次氯酸消杀机器人设计与实践

2022-05-30钟柱培李宝琴

电子产品世界 2022年9期

钟柱培李宝琴

摘要：2020年以来，新冠肺炎疫情全球蔓延，感染人数不断上升，不仅严重危害人们生命安全和身体健康，还对社会经济、贸易、生产、生活产生巨大负面影响。本文介绍一种对人体无害并结合机器人进行自动消杀的新机器—次氯酸消杀机器人，应用次氯酸消杀机器人对环境进行灭菌消杀，杀死各类细菌及病毒（包括新型冠状病毒），确保人们生活环境安全舒适健康。

关键词：次氯酸；消杀；机器人；实践

0 引言

2020年以来，新冠肺炎疫情全球蔓延，感染人数不断上升，这既危害着人们生命安全与身体健康，又影响社会经济发展；既打乱了人们日常的正常生活与工作，又干扰了人们正常的学习与研究。面对新冠肺炎疫情，国家坚持把人民生命放在第一位，采取“外防输入、内防反弹”和“动态清零”的方针策略，做好各项疫情防控工作，一方面鼓励人们采取“居家隔离”“勤洗手”“戴口罩”等有力措施切断疫情传播；另一方面严格对环境进行灭菌消杀，杀死新型冠状病毒，确保人民群众有安全舒适健康的生活环境。在对环境进行灭菌消杀中，有的对社区公共区域、垃圾容器、垃圾收集转运站、公共厕所等环卫设施喷洒消毒液进行消杀；有的采用祡外线对办公环境进行灭菌消杀等。而在办公环境、食堂、商场、公园广场、居民社区、政务大厅等场所不可能长时间采用紫外线照射和长时间喷洒消毒药水的做法，因为这些方法对人体都有一定的伤害，有没有一种消杀对人体无害呢？本文介绍一种对人体无害并结合机器人进行自动消杀的新机器—次氯酸消杀机器人，应用次氯酸消杀机器人对环境自动进行灭菌消杀。

1 次氯酸消杀原理

新型冠状病毒肺炎疫情爆发初期，受李兰娟院士次氯酸可以消杀新冠病毒实验的启发，学校成立一个校企深度融合的研制团队，第一时间进行科学性的收集、筛选与整合相关资料，经过讨论、分析、测试等多个复杂的环节，从环保节能、经济适用等方面进行综合考虑，最后采用了盐水电解生成产物并进行二次化学反应生成次氯酸的技术路线进行消杀，如图1、图2所示。

从上述的化学方程式中可以知道，最终生成物质主要是次氯酸和次氯酸钠，次氯酸钠是一种离子化合物，强碱弱酸盐，具有漂白、杀菌、消毒的作用，常用于漂白、工业废水处理、造纸等领域；而次氯酸是共价化合物，浓溶液呈黄色，稀溶液无色，具有强氧化性和还原性，是一种比较安全的消毒剂，常常用于物体表面和室内空气的杀菌消毒。在新冠疫情爆发初期，国家卫健委在《国家卫生健康委办公厅关于印发消毒剂使用指南的通知》中指出，次氯酸消毒剂能杀灭冠状病毒，是一种安全杀毒比较好的消毒剂。当次氯酸与病毒发生作用时，因为它分子小，不带电荷，它很容易侵入病毒内与蛋白质发生氧化作用或破坏其磷酸脱氢酶，使糖代谢失调导致病毒死亡，从而达到消杀之目的。

2 次氯酸消杀机器人组成及工作原理

电解次氯酸消杀机器人是一款经济安全、高标准、模块化的工业级人工智能环境消毒系统。原材料只需要水+盐，通过电解模块对盐水进行电解生产次氯酸钠消毒水，再经过雾化由喷洒模块喷洒到环境中进行消杀各类病毒与细菌，这种消杀是环保型的消杀方式，氯酸消杀机器人实物如图3所示。

次氯酸消杀机器人主要由AGV机器人和电解次氯酸消杀两大部分组成，其控制电路由磁导航传感器、光电传感器、可编程控制器、直流驱动器、左右行走电机、电解喷雾器和语音播报器等模块组成，组成框图如图4所示。

2.1 磁导航传感器

磁导航传感器是用来检测弱磁装置的一种传感器，是机器人AGV小车的一个重要检测器件，其作用是利用电磁原理检测弱磁场，确定机器人AGV小车的行车路线，实现机器人AGV小车的自动控制。一般来说，磁导航传感器安装在机器人AGV小车的底部，通过感应磁条磁钉的磁场判断机器人AGV的相对偏移量，来确定机器人AGV小车自动行走的路线。本消杀机器人（AGV小车）采用CNS-MGS-08型的磁导航传感器，如图5所示。它安装在消杀机器人AGV车体前方的底部，距离贴在地面的磁条表面约25 mm，磁条宽度视实际检测情况，可选择为30 mm或50 mm。磁导航传感器（CNS-MGS-08）在其内部间隔10 mm的地方平均排布的8个采样点，每一个采样点都可以感应磁条的弱磁场并将磁信号变换为电信号输出，磁导航传感器不断连续采样，每个采样点检测都检测到不同大小的电信号，通过对8个采样点路信号比较分析，就可以判断磁条相对于CNS-MGS-08型磁导航传感器的偏离位置，AGV机器人会自动调整，确保机器人小车沿磁条正确前行。

