CN116421751A - 高铁车厢紫外消杀机器人 - Google Patents

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CN116421751A CN202211529182.2A CN202211529182A CN116421751A CN 116421751 A CN116421751 A CN 116421751A CN 202211529182 A CN202211529182 A CN 202211529182A CN 116421751 A CN116421751 A CN 116421751A
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叶凯航
耿孟达
姜博
姚琦
王振威
苏伟
岳涛
李国良
温维
吕铭杰
王鑫
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Abstract

本发明公开了一种高铁车厢紫外消杀机器人，应用于公共场所用消杀设备技术领域。高铁车厢紫外消杀机器人包括：机体、主控单元、一个或多个伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯；其中，主控单元设置在机体内，伸缩臂与机体连接，高能脉冲紫外灯设置在伸缩臂的外壁；伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯均与主控单元电连接，伸缩臂用于在主控单元的控制下沿靠近或远离机体的方向伸缩；高压惰性气体放电组件用于在主控单元的控制下，激发高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光。以此解决了现有紫外消毒杀毒效果差和臭氧消毒存在副作用的问题。

Description

高铁车厢紫外消杀机器人
技术领域
本发明属于公共场所用消杀设备技术领域，具体涉及高铁车厢紫外消杀机器人。
背景技术
高铁车厢属于密闭空间，空间窄小、空气流动性差及人流量大，座椅、扶手、卫生间及地毯等处容易滋生细菌，使得高铁车厢极易成为污染源与传染源。为了预防病毒在高铁车厢内的传播，有效地切断传播途径，通常需要在高铁到站后对高铁车厢进行消杀。目前，高铁车厢进行消杀主要采用以下两种方式：a.紫外线消毒，紫外线消毒是较为常见的一种消杀方法，在进行紫外线消毒的过程中，利用适当波长的紫外线能够破坏微生物中的DNA或RNA结构，造成生长性细胞死亡和/或再生性细胞死亡，从而达到对高铁车厢的杀菌消毒效果；b.臭氧消毒，臭氧能氧化分解细菌内葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡，同时可以与细菌、病毒作用，破坏其细胞器、DNA和RNA结构，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡，并且能透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。
现有技术中，低压汞灯是最常用的紫外消毒技术，该技术采用汞灯作为光源，常运用于一些不耐热物体表面消毒，虽然汞灯消毒技术已经发展相对成熟，但尚存在能量强度低、消杀效率低、光谱单一及产生二次污染等缺点；而臭氧本身活性较强，较易分解，但是消毒后残留的臭氧对人体呼吸道有一定危害，并且相对湿度较低时，消毒效果受到较大影响，单独进行臭氧消毒所需时间较长。因此，需要对现有技术进行改进，提出更为合理的技术方案，解决现有技术存在的问题。
发明内容
为解决现有技术中紫外消毒杀毒效果差和臭氧消毒存在副作用的问题。
本发明实施例提出了一种高铁车厢紫外消杀机器人，包括：机体、主控单元、高压惰性气体放电组件、一个或多个伸缩臂和高能脉冲紫外灯；其中，主控单元和高压惰性气体放电组件均设置在机体内，伸缩臂与机体连接，高能脉冲紫外灯设置在伸缩臂的外壁；伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯均与主控单元电连接，伸缩臂用于在主控单元的控制下沿靠近或远离机体的方向伸缩；高压惰性气体放电组件用于在主控单元的控制下，激发高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人还包括视觉识别单元，视觉识别单元与主控单元电连接；其中，
