ES2946926B2 - DISINFECTION SYSTEM AND METHOD - Google Patents
DISINFECTION SYSTEM AND METHODInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema y método de desinfecciónDisinfection system and method
Sector de la técnica Technical sector
La presente invención concierne, en un primer aspecto, a un sistema de desinfección, que comprende al menos un robot móvil de desinfección capaz de desinfectar con luz desinfectante el interior de un recinto de manera optimizada. The present invention concerns, in a first aspect, a disinfection system, which comprises at least one mobile disinfection robot capable of disinfecting the interior of an enclosure with disinfectant light in an optimized manner.
En un segundo aspecto, la presente invención concierne a un método de desinfección adaptado para utilizar el sistema del primer aspecto. In a second aspect, the present invention concerns a disinfection method adapted to use the system of the first aspect.
Estado de la técnica anterior Prior art state
En el estado de la técnica son conocidos sistemas de desinfección que comprenden las características del preámbulo de la reivindicación 1, por ejemplo, por el documento de patente CN111590582A. Disinfection systems that comprise the characteristics of the preamble of claim 1 are known in the state of the art, for example, from patent document CN111590582A.
En particular, el sistema descrito en CN111590582A comprende un robot móvil de desinfección configurado para desplazarse por el interior de un espacio tridimensional, tal como un recinto, y que a su vez comprende: In particular, the system described in CN111590582A comprises a mobile disinfection robot configured to move inside a three-dimensional space, such as an enclosure, and which in turn comprises:
- una unidad de desinfección configurada y dispuesta para emitir luz desinfectante hacia el entorno del al menos un robot móvil; - a disinfection unit configured and arranged to emit disinfectant light towards the environment of the at least one mobile robot;
- unos medios de detección configurados para detectar el valor de al menos un parámetro de detección relativo a unos elementos a desinfectar ubicados dentro del espacio tridimensional; y - detection means configured to detect the value of at least one detection parameter relative to elements to be disinfected located within the three-dimensional space; and
- unos medios de control conectados operativamente con los medios de detección para recibir los valores detectados de dicho al menos un parámetro de detección, y con la unidad de desinfección para controlar su funcionamiento según unos parámetros de funcionamiento ajustables en función de los valores detectados recibidos. - control means operatively connected with the detection means to receive the detected values of said at least one detection parameter, and with the disinfection unit to control its operation according to adjustable operating parameters depending on the detected values received.
En el sistema propuesto en CN111590582A, los parámetros de detección son el área y el tamaño de unas manchas en el suelo que se detectan fusionando un algoritmo de aprendizaje profundo con datos de una nube de puntos tridimensional. In the system proposed in CN111590582A, the detection parameters are the area and size of spots on the ground that are detected by fusing a deep learning algorithm with data from a three-dimensional point cloud.
En CN111590582A no se tiene en cuenta que en ciertos escenarios de aplicación puede haber elementos a desinfectar a diferentes alturas, no solamente al nivel del suelo, así como que algunos de estos pueden estar parcial o totalmente ocluidos por otros cuando se emite la luz desinfectante desde una ubicación determinada, impidiendo por tanto que esta llegue a los mismos para desinfectarlos. CN111590582A does not take into account that in certain application scenarios there may be elements to be disinfected at different heights, not only at ground level, as well as that some of these may be partially or totally occluded by others when the disinfectant light is emitted from a certain location, therefore preventing it from reaching them to disinfect them.
Aparece necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas halladas en el mismo, mediante la provisión de un sistema desinfectante que sea capaz tanto de detectar de manera mucho más eficiente los elementos a desinfectar, incluso cuando estén situados a diferentes alturas, como de desinfectar a los mismos, evitando zonas de sombra. It seems necessary to offer an alternative to the state of the art that covers the gaps found therein, by providing a disinfectant system that is capable of both detecting the elements to be disinfected in a much more efficient way, even when they are located at different heights, as well as disinfecting them, avoiding shadow areas.
Explicación de la invención Explanation of the invention
Con tal fin, la presente invención concierne, en un primer aspecto, a un sistema de desinfección, que comprende al menos un robot móvil de desinfección configurado para desplazarse por el interior de un espacio tridimensional, tal como un recinto, y que a su vez comprende: To this end, the present invention concerns, in a first aspect, a disinfection system, which comprises at least one mobile disinfection robot configured to move inside a three-dimensional space, such as an enclosure, and which in turn understands:
- al menos una unidad de desinfección configurada y dispuesta para emitir luz desinfectante hacia el entorno del al menos un robot móvil; - at least one disinfection unit configured and arranged to emit disinfectant light towards the environment of the at least one mobile robot;
- unos medios de detección configurados para detectar el valor de al menos un parámetro de detección relativo a unos elementos a desinfectar ubicados dentro de dicho espacio tridimensional; y - detection means configured to detect the value of at least one detection parameter relative to elements to be disinfected located within said three-dimensional space; and
- unos medios de control conectados operativamente con dichos medios de detección para recibir los valores detectados de dicho al menos un parámetro de detección, y con dicha al menos una unidad de desinfección para controlar su funcionamiento según unos parámetros de funcionamiento ajustables en función de los valores detectados recibidos. - control means operatively connected with said detection means to receive the detected values of said at least one detection parameter, and with said at least one disinfection unit to control its operation according to operating parameters adjustable depending on the values detected received.
A diferencia de los sistemas de desinfección del estado de la técnica, en el propuesto por el primer aspecto de la presente invención, de manera característica, el al menos un parámetro de detección es relativo a intensidad lumínica, y los medios de detección comprenden medios de procesamiento que implementan un algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad aplicado a la determinación de zonas de sombra, a partir del procesamiento de los valores detectados de dicha intensidad lumínica para dichos elementos a desinfectar. Unlike the disinfection systems of the state of the art, in the one proposed by the first aspect of the present invention, characteristically, the at least one detection parameter is related to light intensity, and the detection means comprise means of processing that implement an algorithm for determining shadows by radiosity applied to the determination of shadow areas, based on the processing of the detected values of said light intensity for said elements to be disinfected.
Para un ejemplo de realización, el citado algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad implementa el método del hemicubo, mientras que para otros ejemplos de realización implementa otra clase de métodos numéricos, tal como el relativo a la integral de contorno, métodos que utilizan el algoritmo de Montecarlo, o el de descomposición adaptativa. Todos estos métodos o algoritmos se describen brevemente a continuación. For an example of embodiment, the aforementioned algorithm for determining shadows by radiosity implements the hemicube method, while for other embodiments it implements another class of numerical methods, such as that related to the contour integral, methods that use the algorithm Monte Carlo, or adaptive decomposition. All these methods or algorithms are briefly described below.
