CN112316190A - 自适应消毒机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自适应消毒机器人，其包括：底座、采集模块、控制模块以及喷雾模块。本发明的雾化消毒机器人根据采集的图像得到周围环境信息，识别所在场景，并初步区分重点消毒区域和普通区域，优先针对优先级高的区域进行消毒，采取重点区域重点消毒，普通区域采用最低消毒强度的原则，保证了整个空间的消毒效果，提高消毒的有效性。待消毒物品的消毒强度事先通过实验测试得到，机器人消毒时根据物品识别的结果采用设定的消毒方案，消毒更彻底的同时又可节约消毒液，减少消毒结束后的等待时间，提高消毒效率。
Description
技术领域
本发明涉及公共区域消毒灭菌技术领域，尤其涉及一种自适应消毒机器人。
背景技术
目前，随着生活水平越来越高，对环境消毒越来越重视，尤其是一些直接涉及生命健康的领域，像是医院、药品生产、食品生产等，对消毒质量的要求越来越高。以医院为例，高频接触的物体表面、隐蔽的角落里、病患的枕头床单里等藏着大量的“隐形杀手”。
我国对于医院感染，还停留在传统的人工消毒方式，极其落后，多采用消毒水擦拭、臭氧及甲醛空气消毒，消毒效果不好、对人体有害还有药物残留。国外目前多采用过氧化氢设备进行消毒，效果得到大幅提升，并且充分利用机器人可以自主移动的特点，使得消毒机器人可以对特定场所进行自动消毒，大大解放了人力。
虽然消毒机器人已经能够实现自主移动消毒的功能，可极大提高工作效率，但在实际应用上仍然存在很多问题，例如，传染病区、重症监护病区、多重耐药菌污染的诊疗场所中，环境空气、物体表面的细菌类型和数量差别很大，需要根据场景采用不同的消毒规范。而现有的消毒机器人大多根据区域设定单一工作模式，造成的后果是消毒不彻底或消毒液的浪费。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应消毒机器人，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述发明目的，本发明提供一种自适应消毒机器人，其包括：底座、采集模块、控制模块以及喷雾模块；
所述底座具有行走机构；
所述采集模块包括：图像采集单元以及传感信号采集单元；
所述控制模块包括：控制器、路径规划单元、处理识别单元；
所述处理识别单元与所述图像采集单元以及传感信号采集单元信号传输，并根据采集的信号进行场景识别和物品识别，所述控制器控制所述行走机构按照所述路径规划单元设定的路径进行行走，且所述控制器根据识别的场景信息和物品信息，控制所述喷雾模块按照预设的方式进行工作。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述行走机构包括：从动轮、主动轮以及驱动所述主动轮枢转的行走电机。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述图像采集单元包括设置于所述自适应消毒机器人前部的RGB多目摄像头。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述传感信号采集单元包括过氧化氢发生器、浓度检测传感器、微生物检测传感器、距离传感器、碰撞传感器形成的传感器组。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述处理识别单元根据采集的图像信息进行场景识别，采用Faster-R-CNN算法进行识别的步骤如下：
将采集的图像缩放至固定大小M*N，通过一系列卷积层和pooling层提取图像的特征图，该特征图被共享用于后续RPN层和全连接层；
RPN网络生成候选框，利用softmax函数判断不同长宽比的矩形区域属于前景候选框还是后景候选框，选择前景候选框，并利用边框回归算法调整候选框的位置，从而得到精确的特征子图；
收集提取的卷积层和特征子图，将大小尺寸不同的特征子图池化成相同大小，综合上述信息提取特征向量，送入后续全连接层和softmax网络；
利用特征向量，经过全连接层计算得到送入的特征子图的类别，同时再次利用边框回归算法获得检测框最终的精确位置。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述场景包括：重症监护室、普通病房或者普通门诊。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述控制器控制所述喷雾模块工作时：
通过所述采集模块实时采集周围的场景信号和物品信号，针对每个识别出的物品采用对应的消毒强度实施消毒操作，同时检测空气中的消毒液浓度并反馈至所述控制器，所述控制器将反馈的消毒液浓度与预设的浓度进行对比，当达到预设浓度值时，停止消毒，否则移动到下一个位置继续进行消毒。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述控制器控制所述喷雾模块工作时还包括：
