CN111956850A - 低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法 - Google Patents

低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法，包括供电机构、履带行走机构、旋转机构、智能机械臂机构，供电机构两侧分别装有一套履带行走机构，供电机构和履带行走机构上端固定连接有安装座，安装座上端四角处均设置旋转机构，安装座上开设有有安装槽，安装槽内设置有中央处理箱，旋转机构与智能机械臂机构固定连接，单个旋转机构与单个智能机械臂机构连接构成六自由度机械手臂，四个所述六自由度机械臂，本发明过智能机器人带动四个六自由度机械臂同时工作，同时释放低温等离子体射流实现360度无死角消杀，使用智能机器人可替代人工作业，减少人力投入，减少人员频繁接触病原体的机会，降低人员感染病毒的风险。

Description

低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法。
背景技术
新型冠状病毒的大面积爆发，对诊疗环境、医疗器械、患者用物及患者分泌物等的消毒处理提出了严苛的要求。常规的消毒手段普遍采用水剂消毒剂加人工喷洒的方式。消毒剂散发的刺激性气体对人体的呼吸道存在一定伤害，对环境也会造成一定程度的污染，对电梯、自动门等电子机械装置设备的电路、机械部件也带来潜在危害，同时，人工喷洒消毒剂效率低，消毒剂耗费量大，消杀作业过程中人员可能频繁接触病原体，造成自身感染。
现有智能机器人消毒杀菌技术作为人工消毒杀菌手段的补充，大致可分为三类，使用智能机器人进行消毒剂喷洒、使用智能机器人发射紫外线进行消毒灭菌、使用智能机器人产生臭氧进行消毒灭菌。
上述三种类型的智能机器人可以弥补人工喷洒消毒剂中人体频繁接触病原体和长时间工作导致体能消耗过大的缺点，但也有各自的短板。
发明内容
本发明的目的在于提供低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法，避免水剂消毒剂污染环境、损害电器设备、刺激人体呼吸道，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀，同时智能机器人可替代人工作业，减少人力投入，减少人员频繁接触病原体的机会，降低人员感染风险。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：低温等离子体智能消毒杀菌机器人，包括供电机构、履带行走机构、旋转机构、智能机械臂机构，其特征在于：所述供电机构两侧分别装有一套履带行走机构，所述供电机构和履带行走机构上端固定连接有安装座，所述安装座上端四角处均设置旋转机构，安装座上开设有有安装槽，所述安装槽内设置有中央处理箱，所述旋转机构与机械臂机构固定连接，单个旋转机构与单个机械臂机构连接构成六自由度机械手臂。
优选的，所述供电机构一侧设置有红外摄像头和激光雷达，供电机构至少具有第一电源的第一供电单元和第二电源的第二供电单元，所述第一供电单元为使用该第一电源的履带行走机构和六自由度机械手臂，所述第二供电单元为使用该第二电源的中央处理箱、红外摄像头和激光雷达。
优选的，所述履带行走机构包括履带、驱动轴、和固定件、支撑件，所述驱动轴贯穿支撑件，所述履带环绕包覆在支撑件表面，所述驱动轴一侧设置有动力电机，驱动轴输出端装设有主动履带轮，所述动力电机通过驱动轴与履带传动连接，所述驱动轴通过固定件与支撑件固定链。
优选的，所述旋转机构包括旋转台、旋转盘、固定轴和限位板，所述旋转台固定连接在安装座上端表面，旋转台上表面固定连接有限位板，所述限位板数量为两个，两个所述限位板之间设置一定间距，且两个所述限位板上均开设有等高等同的槽口，所述限位板一侧设置有旋转盘，所述旋转盘一侧固定连接有固定轴。
优选的，所述机械臂机构包括机械臂、固定连接在机械臂底部的底座、固定连接在机械臂端口处的射流喷管和电路集成于机械臂内部的低温等离子体发生装置，所述底座底端设置有凸块，所述机械臂通过固定轴贯穿限位板和位于限位板间距之间的底座凸块与旋转台转动连接，所述机械臂上设置有进气口和出气口，机械臂内部设置有风道，所述机械臂内部设置有低温等离子体发生装置，所述机械臂出气口固定连接有射流喷管，所述射流喷管通过四个六自由度机械臂同时配合工作，释放低温等离子体射流。
一种用于控制如权利要求1-5所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于具体包括；
S1、红外摄像体温检测系统识别体温异常人员并发出警报；
S2、立体智能视觉系统对环境进行智能识别，确定消杀范围；
S3、双目立体视觉、激光雷达、GPS等进行行驶路径规划；
S4、根据行驶路径，通过履带行走机构将四个所述六自由度机械臂待工作区域的指定位置；
S5、中央处理箱控制四个六自由度机械臂工作，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀。
优选的，所述立体智能视觉系统智能识别环境信息，所述环境信息包括场景信息、所述待工作区域的面积和(即消杀范围)，立体智能视觉系统融合双目立体视觉，同时基于主动激光的立体视觉，能24小时全天候工作，适应强光、阴天、夜晚等光线干扰场景。