Métodos de aplicación del algoritmo de radiosidad:Radiosity algorithm application methods:
La ecuación básica de la radiosidad aplicable computacionalmente es B¡ = E¡ R¡ Y BjFij. The basic computationally applicable radiosity equation is B¡ = E¡ R¡ Y BjFij.
Donde: Where:
• Ei: energía por unidad de área por unidad de tiempo de un corrector. • Ei: energy per unit area per unit time of a corrector.
• Ri: reflectividad del corrector. • Ri: reflectivity of the corrector.
• BjFjidAji energía transmitida del corrector j al corrector i. • BjFjidAji energy transmitted from corrector j to corrector i.
• Fji: factor de forma que depende de la geometría de los correctores i y j. Mide la cantidad de energía que emitida por j llega a i. • Fji: shape factor that depends on the geometry of the correctors i and j. It measures the amount of energy emitted by j reaches i.
Básicamente, se trata de la energía emitida energía reflejada. Esta ecuación ya contempla que una escena, o en el caso de la presente invención, un modelo 3D obtenido desde una nueve de puntos, se discretiza para tener una determinada cantidad de elementos a computar (parches). Basically, it is the energy emitted and reflected energy. This equation already contemplates that a scene, or in the case of the present invention, a 3D model obtained from a nine of points, is discretized to have a certain number of elements to compute (patches).
En esta ecuación, la parte más compleja proviene de Fj, o factor de forma, que define la distancia entre superficies y la orientación espacial de ellas en base a las normales de sus planos. Básicamente Fj indica el porcentaje de energía (luz) emitida desde una superficie que alcanza a otra. La determinación de estos factores de forma, teniendo en cuenta la oclusión entre objetos, puede realizarse mediante diversos métodos numéricos: In this equation, the most complex part comes from Fj, or shape factor, which defines the distance between surfaces and their spatial orientation based on the normals of their planes. Basically Fj indicates the percentage of energy (light) emitted from one surface that reaches another. The determination of these shape factors, taking into account the occlusion between objects, can be done using various numerical methods:
-Método del hemicubo:-Hemicube method:
Este método deriva del método de Nussel que consiste en resolver los factores de forma por una aproximación de construcción geométrica consistente en proyectar la superficie de un trozo sobre una hemiesfera centrada en un punto del otro trozo de los cuales se desea calcular el factor de forma. Después esta área se proyecta sobre el circulo base de la hemiesfera y puede demostrarse que esta área es proporcional al factor de forma si realizamos la media de esta cantidad para todos los puntos del trozo base de la hemiesfera. This method derives from the Nussel method, which consists of solving the shape factors by a geometric construction approach consisting of projecting the surface of one piece onto a hemisphere centered on a point on the other piece from which the shape factor is to be calculated. This area is then projected onto the base circle of the hemisphere and it can be shown that this area is proportional to the shape factor if we average this quantity for all points on the base piece of the hemisphere.
El método del hemicubo es una simplificación donde se proyecta la escena, tal como es vista desde el trozo que emite la energía, sobre una de las paredes de un hemicubo en lugar de sobre una esfera. Contando los píxeles que cubren cada objeto, y según la posición del píxel en la ventana, puede averiguarse de forma aproximada el factor de forma de cada trozo. The hemicube method is a simplification where the scene, as seen from the piece that emits the energy, is projected onto one of the walls of a hemicube instead of onto a sphere. By counting the pixels that cover each object, and depending on the position of the pixel in the window, the shape factor of each piece can be approximately determined.
- Integral de contorno:- Contour integral:
Mediante el teorema de Stokes, la integral de superficie que define el factor de forma puede transformarse en una integral que recorre la frontera de la superficie, y ésta puede resolverse mediante métodos numéricos de integración en una dimensión, pero sigue existiendo el problema de la visibilidad. Using Stokes' theorem, the surface integral that defines the shape factor can be transformed into an integral that runs along the boundary of the surface, and this can be solved by numerical integration methods in one dimension, but the problem of visibility still exists. .
-Algoritmo de Montecarlo:-Monte Carlo algorithm:
Los métodos de Montecarlo son un tipo especial de métodos para el cálculo de integrales que se basan en calcular valores para puntos escogidos al azar. Por ejemplo, si se tuviese que calcular el área de una superficie de forma extraña se podrían escoger una serie de puntos {(xi, yi)} al azar en una región del plano que contiene a la superficie de interés. Si la posición de los puntos ha sido generada con una distribución aleatoria uniforme, el porcentaje de puntos que caen dentro del área buscada respecto al número total de puntos dará el tamaño relativo del área. Monte Carlo methods are a special type of methods for calculating integrals that are based on calculating values for points chosen at random. For example, if you had to calculate the area of a strangely shaped surface, you could choose a series of points {(xi, yi)} at random in a region of the plane that contains the surface of interest. If the position of the points has been generated with a uniform random distribution, the percentage of points that fall within the searched area relative to the total number of points will give the relative size of the area.
Para calcular el factor de forma entre dos trozos, se tienen que lanzar rayos desde uno de ellos con una orientación al azar. Midiendo el porcentaje de rayos que atraviesan el otro trozo se sabrá lo grande que resulta visto desde el primero. Este sistema tiene la ventaja adicional de que incluye la influencia de la visibilidad, ya que, si el rayo atraviesa un objeto intermedio, entonces no debe contarse. To calculate the shape factor between two pieces, rays have to be fired from one of them in a random orientation. By measuring the percentage of rays that pass through the other piece, you will know how large it is when viewed from the first. This system has the additional advantage that it includes the influence of visibility, since if the ray passes through an intermediate object, then it should not be counted.
