一種履帶式消殺機(jī)器人

一種履帶式消殺機(jī)器人摘要：本文描述了一種履帶式消殺機(jī)器人，具備載藥量大、持續(xù)工作時間長、運(yùn)動靈活等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自主導(dǎo)航和消毒劑噴灑作業(yè)，裝降低了人員消殺作業(yè)的工作量和暴露風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵字：履帶式機(jī)器人、消殺、自主導(dǎo)航1概述在抗擊新冠疫情的工作中，環(huán)境的消毒是從源頭減小病毒感染的機(jī)率，保障人員安全的重要措施，大大降低人員接觸帶來的交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。由于新冠病毒的特殊性，不僅要對室內(nèi)外的地面、墻壁、家具等進(jìn)行全方位的立體消殺，而且要保持每天一至兩次的頻率，工作量很大，有安全風(fēng)險(xiǎn)，消毒劑和紫外線對人體都有一定的危害。從目前來看，最緊急的消殺場所是人員密集地方，如社區(qū)、醫(yī)院等公共機(jī)構(gòu)，在這些地方進(jìn)行消殺，使用體積較小的機(jī)器人可以避免人員進(jìn)入一些危險(xiǎn)地帶，最大程度避免了感染風(fēng)險(xiǎn)。同時機(jī)器人載藥量大，控制靈活，行走快速，在安全的前提下可以很快地對這些場所進(jìn)行消殺。2系統(tǒng)總體方案目前消殺的技術(shù)手段主要有液體消毒劑、粉末消毒劑、紫外線、臭氧等，其中液體消毒劑消殺率高、持續(xù)時間長、成本低、使用方便，是目前應(yīng)用最廣泛的消毒技術(shù)，因此消殺機(jī)器人采用霧化液體消毒劑的方式進(jìn)行消殺。對消殺機(jī)器人的主要要求有：1.有較大的載重量，能夠裝載較多的消毒劑，單次作業(yè)面積大；有較長的續(xù)航時間，減少充電頻率，連續(xù)大范圍長時間作業(yè);3.能夠根據(jù)設(shè)定的路徑自主導(dǎo)航；4.能夠識別和避讓人員、動物和其他障礙物；5.有一定的爬坡和越障能力，適應(yīng)室內(nèi)外各類環(huán)境；6.體積小，能夠原地轉(zhuǎn)向，適應(yīng)狹小的作業(yè)空間；機(jī)器人底盤常用的有履帶式、輪式、多足等類型，履帶式底盤具有載重量大、爬坡越障能力強(qiáng)、原地轉(zhuǎn)向等優(yōu)勢，更為符合消殺機(jī)器人的要求。巡檢消毒機(jī)器人是一種以半自主或全自主的方式操作。全自主模式下，機(jī)器人的定位和導(dǎo)航采用三維激光結(jié)合衛(wèi)星的方式，在室外以RTK(Real-timekinematic)載波相位差分技術(shù)衛(wèi)星定位為主，在室內(nèi)使用三維激光定位，同時結(jié)合超聲波輔助避障，自主實(shí)現(xiàn)消毒和巡檢的功能。半自主模式下機(jī)器人按照服務(wù)器下發(fā)的指令進(jìn)行作業(yè)，管理人員可以通過管理端設(shè)定消殺時間、路徑、速度等任務(wù)數(shù)據(jù)。機(jī)器人可以使用WIFI、4G/5G等無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時通訊，接收指令，同時將視頻、環(huán)境聲音等數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，管理人員在管理端可以查看。下圖是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：3履帶式機(jī)器人機(jī)器人主要部件包括：履帶式底盤、消毒液箱和水泵、電控系統(tǒng)三大部分組成。底盤是不僅是機(jī)器人的運(yùn)動和行走部分，也是其他系統(tǒng)和設(shè)備的載體。底盤主體是鋼制箱體，內(nèi)部安裝電池、電機(jī)、減速機(jī)等器件，通過傳動軸驅(qū)動主動輪，再驅(qū)動兩側(cè)的履帶運(yùn)動。履帶式底盤采用差速轉(zhuǎn)向方式，通過兩側(cè)履帶的速度差控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，極端情況下兩側(cè)履帶反向同速度運(yùn)動，機(jī)器人可以原地360轉(zhuǎn)動，非常適合在狹窄的空間運(yùn)動。機(jī)器人采用電池供電，考慮到長時間穩(wěn)定作業(yè)，內(nèi)部利用EMC濾波器和功率板將電壓去除干擾噪聲與保證直流電源的穩(wěn)定，為機(jī)器人各功能模塊供電。