CN112336883A - 一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人 - Google Patents

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何志坚
叶浩峰
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Abstract

一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,包括机器人本体,所述机器人本体包括导航模块、杀菌模块、通讯模块、远程控制终端和机器人主控模块、电源模块,所述主控模块通过通讯模块跟远程控制终端、导航模块、杀菌模块通讯,所述导航模块跟激光传感器、深度摄像头传感器、超声波传感器和驱动电机通讯,所述导航模块设有控制接口,所述杀菌模块包括脉冲氙气灯杀菌系统、等离子空气杀菌系统和臭氧消除系统,所述电源模块为各个模块供电,本发明消毒时物体表面无明显温升,能够提高杀菌效果,提高环境友好性,不会对现有的供电系统造成脉冲冲击,能够适用不同尺寸的空间杀菌要求。

Description

一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人
技术领域
本发明涉及一种杀菌机器人,尤其涉及一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人。
背景技术
目前,国内和国外都推出了一些手推式的脉冲强光消毒机器人,例如xenex公司,中物光电公司,他们的消毒机器人是直接连交流电,通过手推方式把机器人推到消毒点,再进行杀菌操作。
传统紫外线消毒方式缺点:
1.产生紫外线需要预热。
2.紫外线辐射强度低,消毒时间长,效率低。
3.产生高热量。
4.微生物DNA断裂可修复,会出现光复活现象。
手推式脉冲强光消毒机器人缺点:
1.因为脉冲强光会对人眼跟皮肤造成伤害,消毒时候必须没有人,光照到的地方才能杀菌,对于手推式脉冲强光消毒机器人,要消毒一个房间,要分别把机器人放在房间的不同地点,消毒完一个点之后,再消毒另外一个点,且需要等人离开后才能开始消毒,消毒效率低。
2.每次消毒,都要连接医院插座里面的交流电,一方面使用不方便,另外一方面,脉冲电路充电时候会产生瞬间大电流,有可能对医院的供电系统(包括UPS电源)造成冲击,导致跳闸。
发明内容
有鉴于所述情况,本发明的目的在于一种杀菌机器人,为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,包括机器人本体,所述机器人本体包括导航模块、杀菌模块、通讯模块、远程控制终端、机器人主控模块和电源模块,所述主控模块通过通讯模块跟远程控制终端、导航模块、杀菌模块通讯,所述导航模块跟激光传感器、深度摄像头传感器、超声波传感器和驱动电机通讯,所述导航模块设有控制接口,所述杀菌模块包括脉冲氙气灯杀菌系统、等离子空气杀菌系统和臭氧消除系统,所述电源模块为各个模块供电;
所述机器人本体配置为按线路移动或定点移动两种自主移动模式,所述杀菌模块配置为自动杀菌或者手动杀菌。
作为上述方案的进一步改进:
优选地,所述臭氧消除系统包括进风口、空气对流风扇、玻璃管道和带臭氧消除剂的反光罩,所述进风口设置在机器人表面,所述进风口与设于所述机器人内部的玻璃管道连接,所述玻璃管道经过高压脉冲紫外线杀菌系统后与反光罩连通,所述反光罩上设有臭氧消除剂和出风口,含有臭氧的空气在空气对流风扇的作用下,空气通过进风口和玻璃管道后在反光罩里与臭氧消除剂接触消除臭氧后,由反光罩上开设的小孔排出。
优选地,所述机器人的导航实现流程为:(1)通过远程控制终端连接导航模块,启动构建地图功能,然后控制机器人在环境里面行走,通过算法形成一个环境的地图,再保存地图在导航模块里面;(2)构建地图之后,对地图里面未能正确扫描出来的元素做进一步处理,进行地图编辑;(3)完成地图编辑后,对自身在地图中的位置进行实时定位:(4)完成自身定位后在地图上设置特定的导航点或者导航线路;(5)通过远程控制终端,选择机器人是点导航或者跟线导航,如果是跟线导航,选择循环次数;(6)在远程控制终端上,启动导航任务,机器人就会根据设定的导航任务触发行走。