-Descomposición adaptativa:-Adaptive decomposition:
En los métodos anteriores la descomposición de los objetos de la escena en trozos debía realizarse antes de calcular la radiosidad, lo cual no resulta muy eficiente, ya que la elección del tamaño de los trozos puede no ser adecuada para todas las zonas. Otros métodos permiten efectuar la descomposición en trozos al mismo tiempo que van calculando los factores de forma. Si el valor del factor de forma es muy alto es que los dos trozos son demasiado grandes o están demasiado próximos, y para obtener mayor exactitud conviene subdividirlos. La división progresiva en trozos puede también efectuarse según la distribución de energía durante el método progresivo, refinando la descomposición en trozos en aquellos lugares de la superficie donde hay mayor variación de radiosidad (por ejemplo, en los bordes de una sombra). In previous methods, the decomposition of the objects in the scene into pieces had to be done before calculating the radiosity, which is not very efficient, since the choice of the size of the pieces may not be appropriate for all areas. Other methods allow the decomposition into pieces to be carried out at the same time as calculating the shape factors. If the value of the form factor is very high, it means that the two pieces are too large or too close, and to obtain greater accuracy it is advisable to subdivide them. Progressive chunking can also be carried out according to the energy distribution during the progressive method, refining the chunking at those locations on the surface where there is the greatest variation in radiosity (for example, at the edges of a shadow).
Para un ejemplo de realización, el sistema del primer aspecto de la presente invención comprende solamente un único robot móvil de desinfección, mientras que para otros ejemplos de realización comprende además otros componentes, tales como sistemas de procesamiento locales y/o remotos, y/u otros robots móviles, de desinfección (por ejemplo, conformando una flota de robots móviles de desinfección que funcionen de manera independiente o de manera colaborativa sincronizados entre sí) y/o configurados para realizar otras funciones (como, por ejemplo, la de mapear el espacio tridimensional). For one embodiment, the system of the first aspect of the present invention comprises only a single mobile disinfection robot, while for other embodiments it also comprises other components, such as local and/or remote processing systems, and/or other mobile, disinfection robots (for example, forming a fleet of mobile disinfection robots that work independently or collaboratively synchronized with each other) and/or configured to perform other functions (such as, for example, mapping the space three-dimensional).
Según un ejemplo de realización, el parámetro de detección es relativo a intensidad lumínica para al menos un rango de longitudes de onda que incluyen a la de la luz desinfectante, aunque para otros ejemplos de realización esto no es así, es decir la intensidad lumínica no incluye la longitud de onda de la luz desinfectante According to an example of embodiment, the detection parameter is relative to light intensity for at least a range of wavelengths that include that of the disinfectant light, although for other embodiments this is not the case, that is, the light intensity is not includes the wavelength of the disinfectant light
De acuerdo a un ejemplo de realización, los medios de procesamiento de los medios de detección están configurados para llevar a cabo también la detección de los valores de intensidad lumínica para los elementos a desinfectar, estimando los valores de intensidad lumínica recibida en los mismos que se emite desde diferentes posiciones candidatas dentro del espacio tridimensional en las que es posible ubicar el al menos un robot móvil de desinfección, simulando emisiones de luz desde fuentes de luz virtuales ubicadas en dichas posiciones candidatas. According to an exemplary embodiment, the processing means of the detection means are configured to also carry out the detection of the light intensity values for the elements to be disinfected, estimating the light intensity values received in them that are emits from different candidate positions within the three-dimensional space in which it is possible to locate the at least one mobile disinfection robot, simulating light emissions from virtual light sources located in said candidate positions.
Para un ejemplo de realización, las fuentes de luz virtuales son fuentes de luz puntual, mientras que para otro ejemplo de realización estas son de luz extensa o una combinación de luz extensa y luz puntual For one embodiment, the virtual light sources are point light sources, while for another embodiment these are spread light sources or a combination of spread light and point light.
Por lo que se refiere a los citados parámetros de funcionamiento, para un ejemplo de realización estos incluyen al menos un primer parámetro de funcionamiento indicativo de desde como mínimo qué posición o posiciones de emisión, de entre las posiciones candidatas, emitir la luz desinfectante hacia el entorno del al menos un robot móvil, para evitar las zonas de sombra, optimizando la desinfección al desinfectar el máximo posible de elementos a desinfectar. Así, se lleva a cabo un proceso de minimización que incluye al menos ajustar dicho parámetro de funcionamiento. With regard to the aforementioned operating parameters, for an example of embodiment these include at least a first operating parameter indicative of at least which emission position or positions, among the candidate positions, to emit the disinfectant light towards the environment of at least one mobile robot, to avoid shadow areas, optimizing disinfection by disinfecting the maximum possible number of elements to be disinfected. Thus, a minimization process is carried out that includes at least adjusting said operating parameter.
Para otro ejemplo de realización, los parámetros de funcionamiento incluyen también un segundo parámetro de funcionamiento indicativo de desde como mínimo qué posición o posiciones de emisión, de entre las posiciones candidatas, emitir la luz desinfectante hacia el entorno del al menos un robot móvil, para evitar zonas de solape en las que incida luz desinfectante de más de una de las emisiones, para no dañar a los elementos a desinfectar por sobreexposición a la luz desinfectante. Así, se lleva a cabo un proceso de minimización que incluye ajustar tanto el primer como el segundo parámetro de funcionamiento. For another example of embodiment, the operating parameters also include a second operating parameter indicative of at least which emission position or positions, among the candidate positions, to emit the disinfectant light towards the environment of the at least one mobile robot, to Avoid overlapping areas where disinfectant light from more than one of the emissions falls, so as not to damage the elements to be disinfected due to overexposure to the disinfectant light. Thus, a minimization process is carried out that includes adjusting both the first and the second operating parameter.
De acuerdo con otro ejemplo de realización, los parámetros de funcionamiento incluyen también un tercer parámetro de funcionamiento indicativo de desde como mínimo cuánto tiempo y/o con cuánta potencia emitir la luz desinfectante desde dicha o dichas posiciones de emisión, de entre dichas posiciones candidatas, para asegurar una desinfección adecuada de los elementos a desinfectar sin dañarlos por sobreexposición a la luz desinfectante. Así, se lleva a cabo un proceso de minimización que incluye ajustar tanto el primer como el segundo como el tercer parámetro de funcionamiento. According to another example of embodiment, the operating parameters also include a third operating parameter indicative of at least how long and/or with how much power to emit the disinfectant light from said emission positions, from among said candidate positions, to ensure adequate disinfection of the elements to be disinfected without damaging them due to overexposure to disinfectant light. Thus, a minimization process is carried out that includes adjusting both the first, the second and the third operating parameter.
En general, el robot móvil de desinfección se detiene en cada una de las posiciones de emisión determinadas en dicho proceso de minimización, al menos durante el tiempo mínimo determinado por el tercer parámetro de funcionamiento, aunque, para un ejemplo de realización, para el que tal tiempo es muy corto o simplemente se desea operar al robot de este modo, el robot no se detiene en las posiciones de emisión, disminuyendo o no la velocidad de su desplazamiento en las posiciones de emisión, o próximo a las mismas, en función de la implementación de dicho ejemplo de realización. In general, the mobile disinfection robot stops in each of the emission positions determined in said minimization process, at least for the minimum time determined by the third operating parameter, although, for an example of embodiment, for which such time is very short or you simply want to operate the robot in this way, the robot does not stop in the emission positions, reducing or not the speed of its movement in the emission positions, or close to them, depending on the implementation of said embodiment example.
