CN111958613A - 一种基于uvc-led灭菌灯的机器人及其ai智能视觉轨迹系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UVC‑LED灭菌灯的机器人及其AI智能视觉轨迹系统，其特征在于，包括机构主体、图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件、监测感应组件、细菌残留检测模块、中央处理器、驱动模块和USB接口充电模块；所述机构主体的底部还设有至少四个万向轮，所述深紫外灭菌灯组件可折叠设置在所述机构主体上端外侧，所述监测感应组件设在所述机构主体的下部外侧，所述机构主体的顶部上表面设置有图像采集模块，图像采集模块采集配合细菌残留检测模块采集图像数据，AI智能视觉轨迹系统应用于本发明的机器人，通过机器人扫描的环境数据进行建模，建立灭菌轨迹路线，并自动进行消毒灭菌。本发明的机器人具备智能检测灭菌功能，灭菌效果彻底，自动化程度高。

Description

一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人及其AI智能视觉轨迹系统

技术领域

本发明涉及灭菌器具领域，具体是一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人及其AI智能视觉轨迹系统。

背景技术

目前市场上的深紫外线杀菌灯，通常是固定式台灯形态，如果固定在某个位置上，只能局部、局限性的进行灭菌，这样的产品无法智能移动、也没有记录数据，无法记录每个单位面积内，得到了多少照射剂量，是否达到灭菌计量标准。远远达不到对指定空间进行彻底灭菌的效果，为此需要设计一款具备智能化检测和杀菌的灭菌装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灭菌装置及其AI智能视觉轨迹系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，包括机构主体、图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件、监测感应组件、细菌残留检测模块、中央处理器、驱动模块和USB接口充电模块；所述机构主体的底部还设有至少四个万向轮，所述深紫外灭菌灯组件可折叠设置在所述机构主体上端外侧，所述监测感应组件设在所述机构主体的下部外侧，所述机构主体的顶部上表面设置有图像采集模块。

所述图像采集模块包括伸缩套管和全景摄像头，所述全景摄像头通过伸缩套管安装在机构主体上，所述全景摄像头用于获取待灭菌场所的空间图像信息，为系统建立空间模型提供图像数据；当不使用时，伸缩套管回缩，将其顶部的全景摄像头收入到机构主体内。

所述深紫外线杀菌灯组件包括深紫外线杀菌灯板和支撑框架，所述深紫外线杀菌灯板的中部通过旋转机构连接在支撑框架的尾端，所述支撑框架的前端可折叠连接在所述机构主体上。

所述监测感应组件包括红外感测模块和微波雷达，所述红外感测模块用于感应监测待灭菌场所中活体生物，所述微波雷达用于检测机器人运动过程中的障碍物检测。

所述细菌残留检测模块用于获取待灭菌场所中的种类和细菌量分布，并传输到中央处理器进行整合分析。

所述机构主体上还设有USB接口充电模块，所述USB接口充电模块用于对所述机构主体的内置电池进行充电，所述USB接口充电模块右侧还设有工作指示灯。

所述驱动模块设置在机构主体内部，用于控制图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件和机构主体的运动。

所述中央处理器分别与所述图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件、监测感应组件、细菌残留检测模块和驱动模块电性连接。

进一步的，所述深紫外线杀菌灯组件包括转动轴、散热片、UVC-LED灯板和透光防水透镜，所述转动轴设在所述散热片两侧中部，所述UVC-LED灯板紧贴所述散热片设置，所述透光防水透镜罩住所述UVC-LED灯板固定在所述散热片外围。

进一步的，所述UVC-LED灯板和透光防水透镜上设有一一对应的UVC-LED灯珠和透镜，透镜外圈弧度呈120-150度，所述透镜用于将UVC-LED灯珠发出的光线进行均匀性处理。

进一步的，所述监测感应组件至少设有一组。

进一步的，所述UVC-LED灯板至少包括50mW和100mW两个工作档位，可以根据实际灭菌需求选择不同的工作档位进行消杀工作。

一种AI智能视觉轨迹系统，AI智能视觉轨迹系统应用于上述一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，所述AI智能视觉轨迹系统的运行包括如下步骤：