优选的，所述立体智能视觉系统对环境进行智能识别融合双目立体视觉、激光雷达、GPS等多种传感技术，智能认知、高精度检测，单个目标识别定位时间小于1s，识别准确率大于95％。
优选的，所述红外摄像体温检测系统包括红外摄像头和报警器，通过由红外摄像头检测体温异常的人群，并通过报警器发出警报。
优选的，所述中央处理箱包括用于触发可编程逻辑处理器，以及输出所述可编程逻辑处理器获取的所述目标对象的属性信息、所述目标对象与所述机器人间的距离值，所述中央还包括管理模块，所述管理模块被配置为管理所述消毒机器人的以下信息：所述第一电源和第二电源的的电量，所述履带行走机构的当前状态和路径数据，所述六自由度机械臂的当前状态，所述低温等离子体发生装置的历史数据，和待工作区域的地图信息。
与现有技术相比，本发明提供了低温等离子体智能消毒杀菌机器人及其控制方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过智能机器人带动四个六自由度机械臂同时工作，同时释放低温等离子体射流，采用大气压下的空气即可作为反应气体，无需稀有气体和氮气，实现360度无死角消杀，避免使用氮气或稀有气体，造成电离产生氮氧化合物，对环境造成破坏，同时无需使用水剂消毒剂，不会产生消毒剂残留，不会污染环境，不会造成电器设备内部短路和机械损伤，不会释放有毒气体伤害人体。
2、本发明中融合双目立体视觉、激光雷达、GPS等多种传感技术的配合使用，高精度检测准确率高，智能认知度高，智能识别消杀环境，确认消杀范围，使用履带底盘可以适应各种地形，增强了实用性和适用性，同时使用智能机器人可替代人工作业，减少人力投入，减少人员频繁接触病原体的机会，降低人员感染病毒的风险。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明提出的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的结构示意图；
图2为本发明提出的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的部分结构示意图；
图3为图1中A处的放大图；
图4为低温等离子体智能消毒杀菌机器人的流程框图。
图中：1、履带；2、驱动轴；3、供电机构；4、固定件；5、红外摄像头；6、激光雷达；7、安装座；8、中央处理箱；9、旋转台；10、旋转盘；11、固定轴；12、限位板；13、底座；14、智能机械臂；15、射流喷管；16、安装槽。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：低温等离子体智能消毒杀菌机器人，包括供电机构3、履带行走机构、旋转机构、机械臂机构,供电机构3两侧分别装有一套履带行走机构，通过履带行走机构使得机器人可以自由移动，所述供电机构3和履带行走机构上端固定连接有安装座7，所述安装座7上端四角处均设置旋转机构，安装座7上开设有有安装槽16，所述安装槽16内设置有中央处理箱8，旋转机构与机械臂机构固定连接，单个旋转机构与单个机械臂机构连接构成六自由度机械手臂，通过旋转机构使得机械臂能在其工作空间中实现的任意位置和姿态，通过安装座7上端的四个六自由度机械臂，实现机器人周围360°无死角。
供电机构3一侧设置有红外摄像头5和激光雷达6，红外摄像头用于识别体温异常人员，激光雷达向体温异常人员发射探测信号,然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,经过处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对机器人进行探测、跟踪和识别，供电机构3至少具有第一电源的第一供电单元和第二电源的第二供电单元，所述第一供电单元为使用该第一电源的履带行走机构和六自由度机械手臂，所述第二供电单元为使用该第二电源的中央处理箱8、红外摄像头5和激光雷达6，通过第一电源和第二电源的双电源分区供电，能有效的提高机器人的生存能力，避免当电源供电机构出现问题后，机器人整体瘫痪无法工作，甚至丢失机器人位置信息，照成机器人无法正常回收。。
履带行走机构包括履带1、驱动轴2、和固定件4、支撑件，所述驱动轴2贯穿支撑件，所述履带1环绕包覆在支撑件表面，所述驱动轴2一侧设置有动力电机，驱动轴2输出端装设有主动履带轮，所述动力电机通过驱动轴2与履带1传动连接，所述驱动轴2通过固定件4与支撑件固定链，通过使用履带1底盘，使得机器人能够适应各种地形，提高消毒机器人的实用性与适用性。
旋转机构包括旋转台9、旋转盘10、固定轴11和限位板12，所述旋转台9固定连接在安装座7上端表面，旋转台9上表面固定连接有限位板12，限位板12对机械臂14底座13凸块进行限位，避免发生偏移，同时便于对智能机械臂14的安装，所述限位板12数量为两个，两个所述限位板12之间设置一定间距，且两个所述限位板12上均开设有等高等同的槽口，所述限位板12一侧设置有旋转盘10，所述旋转盘10一侧固定连接有固定轴11。
