王斌 厉佳勋
浙江图讯科技股份有限公司 310023
摘要：针对某些公共场所需要进行卫生消毒、安全巡视及环境数据监测等工作，本文提出并设计了一种轮式消毒防疫智能巡检机器人，通过激光雷达和惯导模块进行自主导航，配置多种传感器进行数据的采集，并通过无线模块进行数据的传输。具备载药量大、持续工作时间长、运动灵活等特点，实现了自主导航和消毒剂喷洒作业，装降低了人员消杀作业的工作量和暴露风险。
关键字：轮式机器人、消杀、自主导航
1 概述
在全球防范新冠病毒的大环境下，疫情形势不断加剧，持续的关口防疫检查效率低下，还使留守在疫情重灾区防疫一线的医护、安防等人员的安全受到威胁。针对以上问题，各国相关科研机构都加紧研发防疫机器人。尤其在众多公共场合(如车站候车厅、地铁站、教室等人流 流动密集区)以及隔离区、病房、手术室等高危交叉感染区 需要进行定期的人工消毒工作，使用消杀机器人可以减轻工作人员的劳动力 度以及避免疫情的传播，本文提出并设计了一种轮式消毒防疫智 能巡检机器人，在巡检机器人的基础上，安装消毒喷洒装置， 用于消毒液体的喷洒，完成消毒工作。
2 功能
轮式消杀机器人以轮式巡检机器人为载体，在机器人上搭载防疫消毒模块，现阶段使用液体消毒器消杀效果最为明显、且成本较低，可以大面积长时效使用。机器人喷洒消毒剂能够对消毒区域进行全自动消毒作业，有效杀灭致病微生物。在执行消毒任务过程中，消杀机器人可发生灯光闪烁警示，避免人员靠近造成不必要伤害。消杀机器人可进行单次消杀任务或者循环消杀任务，当消毒任务完成或者消毒液喷洒完后，消杀机器人可将消毒时间、执行任务区域等关键信息上传至控制中心做记录和分析，同时自动返回充电点进行充电。
3 优势
消杀机器人具有四大优势：（1）可采用自主导航模式运行，单次执行消杀作业或循环执行消杀作业，充分弥补了固定式消毒装置的不足；（2）机器人可24小时不停歇作业，自动充电完成后继续执行任务，替代大量消杀人力，显著提升消杀工作效率；（3）采用智能化消毒防控技术，实现定时、定点、定量消毒处理，有效避免过度消毒；（4）实现智能远程控制、人机分离，可有效避免消毒液侵害人体，显著降低二次污染和交叉感染的概率，降低对人体的职业伤害。
4系统组成
本文设计的消毒防疫智能巡检机器人主要用于公共场合下的环境数据采集、数据信息传输等日常巡检工作，同时通过安放在机器人本体上的消毒喷洒装置可以实现巡检过程中的消毒液喷洒功能，有效的减少了人力劳动，提高了工作效率。
根据实际应用功能的设计需求，轮式消杀机器人应具备以下功能性能：
(1)可进行自主导航，根据设定路径运行；
(2)底盘能负载较大的载荷，可以携带足够的消毒剂进行喷洒作业；
(3)较长的续航实际，可单次完成大面积的消杀作业；
(4)能够识别避让障碍物，在机器人运动或执行消杀任务过程中，避免碰撞；
(5)有一定的爬坡和越障能力，以适应室内外各类地形环境
(6)能够原地旋转，以适应室内狭小空间
(7)能够远程查看消杀机器人的图像信息
(8)能够远程调整消杀机器人的移动路线
轮式消毒机器人可以通过半自主或全自主的方式进行操作。全自主模式下，机器人的定位和导航采用三维激光结合GPS导航的方式，在室外以RTK（Real - time kinematic）载波相位差分技术卫星定位为主，在室内使用三维激光定位，同时结合超声波辅助避障，自主实现消毒和巡检的功能。