Para un ejemplo de realización, el sistema de desinfección del primer aspecto de la presente invención comprende unos medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad configurados y dispuestos para adquirir información de profundidad del espacio tridimensional y de los elementos ubicados dentro del mismo, incluyendo los elementos a desinfectar y posibles obstáculos, procesarla para obtener una nube de puntos y a partir de ella un mapa de navegación que incluya la posible ruta o rutas a seguir por el al menos un robot móvil de desinfección, por el interior del espacio tridimensional sin chocar con posibles obstáculos, es decir de la posible zona o zonas de paso que incluyen a las anteriormente mencionadas posiciones candidatas en las que es posible ubicar el al menos un robot móvil de desinfección. For an exemplary embodiment, the disinfection system of the first aspect of the present invention comprises depth information acquisition and processing means configured and arranged to acquire depth information of the three-dimensional space and the elements located within it, including the elements to be disinfected and possible obstacles, process it to obtain a cloud of points and from it a navigation map that includes the possible route or routes to follow by the at least one mobile disinfection robot, inside the three-dimensional space without colliding with possible obstacles, that is, the possible passage area or areas that include the aforementioned candidate positions in which it is possible to locate the at least one mobile disinfection robot.
Los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad incluyen, para un ejemplo de realización, una cámara de profundidad y un sistema LIDAR. The depth information acquisition and processing means include, for an exemplary embodiment, a depth camera and a LIDAR system.
De acuerdo con un ejemplo de realización, los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad también están configurados y dispuestos para estimar el material del que están hechos los elementos ubicados dentro del espacio tridimensional, e incluir en la nube de puntos el material estimado asociado a cada punto. Esto se lleva a cabo, por ejemplo, utilizando un LIDAR que permite distinguir el tipo de material por la cantidad de luz reflejada en el mismo, aunque otra clase de sistema que permita tal detección también es posible. According to an exemplary embodiment, the depth information acquisition and processing means are also configured and arranged to estimate the material of which the elements located within the three-dimensional space are made, and include in the point cloud the associated estimated material. to each point. This is carried out, for example, using a LIDAR that allows the type of material to be distinguished by the amount of light reflected from it, although another type of system that allows such detection is also possible.
Según un ejemplo de realización, los medios de procesamiento de los medios de detección forman parte o están conectados operativamente con los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad, y están configurados para estimar los valores de intensidad lumínica recibida en los elementos a desinfectar mediante el procesamiento de la información proporcionada en la nube de puntos, incluyendo dicho procesamiento proporcionar ubicaciones virtuales, dentro de la nube de puntos, para las posiciones candidatas mencionadas anteriormente. According to an exemplary embodiment, the processing means of the detection means are part of or are operatively connected to the depth information acquisition and processing means, and are configured to estimate the light intensity values received on the elements to be disinfected by processing the information provided in the point cloud, including said processing providing virtual locations, within the point cloud, for the candidate positions mentioned above.
De acuerdo con una implementación de dicho ejemplo de realización, el al menos un robot móvil de desinfección comprende a los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad. According to an implementation of said embodiment, the at least one mobile disinfection robot comprises the means for acquiring and processing depth information.
Según otra implementación de dicho ejemplo de realización, los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad no están comprendidos en el al menos un robot de desinfección, sino en otro aparato o sistema independiente del mismo, tal como otro robot no destinado a la desinfección u otro aparato que no pueda calificarse como robot. According to another implementation of said exemplary embodiment, the means for acquiring and processing depth information are not included in the at least one disinfection robot, but in another device or system independent of it, such as another robot not intended for disinfection. or other device that cannot be classified as a robot.
Para un ejemplo de realización, el al menos un robot móvil de desinfección es controlable en desplazamiento de manera remota, y el sistema de desinfección comprende un sistema de control remoto para controlar de manera remota el desplazamiento del al menos un robot móvil de desinfección. For an exemplary embodiment, the at least one mobile disinfection robot is remotely controllable in movement, and the disinfection system comprises a remote control system to remotely control the movement of the at least one mobile disinfection robot.
De acuerdo con una implementación de dicho ejemplo de realización, el sistema de control remoto y los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad están conectados operativamente entre sí para operar de manera sincronizada, para desplazar el al menos un robot móvil de desinfección por el interior del espacio tridimensional y realizar adquisiciones de información de profundidad desde diferentes posiciones a lo largo de dicho desplazamiento. According to an implementation of said exemplary embodiment, the remote control system and the depth information acquisition and processing means are operatively connected to each other to operate in a synchronized manner, to move the at least one mobile disinfection robot through the interior of three-dimensional space and acquire depth information from different positions along said displacement.
Según un ejemplo de realización, los medios de control están configurados para controlar el desplazamiento del al menos un robot móvil de desinfección para que navegue de manera autónoma. According to an exemplary embodiment, the control means are configured to control the movement of the at least one mobile disinfection robot so that it navigates autonomously.
En una implementación de dicho ejemplo de realización, los medios de control están configurados para controlar al menos un robot móvil de desinfección para que realice la citada navegación autónoma dentro del espacio tridimensional, y a la al menos una unidad de desinfección para que emita luz desinfectante en la posición o posiciones de emisión determinadas por uno o más de dichos primer y segundo parámetros de funcionamiento durante dicha navegación autónoma. In an implementation of said exemplary embodiment, the control means are configured to control at least one mobile disinfection robot to perform said autonomous navigation within the three-dimensional space, and at least one disinfection unit to emit disinfectant light in the emission position or positions determined by one or more of said first and second operating parameters during said autonomous navigation.
Para un ejemplo de realización preferida, la luz desinfectante es luz ultravioleta de tipo C (UVC), aunque no se descartan otros tipos de luces desinfectantes, como por ejemplo luz infrarroja, para otros ejemplos de realización, en solitario o combinada con luz ultravioleta de tipo C. For an example of a preferred embodiment, the disinfectant light is ultraviolet light of type C (UVC), although other types of disinfectant lights are not ruled out, such as infrared light, for other embodiments, alone or combined with ultraviolet light of type C.
