胡磊 李本森 张学文 陈星宇
昆明少儿科技有限公司 ，云南省昆明市650041
【摘要】本文主要论述一种轻便智能无人医用消毒通用底盘的相关技术,可用于社区、学校、医院的室外消毒作业，设计有雾化消毒和定点消毒及物资抓取等功能，能够进行深入性喷洒。整体小巧轻盈，环境适应性好，可以对一些树丛、草丛等死角地方进行消毒，在提高消毒效率的同时有效降低消毒人员的被感染风险。在该底盘上还增加了地空模式、5.8G无线图像传输技术、2.4G遥控技术，是未来防疫消毒的理想选择。
【关键词】消毒 底盘 机器人
0引言
目前，公共场合的消毒方式主要是，空气消毒法、紫外线消毒法、化学喷洒消毒法，这其中，医院手术室、办公室等地方多采用空气消毒法。室外公共场合多采用化学喷洒消毒法，及利用喷雾器喷洒消毒液。特别是2020年抗击新冠病毒时，我们需要大面积的在公共场所进行消毒，目前社区和医院日常使用的消毒防护设备还是采用人工喷雾器为主，稍好一点的大型超市使用电动小车上人工背喷雾器进行消毒喷洒。
在医院一些隔离区内，每次进行清洗消毒都要工作人员穿上厚重的防护服，背上喷雾器进行消毒。每天因为消毒都需要耗费大部分的人工成本和医疗物资。而农用喷雾设施体积大、噪音大、不灵敏等特点无法在城区和楼道使用。为此我新研发一种轻便智能无人医用消毒通用底盘，利用它便捷，灵活的特性、专门用于一些公共场合，卫生死角和空间狭小的地方进行消毒防护。
1.项目背景介绍
2020年初，新型冠状病毒感染的肺炎疫情形势严峻复杂，处于防控关键时期，加强新型冠状病毒感染的肺炎防控工作相关部署，进一步发挥科技创新对疫情防治工作的支持作用，在昆明少科科技有限公司及科研团队现有的研究成果的基础上，改进开发出可用于疫情防控工作的“一种轻便智能无人医用消毒通用底盘”。
目前，在疫情防控工作，消毒和检测作业以人工为主，然而存在，人力耗费大、作业效果不均匀、消毒人员自身的安全保证成本高等问题从而提高了疫情防控成本。在许多城市环境复杂，人为防控无疑会再次增加感染风险，目前一些地方以采用无人机进行侦查，却也只能杯水车薪。
该项目的基础技术在我公司及科研团队中已经连续研究10年，先后设计制作样机多台，相关核心技术现成且较为成熟。经过多年的研究测试及改进，现有的技术具备了以下优点：1、可应对多种复杂的作业环境（可以负重上下普通台阶、通过砂石草坪灯路面）；2、操作简单易懂；3、控制系统平稳；4、采用低压电能驱动，符合环保要求；5、量产成本低；6、在根据疫情防控需要还可以增加作业功能；7、无接触遥控操作，检测消毒会更安全；8、可以有距离遥控控制，降低消毒人员被感染的风险。
2.通用底盘
2.1基本介绍
通用底盘采用双电机履带式行走，可以实现以下功能：原地调头、攀爬45°以内的楼梯、台阶、坡道；搭载50L的消毒液；消毒幅宽2.5-3米；续航里程120公里。低电压48V直流供电，在宽度0.6米的范围内，可以自由通过普通的房间门和楼梯，并且有独立悬挂的减震系统，以及上下楼梯的功能。
2.2基本参数
设计的理论最大速度为7.6千米每小时，最大载重200千克，最大上楼梯的坡度45度，设计最大功率为2KW，正常额定功率1.5KW，电压为48伏额定电压30A最大电压60A。
3.通用底盘技术特点
3.1底盘结构及定位系统
机器人结构采用履带式结构，双电机履带式行走,利用定位建图不仅知道周边环境还能识别自己在哪。同时采用SharpEdge构图技术，建厘米级高精度地图。
3.2行走及控制
控制系统:遥控系统采用2.4G信号遥控，遥控的接收机及其电调采用PWM控制方式，来进行双电机控制，经过程序实现双电机混合控制，在达到灵敏的控制性能，整个过程当中控制的延迟为0.5秒以内。
其相关参数如下：工作频率：2.4G；工作电压：2.5-3.6V；发射电流：0-15mA；输出功率：5db；休眠电流：3.5uA；调制方式：GFSK；最大速率：1M；天线形式：PCB天线；参考距离：50米(无障碍）。
