CN217890975U - 一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于它由运动模块和消毒模块这两大模块组成；其中，运动模块包括安装在底盘上的麦克纳姆轮、与麦克纳姆轮连接的驱动机构、安装在底盘前端的图像采集识别模块、以及分别与驱动机构和图像采集识别模块连接的控制单元；所述消毒模块包括安装底盘上的消毒水储水罐和能够调节高度的绳排伸缩机构，所述伸缩机构上方固定安装连接有消毒水喷洒口的消毒水洒水泵，所述洒水泵与消毒水储水罐之间通过耐腐蚀消毒软管连接。本实用新型可以进行高效、自动化的消毒作业工作，可在各类环境所使用，解决了人工消毒存在被感染风险且消毒效率低下的问题。

Description

一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人

(一)技术领域：

本实用新型涉及自动化消毒领域，尤其是基于机器视觉的实验室智能消毒机器人。

(二)背景技术：

对于传统的消毒方式，普遍为由人工背负大型消毒水桶，通过手动加压的方式喷洒消毒水进行消毒。此方式不仅消耗大量的人力物力，由于手动喷洒不均匀可能还会导致资源浪费和消毒效果不明显等影响。

现有的消毒设备体积普遍较大，具有无法自由移动等缺点，不易于在空间较小的场所或室内使用，并且在一定程度上需要依靠人工操作才能运作，无法做到真正的智能化。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，它能够解决现有技术的不足，具有结构合理、制造简单、成本低、使用方便、实用性强等优点，可以提高实验室消毒效率并减少实验室管理人员工作量。

本实用新型的技术方案：一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于它由运动模块和消毒模块这两大模块组成；其中，运动模块包括安装在底盘上的麦克纳姆轮、与麦克纳姆轮连接的驱动机构、安装在底盘前端的图像采集识别模块、以及分别与驱动机构和图像采集识别模块连接的控制单元；所述消毒模块包括安装底盘上的消毒水储水罐和能够调节高度的绳排伸缩机构，所述绳排伸缩机构伸出后的最顶端固定安装连接有消毒水喷洒口的消毒水洒水泵，所述洒水泵与消毒水储水罐之间通过耐腐蚀消毒软管连接。

所述控制单元安装在电机驱动板上，驱动机构包括安装在电机驱动板上的电机驱动模块和直流电机。

所述控制单元采用单片机为主控芯片，图像采集识别模块对消毒环境进行拍照并对障碍物进行识别标记，将障碍物数据发送给单片机，单片机生成控制信号发送给安装在电机驱动板上的电机驱动模块，电机驱动模块驱动直流电机，直流电机带动麦克纳姆轮转动，从而使机器人移动。

所述图像采集识别模块包括摄像头和OpenMV图像识别模块。

所述底盘前端安装漫反射传感器；漫反射传感器对前方障碍物进行测距识别，当检测到前方障碍物与消毒机器人的距离低于预设安全值时，则会将避障的控制信号发送给单片机，单片机生成控制信号发送给安装在电机驱动板上的电机驱动模块，电机驱动模块驱动直流电机，直流电机带动麦克纳姆轮转动，从而使机器人改变运动方向。

所述直流电机为四个，分别驱动四个麦克纳姆轮。

所述底盘上安装与控制单元连接的WiFi模块，实现远程控制。

所述单片机采用STM32F750。

所述机器人通过电池供电。

消毒水储水罐上设置注水口和排水口。

所述绳排伸缩机构由管径不同但相互套接的底座、节臂a、节臂b、节臂c、定滑轮a、定滑轮b、定滑轮c、定滑轮d、绳索a、绳索b、绳索c、绳索d、丝杠、套筒和丝杠电机组成；底座与小车车身直接固定，丝杠电机机座与底座固定，丝杠与丝杠电机转轴固定，套筒与丝杠通过螺纹相连接，套筒底部固定于节臂a底部，定滑轮a固定于套筒顶部，定滑轮c固定于节臂a下方，定滑轮d固定于节臂b下方，定滑轮b固定于节臂b顶部，绳索a两端通过定滑轮a分别于底座底部和节臂b底部固定，绳索b两端通过定滑轮b分别于节臂c底部和节臂a底部连接，绳索c两端通过定滑轮c分别于底座顶部和节臂b底部固定，绳索d通过两端通过定滑轮d分别于节臂c顶部和套筒顶部固定，底座、节臂a、节臂b和节臂c通过内外口径的配合可以实现自由相对滑动并通过摩擦力相互固定。