De acuerdo con un ejemplo de realización, el al menos un robot móvil de desinfección comprende también una unidad de desinfección configurada y dispuesta para nebulizar y dispersar peróxido de hidrógeno hacia el entorno del al menos un robot móvil. According to an exemplary embodiment, the at least one mobile disinfection robot also comprises a disinfection unit configured and arranged to nebulize and disperse hydrogen peroxide towards the environment of the at least one mobile robot.
La presente invención también concierne, en un segundo aspecto, a un método de desinfección, que comprende realizar las siguientes etapas: The present invention also concerns, in a second aspect, a disinfection method, which comprises carrying out the following steps:
- desplazar por el interior de un espacio tridimensional a al menos un robot móvil de desinfección que comprende al menos una unidad de desinfección configurada y dispuesta para emitir luz desinfectante hacia el entorno del al menos un robot móvil; - moving at least one mobile disinfection robot within a three-dimensional space that comprises at least one disinfection unit configured and arranged to emit disinfectant light towards the environment of the at least one mobile robot;
- detectar el valor de al menos un parámetro de detección relativo a unos elementos a desinfectar ubicados dentro de dicho espacio tridimensional; y - detect the value of at least one detection parameter relative to elements to be disinfected located within said three-dimensional space; and
- controlar el funcionamiento de dicha al menos una unidad de desinfección según unos parámetros de funcionamiento ajustables en función de los valores detectados de dicho al menos un parámetro de detección, para desinfectar dichos elementos a desinfectar'. - control the operation of said at least one disinfection unit according to adjustable operating parameters based on the detected values of said at least one detection parameter, to disinfect said elements to be disinfected.
A diferencia de los métodos conocidos en el estado de la técnica, en el propuesto por el segundo aspecto de la presente invención, el al menos un parámetro de detección es relativo a intensidad lumínica, y el método comprende determinar zonas de sombra a partir del procesamiento de los valores detectados de dicha intensidad lumínica para dichos elementos a desinfectar, implementando un algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad aplicado a la determinación de zonas de sombra. Unlike the methods known in the state of the art, in the one proposed by the second aspect of the present invention, the at least one detection parameter is related to light intensity, and the method comprises determining shadow areas from the processing of the detected values of said light intensity for said elements to be disinfected, implementing an algorithm for determining shadows by radiosity applied to the determination of shadow areas.
Según un ejemplo de realización, el método comprende utilizar el sistema del primer aspecto para la realización de unas etapas correspondientes a las funciones para la realización de las cuales los componentes del sistema están configurados y dispuestos. According to an exemplary embodiment, the method comprises using the system of the first aspect to carry out steps corresponding to the functions for which the components of the system are configured and arranged.
Para un ejemplo de realización, el método comprende utilizar el sistema del primer aspecto de la presente invención para el ejemplo de realización para el que los medios de procesamiento de los medios de detección forman parte o están conectados operativamente con los medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad, y están configurados para estimar los valores de intensidad lumínica recibida en los elementos a desinfectar mediante el procesamiento de la información proporcionada en la nube de puntos, incluyendo dicho procesamiento proporcionar ubicaciones virtuales, dentro de la nube de puntos, para dichas posiciones candidatas. Para este ejemplo de realización, el método del segundo aspecto de la presente invención comprende utilizar al sistema para realizar la estimación de los valores de intensidad lumínica recibida en los elementos a desinfectar para los puntos de la nube de puntos que los conforman, mediante el uso de proyecciones de cámaras virtuales. For an exemplary embodiment, the method comprises using the system of the first aspect of the present invention for the exemplary embodiment for which the processing means of the detection means are part of or are operatively connected with the acquisition and processing means of depth information, and are configured to estimate the light intensity values received on the elements to be disinfected by processing the information provided in the point cloud, said processing including providing virtual locations, within the point cloud, for said positions. candidates. For this example of embodiment, the method of the second aspect of the present invention comprises using the system to estimate the values of light intensity received in the elements to be disinfected for the points of the cloud of points that make them up, by using of virtual camera projections.
De acuerdo con una implementación de dicho ejemplo de realización, el método comprende, cuando el material estimado para alguno de los elementos a desinfectar es un material reflectante, repetir la estimación de los valores de intensidad lumínica recibida en el elemento a desinfectar de material reflectante hasta alcanzar un valor umbral de intensidad lumínica mínima recibida. According to an implementation of said embodiment example, the method comprises, when the estimated material for any of the elements to be disinfected is a reflective material, repeating the estimation of the values of light intensity received in the element to be disinfected of reflective material until reach a threshold value of minimum light intensity received.
Según un ejemplo de realización, el método comprende ajustar al menos uno de los parámetros de funcionamiento realizando un proceso de minimización en los siguientes tres niveles: According to an exemplary embodiment, the method comprises adjusting at least one of the operating parameters by performing a minimization process at the following three levels:
- número mínimo de posiciones de emisión de luz desinfectante, y ubicaciones de estas, para conseguir cubrir el máximo número de puntos donde llegue la luz desinfectante emitida, - minimum number of disinfectant light emission positions, and their locations, to cover the maximum number of points where the emitted disinfectant light reaches,
- número mínimo de posiciones de emisión de luz desinfectante, y ubicaciones de estas, para no dañar a los elementos a desinfectar por sobreexposición a la luz desinfectante, evitando zonas de solape en las que incida luz desinfectante, y - minimum number of disinfectant light emission positions, and their locations, so as not to damage the elements to be disinfected due to overexposure to the disinfectant light, avoiding overlapping areas in which the disinfectant light falls, and
- tiempo mínimo en cada posición de emisión de luz desinfectante para asegurar una desinfección adecuada de todos los puntos donde se irradia la luz desinfectante. - minimum time in each disinfectant light emission position to ensure adequate disinfection of all points where the disinfectant light is irradiated.
Para un ejemplo de realización, el método comprende crear una estructura de datos de desinfección donde se establece para al menos un recinto que define el citado espacio tridimensional las posiciones de emisión de luz desinfectante y el tiempo de emisión de luz desinfectante en cada una de las mismas. For an exemplary embodiment, the method comprises creating a disinfection data structure where the disinfectant light emission positions and the disinfectant light emission time in each of the spaces are established for at least one enclosure that defines said three-dimensional space. themselves.
De acuerdo con un ejemplo de realización, el método comprende, una vez dada por finalizada la desinfección del espacio tridimensional, generar un mapa tridimensional con las zonas irradiadas con luz desinfectante. According to an exemplary embodiment, the method comprises, once the disinfection of the three-dimensional space is completed, generating a three-dimensional map with the areas irradiated with disinfectant light.