第一步，机器人进入对待灭菌场所中后，启动360度全景摄像头对对待灭菌场所进行扫描，建立所述对待灭菌场所的3D场景；

第二步，建立空间坐标系，以起始点位为(0，0)，内部处理器控制机器人进行空间轨迹的运动和收集，即机器人前进一个身位为(0,1)，反之后退一个身位为(0，-1)，向左一个身位为(-1,0)，向右一个身位则为(1,0)，则机器人可以在监测感应组件的配合下，完成待灭菌场所的所有空间坐标信息的建立；

第三步，通过细菌残留检测模块和全景摄像头进行对所述待灭菌场所各个坐标的细菌状况分析，得到细菌分布状况图像；

第四步，进行视觉演算，针对空间内细菌分布状况及位置进行细菌种类、细菌量、移动方向以及照射时间的分析；其中，根据视觉演算的结果，对环境中细菌量分布的情况调节灭菌照度大小和灭菌时间长短，并依据视觉演算将灭菌方案生成并存储到内部存储器中，中央处理器调取灭菌方案，并建立灭菌路线；

第五步，机器人在中央处理器的控制下，通过驱动模块控制机器人和深紫外灭菌灯组件工作，对所述待灭菌场所根据所述灭菌路线和灭菌方案进行灭菌操作；

第六步，首轮灭菌完成后，再次启动细菌残留检测模块和全景摄像头对所述环境进行细菌残留状况分析，得到首轮灭菌后环境的细菌量的残留分布情况，通过事先设定的细菌量分布标准，判断环境灭菌是否彻底，如不彻底则有针对性的对达不到标准的区域进行重复灭菌，直到整体环境达到都达到相关标准为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)有效率的进行空间灭菌轨迹计算，灭菌机器人实现智能化运行，减少人工投入成本；

(2)确保每个角落都能够达到灭菌的剂量要求，灭菌机器人智能检测灭菌效果，重复消杀，杀菌彻底。

附图说明

图1本发明的灭菌机器人整体结构示意图；

图2本发明的灭菌机器人另一工作状态结构示意图；

图3本发明的灭菌机器人深紫外线杀菌灯组件结构示意图；

图4本发明的灭菌机器人深紫外线杀菌灯组件拆分结构示意图；

图5本发明的灭菌机器人系统运行流程图；

图6本发明的灭菌机器人坐标系建立示意图；

图7为本发明的灭菌机器人的电路结构连接示意图。

图中，1.机构主体；2.红外感测模块；3.深紫外线杀菌灯组件；31.转动轴；32.散热片；33.UVC-LED灯板；34.透光防水透镜；4.支撑框架；5.伸缩套管；6.全景摄像头；7.细菌残留检测模块；8.USB接口；9.指示灯；10.万向轮；11.微波雷达。

具体实施方式

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。

如图1-7，一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，包括机构主体1、图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件3、监测感应组件、细菌残留检测模块7、中央处理器、驱动模块和USB接口充电模块8；机构主体1的底部还设有至少四个万向轮10，深紫外灭菌灯组件可折叠设置在机构主体1上端外侧，监测感应组件设在机构主体1的下部外侧，机构主体1的顶部上表面设置有图像采集模块；

图像采集模块包括伸缩套管5和全景摄像头6，全景摄像头6通过伸缩套管5安装在机构主体1上，全景摄像头6用于获取待灭菌场所的空间图像信息，为系统建立空间模型提供图像数据；

深紫外线杀菌灯组件3包括深紫外线杀菌灯板和支撑框架4，深紫外线杀菌灯板的中部通过旋转机构连接在支撑框架4的尾端，支撑框架4的前端可折叠连接在机构主体1上；

监测感应组件包括红外感测模块2和微波雷达11，红外感测模块2用于感应监测待灭菌场所中活体生物，微波雷达11用于检测机器人运动过程中的障碍物检测；

细菌残留检测模块7用于获取待灭菌场所中的种类和细菌量分布，并传输到中央处理器进行整合分析；

机构主体1上还设有USB接口充电模块8，USB接口充电模块8用于对机构主体1的内置电池进行充电，USB接口充电模块8右侧还设有工作指示灯9；

驱动模块设置在机构主体1内部，用于控制图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件3和机构主体1的运动；具体实施过程如下，启动时图像采集模块中的伸缩套管5将全景摄像头6从机构主体1的顶部上表面顶出，深紫外线杀菌灯组件3从机构主体1的两侧呈翼展形式展开，对应的驱动模块还可以驱动万向轮10带动机构主体1进行运动。