3.3消毒作业
消毒作业分为2个作业机构，其一是可伸缩的雾化喷头，配置有高压水泵，从水箱里抽出消毒药水，在经过雾化喷头加压，实现雾化消毒，作业幅宽为2.5-3米，作业效率为150-180平方米/分钟，是人工作业的5-10倍。其二是定点喷洒消毒，在通用底盘上安装有一个高压水泵，可以扬程为20米，可以对一些卫生死角进行消毒的同时高血压冲洗。
2.4图像传输
机器人采用了5.8G无线图像传输技术，它是通过高清摄像头采集图像后，再由发射机对信号进行模拟调制并以无线方式发送给接收机，接收机进行解调并将信号发送到显示端进行显示。摄像头采用百万像素高清摄像头，发射机工作电压6-16V，支持最大1080P/60高清图像输入，在空旷无干扰环境传输距离500米，接收机输出接口支持HDMI、Type-C接口,除显示屏显示外，支持手机、平板等显示，可实现实时图像传输及监控以及存储500G视频图像。具有体积小、功耗低、安全性高等特点。
2.5地空模式
在实际作业的过程中会遇到一些比较高的障碍物阻挡，例如高大的树木，楼房等，通过结合高空无人机的视频图传，可以实时观测通用底盘的周围环境，再结合自身的视频图传，可实现一定范围的远程控制、以及精准消毒的目的。
2.6物资抓取
该通用底盘还配置有配置有机械手，机械手可以抓起一些未消毒的医疗废弃物，然后送到固定的收集点，再进行消毒。避免人直接接触。
4.后续扩展技术
4.1路径规划相结合
在接下来的技术更新及功能扩展方面我们将采用国内领先的SLAM技术外，还融合了激光雷达、深度摄像头、超声波、防跌落等多种传感器数据，配合导航算法，更能灵活的规划行走路线。
当雷达扫描区域上方出现障碍物时，将使用融合导航技术，通过深度摄像头、超声波、雷达等传感器全面感观周围环境，规避障碍物并重新规划路线。利用超声波传感器精准探测玻璃、镜面等高透材质障碍物，从而在靠近这些物体前及时避让。
4.2自主避障
在获取自身定位、地图数据后，机器人底盘采用了新一代自主定位导航算法，融合多传感器数据，可实现自主避障、规划路线，在各种障碍物之间穿梭自如。
4.3自主补给
根据人工智能的规划，越来越多的人工智能将不断地普及到人们生活中，机器人的自动充电补给技术也将在该机器人通用底盘上扩展。
针对机器人的独立电池充电，目前的解决方案大概有三种:红外信号追踪、无线网络频射无线网络追踪、图像识别法。红外信号跟踪是通过发出的红外信号找到充电位置，然后将其对接；射频无线跟踪是根据射频信号的强度来判断充电位置；图像识别方法利用摄像头进行相关的图像处理方法来发现收费乱象。
机器人自动充电有三种解决方案：红外信号跟踪、射频跟踪和图像识别。红外信号跟踪是通过发出的红外信号找到充电位置，然后将其对接，但其对接位置往往不准确，容易出现偏差；射频无线跟踪是根据发射的射频信号的强度来判断充电位置，但它只能粗略地找到充电位置；然而，基于摄像机的图像识别方法通过相关的图像处理方法来寻找充电点，这也容易受到环境的影响。
4.4与5G技术和micro:bit 相结合
随着5G的不断普及应用，其高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接的优势非常明显，通用底盘也将皆如此模块进一步开放，可以用于科普展示，科普教学，远程控制，开放式的编程。
5.总结
一种轻便智能无人医用消毒通用底盘可以用于社区、学校、医院的室外消毒作业，设计有雾化消毒和定点消毒及物资抓取等功能，能够进行深入性喷洒。整体小巧轻盈，环境适应性好，可以对一些树丛、草丛等死角地方进行消毒，在提高消毒效率的同时有效降低消毒人员的被感染风险。在该底盘上还增加了地空模式、5.8G无线图像传输技术、2.4G遥控技术，是未来防疫消毒的理想选择。