一種全自動(dòng)智能消毒機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)

董德武 魏欣

摘 要：在當(dāng)前疫情下，為盡量減少人員感染傳播風(fēng)險(xiǎn)，且病毒和細(xì)菌都在無時(shí)不刻的進(jìn)行繁殖，人們無法做到長時(shí)間進(jìn)行工作，利用這一點(diǎn)，消毒機(jī)器人可以被創(chuàng)作且推廣，消毒機(jī)器人的工作效率比人們的工作效率高得多，其可以幫助人類進(jìn)行遠(yuǎn)程半自動(dòng)化消毒，大大提高了安全性，并且具有降噪功能，不論是日常生活還是許許多多的對(duì)人類健康有威脅的消殺工作都有很大的潛力。

關(guān)鍵詞：智能連接; 超長續(xù)航 ;消音降噪

1 引言

今年突發(fā)的新冠疫情傳播傳染性極大，短時(shí)間內(nèi)數(shù)以千萬的人感染病毒，疫情出現(xiàn)急，需要在短時(shí)間內(nèi)提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果;責(zé)任重，事關(guān)人們的生命和社會(huì)的安全，必須有效預(yù)防、及時(shí)控制和消除 突發(fā)公共衛(wèi)生事件的危害，保障公眾身體健康與生命安全，維護(hù)正常的社會(huì)秩序;難度大。研發(fā)消毒機(jī)器人在高風(fēng)險(xiǎn)的地方進(jìn)行作業(yè)，通過機(jī)器人內(nèi)部的霧化裝置使消毒液霧化，通過機(jī)器人的氣動(dòng)裝置讓霧化的消毒液快速的在室內(nèi)擴(kuò)散，增加擴(kuò)散的廣泛性和均勻性，能有效、無死角地殺滅空 間中的病原微生物，可以大幅度的減少感染的風(fēng)險(xiǎn)。

2設(shè)計(jì)概述

2.1總體結(jié)構(gòu)

消毒機(jī)器人包括藥品監(jiān)測(cè)，人體監(jiān)測(cè)，判斷消毒成果等感知模塊。為了克服在作業(yè)通道狹窄等環(huán)境內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)空間有限的問題以及進(jìn)一步提高消毒機(jī)器人運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性，我們采用麥克納姆輪，采用全向驅(qū)動(dòng)技術(shù)，加之麥克納姆輪的獨(dú)特運(yùn)行方式，全向智能移動(dòng)平臺(tái)能夠在任意方向上實(shí)現(xiàn)平移和原地旋轉(zhuǎn)。借助這一強(qiáng)大的機(jī)動(dòng)性，機(jī)器人可以在狹小的空間內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行快速定位。機(jī)器人具體的行走方式為直行、斜行、橫行、S形行進(jìn)、零半徑任意角度旋轉(zhuǎn)等。機(jī)器人頭部配合機(jī)身運(yùn)動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)全方位無死角噴灑消毒藥品，提高消毒效率。

智能感知模塊。為了減輕人工的負(fù)擔(dān)、保證操作人員的安全，我們?yōu)榇藱C(jī)器人嵌入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)，配備了智能模塊，其中包括自感知模塊、視覺雷達(dá)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化，機(jī)器人通過雷達(dá)導(dǎo)航定位，自主移動(dòng)到目的地。機(jī)器人還可以通過視覺和自感知模塊對(duì)消毒場(chǎng)所進(jìn)行自動(dòng)場(chǎng)景識(shí)別，根據(jù)場(chǎng)景的不同（醫(yī)院、學(xué)校、酒店、道路等不同場(chǎng)所）選擇不同的消毒水平與消毒方式。

續(xù)航與降噪處理

智能消毒機(jī)器人的大功率、高負(fù)載滿足了絕大多數(shù)場(chǎng)景的需求，超長續(xù)航、快速充電，小巧便捷，額定負(fù)載下續(xù)航24小時(shí)充電只需1小時(shí)，它的科技化、智能化也可實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路徑、多點(diǎn)位、跨樓層巡游消殺、自主避障、自主回充。為了減少對(duì)人類正常生活的影響，還采用精心降噪設(shè)計(jì)，通過全新電機(jī)、優(yōu)化齒輪設(shè)計(jì)、優(yōu)化電機(jī)振動(dòng)、自主降噪裝備等降噪優(yōu)化，讓消毒機(jī)器人機(jī)器人在在保證正常工作同時(shí)，聲音功率大大降低 。

2.2運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在消毒機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)上通過麥克納姆輪采用全向驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)消毒機(jī)器人能夠在任何平臺(tái)和任意方向上實(shí)現(xiàn)平移和原地旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可以全方面移動(dòng)，外形酷炫，可以使在原地旋轉(zhuǎn)時(shí)大幅度的減少摩擦力;缺點(diǎn)就可能會(huì)發(fā)生側(cè)滑，制作起來復(fù)雜價(jià)格貴。消毒機(jī)器人通過在底盤加裝紅外傳感器、超聲波傳感器等。通過傳感器收集消毒機(jī)器人的位置信息，將其傳輸給信息處理器處理后，改變消毒機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到自動(dòng)控制通過路段的目的。利用智能攝像頭的圖像識(shí)別以及測(cè)距原理，對(duì)消毒機(jī)器人進(jìn)行追蹤控制。