视觉识别单元，用于采集环境视觉数据并将环境视觉数据发送至主控单元，以便于主控单元驱动伸缩臂、高压惰性气体放电组件和/或高能脉冲紫外灯工作。
优选地，伸缩臂为四组，四组伸缩臂沿机体中轴方向两两对称设置在机体的两侧。
优选地，每一伸缩臂匹配有两组高能脉冲紫外灯，高能脉冲紫外灯分别设置在该伸缩臂的上下两侧。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人还包括移动组件，移动组件设置在机体的底部，移动组件与主控单元电连接，用于在主控单元的驱动下带动机体移动。
优选地，主控单元采用STM32F103C8T6型单片机。
优选地，伸缩臂包括伸缩驱动单元和伸缩杆，伸缩驱动单元的固定端与机体连接，伸缩驱动单元的输出端与伸缩杆连接。
优选地，伸缩臂还包括隔离单元和伸缩驱动接口，隔离单元的受控端与主控单元电连接，隔离单元的输出端通过伸缩驱动接口与伸缩驱动单元连接。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人还包括供电单元，供电单元用于给主控单元、伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯供电；其中，供电单元包括依次与7.2V供电电源电连接的AZ1084型低压差线性稳压器、IB0505LS型隔离电源模块和LM117型低压差电压调节器。
优选地，机体设有收纳槽，伸缩臂通过旋转件与机体连接，旋转件与主控单元连接，旋转件用于在主控单元的驱动下转动伸缩臂以使伸缩臂收纳于收纳槽内。
有益效果：高能脉冲紫外灯的腔体中填充有惰性气体，高压惰性气体放电组件包括电离电极，电离电极在主控单元的控制下运行，高能脉冲紫外灯的腔体内的惰性气体被电离电极电离击穿后，可产生波长范围为200-280nm的紫外线。将紫外线与高压惰性放电技术结合，使紫外消杀的效率得以提升，同时可扩大杀菌波长范围，覆盖面更广，使消杀效果更好，效率更高，且相对臭氧杀毒而言，对人体安全性较高。同时，主控单元可驱动伸缩臂向远离机体的方向伸展，并驱动高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯运行，高压惰性气体放电组件用于在主控单元的控制下，可激发高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光，进而可实现对高铁车厢内空间的消杀，由于通过高压惰性气体放电组件，可使高能脉冲紫外灯发射出高能紫外能量，提升了高能脉冲紫外灯的消杀效率，杀菌效果更好，以此解决了现有技术中紫外消毒杀毒效果差和臭氧消毒存在副作用的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提出的高铁车厢紫外消杀机器人的示意图；
图2为本发明实施例提出的主控单元的电路原理图；
图3为本发明实施例提出的隔离单元和伸缩驱动接口的电路原理图；
图4为本发明实施例提出的供电单元的电路原理图。
图标：1-高铁车厢紫外消杀机器人；10-高铁车厢紫外消杀机器人机体；11-主控单元；12-高压惰性气体放电组件；13-高能脉冲紫外灯；14-视觉识别单元；15-移动组件；16-伸缩驱动单元；17-伸缩杆；18-隔离单元；19-伸缩驱动接口；20-供电单元；21-收纳槽；22-旋转件；23-伸缩臂。
具体实施方式
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，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
请参阅图1至图4，为本发明实施例提出的一种高铁车厢紫外消杀机器人1，包括：机体10、主控单元23、高压惰性气体放电组件12、一个或多个伸缩臂11和高能脉冲紫外灯13；其中，主控单元23和高压惰性气体放电组件12均设置和在机体10内，伸缩臂11与机体10连接，高能脉冲紫外灯13设置在伸缩臂11的外壁；伸缩臂11、高压惰性气体放电组件12和高能脉冲紫外灯13均与主控单元23电连接，伸缩臂11用于在主控单元23的控制下沿靠近或远离机体10的方向伸缩；高压惰性气体放电组件12用于在主控单元23的控制下，激发高能脉冲紫外灯13发出高能脉冲紫外光。