半自主模式下机器人按照服务器下发的指令进行作业，管理人员可以通过PC端软件设定消杀时间、路径、速度等任务数据。机器人可以使用WIFI、4G/5G等无线网络与服务器进行实时通讯，接收指令，同时将视频、环境声音等数据发送到客户端，操作人员在PC端软件可以查看。
轮式消杀机器人结构主要包括：轮式移动底盘、电控系统、消毒液和水泵三大部分。轮式消杀机器人的硬件系统以工控机为核心，外围配置传感器模块、导航模块、运动执行单元、摄像头、无线模块以及消毒喷洒装置等，从而实现机器人的自主移动、环境数据检测、图像信息采集与传输、消毒液体喷洒等功能
轮式移动底盘是机器人的运动和行走部分，同时也承载其他系统和元器设备。移动底盘主体是合金结构，内部安装电池、电机、减速机等器件，通过四轮四驱方式进行移动，该驱动架构移动十分灵活，机器人可以原地360°转动，非常适合在狭窄的空间运动。机器人采用电池供电，考虑到长时间稳定作业，内部利用EMC滤波器和功率板将电压去除干扰噪声与保证直流电源的稳定，为机器人各功能模块供电。
为便于补充消毒液，消毒液箱安装在底盘上方，容积为25L，能够喷洒消毒5000平方米。消毒液通过电动水泵抽取和加压后，通过安装在机器人前后两端的28个喷嘴雾化后喷射，可覆盖约6m的宽度范围。在执行消杀作业时，机器人的行驶速度为0.5m/s，消杀作业速度约为3m2/s。
电控系统由上位的工控机和下位的运动控制器组成，采用这种架构的主要目的是将控制中对响应速度要求不同的部分，分布在两个处理器中，发挥各自的优势。
5 系统软件
轮式消杀机器人的软件设计是在硬件系统的基础上通过软件程序的设计，实现轮式消杀机器人的自主导航、环境数据采集、图像信息采集与传输以及消毒液体的喷洒等功能。系统软件的设计包括轮式消杀机器人控制系统程序设计以及PC端上位机软件设计两部分内容，分别实现轮式消杀机器人的控制与人机交互界面。
软件功能包含机器人管理、用户管理、报警管理、遥控行走、一键返航、巡检任务管理、实时视频观看、巡检点管理、语音对讲等模块。软件界面功能主要分为四块，分别为设备列表，机器人实时视频显示，设备实时状态信息与实时任务信息展示区，默认展示信息都为空，只有在选择了具体机器人后才展示机器人相关的信息(实时视频,设备实时状态,当前任务信息等)
设备列表默认注册过后的机器都会显示在列表中，列表中机器人图片有两种颜色，灰色表示当前机器人未上线，绿色表示当前机器人在线，鼠标双击某一个在线的机器人后，会获取到当前机器人的相关信息，实时视频信息会展示出来，实时状态信息会实时更新，当前任务会显示在实时任务信息栏中。
6 应用场景
商场、办公楼宇具有人员密集、活动集中、场所封闭等诸多有利于疫情扩散传播的因素，战疫形势异常严峻。为全面遏制疫情在室内、室内等人员集中场所的传播，必须对全域进行高频次无死角的有效消毒作业。为解决人工消毒面临的时间紧、任务重、人手缺等诸多难题，轮式消杀机器人临危受命，对负责区域进行全面消毒，保障了域内人员安全。轮式消杀机器人还可应用于人流或车流密集的检查站、医院等室内外场所。
7 参考文献
[1]赵璠璠.变电站智能巡检机器人系统设计[J].机械管理开发, 2020, 35(10) : 233-235.
[2］李剑，韩忠华，王浩?警用妥保巡逻机器人发展研究［J］.中国安全防范技术与应用，2018(3):16-19.
[3]孙迪生，王炎.机器人控制技术[M].机械工业出版社, 1998.
王斌（1974/2/7），男，汉族，浙江杭州，高级工程师，机器人?
基金项目：科技部“科技助力经济2020”重点专项(SQ2020YFF0426366)