机械臂机构包括上机械臂14、固定连接在机械臂14底部的底座13、固定连接在机械臂14端口处的射流喷管15和电路集成于机械臂14内部的低温等离子体发生装置，所述底座13底端设置有凸块，所述机械臂14通过固定轴11贯穿限位板12和位于限位板12间距之间的底座13凸块与旋转台9转动连接，通过旋转台9和旋转盘10的配合使用使得机械臂14在其工作空间中实现的任意位置和姿态，所述机械臂14上设置有进气口和出气口，机械臂14内部设置有风道，所述机械臂14内部设置有低温等离子体发生装置，采用空气作为反应气体，大气压下的空气即可作为反应气体，无需稀有气体和氮气，避免电离产生氮氧化合物，对环境造成破坏，所述机械臂14出气口固定连接有射流喷管15，所述射流喷管15通过四个六自由度机械臂同时配合工作，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀。
一种用于控制如权利要求1-5所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于具体包括；
S1、红外摄像体温检测系统识别体温异常人员并发出警报；
S2、立体智能视觉系统对环境进行智能识别，确定消杀范围；
S3、双目立体视觉、激光雷达、GPS等进行行驶路径规划；
S4、根据行驶路径，通过履带行走机构将四个所述六自由度机械臂待工作区域的指定位置；
S5、中央处理箱控制四个六自由度机械臂工作，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀。
红外摄像体温检测系统包括红外摄像头和报警器，通过由红外摄像头检测体温异常的人群，并通过报警器发出警报，立体智能视觉系统智能识别环境信息，环境信息包括场景信息、待工作区域的面积和(即消杀范围)，同时通过激光雷达、GPS等进行行驶路径规划，中央处理器根据行驶路径控制履带行走机构将机器人和四个六自由度机械臂转移至工作区域指定位置，立体智能视觉系统融合双目立体视觉，同时基于主动激光的立体视觉，能24小时全天候工作，适应强光、阴天、夜晚等光线干扰场景，立体智能视觉系统对环境进行智能识别融合双目立体视觉、激光雷达、GPS等多种传感技术，智能认知、高精度检测，单个目标识别定位时间小于1s，识别准确率大于95％，到达指定工作区域位置后，中央处理箱控制四个六自由度机械臂工作，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀，释放等离子体射流。
在本实施例中，中央处理箱包括用于触发可编程逻辑处理器，以及输出所述可编程逻辑处理器获取的所述目标对象的属性信息、所述目标对象与所述机器人间的距离值，所述中央还包括管理模块，所述管理模块被配置为管理所述消毒机器人的以下信息：所述第一电源和第二电源的的电量，来确保消毒机器人的消毒工作正常有序进行，所述履带行走机构的当前状态和路径数据，所述六自由度机械臂的当前状态，所述低温等离子体发生装置的历史数据，和待工作区域的地图信息，避免消毒机器人工作区域的遗漏或重复。
在本实施例中，低温等离子体智能消毒杀菌机器人，通过将低温等离子体发生装置的电路集成于机械手臂内部，细长的射流喷管位于机械手臂端口，避免水剂消毒剂污染环境、损害电器设备、刺激人体呼吸道，采用空气作为反应气体，大气压下的空气即可作为反应气体，无需稀有气体和氮气，避免使用惰性气体或氮气，同时惰性气体属于稀缺资源，价格昂贵，而氮气在放电过程中，会电离产生氮氧化合物，对环境造成破坏，使用履带底盘可以适应各种地形，增强了实用性和适用性，同时使用智能机器人可替代人工作业，减少人力投入，减少人员频繁接触病原体的机会，降低人员感染病毒的风险。
本实施例中，整个操作过程可由电脑控制，加上中央处理箱、管理模块和可编程逻辑处理器，实现人工控制或自动化运行控制，且在各个操作环节中，可以通过设置传感器，进行信号反馈，实现步骤操作顺序的依序进行，这些都是目前自动化控制的常规知识，在本实施例中则不再一一赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修该、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.低温等离子体智能消毒杀菌机器人，包括供电机构(3)、履带行走机构、旋转机构、智能机械臂机构，其特征在于：所述供电机构(3)两侧分别装有一套履带行走机构，所述供电机构(3)和履带行走机构上端固定连接有安装座(7)，所述安装座(7)上端四角处均设置旋转机构，安装座(7)上开设有有安装槽(16)，所述安装槽(16)内设置有中央处理箱(8)，所述旋转机构与智能机械臂机构固定连接，单个旋转机构与单个智能机械臂机构连接构成六自由度机械手臂。
2.根据权利要求1所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人，其特征在于：所述供电机构(3)一侧设置有红外摄像头(5)和激光雷达(6)，供电机构(3)至少具有第一电源的第一供电单元和第二电源的第二供电单元，所述第一供电单元为使用该第一电源的履带行走机构和六自由度机械手臂，所述第二供电单元为使用该第二电源的中央处理箱(8)、红外摄像头(5)和激光雷达(6)。