优选地,导航具有两种任务类型,包括自主导航和跟线模式;所述自主导航为在已知的地图上,给定一个目标点的坐标和方向,机器人自动规划从当前位置前往目标点的路径,并跟随该路径,最终到达目标点的任务类型;所述跟线导航为在已知的地图上,给定一条绘制或录制的路径,机器人首先自主导航到该路径的起点,然后开始严格跟随该路径,最终到达路径终点的任务类型。
优选地,所述地图编辑包括虚拟墙编辑、原图编辑、斜坡区域编辑、展示区域编辑、高亮区域编辑。
优选地,所述定位包括初始化和定位更新;
(1)所述初始化包括转圈初始化和静止初始化,转圈初始化:当机器人的初始位姿不确定时,给定机器人在地图上一个粗略的位置,要求机器人的真实位置在以给定点为圆心,半径为5米的圆形区域内,然后机器人旋转360°,在该范围内寻找最佳匹配度的位置,最终输出定位信息;静止初始化:当机器人的初始位姿不确定时,给定机器人在地图上一个相对精确的位置和方向,要求机器人的真实位置与给定点的位置偏差在正负1m,方向偏差在正负30°以内,然后机器人静止,小范围搜索最佳匹配位置,最终输出定位信息;
(2)所述定位跟新包括定位跟踪和定位恢复,定位跟踪:已知机器人初始位姿的条件下,机器人的运动过程中,结合本体运动模型,通过将观测到的特征与地图中的特征进行匹配,求取它们之间的差别,匹配成功后继续进行运动;定位恢复:通过将观测到的特征与地图中的特征进行匹配,求取它们之间的差别,定位匹配不成功时,进行置信度正常判定,当置信度正常时机器人继续移动,当置信度过低时,进行定位恢复触发初始化,完成定位恢复后如果定位恢复成功则机器人继续移动,如果定位恢复失败则上报定位丢失数据。
优选地,所述杀菌模块包括自主杀菌和手动杀菌:
(3)自主杀菌:启动自动杀菌系统,先判断子任务的行走类型,如果是线路消毒则先导航到线路的起点,如果是定点消毒则先导航到消毒点,到达起点后,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起氙气灯后启动氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间或者行走次数时关闭氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下氙气灯,完成所有子任务后机器人自动导航到结束点,结束杀毒;
(4)手动杀菌:启动手动杀毒系统,设定延时启动,延时结束后,杀毒系统开始工作,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起氙气灯后启动氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间后关闭氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下氙气灯,结束杀毒。
优选地,在机器人前后左右都需要安装人体检测传感器,当检测到人体进入杀菌范围的时候,如果是正在开放式杀菌,就马上停止当前的杀菌任务,并做报警记录。
优选地,导航过程中,机器人的自动避障安全策略包括传感器级安全策略和算法级安全策略,所述传感器安全策略包括传感器探测环境,下位传感器数据采集及解析,上位机数据解析及上报,上位机数据解析及下发,下位机控制指令解析及下发,执行机构响应控制指令;所述算法级安全策略包括静态检查和动态避障,所述静态检查包括:(1)导航起点/目标点静态安全检查,检查机器人当前位置是否在安全区域,检查导航目标点是否在安全区域,检查当前位置与目标点之间是否存在安全路径,所述安全路径即路径上的每个点都在安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;(2)手绘路径绘制安全检查,手绘路径时,检查路径端点是否位于安全区域,手绘路径时,检查端点间连接线上的每个点是否位于安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;所述动态避障包括(1)非地图静态障碍物避障,如果静态障碍物距离机器人的距离L,大于提前避障要求的距离值4m,则机器人会在距离障碍物较远的时候开始切换路线,平滑过度到新路线,中间没有停顿动作:(2)动态障碍物避障,机器人在行走时,在前方L1处有一物体突然闯入,此时机器人则先减速,当减速到距离障碍物L2时,机器人停车,等待一段时间,然后重新规划出绕行路径,最终完成障碍物的避让动作,如果L1<L2,则直接刹车,再进行绕障。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.相比传统紫外线消毒方式,脉冲氙气灯杀菌具有快速性和高效性的优点。传统紫外线消毒,1米的紫外线强度是70μw/cm2,消毒时间需要30分钟。脉冲氙气灯在1米的紫外线强度可达到2500μw/cm2,消毒时间需要5分钟。脉冲氙气灯杀菌不需要预热,在消毒过程中,消毒物体表面无明显温升;