中央处理器分别与图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件3、监测感应组件、细菌残留检测模块7和驱动模块电性连接。

本具体实施例中，深紫外线杀菌灯组件3包括转动轴31、散热片32、UVC-LED灯板33和透光防水透镜34，转动轴31设在散热片32两侧中部，UVC-LED灯板33紧贴散热片32设置，透光防水透镜34罩住UVC-LED灯板33固定在散热片32外围。深紫外线杀菌灯的使用伴随着大功率能耗的使用，为此需要足够强大的散热体系，本实施例将大规格的散热片32直接贴紧LED灯板使用，可以保证灯板长时间工作的需求。

本具体实施例中，UVC-LED灯板33和透光防水透镜34上设有一一对应的UVC-LED灯珠和透镜，透镜外圈弧度呈120度，透镜用于将UVC-LED灯珠发出的光线进行均匀性处理。由于单颗的UVC-LED灯珠发射紫外线是相对不均匀的，无法将光线相对集中在对应的区域内，而透镜的使用恰恰解决了该问题，在本发明实现的过程中，对于大量的数据测试表明。当透镜外凸面的弧形角度在120-150度时，其光线的分布均匀性较好，故本实施例采用120度弧度的透镜作为配套使用。

本具体实施例中，监测感应组件设有一组，其通过对机器人在行进过程中，对障碍物以及活体生物进行对应的监测感应，有效规避了障碍物，同时，在待灭菌场所不小心闯入活体生物时，可以及时关闭UVC-LED灯组，避免深紫外线对活体生物的伤害。

本具体实施例中，UVC-LED灯板33优选为50mW和100mW两个工作档位，本次发明在公司实际多组的对比试验中，已经得出两个档位的灭菌效果所需要的时间。具体的灭菌效果随本实施例的轨迹系统部分进行具体说明。后续将会继续开展对更多规格UVC-LED的功率的测试研究，以期得到更多符合消杀场所的效率需求。

如图5-7，一种AI智能视觉轨迹系统，AI智能视觉轨迹系统应用于上述一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，AI智能视觉轨迹系统的运行包括如下步骤：

第一步，机器人进入对待灭菌场所中后，启动360度全景摄像头6对对待灭菌场所进行扫描，建立对待灭菌场所的3D场景；

第二步，建立空间坐标系，以起始点位为(0，0)，内部处理器控制机器人进行空间轨迹的运动和收集，即机器人前进一个身位为(0,1)，反之后退一个身位为(0，-1)，向左一个身位为(-1,0)，向右一个身位则为(1,0)，则机器人可以在监测感应组件的配合下，完成待灭菌场所的所有空间坐标信息的建立；

第三步，通过细菌残留检测模块7和全景摄像头6进行对待灭菌场所各个坐标的细菌状况分析，得到细菌分布状况图像；如图6所示，具体的，细菌的分布情况将以对应的区域坐标反馈到中央处理器中；

第四步，进行视觉演算，针对空间内细菌分布状况及位置进行细菌种类、细菌量、移动方向以及照射时间的分析；其中，根据视觉演算的结果，对环境中细菌量分布的情况调节灭菌照度大小和灭菌时间长短，并依据视觉演算将灭菌方案生成并存储到内部存储器中，中央处理器调取灭菌方案，并建立灭菌路线；

第五步，机器人在中央处理器的控制下，通过驱动模块控制机器人和深紫外灭菌灯组件工作，对待灭菌场所根据灭菌路线和灭菌方案进行灭菌操作；

第六步，首轮灭菌完成后，再次启动细菌残留检测模块7和全景摄像头6对环境进行细菌残留状况分析，得到首轮灭菌后环境的细菌量的残留分布情况，通过事先设定的细菌量分布标准，判断环境灭菌是否彻底，如不彻底则有针对性的对达不到标准的区域进行重复灭菌，直到整体环境达到都达到相关标准为止。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，其特征在于，包括机构主体、图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件、监测感应组件、细菌残留检测模块、中央处理器、驱动模块和USB接口充电模块；所述机构主体的底部还设有至少四个万向轮，所述深紫外灭菌灯组件可折叠设置在所述机构主体上端外侧，所述监测感应组件设在所述机构主体的下部外侧，所述机构主体的顶部上表面设置有图像采集模块；

