一種智能消毒機(jī)器人的設(shè)計(jì)簡介

董德武 魏欣 冷繼行 鄭琎輝 何英健

摘 要：本文介紹一種適應(yīng)于多個(gè)場景、各種環(huán)境的智能消毒機(jī)器人，并具體介紹它的特點(diǎn)和功能。在疫情期間，我們充分見證了自動消毒設(shè)備這一類型產(chǎn)品的重要性。本文設(shè)計(jì)一款消毒機(jī)器人，帶有智能連接、自動降噪等特點(diǎn)。它對日常生活或者醫(yī)院、工廠里的環(huán)境消毒都提供了便利。

關(guān)鍵詞：智能控制;疫情災(zāi)害;消毒機(jī)器人

1.引言

在當(dāng)前的疫情下，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，幫助人類進(jìn)行遠(yuǎn)程半自動化消毒，大大提高了安全性，不論是日常生活還是許許多多的對人類健康有威脅的消殺工作都有很大的潛力。機(jī)器人為載體，在機(jī)器人內(nèi)部裝置消毒系統(tǒng)產(chǎn)生消毒氣體，利用機(jī)器人的氣動系統(tǒng)將消毒氣體快速的在室內(nèi)空間擴(kuò)散，增加消毒的覆蓋面和均勻性，能有效、無死角地殺滅空氣中的致病微生物，消毒機(jī)器人能夠根據(jù)設(shè)定的路線自動、高效、精準(zhǔn)的對室內(nèi)進(jìn)行消毒防疫。

目前，室內(nèi)消毒防疫主要采用的是紫外線、臭氧層流、過氧乙酸、巴氏消毒等。

2.主要創(chuàng)新點(diǎn)

1.自動規(guī)劃和避障功能：消毒機(jī)器人可以提前規(guī)劃消毒路徑，保證在最短的時(shí)間內(nèi)完成室內(nèi)多點(diǎn)消毒。消毒機(jī)器人能夠通過360度的全息感知系統(tǒng)，實(shí)時(shí)感知室內(nèi)環(huán)境，在進(jìn)行消毒作業(yè)時(shí)自動避讓行人。

2.自動降噪功能：在智能機(jī)器人進(jìn)行工作的時(shí)候可以自動進(jìn)行消音處理，減少噪音程度。

3.超長續(xù)航功能：消毒機(jī)器人可以長時(shí)間的進(jìn)行工作，續(xù)航能力可以達(dá)到一個(gè)月充電一次。

4.360度全方位噴灑消毒：消毒機(jī)器人噴灑口采用360度旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，噴灑消毒液無死角消毒，更方便更全面。

3.工作原理

1.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，利用氣動系統(tǒng)，將干燥ClO氣體擴(kuò)散到室內(nèi)空間，分子覆蓋面廣，不留死角。

2.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)。

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

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

危險(xiǎn)工作場合，在可能存在病毒的地方，人們進(jìn)入消毒都會有風(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。

特殊工作場合，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。

4.結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)

1、降噪材料：燃燒噪聲的意思就是，混合氣體在發(fā)動機(jī)汽缸體內(nèi)燃燒的時(shí)候，其中的內(nèi)能將會轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在這個(gè)過程中會產(chǎn)生振動，這種振動是一個(gè)高頻率段占比重的噪聲， 其最主要的是通過混合的氣體燃燒形成壓力振動。燃燒噪聲高低是取決于汽車的發(fā)動機(jī)中的混合氣體燃燒方式和其種速度的大小。機(jī)械噪聲主要是發(fā)動機(jī)機(jī)體及其組成機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的運(yùn)動、碰撞形成的， 主要的東西有，活塞敲擊缸套， 曲軸運(yùn)動， 配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動， 皮帶輪、正時(shí)齒輪等運(yùn)轉(zhuǎn)造成的噪聲， 噴油嘴噴油噪聲等， 從而機(jī)械噪聲就會具有周期性， 不可消失性的一些特點(diǎn)， 它的大小會跟發(fā)動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性等因素有關(guān)。目前的控制噪音的措施有吸聲、隔聲、減震這三種方法。其中吸聲是用特種材料去改變聲波方向， 然后讓噪聲產(chǎn)生后經(jīng)過一些特殊的材料后被吸收掉一部分， 這就讓反射回來的能量被大大降低， 從而達(dá)到降噪的目的。[1] 核磁共振吸聲材料利用共振的作用來達(dá)到吸聲，這就與多孔吸聲材料不同， 共振吸聲材料的話就比較適用于低中頻噪聲控制， 最主要的吸聲材料有柔性的、板狀的和穿孔板的。例如， 在金屬板或者各種板狀材料上打孔可以制作得到穿孔板， 在聲波的作用下穿孔板會產(chǎn)生振動并導(dǎo)致穿孔板產(chǎn)生變形， 板就因?yàn)檎駝幼冃稳缓髮C(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能而消耗聲能顯示降噪的效果。共振吸聲材料對噪聲頻率具有針對性， 降噪頻譜范圍較窄， 板厚、穿孔率以及穿孔孔徑等參數(shù)均會影響板的共振頻率， 導(dǎo)致吸聲效果各異。[2]