2.相比手推式脉冲强光消毒机器人,自主移动脉冲氙气灯杀菌机器人具有灵活性,高效性的优点,它能够设定线路来移动杀菌,避免了手推式存在消毒死角的缺点。也可以自动移动到设定点进行定时杀菌,不需要人来回推动机器人来消毒,机器人是通过电池供电的,不需要在消毒过程中来回插电源线,方便使用,也不会对现有的供电系统造成脉冲冲击;
3.为了避免强紫外强光对人或者其它物品的伤害,可以临时自动关闭紫外杀菌系统,只开启等离子杀菌系统,这样在杀菌的过程中同时避免了对周围工作人员的伤害;为了提高杀菌效果或者在无人区,可以同时开启高压脉冲紫外杀菌和等离子杀菌,提高了杀菌效果;
4.传统紫外线杀菌过程中,不可避免的会产生臭氧,臭氧为强氧性刺激性气体,臭氧消除系统提高了杀菌机器人的环境友好性;
5.结合自主移动模块和脉冲氙气灯杀菌模块,实现自主移动脉冲氙气灯杀菌;
6.可通过远程控制终端控制机器人进行移动杀菌,并可通过终端查看杀菌过程中的现场视频和实时信息;
7.按线路移动杀菌和定点移动杀菌模式,能够适用不同尺寸的空间杀菌要求。
附图说明
图1为机器人本体结构图。
图2为本发明的模块结构图。
图3导航流程图。
图4定位恢复的流程图。
图5为自动消毒流程图。
图6为手动消毒流程图。
附图标记:1反光罩,2脉冲氙气灯,3机器人本体,4等离子出风口,5等离子进风口,6监控摄像头,7LED灯带,83D深度摄像头,9防撞条/提手,10驱动轮,11激光雷达,12人体检测传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步说明。
如图1-6所示:一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,包括机器人本体3,所述机器人本体3包括导航模块、杀菌模块、通讯模块、远程控制终端、机器人主控模块和电源模块,所述主控模块通过通讯模块跟远程控制终端、导航模块、杀菌模块通讯,所述导航模块跟激光传感器、深度摄像头传感器、超声波传感器和驱动电机通讯,所述导航模块设有控制接口,所述杀菌模块包括脉冲氙气灯杀菌系统、等离子空气杀菌系统和臭氧消除系统,所述电源模块为各个模块供电;
所述机器人本体3配置为按线路移动或定点移动两种自主移动模式,所述杀菌模块配置为自动杀菌或者手动杀菌。
所述臭氧消除系统包括进风口、空气对流风扇、玻璃管道和带臭氧消除剂的反光罩1,所述进风口设置在机器人表面,所述进风口与设于所述机器人内部的玻璃管道连接,所述玻璃管道经过高压脉冲紫外线杀菌系统后与反光罩1连通,所述反光罩1上设有臭氧消除剂和出风口,含有臭氧的空气在空气对流风扇的作用下,空气通过进风口和玻璃管道后在反光罩1里与臭氧消除剂接触消除臭氧后,由反光罩1上开设的小孔排出。
机器人主控模块:是机器人的“大脑”,跟机器人各个模块通讯,实现自主移动杀菌功能,主控模块通过通讯模块,跟远程控制终端通讯,一方面,远程控制终端可以设置杀菌线路、模式等参数,也可控制杀菌任务的启动、暂停、恢复和停止。另一方面,主控模块也能把杀菌过程中的实时信息传送给远程控制终端来显示,例如实时位置、已经杀菌的时间、杀菌现场视频监控画面等;主控模块跟导航模块通讯,控制导航模块按线路移动或者定点移动,另外,也从导航模块获取当前机器人的位置信息;主控模块跟脉冲氙气灯模块通讯,根据设定的杀菌任务,当机器人移动到特定位置,就启动脉冲氙气灯模块进行杀菌,控制脉冲氙气灯的启动、暂停、恢复和停止。
导航模块:机器人自主移动算法实现的模块,它跟激光、摄像头、超声波等传感器通讯,获取这些传感器的位置信息,来建立地图和自主定位。它跟驱动电机通讯,控制电机输出功率,让机器人行走和避障,从而实现机器人的自主移动功能。
脉冲氙气灯模块:通过把低压电升至脉冲高压,激发氙气灯,把电能转化成光能,发出包含红外线、可见光和紫外线的强光,对物体和空气进行杀菌。
通讯模块:通过4G、5G、Wifi、蓝牙等无线通讯技术,跟远程控制终端连接,实现机器人跟用户之间的数据交互。