本实用新型的优越性在于：本实用新型避障系统是基于图像识别避障为主的，使识别效果更加的精准、高效，同时提高了此机器人整体的智能化水平；本实用新型中的机器人运动机构是麦克纳姆轮底盘，所述底盘拥有极高的灵活性和机动性，可在实验室狭小空间内自由移动，降低与障碍物相碰撞的可能性；本实用新型中的绳排伸缩机构可以自由调整调整消毒水洒水泵的喷洒高度，从而扩大消毒水喷洒面积，提高消毒水平；本实用新型中的全部硬件设备均为模块化设计，在降低了生产设计成本的同时提升了后期维护、保养的能力；特别是消毒模块，可以针对不同的实验室有针对性地选用不同的消毒水储水罐内、消毒水洒水泵和绳排伸缩机构等硬件，提高了综合作业能力。

(四)附图说明：

图1为本实用新型所涉一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人的整体结构示意图；

图2为本实用新型所涉一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人的后方结构示意图；

图3为本实用新型所涉一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人的仰视图；

图4为本实用新型所涉一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人的俯视图；

图5为本实用新型所涉一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人中绳排伸缩机构的剖面图；

图6为麦克纳姆轮三维结构图。

图中：1、漫反射传感器；2、图像采集识别模块；3、WiFi模块；4、电机驱动板；5、消毒水储水罐；6、注水口；7、排水口；8、消毒软管；9、消毒水洒水泵；10、消毒水喷洒口；11、底座；12、麦克纳姆轮；13、直流电机；14、电池；15、节臂a；16、节臂b；17、节臂c；18、丝杠；19、套筒；20、绳索a；21、定滑轮a；22、绳索b；23、滑轮b；24、绳索c；25、绳索d；26、定滑轮c；27、定滑轮d；28、丝杠电机。

(五)具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1至图5所示，一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于它由运动模块和消毒模块这两大模块组成；其中，运动模块包括安装在底盘上的麦克纳姆轮12、与麦克纳姆轮12连接的驱动机构、安装在底盘前端的图像采集识别模块2、以及分别与驱动机构和图像采集识别模块2连接的控制单元；所述消毒模块包括安装底盘上的消毒水储水罐5和能够调节高度的绳排伸缩机构，所述绳排伸缩机构伸出后的最顶端固定安装连接有消毒水喷洒口10的消毒水洒水泵9，所述洒水泵9与消毒水储水罐5之间通过耐腐蚀消毒软管8连接。

所述控制单元安装在电机驱动板4上，驱动机构包括安装在电机驱动板4上的电机驱动模块和直流电机13。

所述控制单元采用单片机为主控芯片，图像采集识别模块2对消毒环境进行拍照并对障碍物进行识别标记，将障碍物数据发送给单片机，单片机生成控制信号发送给安装在电机驱动板4上的电机驱动模块，电机驱动模块驱动直流电机13，直流电机13带动麦克纳姆轮12转动，从而使机器人移动。

所述图像采集识别模块2包括摄像头和OpenMV图像识别模块。

所述底盘前端安装漫反射传感器1；漫反射传感器1对前方障碍物进行测距识别，当检测到前方障碍物与消毒机器人的距离低于预设安全值时，则会将避障的控制信号发送给单片机，单片机生成控制信号发送给安装在电机驱动板4上的电机驱动模块，电机驱动模块驱动直流电机13，直流电机13带动麦克纳姆轮12转动，从而使机器人改变运动方向。

所述直流电机13为四个，分别驱动四个麦克纳姆轮12。

所述底盘上安装与控制单元连接的WiFi模块3，使用微信小程序实现对此机器人进行前、后、左、右等远程移动控制。

所述单片机采用STM32F75。

所述机器人通过电池14供电。

消毒水储水罐5上设置注水口6和排水口7。

如图5所示，所述绳排伸缩机构由管径不同但相互套接构成的底座11、节臂a15、节臂b16、节臂c17、定滑轮a21、定滑轮b23、定滑轮c26、定滑轮d27、绳索a20、绳索b22、绳索c24、绳索d25、丝杠18、套筒19和丝杠电机28组成；底座11与小车直接固定，丝杠电机28机座与底座11固定，丝杠18与丝杠电机28转轴固定，套筒19与丝杠18通过螺纹相连接，套筒19底部固定于节臂a15底部，定滑轮a21固定于套筒19顶部，定滑轮c26固定于节臂a15下方，定滑轮d27固定于节臂b16下方，定滑轮b23固定于节臂b16顶部，绳索a20两端通过定滑轮a21分别于底座11底部和节臂b16底部固定，绳索b22两端通过定滑轮b23分别于节臂c17底部和节臂a15底部连接，绳索c24两端通过定滑轮c26分别于底座11顶部和节臂b16底部固定，绳索d25通过两端通过定滑轮d27分别于节臂c17顶部和套筒19顶部固定，底座11、节臂a15、节臂b16和节臂c17这四个管状物体通过内外口径的配合可以实现自由相对滑动。