2.2 光电传感器

本电路的光电传感器采用反射式光电传感器（P18-D1000N-S14U2），實物如图6所示。反射式光电传感器是将发射管（红外发光管）和接收管（光敏三极管）以相同的方向安装在固定支架上，当有物体靠近反射式光电传感器检测区域时，发射管（红外发光管）发出的光线通过物体反射到接收管（光敏三极管）上，使接收管（光敏三极管）导通，传感器输出相应的高电平或低电平。为了更准确检测与判断消杀机器人前方是否有人和故障物，本设计方案是在次氯酸消杀机器人的前方均衡放置三个反射式光电传感器，以达到消杀机器人前方环境全覆盖的目的。

2.3 可编程控制器

可编程控制器又称为PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用可编程的存储器执行存储逻辑运算、算术运算、顺序控制、定时、计数等逻辑运算操作的指令，以控制各类型设备或生产过程。本消杀机器人采用的可编程控制器是FGRB-C8X8T-2/2，它根据传感器采集的数据分析，按照预定的走行决策及路径所编写的程序，控制左右行走电机的正常运行。

2.4 直流驱动器

直流驱动器可分为有刷驱动器和无刷驱动器两种。本消杀机器人采用直流无刷驱动器（CNS-BLD30HB），控制电路接线如图8所示。直流无刷驱动器是一款多功能、高性能、全数字式的直流无刷驱动器，具有灵活多样的输入控制方式、极高的调速比、低噪声和完善的软硬件保护功能，驱动器可通过端口与计算机相连，调整电机参数、加减速时间和IO输入输出状态设置等参数设置。

2.5 左右行走电机

左右行走电机是AGV小车重要的执行部件，本消杀机器人的左右行走电机采用无刷直流电动机（4GN 50RC），是一种典型的将电能转换为机械能的机电一体化设备，具有响应快速、起动转矩大、使用寿命长等特点。

2.6 次氯酸发生器

次氯酸发生器利用电化学活化（ECA）技术，仅以盐和水为原料，通过陶瓷纳米隔膜的电解槽，生产出一定浓度、高稳定性的次氯酸溶液，整個生产过程不存在任何潜在危害。根据欧盟EC 1907-2006规范，次氯酸被定义为“安全、无毒”的杀菌产品。次氯酸发生器生产200-1 000 ppm的次氯酸（pH值的调节范围：3.0-8.5）经过消杀机器人的喷头对环境进行杀毒。机器人的喷头采用压流和风力的二次雾化，经过特殊设计风道喷洒，雾滴附着率高，药液利用率高。

2.7 语音播报器

语音播报器是次氯酸消杀机器人工作状态现场反馈信息的必不可少的配件，主要功能为次氯酸消杀机器人提供声音提醒与音乐播放，有开机音、运行音、故障提醒音（障碍物报警、机器人异常报警、交通管制报警等）、到站提醒音、点料系统提示音（叫料点提示、发料点提示）等不同过程的声音提醒，当然也可以录制不同的声音作为宣传广播之用。

2.8 消杀机器人操作与调试

在消杀现场，人工规划好消杀路线，并在预定的路线上安装磁条，磁条宽度为30 mm或者是50 mm，把消杀机器人放置在磁条上方，打开机器人的电源开关，正常时绿色带灯按钮灯为常亮状态，若绿色按钮灯闪烁，说明消杀机器人的磁导航传感器没有与磁条配合，此时需挪动机器人，令绿色带灯按钮灯常亮，调试完毕。在次氯酸发生器倒入合适的盐水，预热约5分钟，确保次氯酸发生器生产200-1 000 ppm的次氯酸（pH值的调节范围：3.0-8.5），打开机器人上方的消毒雾化旋钮，调整到合适的出物量。按下机器人的绿色带灯按钮，机器人启动，沿着磁条运行消菌杀毒，机器人走到站的掉头横向磁条时，机器人会自动停止然后反向运行，如此往返进行杀毒。当机器人前方30CM范围内有人或物体挡住，机器人会自动停止并发出报警声音。

3 研究成果

次氯酸消杀机器人是一款经济安全、高标准、模块化的工业级人工智能环境消毒系统，消杀的原材料只需要水+盐，就可以通过电解模块生产次氯酸钠消毒水，再雾化喷洒到环境中进行消杀，是绿色环保型的消杀方式，消杀效果好，对人体无害，根据广东省微生物分析检测中心的报告显示，样品的细菌消杀率达到99.99%以上，产生的PH值和有效氯含量均达到国家标准，如图5所示。

消杀机器人底盘采用先进的动力系统悬挂装置，有着优异的平稳性和地面适应性能、高级别的越障越坎能力、精确导航能力，完善的语音播报系统辅助政务宣传功能，它适用于学校、商场、公园广场、食堂、政务大厅等场所，又可替代一线工作人员进入容易产生易交叉感染的危险区域进行消杀作业，提升精准消杀的能力，大大提高日常防疫消毒工作效果。