当检测到周围没有待消毒物品时，将检测的空气中消毒液浓度，与预设的最低消毒浓度阈值对比，若低于最低消毒浓度阈值，则继续喷洒消毒液，直至达到最低消毒浓度阈值，之后进入下一个消毒区域继续工作。
作为本发明的自适应消毒机器人的改进，所述对应的消毒强度通过如下方式确定：
针对医院常用物品表面的细菌种类和数量进行采样，针对所述医院常用物品，测得有效杀灭病毒和细菌的对应的消毒强度，形成物品种类-消毒强度对应关系表，当周围没有待消毒物体即处于空旷地带时，则针对不同场景下的空旷区域进行采样，根据空气中的细菌和病毒数目，设定所需的消毒强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的雾化消毒机器人根据采集的图像得到周围环境信息，识别所在场景，并初步区分重点消毒区域和普通区域，优先针对优先级高的区域进行消毒，采取重点区域重点消毒，普通区域采用最低消毒强度的原则，保证了整个空间的消毒效果，提高消毒的有效性。
待消毒物品的消毒强度事先通过实验测试得到，机器人消毒时根据物品识别的结果采用设定的消毒方案，消毒更彻底的同时又可节约消毒液，减少消毒结束后的等待时间，提高消毒效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的自适应消毒机器人一实施例的主视图。
具体实施方式
下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明一实施例提供一种自适应消毒机器人，其包括：底座1、采集模块2、控制模块3以及喷雾模块4。
所述底座1具有行走机构。具体地，本实施例中，所述行走机构包括：从动轮、主动轮以及驱动所述主动轮旋转的行走电机。
所述采集模块2包括：图像采集单元21以及传感信号采集单元22。其中，所述图像采集单元21用于采集周围环境的图像信息。一个实施方式中，所述图像采集单元21包括设置于所述自适应消毒机器人前部的RGB多目摄像头。所述传感信号采集单元22采集周围环境的温度、湿度等信息。一个实施方式中，所述传感信号采集单元22包括过氧化氢发生器、浓度检测传感器、微生物检测传感器、距离传感器、碰撞传感器形成的传感器组。
所述控制模块3包括：控制器、路径规划单元、处理识别单元。其中，控制器用于实现对消毒机器人的行走以及喷雾进行集中控制，路径规划单元用于预设机器人的消毒路径，处理识别单元则用于识别场景和物品信息
具体地，所述处理识别单元与所述图像采集单元21以及传感信号采集单元22信号传输，并根据采集的信号进行场景识别和物品识别。所述控制器控制所述行走机构按照所述路径规划单元设定的路径进行行走，且所述控制器根据识别的场景信息和物品信息，控制所述喷雾模块4按照预设的方式进行工作。
如此，消毒机器人平时为待机模式，待机模式下，机器人在充电桩上充电。当进入工作模式时，机器人通过RGB多目摄像头和其他传感器采集的数据，进行实时定位、构建地图和路径规划。
本实施例的自适应消毒机器人，基于采集的周围环境图像完成场景识别和物品识别，可采用深度学习的场景分类方法。具体地，所述处理识别单元根据采集的图像信息进行场景识别，采用Faster-R-CNN算法进行识别的步骤如下：
将采集的图像缩放至固定大小M*N，通过Faster-R-CNN算法提取图像中的卷积层；
生成候选框，利用softmax函数判断anchors属于前景候选框还是后景候选框，选择前景候选框，并利用边框回归算法调整候选框的位置，从而得到精确的特征子图；
将提取的卷积层和特征子图，将大小尺寸不同的特征子图池化成相同大小，提取相同大小的特征子图送入后续全连接层和softmax网络；
利用proposal feature maps计算送入的特征子图的类别，同时再次利用边框回归算法获得检测框最终的精确位置。
其中，所述场景包括：重症监护室、普通病房或者普通门诊。此时，当机器人进入待消毒区域后，首先根据RGB摄像头采集到的图像识别所在场景，例如，判断待消毒区域是重症监护室、普通病房还是普通门诊，并将待消毒区域初步划分为重点消毒区和非重点消毒区，并优先选择重点消毒区即待消毒物品相对集中的区域进行消毒作业，当所在环境中待消毒物品比较分散时则随机选择一个方向开始消毒。
考虑到医院环境复杂，不同物体表面的细菌种类和数量存在很大差别，例如门诊、手术室的手术器械、各种医疗设备表面、病房的床头等位置，如果采用相同的消毒强度，势必会造成消毒不彻底或者消毒过度的后果。
因此，所述控制器控制所述喷雾模块4工作时：
通过所述采集模块2实时采集周围的场景信号和物品信号，针对每个识别出的物品采用对应的消毒强度实施消毒操作，同时检测空气中的消毒液浓度并反馈至所述控制器，所述控制器将反馈的消毒液浓度与预设的浓度进行对比，当达到预设浓度值时，停止消毒，之后移动到下一个位置继续进行消毒。
此外，所述控制器控制所述喷雾模块4工作时还包括：