远程控制终端:远程控制终端可以是云平台服务器、手机、平板、电脑等设备,用户通过这些终端控制机器人杀菌,同时也能获取机器人杀菌过程中的实时信息,机器人支持多种远程控制终端,包括云平台服务器、手机、平板、电脑等设备。支持多种无线通讯技术进行通讯,例如4G、5G、WiFi、蓝牙等无线通讯技术。远程控制终端的软件通过软件API接口跟机器人主控模块进行通讯,从而能够设定机器人自动和手动杀菌任务、开机地图定位,可以获取杀菌过程中的视频监控和实时位置,杀菌时间等实时信息、杀菌任务、杀菌时间、氙气灯使用时间等杀菌数据统计、脉冲氙气灯2的工作电压和闪烁频率等杀菌参数的设定。
本发明能够自动杀菌和手动杀菌,自动杀菌,就是机器人根据设定的线路或者点,还有根据设定的时间或者循环次数,自主移动到规定线路或者点,进行杀菌,由于消毒机发出的强光,对人体会有伤害,因此消毒机有两种杀菌类型:开放式杀菌适用于无人情况下杀菌,这时候消毒机的氙气灯会上升到机器外壳上面,通过紫外线直接照射进行物体表面和空气杀菌;闭合式杀菌适用于有人情况下杀菌,这时候消毒机的氙气灯会收纳在机器内部,通过机器的抽风系统,把空气吸入机器内部,并通过氙气灯发出的紫外线进行杀菌。由于紫外线是脉冲产生的,不是连续的紫外线,因此吸进去机器人内部的空气不一定全部被紫外线照射到,因此添加等离子作为补充的杀菌因子,保证杀菌效果。
杀菌行走类型分为两种:线路杀菌,就是机器人沿着规划的路线,一边行走一边杀菌。机器人在没有到达规定线路之前,不会开始杀菌,到达规定线路起点之后,才开始杀菌。行走过程中,机器人可以自动避障。到达线路终点或者时间到达之后,就自动停止脉冲氙气灯;机器人能自动移动到设定点,到达该点之后,机器人能自动启动脉冲氙气灯2进行杀菌,杀菌一段时间之后,自动停止脉冲氙气灯2。机器人可设定导航多个设定点自动定时杀菌。
对于线路杀菌模式,循环类型分为按时间循环和按行走次数循环;对于定点杀菌模式,循环类型只支持时间循环。
根据第三方细菌检测报告结果显示,机器人开放式杀菌情况下,有效的物表杀菌距离是5分钟,5米,大肠杆菌的灭菌率达到99.9%。需要根据杀菌空间的大小,来选择循环类型。
对于小空间杀菌情况下,机器人可按时间循环来保证杀菌效果。对于大空间杀菌情况下,机器人如果进行线路杀菌,因为机器人行走时间是不能确定的,如果按时间循环,有可能出现机器人还没走完杀菌线路就结束任务,因此,这种情况下机器人需要按照行走次数来循环,保证杀菌效果。
机器人的自动杀菌任务,有任务组和子任务的概念。当机器人添加一个新任务的时候,就是添加一个新的任务组。任务组里面是单个或多个子任务的组合。对于一个任务组,可以设定任务组名称,任务结束之后的机器人停放点,还有循环类型。对于一个子任务,可以设定是线路杀菌还是定点杀菌,如果是时间循环情况下可以设置杀菌时长,如果是按行走次数循环情况下也可以设置行走次数,可以选择杀菌类型开放式或者闭合式,可以选择走哪条线路或者在哪个点杀菌。当选择启动机器人某个任务组的时候,机器人按照子任务的顺序逐个执行。机器人先导航到设定线路或者点,然后根据杀菌类型启动对应的杀菌模块:如果是开放式杀菌,机器人会升起氙气灯,启动等离子模块,当氙气灯升到最高点的时候,就启动脉冲模块开始脉冲强光杀菌。当子任务结束之后,机器人会收起氙气灯,再进行下一个任务。如果是闭合式杀菌,机器人直接启动脉冲模块和等离子模块同时杀菌。当一个子任务完成以后,机器人就会导航到下一个任务的设定线路或者点,继续下一个任务,直到所有任务执行完成,再导航到结束点停放。
当对杀菌机器人进行参数设置时,如果房间通道大于1.1米,那么机器可以在房间里面移动跟线杀菌,可根据房间形状设置最佳的行走路线,保证氙气灯能照射的死角最小;如果房间通道小于1.1米,机器不能在房间里面自主移动,则需要定点杀菌,那么可以把机器设置到房间的某个特定点,保证氙气灯能照射的死角最小。小于150平方米的房间,可按照“时间循环”模式来进行杀菌;大于150平方米的空间,循环类型要选择“行走次数”,循环行走6次可完成杀菌。根据杀菌现场是否有人,选择开放式杀菌或者闭合式杀菌。开放式杀菌模式下,75平方米以下的房间,杀菌时间5分钟,75~150平方米的房间,杀菌时间10分钟,150平方米以上的空间,需要按照线路行走次数来进行杀菌,循环行走6次;闭合式杀菌模式下,30平方米以下的房间,杀菌时间30分钟,30~60平方米的房间,杀菌时间60分钟,60~90平方米的房间,杀菌时间90分钟。
手动杀菌,就是机器人静止在某个位置上,根据设定的延时时间、杀菌时间和杀菌类型,进行杀菌。
机器人的导航模块,跟激光、深度摄像头、超声波等传感器通讯,获取这些传感器的位置信息,来建立地图和自主定位。