2、超長續(xù)航電池：比克3.0高能芯具備以下特點(diǎn)： （1） 能量高， 支持超長續(xù)航。比克3.0高能芯通過引入硅系負(fù)極材料、高鎳正極材料以及專門開發(fā)的電解液， 其能量密度高達(dá)近250 W？h/kg， 可實(shí)現(xiàn)500 km超長續(xù)航里程。 （2） 充電又快又便利。高能材料實(shí)現(xiàn)高倍率充放電， 通過充電策略設(shè)計(jì)， 有效縮短充電時(shí)間， 提高充電效率。以目前應(yīng)用比克18650-2.75Ah電芯驅(qū)動的零跑LP-S01為例， 整包電量36 k W？h， 預(yù)計(jì)最大續(xù)航里程為360km， NEDC工況下為250 km。慢充模式下8～10 h可充電100%， 快充模式下48 min可充電80%以上。在極端的應(yīng)急模式下， 充電10 min可行駛60 km。 （3） 低衰減， 壽命長。支持3 000次深度循環(huán)， 并具良好的高低溫放電性能。實(shí)際案例顯示， 搭載比克電池的北京首批新能源出租車單車行駛40×104km后電池衰減小于30%。（4） 安全性高。釋壓均勻的對稱式結(jié)構(gòu)、避免熱失控的安全閥、國內(nèi)獨(dú)立開發(fā)正極保護(hù)添加劑及17道生產(chǎn)工序數(shù)據(jù)貫通嚴(yán)格把控電芯品質(zhì)， 形成四重安全保障體系， 帶來零事故保障。 （5） 高性價(jià)比。通過規(guī)?；?、智能化生產(chǎn)高效產(chǎn)出， 并持續(xù)材料創(chuàng)新降低成本， 以性價(jià)比更高的電芯產(chǎn)品服務(wù)客戶。[3]

3、藍(lán)牙連接：一種機(jī)器人遠(yuǎn)程控制裝置， 它包括手機(jī)端、公網(wǎng)服務(wù)器、控制板、機(jī)器人控制器、攝像頭， 手機(jī)終端、控制板通過無線網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)服務(wù)器連接， 控制板設(shè)置有單片機(jī)、USB端口、藍(lán)牙適配器， 控制板通過數(shù)據(jù)線與攝像頭連接， 控制板通過藍(lán)牙適配器與機(jī)器人控制器藍(lán)牙連接， 機(jī)器人控制器與機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)連接。所述的控制板通過無線網(wǎng)卡與公網(wǎng)服務(wù)器連接。通過智能終端-手機(jī)連接機(jī)器人并且流暢接收由圖像傳感器捕獲到的視頻， 根據(jù)實(shí)時(shí)圖像操控機(jī)器人完成各項(xiàng)活動。本裝置通過3G網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙的組合， 構(gòu)建一個(gè)覆蓋近距離及遠(yuǎn)程場合的人機(jī)交互控制系統(tǒng)， 使得隨時(shí)隨地的、全方位的智能機(jī)器人多媒體信息交流和控制得以實(shí)現(xiàn)。所屬的控制板固定設(shè)置在機(jī)器人機(jī)體上， 控制板與攝像頭的USB線固定連接， 其驅(qū)動系統(tǒng)包括三個(gè)電機(jī)驅(qū)動， 控制器通過藍(lán)牙與控制板連接。所述的公網(wǎng)服務(wù)器選用可上網(wǎng)P C機(jī)， 其軟件環(huán)境為P H P+M Y S Q L， 安裝a p a c h e、P H P 5、M Y S Q L數(shù)據(jù)庫以及phpmyadmin數(shù)據(jù)庫管理程序， 所需軟件均為開源免費(fèi)軟件， 可以在其網(wǎng)站上下載， 采用固定IP的動態(tài)域名搭建公網(wǎng)服務(wù)器， 操作用戶通過瀏覽器訪問即可實(shí)現(xiàn)登陸操作。機(jī)器人數(shù)據(jù)發(fā)送端涉及連接的主要是跟接收端的遠(yuǎn)程交互， 以5G無線網(wǎng)為載體輸送文字信息并接收視頻數(shù)據(jù);同時(shí)機(jī)器人發(fā)送端和操作者手機(jī)端之間的交互主要通過公網(wǎng)服務(wù)器軟件操作界面來實(shí)現(xiàn)。將控制板與機(jī)器人控制器進(jìn)行藍(lán)牙配對連接， 同時(shí)控制板通過無線網(wǎng)卡撥號上網(wǎng)與公網(wǎng)服務(wù)器連接， 手機(jī)通過5G無線網(wǎng)絡(luò)登錄服務(wù)器， 獲取數(shù)據(jù)并發(fā)送指令控制機(jī)器人控制器驅(qū)動電機(jī)， 完成對機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制操作。[4]

5.結(jié)語

在疫情防控工作中，“消毒”是一大重要的環(huán)節(jié)。但真人消毒不僅效率較低，而且難以確保消毒徹底性和人員的人身安全。在疫情防控過程中四輪式消毒機(jī)器人代替真人深入病區(qū)，徹底而快速的做好消毒工作，衛(wèi)生死角都能妥善處理。不僅解決了前線的人員不足等問題，還有效防止各類病原體在醫(yī)院內(nèi)的傳播，減少了感染傳播的風(fēng)險(xiǎn)，做出了積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭偉.汽車發(fā)動機(jī)噪聲及控制的分析研究[J].科技風(fēng)，2017（12）：144-145.

[2]杜國芳，單長吉，蔡彥，楊海濤.淺談減振降噪材料[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（32）：189-190

[3]俞慶華.國產(chǎn)電芯支持500km超長續(xù)航，比克電池18650電芯創(chuàng)能量新高[J].汽車零部件，2018（06）：66.

[4]康一寧，尚昱帆.機(jī)器人遠(yuǎn)程控制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（06）：27.

作者簡介：

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)器人自動化，智能機(jī)器人編程。

3.冷繼行，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生，貴州甕安人，主要興趣和研究方向有機(jī)器人控制，智能機(jī)器人編程;

4.鄭琎輝，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生，湖北仙桃人，主要興趣和研究方向有智能機(jī)器人編程，機(jī)械自動化;

5.何英健（2000-），男，湖北黃岡人，本科，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè);主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成;

[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）