為便于補(bǔ)充消毒液，消毒液箱安裝在底盤上方，容積為100L，能夠噴灑消毒20000平方米。消毒液通過電動水泵抽取和加壓后，通過安裝在機(jī)器人前后兩端的28個噴嘴霧化后噴射，可覆蓋約6m的寬度范圍。在執(zhí)行消殺作業(yè)時，機(jī)器人的行駛速度為0.5m/s，消殺作業(yè)速度約為3m2/s。電控系統(tǒng)由上位的工控機(jī)和下位的運(yùn)動控制器組成，采用這種架構(gòu)的主要目的是將控制中對響應(yīng)速度要求不同的部分，分布在兩個處理器中，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。運(yùn)動控制器基于ARMv9嵌入式處理器，具有可靠性高、功耗低、接口豐富特點(diǎn)，最大的優(yōu)勢在于運(yùn)行實(shí)時操作系統(tǒng)，適用于處理避障等高響應(yīng)要求的任務(wù)。在本臺消殺機(jī)器人中，將超聲波傳感器和距離傳感器通過IIC接口連接到運(yùn)動控制器，當(dāng)遇到障礙物時特別時突然闖入行駛方向的人或動物，能夠快速響應(yīng)，直接向電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送減速或制動指令，避免造成傷害。工控機(jī)采用高性能的Inteli7處理器，運(yùn)行Ubuntu和ROS系統(tǒng)，主要處理激光雷達(dá)、GPS、IMU（慣性制導(dǎo)單元）等器件的數(shù)據(jù)，需要比較強(qiáng)大的計(jì)算能力，通過多源數(shù)據(jù)的融合分析，進(jìn)行定位和路徑規(guī)劃。上位機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通過實(shí)時通信，共同完成巡檢機(jī)器人的部分功能4后臺管理系統(tǒng)軟件功能包含機(jī)器人管理、用戶管理、報(bào)警管理、遙控行走、一鍵返航、巡檢任務(wù)管理、實(shí)時視頻觀看、巡檢點(diǎn)管理、語音對講等模塊。后臺管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖后臺管理系統(tǒng)采用CS結(jié)構(gòu)，其中所有的配置、監(jiān)控、管理等功能，都通過客戶端軟件進(jìn)行操作，界面如下圖所示：后臺管理系統(tǒng)主要功能包括：1.機(jī)器人管理：系統(tǒng)允許多個機(jī)器人一起工作，可以在PC端對機(jī)器人進(jìn)行管理、包括機(jī)器人賬號的增加、修改、刪除、查詢。用戶管理：用戶管理模塊主要是對PC端賬號的管理，包括賬號的增加、修改、刪除、查詢?？梢灾付ㄙ~號的權(quán)限。3.報(bào)警管理：用戶在PC端查詢機(jī)器人發(fā)送過來的報(bào)警消息（機(jī)器人本體報(bào)警消息、圖像識別的報(bào)警消息等）。4.遙控行走：用戶在PC端遙控機(jī)器人（處于手動模式下）進(jìn)行前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等操作。5.一鍵返航：用戶在PC端或手機(jī)端發(fā)送一鍵返航的指令給機(jī)器人，機(jī)器人自行進(jìn)行路線規(guī)劃，選擇最合適的道路返回到初始位置。6.回歸充電：當(dāng)機(jī)器人本體檢測到電池電量低于設(shè)定的閾值時，能夠控制機(jī)器人中斷當(dāng)前的任務(wù)，返回充電樁進(jìn)行充電。7.巡檢任務(wù)管理：用戶在PC端進(jìn)行巡檢任務(wù)的增加、修改、刪除、查詢等操作。通過服務(wù)器發(fā)送至到機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)設(shè)定的任務(wù)進(jìn)行巡檢消毒。8.實(shí)時視頻觀看：機(jī)器人開機(jī)之后，攝像頭（包含音頻）數(shù)據(jù)會實(shí)時上傳至服務(wù)器，用戶在PC端或手機(jī)端連接到服務(wù)器，查看該視頻。9.語音對講：PC端和手機(jī)端可以跟機(jī)器人連線，將PC端或者手機(jī)端的麥克風(fēng)數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)語音對講功能。履帶式消殺機(jī)器人目前已完成樣機(jī)的試制，在室內(nèi)外進(jìn)行了實(shí)際作業(yè)測試，實(shí)現(xiàn)了自動導(dǎo)航、避讓行人障礙物等功能，實(shí)測