跟驱动电机通讯,控制电机输出功率,获取机器人行走里程,让机器人行走和避障,从而实现机器人的自主移动功能。
导航模块还提供控制接口,供远程控制终端获取导航信息和控制机器人行走。
导航实现需要通过远程控制终端连接导航模块,启动构建地图功能,然后控制机器人在环境里面行走,通过算法形成一个环境的地图,再保存地图在导航模块里面,在地图构建过程中激光传感器最重要的传感器,获取平面上的深度信息。需要配合惯导,由于惯导的精度<激光的精度,但每一次修正后都还会有误差,连续扫下来会有累计误差,需要闭环检测;IMU配合码盘,提供基本的移动信息;GPS室外使用,获取绝对的平面位置;摄像头用以辅助激光,克服空间特征不明显的区域。在存有视觉信息的地图上导航鲁棒性更高;UWB室内使用,获取相对准确的平面位置;RFID射频编号,部署简单,功能单一,解决长走廊等特征少或者相似度高的定位漂移问题。
构建地图之后,地图里面可能有些元素未能正确扫描出来,需要对地图进行进一步处理,(1)扫完的地图上可能无法反应实际环境中所有的障碍物信息,特别是由于激光传感器对吸光材料和高穿透材料的感知较弱,常常导致地图中无法绘制出玻璃墙和黑色墙体;又或者环境中发现地面有一些坑洞或者悬空装饰物等处于车辆的传感器系统探测范围之外障碍信息,需要人工标记在地图中以便导航系统安全避障,因此,可以在地图中添加虚拟墙,让机器人在导航过程中自动避开虚拟墙。(2)消除噪点和未知区域,消除特殊情况下的墙体重影,墙体反射率不好时,人为添加墙体增强定位稳定性。(3)如果使用的单线激光在斜坡附近会照到地面,造成避障和定位功能的失效,添加斜坡区域后,在定位过程中激光数据不再发挥作用,避障时采用的激光数据会以近距离(<1m)为主。(4)在实际环境中,常会有某些区域中一直在发生障碍物变化,将这部分区域标志出来,可以使得系统在高动态场景中对地图进行更新,同时降低这部分标记的区域的权重,取得更稳定的定位效果。(5)在实际环境中,必定有某些区域物体是固定不变的,如固定的墙体,装饰物等等,将这部分区域标志出来,可以使得系统在高动态场景中,提高这部分标记的区域的权重,对地图进行更加有效的定位,取得更稳定的定位效果。
机器人在行走过程中,需要实时定位自身在地图的位置,以实现精准导航,定位模块的功能包括初始化和定位更新。
初始化是指在机器人的初始位姿不确定的条件下,利用局部的、不完全的观测信息估计机器人的当前位姿,方案里有两种初始化方式,转圈初始化为给定机器人在地图上一个粗略的位置,要求机器人的真实位置在以给定点为圆心,半径为5米的圆形区域内,然后机器人旋转360°,在该范围内寻找最佳匹配度的位置,最终输出定位信息。静止初始化为给定机器人在地图上一个相对精确的位置和方向,要求机器人的真实位置与给定点的位置偏差在正负1m,方向偏差在正负30°以内,然后机器人静止,小范围搜索最佳匹配位置,最终输出定位信息。
定位更新是指在已知机器人初始位姿的条件下,机器人的运动过程中,结合本体运动模型,通过将观测到的特征与地图中的特征进行匹配,求取它们之间的差别,进而更新机器人位姿的定位方法,目前主要有定位跟踪和定位恢复两个部分,移动->观测->定位匹配->移动->...这个过程即为定位跟踪,移动->观测->定位不匹配->置信度过低->触发初始化->找回定位,这个过程即为定位恢复。
完成地图构建之后,就可以在地图上设置特定的导航点或者导航线路,导航点就是地图中的某个特定点,包括坐标和方向等信息,导航线路,就是在地图上规划机器人的行走路径,从一个点到另一个点,在行走路径上,可以选择走直线或者走特定弧度的曲线。
通过远程控制终端,选择机器人是点导航或者跟线导航,如果是跟线导航,选择循环次数,在远程控制终端上,启动导航任务,机器人就会根据设定的导航任务触发行走。
导航具有两种任务类型,包括自主导航和跟线模式。
自主导航是指在已知的地图上,给定一个目标点的坐标和方向,机器人自动规划从当前位置前往目标点的路径,并跟随该路径,最终到达目标点的任务类型,自主导航时路径规划基于安全第一的原则,在确保安全的前提下,路径尽可能在安全区域内经过,采取距离最短原则;路径规划基于会基于当前机器人的朝向已经目标点的朝向,所以当起点与目标点之间完全空旷时,最终得到的路径也不一定是起点到目标点的直线连接。
跟线模式是指在已知的地图上,给定一条绘制或录制的路径,机器人首先自主导航到该路径的起点,然后开始严格跟随该路径,最终到达路径终点的任务类型。