Según un ejemplo de realización del método propuesto por el segundo aspecto de la presente invención, los valores de intensidad lumínica incluyen información de color, y el método comprende llevar a cabo el citado proceso de minimización para obtener el número mínimo de posiciones de emisión de luz desinfectante aplicando histogramas a los valores de intensidad lumínica obtenidos para cada posición candidata, y seleccionando el histograma que tiene un valor medio menos próximo a los valores asociados a mayor y menor radiosidad, y, mediante una búsqueda combinatoria, sumando a este otros histogramas para obtener como resultado que se consigue cubrir el máximo número de puntos donde llegue la luz desinfectante emitida, pero sin sobrepasar un determinado valor umbral máximo de histograma. According to an example of carrying out the method proposed by the second aspect of the present invention, the light intensity values include color information, and the method comprises carrying out the aforementioned minimization process to obtain the minimum number of light emission positions. disinfectant by applying histograms to the light intensity values obtained for each candidate position, and selecting the histogram that has a mean value less close to the values associated with greater and lesser radiosity, and, through a combinatorial search, adding to this other histograms to obtain As a result, it is possible to cover the maximum number of points where the emitted disinfectant light reaches, but without exceeding a certain maximum histogram threshold value.
De acuerdo a una implementación de dicho ejemplo de realización, el método comprende calcular el tiempo mínimo en cada posición de emisión de luz desinfectante para asegurar una desinfección adecuada de todos los puntos donde se irradia la luz desinfectante, realizando, como parte de dicho proceso de minimización de aplicación histogramas, una nueva combinatoria que comprende sumar varias veces cada histograma, una vez por periodo determinado (p.ej. de un minuto) de emisión de luz desinfectante, hasta obtener el valor óptimo para dicho tiempo mínimo para cada posición de emisión de luz desinfectante obtenida. According to an implementation of said embodiment example, the method comprises calculating the minimum time in each disinfectant light emission position to ensure adequate disinfection of all the points where the disinfectant light is irradiated, carrying out, as part of said process, minimization of application histograms, a new combinatorics that includes adding each histogram several times, once per determined period (e.g. one minute) of disinfectant light emission, until obtaining the optimal value for said minimum time for each emission position of disinfectant light obtained.
Para una variante de dicha implementación, la referida nueva combinatoria que comprende sumar varias veces cada histograma se realiza de manera ponderada, es decir, por ejemplo, dando un menor peso al histograma del primer minuto, y un mayor peso al del segundo, por entender que la luz desinfectante aplicada sobre un mismo elemento en el segundo minuto tiene un efecto más dañino que la aplicada durante el primer minuto. For a variant of said implementation, the aforementioned new combinatorics that includes adding each histogram several times is carried out in a weighted manner, that is, for example, giving a lower weight to the histogram of the first minute, and a greater weight to the second, to understand that the disinfectant light applied to the same element in the second minute has a more harmful effect than that applied during the first minute.
Para otros ejemplos de realización, el método propuesto por el segundo aspecto de la presente invención comprende llevar a cabo el citado proceso de minimización para obtener el número mínimo de posiciones de emisión de luz desinfectante sin aplicar histogramas a los valores de intensidad lumínica obtenidos para cada posición candidata, sino aplicando otro tipo de análisis numérico a tales valores de intensidad lumínica. For other embodiment examples, the method proposed by the second aspect of the present invention comprises carrying out the aforementioned minimization process to obtain the minimum number of disinfectant light emission positions without applying histograms to the light intensity values obtained for each candidate position, but by applying another type of numerical analysis to such light intensity values.
Según un ejemplo de realización del método propuesto por el segundo aspecto de la presente invención, los valores de intensidad lumínica incluyen información de color, y el método comprende llevar a cabo el citado proceso de minimización para obtener el número mínimo de posiciones de emisión de luz desinfectante aplicando histogramas a los valores de intensidad lumínica obtenidos para cada posición candidata, y seleccionando el histograma que tiene un valor medio menos próximo a los valores asociados a mayor y menor radiosidad, y, mediante una búsqueda combinatoria, sumando a este otros histogramas para obtener como resultado que se consigue cubrir el máximo número de puntos donde llegue la luz desinfectante emitida, pero sin sobrepasar un determinado valor umbral máximo de histograma. According to an example of carrying out the method proposed by the second aspect of the present invention, the light intensity values include color information, and the method comprises carrying out the aforementioned minimization process to obtain the minimum number of light emission positions. disinfectant by applying histograms to the light intensity values obtained for each candidate position, and selecting the histogram that has a mean value less close to the values associated with greater and lesser radiosity, and, through a combinatorial search, adding to this other histograms to obtain As a result, it is possible to cover the maximum number of points where the emitted disinfectant light reaches, but without exceeding a certain maximum histogram threshold value.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que: The above and other advantages and characteristics will be more fully understood from the following detailed description of some embodiment examples with reference to the attached drawings, which should be taken by way of illustration and not limitation, in which:
La Figura 1 muestra de manera esquemática al robot móvil de desinfección del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención para un ejemplo de realización para el que el sistema únicamente incluye al robot móvil de desinfección. Figure 1 schematically shows the mobile disinfection robot of the system proposed by the first aspect of the invention for an embodiment example for which the system only includes the mobile disinfection robot.
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra tanto las diferentes etapas a realizar según el método propuesto por el segundo aspecto de la invención como las funciones a realizar mediante el sistema del primer aspecto, para un ejemplo de realización. Figure 2 is a flow chart that illustrates both the different stages to be carried out according to the method proposed by the second aspect of the invention and the functions to be carried out by the system of the first aspect, for an example of embodiment.
La Figura 3 muestra una representación virtual de un recinto, en este caso un quirófano, que define el espacio tridimensional que incluye unos elementos a desinfectar, para un ejemplo de realización, mediante el sistema y el método de la presente invención. Figure 3 shows a virtual representation of an enclosure, in this case an operating room, that defines the three-dimensional space that includes some elements to be disinfected, for an example of embodiment, using the system and method of the present invention.
La Figura 4 muestra la misma representación virtual de la Figura 3 pero marcando en esta la zona de paso posible para el robot móvil de desinfección, es decir la que incluye la ruta o rutas que incluye las posiciones de emisión, determinada mediante el sistema y el método de la presente invención, para un ejemplo de realización, y también denominada mapa de navegación. Figure 4 shows the same virtual representation of Figure 3 but marking in it the possible passage area for the mobile disinfection robot, that is, the one that includes the route or routes that includes the emission positions, determined by the system and the method of the present invention, for an example of embodiment, and also called navigation map.