当检测到周围没有待消毒物品时，将检测的空气中消毒液浓度，与预设的最低消毒浓度阈值对比，若低于最低消毒浓度阈值，则继续喷洒消毒液，直至达到最低消毒浓度阈值，之后进入下一个消毒区域继续工作。
机器人识别出待消毒物品后实施对应的消毒方案，此时每个待消毒物品所需满足的消毒液浓度和消毒时间需预先通过测试得到。
具体地，所述对应的消毒强度通过如下方式确定：
针对医院常用物品表面的细菌种类和数量进行采样，针对所述医院常用物品，测得有效杀灭病毒和细菌的对应的消毒强度，形成物品种类-消毒强度对应关系表，当周围没有待消毒物体即处于空旷地带时，则针对不同场景下的空旷区域进行采样，根据空气中的细菌和病毒数目，设定所需的消毒强度。
从而，机器人控制器根据RGB摄像头采集的图像识别出待消毒物品和所处场景，查询存储的物品种类-消毒强度对应关系表，即可得到对应的消毒方案，整个消毒过程不需要直接接触待消毒物体的表面。
综上所述，本发明的雾化消毒机器人根据采集的图像得到周围环境信息，识别所在场景，并初步区分重点消毒区域和普通区域，优先针对优先级高的区域进行消毒，采取重点区域重点消毒，普通区域采用最低消毒强度的原则，保证了整个空间的消毒效果，提高消毒的有效性。
待消毒物品的消毒强度事先通过实验测试得到，机器人消毒时根据物品识别的结果采用设定的消毒方案，消毒更彻底的同时又可节约消毒液，减少消毒结束后的等待时间，提高消毒效率。
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。
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 (8)
1.一种自适应消毒机器人，其特征在于，所述自适应消毒机器人包括：底座、采集模块、控制模块以及喷雾模块；
所述底座具有行走机构；
所述采集模块包括：图像采集单元以及传感信号采集单元；
所述控制模块包括：控制器、路径规划单元、处理识别单元；
所述处理识别单元与所述图像采集单元以及传感信号采集单元信号传输，并根据采集的信号进行场景识别和物品识别，所述控制器控制所述行走机构按照所述路径规划单元设定的路径进行行走，且所述控制器根据识别的场景信息和物品信息，控制所述喷雾模块按照预设的方式进行工作。
2.根据权利要求1所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述行走机构包括：从动轮、主动轮以及驱动所述主动轮旋转的行走电机。
3.根据权利要求1所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述图像采集单元包括设置于所述自适应消毒机器人上的RGB多目摄像头。
4.根据权利要求1所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述传感信号采集单元包括过氧化氢发生器、浓度检测传感器、微生物检测传感器、距离传感器、碰撞传感器形成的传感器组。
5.根据权利要求1所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述处理识别单元根据采集的图像信息进行场景识别，采用Faster-R-CNN算法进行识别的步骤如下：
将采集的图像缩放至固定大小M*N，通过一系列卷积层和pooling层提取图像的特征图，该特征图被共享用于后续RPN层和全连接层；
RPN网络生成候选框，利用softmax函数判断不同长宽比的矩形区域属于前景候选框还是后景候选框，选择前景候选框，并利用边框回归算法调整候选框的位置，从而得到精确的特征子图；
收集提取的卷积层和特征子图，将大小尺寸不同的特征子图池化成相同大小，综合上述信息提取特征向量，送入后续全连接层和softmax网络；
利用特征向量，经过全连接层计算得到送入的特征子图的类别，同时再次利用边框回归算法获得检测框最终的精确位置。
6.根据权利要求1所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述控制器控制所述喷雾模块工作时：
通过所述采集模块采集物品信号，并对识别出的物品进行消毒，当空气中消毒液浓度达到预设浓度值时，停止消毒，否则移动到下一个位置继续进行消毒。
7.根据权利要求6所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述控制器控制所述喷雾模块工作时还包括：
当检测到周围没有待消毒物品时，且空气中消毒液浓度达到最低消毒浓度阈值时，进入下一个消毒区域继续工作，否则继续消毒。
8.根据权利要求6所述的自适应消毒机器人，其特征在于，所述对应的消毒强度通过如下方式确定：
针对物品表面的细菌种类和数量进行采样，测得有效杀灭病毒和细菌的对应的消毒强度，形成物品种类-消毒强度对应关系表，针对不同场景下的空旷区域进行采样，根据空气中的细菌和病毒数目，设定所需的消毒强度。
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