导航过程中,机器人的自动避障安全策略包括传感器级安全策略和算法级安全策略,所述传感器安全策略包括传感器探测环境,下位传感器数据采集及解析,上位机数据解析及上报,上位机数据解析及下发,下位机控制指令解析及下发,执行机构响应控制指令;所述算法级安全策略包括静态检查和动态避障,所述静态检查包括:(1)导航起点/目标点静态安全检查,检查机器人当前位置是否在安全区域,检查导航目标点是否在安全区域,检查当前位置与目标点之间是否存在安全路径,所述安全路径即路径上的每个点都在安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;(2)手绘路径绘制安全检查,手绘路径时,检查路径端点是否位于安全区域,手绘路径时,检查端点间连接线上的每个点是否位于安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;所述动态避障包括(1)非地图静态障碍物避障,如果静态障碍物距离机器人的距离L,大于提前避障要求的距离值4m,则机器人会在距离障碍物较远的时候开始切换路线,平滑过度到新路线,中间没有停顿动作:(2)动态障碍物避障,机器人在行走时,在前方L1处有一物体突然闯入,此时机器人则先减速,当减速到距离障碍物L2时,机器人停车,等待一段时间,然后重新规划出绕行路径,最终完成障碍物的避让动作,如果L1<L2,则直接刹车,再进行绕障。
点导航任务下,如果机器人到达导航点,就结束导航任务,跟线导航任务下,如果机器人按照设定的次数走完导航线路,就结束导航任务。
脉冲氙气灯消毒系统通过把48V的低压电升至2000V-4000V的脉冲高压,激发氙气灯,把电能转化成光能,发出包含红外线、可见光和紫外线的强光,对物体和空气进行杀菌。
所述杀菌模块包括自主杀菌和手动杀菌:
自主杀菌:启动自动杀菌系统,先判断子任务的行走类型,如果是线路消毒则先导航到线路的起点,如果是定点消毒则先导航到消毒点,到达起点后,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起脉冲氙气灯2后启动脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间或者行走次数时关闭脉冲氙气灯系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下脉冲氙气灯2,完成所有子任务后机器人自动导航到结束点,结束杀毒;
手动杀菌:启动手动杀毒系统,设定延时启动,延时结束后,杀毒系统开始工作,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起脉冲氙气灯2后启动脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启氙气灯、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间后关闭脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下脉冲氙气灯2,结束杀毒。
由于机器人开放式杀菌发出的强光,对人体会有伤害,因此开放式杀菌情况下,设有安全措施防止人员靠近,在机器人前后左右都需要安装人体检测传感器,当检测到人体进入的时候,如果是正在开放式杀菌,就马上停止当前的杀菌任务,并做报警记录,所述人体检测传感器包括红外人体传感器,可视光摄像头加肢体识别技术,红外热成像测温摄像头。同时在开放式杀菌过程中,机器人通过喇叭播放杀菌提示声音,提醒路人远离机器人杀菌现场,在机器人身上配备可见光摄像头,操作者可以远程视频监控杀菌现场,如果发现杀菌现场有人存在,操作者可以远程停止机器人杀菌任务。
本发明的工作原理为:进入未知环境后,所述脉冲氙气灯杀菌机器人通过SLAM算法,结合激光雷达11、摄像头和超声波等传感器,实现在未知环境中的自主定位;在机器人具备自主定位的条件下,将机器人周围的位置信息保存下来,即可形成一张栅格地图;通过激光雷达11、摄像头和超声波传感器等参数信息,可以实现地图的扫描以及机器人在地图中的相对位置信息,地图构建完毕后开始路径规划,根据选择的模式不同路径规划也有所不同;
当选择的是按线路移动时,需要通过人工在地图上手动设置不同的目标点,手动设置两个相邻目标点的行走路径,从而使机器人连续的经过这几个目标点,达到机器人行走的目的;
当选择的是定点移动时,需要通过人工在地图上选择某个特定点,下达命令让机器人去到该点,机器人则通过算法计算任意两点之间的最短路径,然后根据这个路径来行走;