La Figura 5 es una vista en planta virtual de la representación virtual de la Figura 4 pero con el añadido de que se ha superpuesto sobre el mapa de navegación de esta una malla para establecer un área de definición de radiación (ADR) utilizada, según un ejemplo de realización, para determinar las posiciones candidatas, es decir las posiciones posibles de emisión, para el robot móvil de desinfección, según el sistema y el método de la presente invención. Figure 5 is a virtual plan view of the virtual representation of Figure 4 but with the addition that a mesh has been superimposed on the navigation map of this to establish a radiation definition area (ADR) used, according to a exemplary embodiment, to determine the candidate positions, that is, the possible emission positions, for the mobile disinfection robot, according to the system and method of the present invention.
La Figura 6 es una vista análoga a la de la Figura 5, pero una vez se han marcado sobre la misma las posiciones candidatas determinadas, según el sistema y el método de la presente invención, par aun ejemplo de realización. Figure 6 is a view analogous to that of Figure 5, but once the candidate positions determined, according to the system and method of the present invention, have been marked on it, for an example of embodiment.
Las Figuras 7, 8 y 9 muestran tres mapas de radiación o intensidad lumínica estimada recibida desde las posiciones de emisión 1,5 y 7, respectivamente, indicadas en la Figura 6, obtenidos mediante el método del hemicubo del algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad del sistema y método de la presente invención, para un ejemplo de realización. Figures 7, 8 and 9 show three maps of radiation or estimated light intensity received from emission positions 1.5 and 7, respectively, indicated in Figure 6, obtained by the hemicube method of the radiosity shading determination algorithm. of the system and method of the present invention, for an example of embodiment.
La Figura 10 muestra, a la izquierda, el mapa de radiación de la Figura 7, y, a la derecha, un detalle ampliado de una pequeña sección de este. Figure 10 shows, on the left, the radiation map of Figure 7, and, on the right, an enlarged detail of a small section of it.
La Figura 11 muestra una matriz 2D codificada que ejemplifica a la pequeña sección, de 20x20 píxeles, ilustrada a la derecha en la Figura 10. Figure 11 shows an encoded 2D matrix that exemplifies the small section, 20x20 pixels, illustrated on the right in Figure 10.
La Figura 12 muestra un histograma calculado para la imagen de 20x20 píxeles de la Figura 11, con 256 niveles de gris, a modo de ejemplo de los histogramas aplicados a los valores de intensidad lumínica obtenidos para cada posición candidata, de acuerdo con un ejemplo de realización del sistema y método de la presente invención. Figure 12 shows a histogram calculated for the 20x20 pixel image of Figure 11, with 256 gray levels, as an example of the histograms applied to the light intensity values obtained for each candidate position, according to an example of realization of the system and method of the present invention.
Descripción detallada de unos ejemplos de realización Detailed description of some embodiments
En la Figura 1 se muestra de manera esquemática al robot móvil de desinfección R del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, para un ejemplo de realización para el que este comprende una plataforma rodante Q que incorpora un sistema de tracción (no ilustrado) con motores, batería, circuitería eléctrica y electrónica de control de tipo conocido, alojados dentro de una carcasa C sobre la cual se disponen una serie de lámparas L emisoras de luz UVC dispuestas contiguas entre sí según una trayectoria circunferencial para emitir en conjunto con un campo de cobertura de 360° hacia el entorno del robot R. Figure 1 shows schematically the mobile disinfection robot R of the system proposed by the first aspect of the invention, for an embodiment example for which it comprises a rolling platform Q that incorporates a traction system (not illustrated). with motors, battery, electrical circuitry and control electronics of known type, housed within a housing C on which a series of UVC light emitting lamps L are arranged, arranged adjacent to each other according to a circumferential path to emit together with a field 360° coverage towards the environment of robot R.
Para un ejemplo de realización, el sistema propuesto por el primer aspecto de la presente invención es un sistema de doble desinfección. Por un lado, el sistema basado en UVC y por otro lado, un sistema basado en la nebulización y dispersión de peróxido de hidrógeno. Para una implementación de dicho ejemplo de realización, el robot móvil de desinfección R permite realizar desinfecciones utilizando un solo sistema de desinfección o los dos, por ejemplo, seleccionándolos a través de una consola montada en el propio robot R. For an exemplary embodiment, the system proposed by the first aspect of the present invention is a double disinfection system. On the one hand, the system based on UVC and on the other hand, a system based on the nebulization and dispersion of hydrogen peroxide. For an implementation of said embodiment example, the mobile disinfection robot R allows disinfections to be carried out using a single disinfection system or both, for example, selecting them through a console mounted on the robot R itself.
Cuando se selecciona la doble desinfección, el robot móvil de desinfección R navega de manera autónoma hasta la estancia a desinfectar. En ese momento activa el sistema de nebulización consistente en: When double disinfection is selected, the R mobile disinfection robot navigates autonomously to the room to be disinfected. At that moment activates the nebulization system consisting of:
- Depósito con 5L de peróxido de hidrógeno. - Tank with 5L of hydrogen peroxide.
- Nebulizador con una serie cabezales de pulverización H (ver Figura 1), por ejemplo, seis, basado en atomización ultrasónica a 1,7MHz. - Nebulizer with a series H spray heads (see Figure 1), for example six, based on ultrasonic atomization at 1.7MHz.
- Motor extractor. - Extractor motor.
- Sistema de tuberías para dispersar con separación de 120°. - Pipe system to disperse with 120° separation.
Dado que todo el sistema de nebulización va incorporado en el propio robot móvil de desinfección R y que el sistema de dispersión está en la parte más alta de robot móvil de desinfección, encima de las lámparas L emisoras de luz UVC, el peróxido de hidrógeno se dispersa rápidamente alrededor de las zonas por las que se pasa. Since the entire nebulization system is incorporated into the mobile disinfection robot R itself and the dispersion system is in the highest part of the mobile disinfection robot, above the UVC light-emitting lamps L, the hydrogen peroxide is disperses quickly around the areas you pass through.
Concretamente, de acuerdo con un ejemplo de realización, el sistema basado en la nebulización y dispersión de peróxido de hidrógeno está activo desde que se llega a la estancia hasta que se abandona, en todos los instantes en que no está encendido el sistema UVC, por ejemplo, en los desplazamientos entre un punto de disparo UVC y el siguiente. Specifically, according to an example of embodiment, the system based on the nebulization and dispersion of hydrogen peroxide is active from the moment the room is arrived until it is left, at all times when the UVC system is not turned on, for example. For example, in movements between one UVC trigger point and the next.