如图5所示，当智能消毒车的绳排升降系统工作时，丝杠电机28转动，带动丝杠18进行转动并通过螺纹的摩擦力带动固定套筒19上的节臂a15不断提升；由于绳索a20通过定滑轮a21固定在底座11和节臂b16上，定滑轮a21随套筒19升高，从而节臂b16也随之升高。绳索b22分别固定在节臂a15和节臂c17上，在节臂b16的伸长与滑轮b23的共同作用下，节臂c17也随之抬高。最终通过所述节臂c17的抬升带动消毒水洒水泵9的消毒水喷洒口10抬升。

当丝杠18反向转动时，伸缩油缸缩短，带动固定在套筒19上的节臂a15不断降低，由于绳索c24通过定滑轮c26固定在绳排伸缩系统底座11和节臂b16上，定滑轮c26随节臂a15降低，从而节臂b16也随之降低。绳索d25分别固定在套筒19和节臂c17上，在套筒19的收缩与滑轮d27的共同作用下，节臂c17也随之收缩。最终通过所述节臂c17的收缩带动消毒水洒水泵9的消毒水喷洒口10降低至初始位置。

当智能消毒车进行消毒工作时，需要通过消毒水储水罐注水口6将消毒水注入消毒水储水罐5内，消毒水洒水泵9将消毒水通过消毒水储水罐排水口7从消毒水储水罐5内抽出，并经由耐腐蚀消毒软管8，通过消毒水洒水泵9将消毒水从消毒水喷洒口10喷洒出来。

以上所述仅为本申请的优选设计而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于它由运动模块和消毒模块这两大模块组成；其中，运动模块包括安装在底盘上的麦克纳姆轮(12)、与麦克纳姆轮(12)连接的驱动机构、安装在底盘前端的图像采集识别模块(2)、以及分别与驱动机构和图像采集识别模块(2)连接的控制单元；所述消毒模块包括安装底盘上的消毒水储水罐(5)和能够调节高度的绳排伸缩机构，所述绳排伸缩机构伸出后的最顶端固定安装连接有消毒水喷洒口(10)的消毒水洒水泵(9)，所述洒水泵(9)与消毒水储水罐(5)之间通过耐腐蚀消毒软管(8)连接。

2.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于所述控制单元安装在电机驱动板(4)上，驱动机构包括安装在电机驱动板(4)上的电机驱动模块和直流电机(13)，所述电机驱动模块驱动直流电机(13)，直流电机(13)带动麦克纳姆轮(12)转动，从而使机器人移动或改变运动方向。

3.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于所述图像采集识别模块(2)包括摄像头和OpenMV图像识别模块。

4.根据权利要求2所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于所述直流电机(13)为四个，分别驱动四个麦克纳姆轮(12)。

5.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于所述底盘上安装与控制单元连接的WiFi模块(3)，实现远程控制。

6.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于它通过电池(14)供电。

7.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于消毒水储水罐(5)上设置注水口(6)和排水口(7)。

8.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的实验室智能消毒机器人，其特征在于所述绳排伸缩机构由管径不同但相互套接的底座(11)、节臂a(15)、节臂b(16)、节臂c(17)固定在伸缩杆上的定滑轮a(21)、定滑轮b(23)、定滑轮c(26)、定滑轮d(27)、绳索a(20)、绳索b(22)、绳索c(24)、绳索d(25)、丝杠(18)和套筒(19)组成；所述底座(11)与小车车身直接固定，丝杠电机(28)机座与底座(11)固定，丝杠(18)与丝杠电机(28)转轴固定，套筒(19)与丝杠(18)通过螺纹相连接，套筒(19)底部固定于节臂a(15)底部，定滑轮a(21)固定于套筒(19)顶部，定滑轮c(26)固定于节臂a(15)下方，定滑轮d(27)固定于节臂b(16)下方，定滑轮b(23)固定于节臂b(16)顶部，绳索a(20)两端通过定滑轮a(21)分别于底座(11)底部和节臂b(16)底部固定，绳索b(22)两端通过定滑轮b(23)分别于节臂c(17)底部和节臂a(15)底部连接，绳索c(24)两端通过定滑轮c(26)分别于底座(11)顶部和节臂b(16)底部固定，绳索d(25)通过两端通过定滑轮d (27)分别于节臂c(17)顶部和套筒(19)顶部固定；底座(11)、节臂a(15)、节臂b(16)和节臂c(17)通过内外口径的配合可以实现自由相对滑动。

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