所述机器人自主移动杀菌模式可分为两种:按线路移动杀菌,在机器人上设定移动线路之后,机器人自动走到线路起点之后,就自动启动脉冲氙气灯2进行杀菌,一边移动,一边杀菌,到达线路终点之后,就自动停止脉冲氙气灯2;定点移动杀菌,机器人能自动移动到设定点,到达该点之后,机器人能自动启动脉冲氙气灯2进行杀菌,消毒一段时间之后,自动停止脉冲氙气灯2,机器人可设定导航多个设定点自动定时杀菌;
按线路移动杀菌模式下,可以设定不同的杀菌持续模式:按时间杀菌,可设置杀菌时间,机器人启动脉冲氙气灯2之后,就沿着设定线路循环移动并杀菌,同时进行计时,到达设定时间之后,机器人自动停止脉冲氙气灯2,该模式适合于小空间的杀菌;按移动次数杀菌,设定机器人按线路行走n次,然后机器人就按照线路移动,移动过程中自动杀菌,沿着线路移动n次结束之后,自动停止脉冲氙气灯2,该模式适合在大空间杀菌的情况;
杀菌时,为了避免强紫外强光对人或者其它物品的伤害,如果检测到周围存在需要避免紫外强光的人或物品,且正在开放式杀菌,就马上停止当前的杀菌任务,并做报警记录,所述机器人临时自动关闭并紫外杀菌系统,只开启等离子杀菌系统,这样在杀菌的过程中同时避免了对周围工作人员的伤害;如果在无人区,则会同时开启高压脉冲紫外杀菌和等离子杀菌;
杀菌过程中含有臭氧的空气在空气对流风扇的作用下,空气通过进风口和玻璃管道后在反光罩1里与臭氧消除剂接触消除臭氧后,由反光罩1上开设的小孔排出。

Claims (9)

1.一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,包括机器人本体,其特征在于:所述机器人本体包括导航模块、杀菌模块、通讯模块、远程控制终端、机器人主控模块和电源模块,所述主控模块通过通讯模块跟远程控制终端、导航模块、杀菌模块通讯,所述导航模块跟激光传感器、深度摄像头传感器、超声波传感器和驱动电机通讯,所述导航模块设有控制接口,所述杀菌模块包括脉冲氙气灯杀菌系统、等离子空气杀菌系统和臭氧消除系统,所述电源模块为各个模块供电;
所述机器人本体配置为按线路移动或定点移动两种自主移动模式,所述杀菌模块配置为自动杀菌或者手动杀菌。
2.根据权利要求1所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:所述臭氧消除系统包括进风口、空气对流风扇、玻璃管道和带臭氧消除剂的反光罩,所述进风口设置在机器人表面,所述进风口与设于所述机器人内部的玻璃管道连接,所述玻璃管道经过高压脉冲紫外线杀菌系统后与反光罩连通,所述反光罩上设有臭氧消除剂和出风口,含有臭氧的空气在空气对流风扇的作用下,空气通过进风口和玻璃管道后在反光罩里与臭氧消除剂接触消除臭氧后,由反光罩上开设的小孔排出。
3.根据权利要求1所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:所述机器人的导航实现流程为:(1)通过远程控制终端连接导航模块,启动构建地图功能,然后控制机器人在环境里面行走,通过算法形成一个环境的地图,再保存地图在导航模块里面;(2)构建地图之后,对地图里面未能正确扫描出来的元素进行进一步处理,进行地图编辑;(3)完成地图编辑后,对自身在地图中的位置进行实时定位:(4)完成自身定位后在地图上设置特定的导航点或者导航线路;(5)通过远程控制终端,选择机器人是点导航或者跟线导航,如果是点导航,需要选择循环时间;跟线导航,需要选择循环时间或者循环次数;(6)在远程控制终端上,启动导航任务,机器人就会根据设定的导航任务触发行走。
4.根据权利要求3所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:导航具有两种任务类型,包括自主导航和跟线模式;所述自主导航为在已知的地图上,给定一个目标点的坐标和方向,机器人自动规划从当前位置前往目标点的路径,并跟随该路径,最终到达目标点的任务类型;所述跟线导航为在已知的地图上,给定一条绘制或录制的路径,机器人首先自主导航到该路径的起点,然后开始严格跟随该路径,最终到达路径终点的任务类型。
5.根据权利要求3所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:所述地图编辑包括虚拟墙编辑、原图编辑、斜坡区域编辑、展示区域编辑、高亮区域编辑。
6.根据权利要求3所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:所述定位包括初始化和定位更新;
