一种智能消毒机器人的设计简介

董德武 魏欣 冷继行 郑琎辉 何英健

摘 要：本文介绍一种适应于多个场景、各种环境的智能消毒机器人，并具体介绍它的特点和功能。在疫情期间，我们充分见证了自动消毒设备这一类型产品的重要性。本文设计一款消毒机器人，带有智能连接、自动降噪等特点。它对日常生活或者医院、工厂里的环境消毒都提供了便利。

关键词：智能控制;疫情灾害;消毒机器人

1.引言

在当前的疫情下，为尽量减少人员感染传播风险，且病毒和细菌都在无时不刻的进行繁殖，人们无法做到长时间进行工作，利用这一点，消毒机器人可以被创作且推广，消毒机器人的工作效率比人们的工作效率高得多，帮助人类进行远程半自动化消毒，大大提高了安全性，不论是日常生活还是许许多多的对人类健康有威胁的消杀工作都有很大的潜力。机器人为载体，在机器人内部装置消毒系统产生消毒气体，利用机器人的气动系统将消毒气体快速的在室内空间扩散，增加消毒的覆盖面和均匀性，能有效、无死角地杀灭空气中的致病微生物，消毒机器人能够根据设定的路线自动、高效、精准的对室内进行消毒防疫。

目前，室内消毒防疫主要采用的是紫外线、臭氧层流、过氧乙酸、巴氏消毒等。

2.主要创新点

1.自动规划和避障功能：消毒机器人可以提前规划消毒路径，保证在最短的时间内完成室内多点消毒。消毒机器人能够通过360度的全息感知系统，实时感知室内环境，在进行消毒作业时自动避让行人。

2.自动降噪功能：在智能机器人进行工作的时候可以自动进行消音处理，减少噪音程度。

3.超長续航功能：消毒机器人可以长时间的进行工作，续航能力可以达到一个月充电一次。

4.360度全方位喷洒消毒：消毒机器人喷洒口采用360度旋转设计，喷洒消毒液无死角消毒，更方便更全面。

3.工作原理

1.消毒方式：高纯 CLO2气体。消毒机器人就是运用高纯ClO气体发生器，在ClO 气体输出的前提下，利用气动系统，将干燥ClO气体扩散到室内空间，分子覆盖面广，不留死角。

2.杀菌原理：二氧化氯气体（CLO ）是一种黄绿色的气体，具有强氧化性，可以杀灭各种微生物，其在空气消毒方面具有扩散速度快、消毒后无残留、消毒效果可靠等优点。

适用场景：可在家中工作，因为我们这一款机器人特设降噪功能，在家中也不会打扰到人们正常的工作休息。

复杂工作场合，因为这款机器人具有智能识别障碍物、智能规划路线、语音提示等功能，在复杂场合下也能来去自如。

危险工作场合，在可能存在病毒的地方，人们进入消毒都会有风险，或者其他高温、高压等危险区域，这款机器人都能完全胜任。

特殊工作场合，如潮湿，大风，沙尘等特殊地区，这款机器人都具备了防水防风防尘的功能。

4.结构与性能特点

1、降噪材料：燃烧噪声的意思就是，混合气体在发动机汽缸体内燃烧的时候，其中的内能将会转化为机械能，在这个过程中会产生振动，这种振动是一个高频率段占比重的噪声， 其最主要的是通过混合的气体燃烧形成压力振动。燃烧噪声高低是取决于汽车的发动机中的混合气体燃烧方式和其种速度的大小。机械噪声主要是发动机机体及其组成机械结构之间的运动、碰撞形成的， 主要的东西有，活塞敲击缸套， 曲轴运动， 配气机构运动， 皮带轮、正时齿轮等运转造成的噪声， 喷油嘴喷油噪声等， 从而机械噪声就会具有周期性， 不可消失性的一些特点， 它的大小会跟发动机的机械结构动态特性等因素有关。目前的控制噪音的措施有吸声、隔声、减震这三种方法。其中吸声是用特种材料去改变声波方向， 然后让噪声产生后经过一些特殊的材料后被吸收掉一部分， 这就让反射回来的能量被大大降低， 从而达到降噪的目的。[1] 核磁共振吸声材料利用共振的作用来达到吸声，这就与多孔吸声材料不同， 共振吸声材料的话就比较适用于低中频噪声控制， 最主要的吸声材料有柔性的、板状的和穿孔板的。例如， 在金属板或者各种板状材料上打孔可以制作得到穿孔板， 在声波的作用下穿孔板会产生振动并导致穿孔板产生变形， 板就因为振动变形然后将机械能转变为内能而消耗声能显示降噪的效果。共振吸声材料对噪声频率具有针对性， 降噪频谱范围较窄， 板厚、穿孔率以及穿孔孔径等参数均会影响板的共振频率， 导致吸声效果各异。[2]