3.根据权利要求1所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人，其特征在于：所述履带行走机构包括履带(1)、驱动轴(2)、和固定件(4)、支撑件，所述驱动轴(2)贯穿支撑件，所述履带(1)环绕包覆在支撑件表面，所述驱动轴(2)一侧设置有动力电机，驱动轴(2)输出端装设有主动履带轮，所述动力电机通过驱动轴(2)与履带(1)传动连接，所述驱动轴(2)通过固定件(4)与支撑件固定链。
4.根据权利要求1所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人，其特征在于：所述旋转机构包括旋转台(9)、旋转盘(10)、固定轴(11)和限位板(12)，所述旋转台(9)固定连接在安装座(7)上端表面，旋转台(9)上表面固定连接有限位板(12)，所述限位板(12)数量为两个，两个所述限位板(12)之间设置一定间距，且两个所述限位板(12)上均开设有等高等同的槽口，所述限位板(12)一侧设置有旋转盘(10)，所述旋转盘(10)一侧固定连接有固定轴(11)。
5.根据权利要求1所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人，其特征在于：所述机械臂机构包括智能机械臂(14)、固定连接在机械臂(14)底部的底座(13)、固定连接在机械臂(14)端口处的射流喷管(15)和电路集成于机械臂臂内部的低温等离子体发生装置，所述底座(13)底端设置有凸块，所述机械臂(14)通过固定轴(11)贯穿限位板(12)和位于限位板(12)间距之间的底座(13)凸块与旋转台(9)转动连接，所述机械臂(14)上设置有进气口和出气口，机械臂(14)内部设置有风道，所述智能机械臂(14)内部设置有低温等离子体发生装置，所述机械臂(14)出气口固定连接有射流喷管(15)，所述射流喷管(15)通过四个六自由度机械臂同时配合工作，释放低温等离子体射流。
6.一种用于控制如权利要求1-5所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于具体包括；
S1、红外摄像体温检测系统识别体温异常人员并发出警报；
S2、立体智能视觉系统对环境进行智能识别，确定消杀范围；
S3、双目立体视觉、激光雷达、GPS等进行行驶路径规划；
S4、根据行驶路径，通过履带行走机构将四个所述六自由度机械臂待工作区域的指定位置；
S5、中央处理箱控制四个六自由度机械臂工作，释放低温等离子体射流，实现360度无死角消杀。
7.根据权利要求6所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于：立体智能视觉系统智能识别环境信息，所述环境信息包括场景信息、所述待工作区域的面积和(即消杀范围)，立体智能视觉系统融合双目立体视觉，同时基于主动激光的立体视觉，能24小时全天候工作，适应强光、阴天、夜晚等光线干扰场景。
8.根据权利要求1所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于：所述立体智能视觉系统对环境进行智能识别融合双目立体视觉、激光雷达、GPS等多种传感技术，智能认知、高精度检测，单个目标识别定位时间小于1s，识别准确率大于95％。
9.根据权利要求6所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于：所述红外摄像体温检测系统包括红外摄像头和报警器，通过由红外摄像头检测体温异常的人群，并通过报警器发出警报。
10.根据权利要求6所述的低温等离子体智能消毒杀菌机器人的控制方法，其特征在于：所述中央处理箱包括用于触发可编程逻辑处理器，以及输出所述可编程逻辑处理器获取的所述目标对象的属性信息、所述目标对象与所述机器人间的距离值，所述中央还包括管理模块，所述管理模块被配置为管理所述消毒机器人的以下信息：所述第一电源和第二电源的的电量，所述履带行走机构的当前状态和路径数据，所述六自由度机械臂的当前状态，所述低温等离子体发生装置的历史数据，和待工作区域的地图信息。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021245463A3 (en) * 2020-06-01 2022-01-06 Nanoclean (S) Pte Ltd. Cold plasma sanitization robot
CN114344511A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 桂林电子科技大学 等离子体灭菌装置和等离子体灭菌方法
CN114681641A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 同方威视技术股份有限公司 消杀装置、存储箱和消杀方法
WO2023045076A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 李国强 一种杀菌机器人

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