需要说明的是，采用本实施例提出的高铁车厢紫外消杀机器人1对高铁车厢进行消杀前，应当保证车厢内无人，且车厢内无异物，以确保高铁车厢紫外消杀机器人1顺利通过高铁车厢的过道并能够正常运行。
本实施例中，机体10可以是起固定作用的支撑机构，用于固定伸缩臂11；主控单元23用于控制高压惰性气体放电组件12激发高能脉冲紫外灯13发出高能脉冲紫外光，及驱动伸缩臂11的伸展。通过高压惰性气体放电组件12，可使高能脉冲紫外灯13发射出高达kW/cm2的紫外能量；例如，高能脉冲紫外灯13强度可高达16060mW/cm2，同等条件下是汞灯的10000倍以上。同时，高能脉冲紫外灯13的激发时间为数百微秒，相比普通连续低压汞灯长达数十秒钟的激发时间有以下优点：一方面，可以即开即用，不需要预热，有利于在需要快速响应的场合应用；另一方面，工作过程中不产生辐照热量，不改变环境温度；同等条件下，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、新冠病毒的消杀效率为秒级(5-60s)；高能脉冲紫外技术同时辐射多个有效紫外波段(200-280nm)，具备广谱杀菌的作用。具体地，高能脉冲紫外灯13可以采用高能脉冲紫外氙灯，高能脉冲紫外氙灯发射的紫外线具备宽光谱和高强的特性，宽光谱主要体现在紫外光的多波段，在200～280nm波长范围内的紫外光称为UVC，在280～315nm波长范围内的紫外光称为UVB，在315～400nm波长范围内的紫外光称为UVA，其中主要起到消杀功能的紫外光为200～280nm波长的UVC。UVC波段的辐照强度为16060mW/cm2，也就是16W/cm2，而传统的汞灯国家规定的杀菌辐照度仅为90uW/cm2，高强脉冲紫外氙灯的辐照强度远高于传统汞灯的辐照强度。另外，高能脉冲紫外氙灯从工业化应用的角度考虑，与传统汞灯、LED灯等相比较，在光辐射产生波段与光辐射强度方面都具有强大优势，也是最接近现代工业化的产品。高能脉冲紫外灯13的腔体中填充有惰性气体，高压惰性气体放电组件12包括电离电极，电离电极与高压射频电源相连，电离电极在主控单元23的控制下运行，高能脉冲紫外灯13的腔体内的惰性气体被电离电极电离击穿后，可13产生波长范围为200-280nm的紫外线。将紫外线与高压惰性放电技术结合，使紫外消杀的效率得以提升，同时可扩大杀菌波长范围，覆盖面更广，使消杀效果更好，效率更高，且相对臭氧杀毒而言，对人体安全性较高。在实施过程中，主控单元23可驱动伸缩臂11向远离机体10的方向伸展，并驱动高压惰性气体放电组件12和高能脉冲紫外灯13运行，高压惰性气体放电组件12用于在主控单元23的控制下，可激发高能脉冲紫外灯13发出高能脉冲紫外光，进而可实现对高铁车厢内空间的消杀，由于通过高压惰性气体放电组件12，可使高能脉冲紫外灯13发射出高能紫外能量，提升了高能脉冲紫外灯13的消杀效率，杀菌效果更好，以此解决了现有技术中紫外消毒杀毒效果差和臭氧消毒存在副作用的问题。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人1还包括视觉识别单元14，视觉识别单元14与主控单元23电连接；其中，视觉识别单元14，用于采集环境视觉数据并将环境视觉数据发送至主控单元23，以便于主控单元23驱动伸缩臂11、高压惰性气体放电组件12和/或高能脉冲紫外灯13工作。
本实施例中，视觉识别单元14与主控单元23电连接，视觉识别单元14用于采集环境视觉数据，并将环境视觉数据发送至主控单元23，以便于主控单元23驱动伸缩臂11、高压惰性气体放电组件12和/或高能脉冲紫外灯13工作，进而确保高铁车厢紫外消杀机器人1运行过程中，高能脉冲紫外灯13完全照射到车厢内的全部空间，同时便于机体10进行避障等操作。