2、超长续航电池：比克3.0高能芯具备以下特点： （1） 能量高， 支持超长续航。比克3.0高能芯通过引入硅系负极材料、高镍正极材料以及专门开发的电解液， 其能量密度高达近250 W？h/kg， 可实现500 km超长续航里程。 （2） 充电又快又便利。高能材料实现高倍率充放电， 通过充电策略设计， 有效缩短充电时间， 提高充电效率。以目前应用比克18650-2.75Ah电芯驱动的零跑LP-S01为例， 整包电量36 k W？h， 预计最大续航里程为360km， NEDC工况下为250 km。慢充模式下8～10 h可充电100%， 快充模式下48 min可充电80%以上。在极端的应急模式下， 充电10 min可行驶60 km。 （3） 低衰减， 寿命长。支持3 000次深度循环， 并具良好的高低温放电性能。实际案例显示， 搭载比克电池的北京首批新能源出租车单车行驶40×104km后电池衰减小于30%。（4） 安全性高。释压均匀的对称式结构、避免热失控的安全阀、国内独立开发正极保护添加剂及17道生产工序数据贯通严格把控电芯品质， 形成四重安全保障体系， 带来零事故保障。 （5） 高性价比。通过规模化、智能化生产高效产出， 并持续材料创新降低成本， 以性价比更高的电芯产品服务客户。[3]

3、蓝牙连接：一种机器人远程控制装置， 它包括手机端、公网服务器、控制板、机器人控制器、摄像头， 手机终端、控制板通过无线网络与公网服务器连接， 控制板设置有单片机、USB端口、蓝牙适配器， 控制板通过数据线与摄像头连接， 控制板通过蓝牙适配器与机器人控制器蓝牙连接， 机器人控制器与机器人驱动系统连接。所述的控制板通过无线网卡与公网服务器连接。通过智能终端-手机连接机器人并且流畅接收由图像传感器捕获到的视频， 根据实时图像操控机器人完成各项活动。本装置通过3G网络和蓝牙的组合， 构建一个覆盖近距离及远程场合的人机交互控制系统， 使得随时随地的、全方位的智能机器人多媒体信息交流和控制得以实现。所属的控制板固定设置在机器人机体上， 控制板与摄像头的USB线固定连接， 其驱动系统包括三个电机驱动， 控制器通过蓝牙与控制板连接。所述的公网服务器选用可上网P C机， 其软件环境为P H P+M Y S Q L， 安装a p a c h e、P H P 5、M Y S Q L数据库以及phpmyadmin数据库管理程序， 所需软件均为开源免费软件， 可以在其网站上下载， 采用固定IP的动态域名搭建公网服务器， 操作用户通过浏览器访问即可实现登陆操作。机器人数据发送端涉及连接的主要是跟接收端的远程交互， 以5G无线网为载体输送文字信息并接收视频数据;同时机器人发送端和操作者手机端之间的交互主要通过公网服务器软件操作界面来实现。将控制板与机器人控制器进行蓝牙配对连接， 同时控制板通过无线网卡拨号上网与公网服务器连接， 手机通过5G无线网络登录服务器， 获取数据并发送指令控制机器人控制器驱动电机， 完成对机器人的远程控制操作。[4]

5.结语

在疫情防控工作中，“消毒”是一大重要的环节。但真人消毒不仅效率较低，而且难以确保消毒彻底性和人员的人身安全。在疫情防控过程中四轮式消毒机器人代替真人深入病区，彻底而快速的做好消毒工作，卫生死角都能妥善处理。不仅解决了前线的人员不足等问题，还有效防止各类病原体在医院内的传播，减少了感染传播的风险，做出了积极贡献。

参考文献：

[1]郭伟.汽车发动机噪声及控制的分析研究[J].科技风，2017（12）：144-145.

[2]杜国芳，单长吉，蔡彦，杨海涛.浅谈减振降噪材料[J].科学技术创新，2018（32）：189-190

[3]俞庆华.国产电芯支持500km超长续航，比克电池18650电芯创能量新高[J].汽车零部件，2018（06）：66.

[4]康一宁，尚昱帆.机器人远程控制[J].科技创新导报，2013（06）：27.

作者简介：

1.董德武，男，武汉商学院机器人工程专业学生，湖北黄冈人，在读本科，主要兴趣和研究方向有机器人控制，智能机器人编程;

2.魏欣，女，武汉商学院机器人工程专业学生，湖北十堰人，在读本科，主要兴趣和研究方向有机器人自动化，智能机器人编程。

3.冷继行，武汉商学院机器人工程专业学生，贵州瓮安人，主要兴趣和研究方向有机器人控制，智能机器人编程;

4.郑琎辉，武汉商学院机器人工程专业学生，湖北仙桃人，主要兴趣和研究方向有智能机器人编程，机械自动化;

5.何英健（2000-），男，湖北黄冈人，本科，武汉商学院机器人工程专业;主要研究方向：工业机器人系统集成;

[基金项目] 武汉商学院2020年大学生创新创业训练计划，项目号202011654020， 名称：智能扫地机器人。

（武汉商学院机电工程学院  430056）