3 工作原理

麥克納姆輪的全向獨(dú)立四驅(qū)移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)， 它克服了一般輪式機(jī)器人轉(zhuǎn)向空間大和轉(zhuǎn)向精確度不高的缺點(diǎn)， 轉(zhuǎn)向較靈活， 可在運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻任意位置任意改變機(jī)器人的位姿， 其運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單， 特別適合在

消毒方式：高純 CLO2氣體。消毒機(jī)器人就是運(yùn)用高純ClO氣體發(fā)生器，在ClO 氣體輸出的前提下，利用氣動(dòng)裝置，將干燥ClO氣體擴(kuò)散到室內(nèi)空間，增加擴(kuò)散的廣泛性和均勻性，能有效、無死角地殺滅空 間中的病原微生物，可以大幅度的減少感染的風(fēng)險(xiǎn)。

殺菌原理：二氧化氯氣體（CLO）是一種黃綠色的氣體，具有強(qiáng)氧化性，可以殺滅各種微生物，其在空氣消毒方面具有擴(kuò)散速度快、消毒后無殘留、消毒效果可靠等優(yōu)點(diǎn)。

智能消毒機(jī)器人開機(jī)，接收到工作指令后，底盤電機(jī)開始啟動(dòng)，操作人員在平板控制終端上建立消毒任務(wù)，選擇消毒目的地，消毒時(shí)間。然后機(jī)器人通過激光雷達(dá)導(dǎo)航定位，按照程序路線自主移動(dòng)到目的地，過程中可自動(dòng)規(guī)避障礙，到達(dá)目的地后，通過視覺和自感知模塊對(duì)消毒場(chǎng)所進(jìn)行自動(dòng)場(chǎng)景識(shí)別，根據(jù)場(chǎng)景的不同，選擇適當(dāng)?shù)南痉绞脚c消毒水平，消毒劑從體內(nèi)注入噴灑口，開始全方位無死角噴灑消毒藥物，消毒完成后，消毒機(jī)器人將自動(dòng)對(duì)消毒作業(yè)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，進(jìn)行消毒完善，將數(shù)據(jù)傳送到終端保存，關(guān)閉噴灑口，完成消毒任務(wù)，消毒機(jī)器人按照程序路線返回，到達(dá)指定地點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)機(jī)回充，以便下次使用。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

主要應(yīng)用如下：

（1）可在家中工作，因?yàn)槲覀冞@一款機(jī)器人特設(shè)降噪功能，在家中也不會(huì)打擾到人們正常的工作休息。

（2）復(fù)雜工作場(chǎng)合，因?yàn)檫@款機(jī)器人具有智能識(shí)別障礙物、智能規(guī)劃路線、語音提示等功能，在復(fù)雜場(chǎng)合下也能來去自如。

（3）危險(xiǎn)工作場(chǎng)合，在可能存在病毒的地方，人們進(jìn)入消毒都會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，或者其他高溫、高壓等危險(xiǎn)區(qū)域，這款機(jī)器人都能完全勝任。

（4）特殊工作場(chǎng)合，如潮濕，大風(fēng)，沙塵等特殊地區(qū)，這款機(jī)器人都具備了防水防風(fēng)防塵的功能。

5 總結(jié)

機(jī)器人的自主運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)無人化作業(yè)。在減輕人力和提高工作效率同時(shí)，使安全系數(shù)得到了大大的加強(qiáng)。本產(chǎn)品可以對(duì)于樓道等狹小的地方進(jìn)行針對(duì)性消毒，有自主識(shí)別，遠(yuǎn)程半自動(dòng)化操作功能，能夠很好的避免非必要人員與疫情區(qū)域的接觸。使人員的安全得到了保障，同時(shí)機(jī)器人的工作效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工水平，能夠超出預(yù)料的完成作業(yè)任務(wù)，使資源得到更有效的利用。生活的快節(jié)奏，也使不少人忽視了消毒的重要性，不僅在疫情期間，還是在以后的各種各樣的消毒場(chǎng)所，這款消毒機(jī)器人的智能連接，不僅使我們將我們的時(shí)間更大有效的利用到更需要的地方，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到消殺實(shí)況，機(jī)器人還能自主規(guī)避，自主回充，從而有效的進(jìn)行工作，降噪功能還會(huì)減少機(jī)器人工作時(shí)對(duì)人類正常生活的影響，為我們美好的生活增添一份力.

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[5]達(dá)闥科技云端智能機(jī)器人助力醫(yī)院高效抗疫[J].通信世界，2020（05）：28-29.

作者簡(jiǎn)介：

1.董德武，男，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生，湖北黃岡人，在讀本科，主要興趣和研究方向有機(jī)器人控制，智能機(jī)器人編程;

2.魏欣，女，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生，湖北十堰人，在讀本科，主要興趣和研究方向有機(jī)器人自動(dòng)化，智能機(jī)器人編程。

[基金項(xiàng)目] 武漢商學(xué)院2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，項(xiàng)目號(hào)202011654020， 名稱：智能掃地機(jī)器人。

（武漢商學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 ?430056）