所述图像采集模块包括伸缩套管和全景摄像头，所述全景摄像头通过伸缩套管安装在机构主体上，所述全景摄像头用于获取待灭菌场所的空间图像信息，为系统建立空间模型提供图像数据；

所述深紫外线杀菌灯组件包括深紫外线杀菌灯板和支撑框架，所述深紫外线杀菌灯板的中部通过旋转机构连接在支撑框架的尾端，所述支撑框架的前端可折叠连接在所述机构主体上；

所述监测感应组件包括红外感测模块和微波雷达，所述红外感测模块用于感应监测待灭菌场所中活体生物，所述微波雷达用于检测机器人运动过程中的障碍物检测；

所述细菌残留检测模块用于获取待灭菌场所中的种类和细菌量分布，并传输到中央处理器进行整合分析；

所述机构主体上还设有USB接口充电模块，所述USB接口充电模块用于对所述机构主体的内置电池进行充电，所述USB接口充电模块右侧还设有工作指示灯；

所述驱动模块设置在机构主体内部，用于控制图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件和机构主体的运动；

所述中央处理器分别与所述图像采集模块、深紫外线杀菌灯组件、监测感应组件、细菌残留检测模块和驱动模块电性连接。

2.如权利要求1所述的一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，其特征在于，所述深紫外线杀菌灯组件包括转动轴、散热片、UVC-LED灯板和透光防水透镜，所述转动轴设在所述散热片两侧中部，所述UVC-LED灯板紧贴所述散热片设置，所述透光防水透镜罩住所述UVC-LED灯板固定在所述散热片外围。

3.如权利要求2所述的一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，其特征在于，所述UVC-LED灯板和透光防水透镜上设有一一对应的UVC-LED灯珠和透镜，透镜外圈弧度呈120-150度，所述透镜用于将UVC-LED灯珠发出的光线进行均匀性处理。

4.如权利要求1所述的一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，其特征在于，所述监测感应组件至少设有一组。

5.如权利要求3所述的一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，其特征在于，所述UVC-LED灯板至少包括50mW和100mW两个工作档位。

6.一种AI智能视觉轨迹系统，其特征在于，AI智能视觉轨迹系统应用于所述权利要求1-5中任意一项的一种基于UVC-LED灭菌灯的机器人，所述AI智能视觉轨迹系统的运行包括如下步骤：

第一步，机器人进入对待灭菌场所中后，启动360度全景摄像头对对待灭菌场所进行扫描，建立所述对待灭菌场所的3D场景；

第二步，建立空间坐标系，以起始点位为(0，0)，内部处理器控制机器人进行空间轨迹的运动和收集，即机器人前进一个身位为(0,1)，反之后退一个身位为(0，-1)，向左一个身位为(-1,0)，向右一个身位则为(1,0)，则机器人可以在监测感应组件的配合下，完成待灭菌场所的所有空间坐标信息的建立；

第三步，通过细菌残留检测模块和全景摄像头进行对所述待灭菌场所各个坐标的细菌状况分析，得到细菌分布状况图像；

第四步，进行视觉演算，针对空间内细菌分布状况及位置进行细菌种类、细菌量、移动方向以及照射时间的分析；其中，根据视觉演算的结果，对环境中细菌量分布的情况调节灭菌照度大小和灭菌时间长短，并依据视觉演算将灭菌方案生成并存储到内部存储器中，中央处理器调取灭菌方案，并建立灭菌路线；

第五步，机器人在中央处理器的控制下，通过驱动模块控制机器人和深紫外灭菌灯组件工作，对所述待灭菌场所根据所述灭菌路线和灭菌方案进行灭菌操作；

第六步，首轮灭菌完成后，再次启动细菌残留检测模块和全景摄像头对所述环境进行细菌残留状况分析，得到首轮灭菌后环境的细菌量的残留分布情况，通过事先设定的细菌量分布标准，判断环境灭菌是否彻底，如不彻底则有针对性的对达不到标准的区域进行重复灭菌，直到整体环境达到都达到相关标准为止。

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