(1)所述初始化包括转圈初始化和静止初始化,转圈初始化:当机器人的初始位姿不确定时,给定机器人在地图上一个粗略的位置,要求机器人的真实位置在以给定点为圆心,半径为5米的圆形区域内,然后机器人旋转360°,在该范围内寻找最佳匹配度的位置,最终输出定位信息;静止初始化:当机器人的初始位姿不确定时,给定机器人在地图上一个相对精确的位置和方向,要求机器人的真实位置与给定点的位置偏差在正负1m,方向偏差在正负30°以内,然后机器人静止,小范围搜索最佳匹配位置,最终输出定位信息;
(2)所述定位更新包括定位跟踪和定位恢复,定位跟踪:已知机器人初始位姿的条件下,机器人的运动过程中,结合本体运动模型,通过将观测到的特征与地图中的特征进行匹配,求取它们之间的差别,匹配成功后继续进行运动;定位恢复:通过将观测到的特征与地图中的特征进行匹配,求取它们之间的差别,定位匹配不成功时,进行置信度正常判定,当置信度正常时机器人继续移动,当置信度过低时,进行定位恢复触发初始化,完成定位恢复后如果定位恢复成功则机器人继续移动,如果定位恢复失败则上报定位丢失数据。
7.根据权利要求1所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:所述杀菌模块包括自主杀菌和手动杀菌:
(1)自主杀菌:启动自动杀菌系统,先判断子任务的行走类型,如果是线路消毒则先导航到线路的起点,如果是定点消毒则先导航到消毒点,到达起点后,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起脉冲氙气灯后启动脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间或者行走次数时关闭脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下脉冲氙气灯,完成所有子任务后机器人自动导航到结束点,结束杀毒;
(2)手动杀菌:启动手动杀毒系统,设定延时启动,延时结束后,杀毒系统开始工作,判断消毒类型,如果是开放式消毒则升起脉冲氙气灯后启动脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是闭合式消毒则直接开启脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,当到达设定的消毒时间后关闭脉冲脉冲氙气灯消毒系统、等离子消毒系统和臭氧消除系统,如果是开放式消毒则先降下脉冲氙气灯,结束杀毒。
8.根据权利要求1所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:在机器人前后左右都需要安装人体检测传感器,当检测到人体进入杀菌范围的时候,如果是正在开放式杀菌,就马上停止当前的杀菌任务,并做报警记录。
9.根据权利要求1所述的一种自主移动的脉冲氙气灯和等离子杀菌机器人,其特征在于:导航过程中,机器人的自动避障安全策略包括传感器级安全策略和算法级安全策略,所述传感器安全策略包括传感器探测环境,下位传感器数据采集及解析,上位机数据解析及上报,上位机数据解析及下发,下位机控制指令解析及下发,执行机构响应控制指令;所述算法级安全策略包括静态检查和动态避障,所述静态检查包括:(1)导航起点/目标点静态安全检查,检查机器人当前位置是否在安全区域,检查导航目标点是否在安全区域,检查当前位置与目标点之间是否存在安全路径,所述安全路径即路径上的每个点都在安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;(2)手绘路径绘制安全检查,手绘路径时,检查路径端点是否位于安全区域,手绘路径时,检查端点间连接线上的每个点是否位于安全区域,以上检查基于静态地图数据含虚拟墙数据,并且考虑机器人车身朝向;所述动态避障包括(1)非地图静态障碍物避障,如果静态障碍物距离机器人的距离L,大于提前避障要求的距离值4m,则机器人会在距离障碍物较远的时候开始切换路线,平滑过度到新路线,中间没有停顿动作:(2)动态障碍物避障,机器人在行走时,在前方L1处有一物体突然闯入,此时机器人则先减速,当减速到距离障碍物L2时,机器人停车,等待一段时间,然后重新规划出绕行路径,最终完成障碍物的避让动作,如果L1<L2,则直接刹车,再进行绕障。
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