优选地，伸缩臂11为四组，四组伸缩臂11沿机体10中轴方向两两对称设置在机体10的两侧。伸缩臂11沿机体10的中轴方向对称设置有两组，每组伸缩臂11设置有两个，且两个伸缩臂11沿机体10的中轴方向间隔设置。需要说明的是，伸缩臂11沿机体10的中轴方向对称设置有两组，适用于高铁车厢使用，在高铁车厢紫外消杀机器人1进行消杀过程中，机体10可在过道内移动，两组伸缩臂11可分别就高铁车厢内两侧的座位进行消杀，与高铁车厢的适应性好；此外，每组伸缩臂11设置有两个，适用于对座位上部以及座位与行李架之间的间隙两处进行消杀。
优选地，每一伸缩臂11匹配有两组高能脉冲紫外灯13，高能脉冲紫外灯13分别设置在该伸缩臂11的上下两侧。本实施例中，每一伸缩臂11设置有两组高能脉冲紫外灯13，两组高能脉冲紫外灯13分别设置在该伸缩臂11的上下两侧。可以清楚的是，每组高能脉冲紫外灯13的数量由伸缩臂11的长度而定；例如，当伸缩臂11设置为两节时，每组高能脉冲紫外灯13设置有两个，两个高能脉冲紫外灯13分别设置在该伸缩臂11的两节子伸缩臂11上。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人1还包括移动组件15，移动组件15设置在机体10的底部，移动组件15与主控单元23电连接，用于在主控单元23的驱动下带动机体10移动。
本实施例中，高铁车厢紫外消杀机器人1还包括移动组件15，移动组件15设置在机体10的底部，移动组件15与主控单元23通信连接，用于带动机体10移动。移动组件15包括移动轮和移动驱动单元，移动驱动单元的固定端与机体10连接，移动驱动单元的输出端与移动轮连接，以便带动移动轮转动，由此实现机体10在高铁车厢内的移动。
优选地，主控单元23采用STM32F103C8T6型单片机。外围电路包括但不仅限于为与单片机电连接的烧录接口及复位模块等，此处不予赘述。
优选地，伸缩臂11包括伸缩驱动单元16和伸缩杆17，伸缩驱动单元16的固定端与机体10连接，伸缩驱动单元16的输出端与伸缩杆17连接。
优选地，伸缩臂11还包括隔离单元18和，隔离单元18的受控端与主控单元23电连接，隔离单元18的输出端通过与伸缩驱动单元16连接。
本实施例中，隔离单元18采用P117型光耦，P117型光耦的发光二极管的阳极电连接供电单元20，P117型光耦的发光二极管的阴极通过一电阻与主控单元23连接，P117型光耦的三极管的集电极通过另一电阻与连接，P117型光耦的三极管的发射极接地。
优选地，高铁车厢紫外消杀机器人1还包括供电单元20，供电单元20用于给主控单元23、伸缩臂11、高压惰性气体放电组件12和高能脉冲紫外灯13供电；其中，供电单元20包括依次与7.2V供电电源电连接的AZ1084型低压差线性稳压器、IB0505LS型隔离电源模块和LM117型低压差电压调节器。
主控单元23、伸缩臂11、高压惰性气体放电组件12和高能脉冲紫外灯13等模块均由供电单元20供电，供电单元20包括依次与7.2V供电电源电连接的AZ1084型低压差线性稳压器D1、IB0505LS型隔离电源模块D3和LM117型低压差电压调节器D2；其中，AZ1084型低压差线性稳压器D1输出5V电压，低压差电压调节器D2输出3.3V电压，以便于向单片机供电，隔离电源模块D3可用于对低压差线性稳压器D1输出的电压进行稳压。
优选地，机体10设有收纳槽21，伸缩臂11通过旋转件22与机体10连接，旋转件22与主控单元23连接，旋转件22用于在主控单元23的驱动下转动伸缩臂11以使伸缩臂11收纳于收纳槽21内。
本实施例中，通过在机体10设置收纳槽21，伸缩臂11通过旋转件22与机体10连接；在伸缩臂11未使用时，可以通过主控单元23控制旋转件22转动，使得旋转件22在主控单元23的驱动下转动伸缩臂11以使伸缩臂11收纳于收纳槽21内。
