9.根据权利要求4所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，步骤S1中下单任务信息包括样本的信息、初始标本存储设备的编号、样本初始托盘在标本存储设备中的存储位置、需要进行的检测项目或检测设备、最终的标本存储设备和任务的执行时间要求。

10.根据权利要求4所述的一种生物标本的自动化检测方法，其特征在于，机器人执行搬运样本任务时，还包括标本存储设备或检测设备的设备门的开启和关闭，若设备门为需要手工开启的设备门，则由机器人的机械抓手在机械臂和摄像头的协作下完成自动门的开启和关闭；若设备门为自动门，则机器人与标本存储设备或检测设备通信，由标本存储设备或检测设备控制打开或关闭设备门。

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