光电智能医疗垃圾搬运车设计

李野

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

0 引言

本设计采用新能源的形式，智能垃圾搬运车具有自主寻迹、自动避障、自动卸载等功能。本项目最终实现医疗垃圾的自动搬运，实现医疗垃圾与人无接触，减少交叉感染的可能性。该垃圾搬运车能够按照预定轨迹行驶，到达固定的医疗废品回收点后，将已经收集好的废弃医疗垃圾进行卸载[1]。

1 研究的目的与意义

在疫情这个特殊时期，我们曾看到湖北一位女护士因搬送数吨医疗垃圾而晕倒。大量使用医疗用品的同时会产生大量的医疗垃圾，目前搬送垃圾主要靠人，所以，需要设计一款智能医疗垃圾搬运车，做到无接触式的医疗垃圾运输，减少传染源，减少医护人员的工作量，尽可能保护一线医疗工作者。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

在智能小车的研究领域中，世界上第一台智能车辆是由美国成功开发的，它是第一台拥有自动引导车辆系统的小车，能够实现无人驾驶。2014年，美国颁布了《美国智能交通系统（ITS）战略规划（2015-2019年）》，该规划由美国交通运输部与美国智能交通系统联合项目办公室共同提出，该战略计划的核心就是汽车的智能化与网联化，这两项技术将会成为美国解决交通系统问题的关键技术手段。

美国对智能车的研究一直是以市场力量为主导的，由美国相关的汽车企业完成对智能汽车的研究与发展，政府为其搭建平台，经过双方的共同努力完成智能车的设计。智能小车最显著的特点就是无人驾驶，近几年，无人驾驶在政策和技术上都有着重要的发展。2018年，美国发布了《准备迎接未来交通，自动驾驶汽车3.0》，这个文件是继2016年美国发布全球首个自动驾驶指导政策之后，更新的第三版关于发展和管理自动驾驶汽车的指导性政策。本次政策最大的特征就是以开放的姿态拥抱无人驾驶时代的到来。在当今世界，自动驾驶技术发达的国家制定法规已不是新鲜事。最早提出无人驾驶概念的德国在2017年5月通过首部关于自动驾驶的法律法规，同年9月德国联邦交通运输部的伦理委员会研究提交了世界上第一份自动驾驶指导原则。自动驾驶技术发达的日本也在2016年和2017年发布或修订了数项关于自动驾驶的交通法规。

2.2 国内研究现状

我国从20世纪80年代末，才开始了对于智能小车的研究，经过三十多年的不断研究和发展，我国也取得了若干阶段性的胜利成果。1992年，国内第一辆无人驾驶汽车在国防科技大学研制成功，标志着我国在无人驾驶汽车技术上取得了丰硕的成果。清华大学研制的V型智能汽车能够在各种状况复杂的道路上行驶。

ZDB－1型自动搬运车、基于无人驾驶技术的清洁能源电动游览车、基于图像识别自动引导的智能小车、CITAVT型自主导航车、智能机器人“亮亮”、智能服务机器人等都是我国在智能小车领域中取得的阶段性成果，这些智能小车具有巡迹、避障、语音识别、图像识别、自动跟踪等功能，丰富了我国智能小车的研究项目[2]。

3 整体方案设计

采用STC89C52型号单片机作为光电智能医疗垃圾搬运车的主控制器。它的优点是：①小巧轻便；②操作简单，容易修改写入的程序；③低功耗等。

光电智能医疗垃圾搬运车的底盘采用金属底盘，坚固稳定，使光电智能医疗垃圾搬运车的稳固性能大大提高。在人机接口开关中采用的是机械弹性开关，使用的是按键式接口。同时设计三个LED灯显示运行状态[3]。

驱动系统不仅要提供光电智能医疗垃圾搬运车的动能而且要保证公交车的平稳。采用四轮驱动，利用小车的全部重量作为附着压力，使附着力显著增加，减少轮胎磨损。选择L293D作为电机驱动芯片，L293D是著名的SGS公司的产品。L293D属于单块集成电路，该集成电路的特点如下：①高电压高电流；②四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平；③继电器、直流电机、步进马达和开关电源晶体管构成驱动感性负载，电机驱动模块如图1。

图1 光电智能医疗垃圾搬运车电机驱动模块

红外线接收装置用于识别医疗费品回收点，测量医疗费品回收点的频率。其具有体积小，功耗低，功率强，成本低的特点。光电医疗垃圾搬运车有一对用于红外信号发射和接收的二极管，发射二极管发射某个特定频率的红外线信号，接收二极管需要接收这种固定频率的红外线信号。在光电智能医疗垃圾搬运车行驶过程中，在小车前端设置的红外信号发射二极管在固定路线的行驶中发射出固定频率的红外线信号，当接收二极管接收到从障碍物反射回来的红外信号时，核心单片机将进行分析处理，然后通过数字传感器接口返回分析结果。因此可利用光电智能医疗垃圾搬运车接收到的红外线信号来判断周遭的环境是否发生了变化[4]。

医疗费品回收点采用红外线发射装置发射信号，所以站点检测设备采用红外线接收装置。智能小车通过发射红外线并检测红外线有无被反射来确定前方是否存在医疗费品回收点。在检测到医疗费品回收点后，则停车对医疗垃圾进行卸载[5]。寻迹装置以单片机控制为核心，用红外传感器，电机等设备进行寻迹控制。操作安装简单快捷，性能高效，红外寻迹模块示意图如图2所示。

图2 红外寻迹模块示意图

避障设备用于躲避路途中的障碍。决定采用红外线避障系统，反应速度快捷。把红外线避障系统安装在车头，提高灵敏性。为了节省时间成本，供电方式直接选用锂电池即可，它的优点是便宜节能、寿命长、绿色环保。

红绿灯识别装置用于识别路途中的红绿灯，红灯停车绿灯行驶。其包括有信号接收器、信号识别器和信号转换器等，可精准识别路途上的信号，及时停车，及时启动。光电医疗垃圾搬运车通过发射红外线并检测有无红外信号被反射来确定医疗费品回收点在前方是否存在。检测到医疗费品回收点后，光电医疗垃圾搬运车停止前行启动医疗垃圾的卸载；反之光电医疗垃圾搬运车继续向前行驶[6]。整套系统提高了光电医疗垃圾搬运车的智能性，光电医疗垃圾搬运车的组成框图如图3所示。

图3 光电智能医疗垃圾搬运车组成框图

4 结论

该光电医疗垃圾搬运车能够按照预定轨迹进行行驶，到达固定的医疗废品回收点后，将已经收集好的废弃医疗垃圾进行卸载。首先要从指挥站获取需要停靠的医疗废品回收点的具体信息，要在医院内规定好光电医疗垃圾搬运车行驶的路线，让光电医疗垃圾搬运车沿着固定路线行进，在已经规划好的路线上行驶，规划好的路线中有固定的医疗废品回收点，小车检测到医疗废品回收点的光电信号后，停车并且卸载垃圾，等待进一步的处理。该光电医疗垃圾搬运车在运输医疗垃圾时，遇到随机障碍物可以随时停车避让，例如遇到医院内的工作人员，途中突然出现的物品等。当光电医疗垃圾搬运车到达指定的医疗废品回收点后，通过光电医疗垃圾搬运车上的圆盘装置完成对医疗垃圾的卸载工作。