综上所述，本实施例提供的高铁车厢紫外消杀机器人在使用时，根据高铁车厢内的情况获取消杀行进方案，并根据消杀行进方案驱动移动组件带动机体在高铁车厢内移动；驱动伸缩臂向远离机体的方向伸展，并驱动高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯运行，以便于高压惰性气体放电组件激发高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光；伸缩臂在高铁车厢内每一排的座位间隙处停留10s，以实现充分杀菌。实时获取视觉识别单元采集的环境视觉数据，并将环境视觉数据发送至主控单元，以便于主控单元驱动伸缩臂、高压惰性气体放电组件和/或高能脉冲紫外灯工作。主控单元可驱动伸缩臂向远离机体的方向伸展，并驱动高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯运行，高压惰性气体放电组件用于在主控单元的控制下，可激发高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光，进而可实现对高铁车厢内空间的消杀，由于通过高压惰性气体放电组件，可使高能脉冲紫外灯发射出高能紫外能量，提升了高能脉冲紫外灯的消杀效率，杀菌效果更好。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，包括：机体、主控单元、高压惰性气体放电组件、一个或多个伸缩臂和高能脉冲紫外灯；其中，所述主控单元和所述高压惰性气体放电组件均设置在所述机体内，所述伸缩臂与所述机体连接，所述高能脉冲紫外灯设置在伸缩臂的外壁；所述伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯均与所述主控单元电连接，所述伸缩臂用于在所述主控单元的控制下沿靠近或远离所述机体的方向伸缩；所述高压惰性气体放电组件用于在所述主控单元的控制下，激发所述高能脉冲紫外灯发出高能脉冲紫外光。
2.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述高铁车厢紫外消杀机器人还包括视觉识别单元，所述视觉识别单元与所述主控单元电连接；其中，所述视觉识别单元，用于采集环境视觉数据并将所述环境视觉数据发送至所述主控单元，以便于所述主控单元驱动所述伸缩臂、高压惰性气体放电组件和/或高能脉冲紫外灯工作。
3.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述伸缩臂为四组，四组所述伸缩臂沿所述机体中轴方向两两对称设置在所述机体的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，每一所述伸缩臂匹配有两组高能脉冲紫外灯，所述高能脉冲紫外灯分别设置在该伸缩臂的上下两侧。
5.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述高铁车厢紫外消杀机器人还包括移动组件，所述移动组件设置在所述机体的底部，所述移动组件与所述主控单元电连接，用于在所述主控单元的驱动下带动所述机体移动。
6.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述主控单元采用STM32F103C8T6型单片机。
7.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述伸缩臂包括伸缩驱动单元和伸缩杆，所述伸缩驱动单元的固定端与机体连接，所述伸缩驱动单元的输出端与所述伸缩杆连接。
8.根据权利要求7所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述伸缩臂还包括隔离单元和伸缩驱动接口，所述隔离单元的受控端与所述主控单元电连接，所述隔离单元的输出端通过所述伸缩驱动接口与所述伸缩驱动单元连接。
9.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述高铁车厢紫外消杀机器人还包括供电单元，所述供电单元用于给主控单元、伸缩臂、高压惰性气体放电组件和高能脉冲紫外灯供电；其中，所述供电单元包括依次与7.2V供电电源电连接的AZ1084型低压差线性稳压器、IB0505LS型隔离电源模块和LM117型低压差电压调节器。
10.根据权利要求1所述的一种高铁车厢紫外消杀机器人，其特征在于，所述机体设有收纳槽，所述伸缩臂通过旋转件与所述机体连接，所述旋转件与所述主控单元连接，所述旋转件用于在所述主控单元的驱动下转动所述伸缩臂以使所述伸缩臂收纳于所述收纳槽内。
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