En la parte superior de robot móvil R se disponen los anteriormente descritos medios de adquisición y procesamiento de información de profundidad P, que para un ejemplo de realización incluyen una o más cámaras de profundidad y un sistema de escáner LIDAR. In the upper part of the mobile robot R, the previously described means for acquiring and processing depth information P are arranged, which for an example of embodiment include one or more depth cameras and a LIDAR scanner system.
Según ya se ha descrito en una sección anterior del presente documento, la presente invención se caracteriza principalmente por el cálculo de las ubicaciones desde las que realizar “disparos”, es decir las posiciones de emisión, de luz UVC en base a un modelo 3D escaneado de la estancia a desinfectar y gracias a la aplicación de algoritmos de radiosidad, preferentemente, aunque no de manera exclusiva, el método del hemicubo. As already described in a previous section of this document, the present invention is mainly characterized by the calculation of the locations from which to perform “shots”, that is, the emission positions, of UVC light based on a scanned 3D model. of the room to be disinfected and thanks to the application of radiosity algorithms, preferably, although not exclusively, the hemicube method.
Este tipo de algoritmos suele utilizarse a menudo en el área de conocimientos de gráficos por computadores. En esta área su principal aplicación es calcular la iluminación global de una determinada escena simulando el comportamiento de las fuentes de luz y los rebotes en función de los materiales de la escena como si se tratase de energía. En este modelo, se considera que cualquier objeto que aparezca en una escena 3D puede ser una fuente de luz. Algunos objetos son emisores y otros sencillamente reflejan los “rebotes” de la luz proveniente de otros objetos. Así se clasifican entre luz directa y luz indirecta. This type of algorithm is often used in the area of computer graphics knowledge. In this area, its main application is to calculate the global illumination of a given scene by simulating the behavior of light sources and bounces based on the materials in the scene as if it were energy. In this model, any object that appears in a 3D scene is considered to be a light source. Some objects are emitters and others simply reflect the “bounces” of light coming from other objects. Thus they are classified between direct light and indirect light.
Generalmente esta técnica se utiliza para modelar el mundo virtual de la manera más realista posible. En el caso de la presente invención ocurre al revés: se parte del modelo virtual obtenido mediante el escaneo 3D para modelar el comportamiento que va a tener la luz UVC en el mundo real. Generally this technique is used to model the virtual world in the most realistic way possible. In the case of the present invention, it happens the other way around: we start from the virtual model obtained through 3D scanning to model the behavior that UVC light will have in the real world.
La aplicación de esta técnica en la presente invención permite tener grandes ventajas frente a los robots de desinfección existentes, en función del ejemplo de realización: The application of this technique in the present invention allows for great advantages over existing disinfection robots, depending on the embodiment example:
- En función de las características de las estancias se establecen los puntos de desinfección óptimos para alcanzar con UVC las máximas zonas posibles - Se estudian las zonas de disparo para que minimizar los solapes de UVC y de esta manera evitar que un determinado material reciba mucha más luz de la que necesita para estar desinfectado, maximizando así la vida útil de los materiales, que de por sí se ve muy mermada por la recepción de UVC. - Depending on the characteristics of the rooms, the optimal disinfection points are established to reach the maximum possible areas with UVC - The shooting areas are studied to minimize UVC overlaps and thus prevent a certain material from receiving much more light than it needs to be disinfected, thus maximizing the useful life of the materials, which in itself is greatly reduced by the reception of UVC.
- Al estimar la cantidad de luz recibida por cada superficie se optimiza el tiempo que debe estar la lámpara UVC encendida, alargando la vida útil de los distintos materiales y logrando una optimización del tiempo requerido para desinfectar una estancia. - By estimating the amount of light received by each surface, the time that the UVC lamp must be on is optimized, extending the useful life of the different materials and achieving an optimization of the time required to disinfect a room.
- Se obtiene como resultado un mapa con las zonas a las que no se ha podido alcanzar con UVC. - The result is a map with the areas that could not be reached with UVC.
La aplicación de estos algoritmos al proceso de toma de decisión de robot móvil de desinfección R para el cálculo de disparos puede apreciarse en el diagrama de flujo de la Figura 2, para un ejemplo de realización. The application of these algorithms to the decision-making process of the mobile disinfection robot R for calculating shots can be seen in the flow chart in Figure 2, for an example of an embodiment.
El diagrama incluye las siguientes etapas: The diagram includes the following stages:
E1: Mediante manejo manual se escanea una nueva sala E1: A new room is scanned using manual operation
P1: LIDAR y escáneres 3D (cámaras de profundidad) P1: LIDAR and 3D scanners (depth cameras)
R1: Nube de puntos R1: Point cloud
R2: Material de cada punto R2: Material of each point
E2: Muestreo de la nube de puntos E2: Point cloud sampling
R3: Zonas de paso para el robot móvil de desinfección R R3: Passage areas for the mobile disinfection robot R
E3: Discretización de zonas de paso mediante malla cada X cm E3: Discretization of passage areas using a mesh every X cm
R4: Listado de posibles posiciones de disparo UVC R4: List of possible UVC trigger positions
P2: Para cada posición: Radiosidad -(Hemicubos) P2: For each position: Radiosity -(Hemicubes)
P3: Creación de cámaras virtuales P3: Creating virtual cameras
R5: Zonas irradiadas e intensidad R5: Irradiated areas and intensity
D1: ¿Inferior a intensidad mínima? D1: Below minimum intensity?
D2: ¿Material reflectante? D2: Reflective material?
R6: Listado de intensidades en cada punto desde cada zona de disparo R6: List of intensities at each point from each trigger zone
E4: Minimización E4: Minimization
R7: Número de disparos para cubrir máximo n° de puntos R7: Number of shots to cover maximum number of points
R8: Número de disparos para no perjudicar materiales R8: Number of shots to avoid damaging materials
R9: Tiempo mínimo para asegurar una desinfección adecuada R9: Minimum time to ensure adequate disinfection
R10: Mapa 3D con puntos desde donde dispara y zonas no irradiadas de la nueva sala R10: 3D map with points from where you shoot and non-irradiated areas of the new room
El procedimiento ilustrado en dicho diagrama es el que se explica a continuación, con referencia a las etapas arriba indicadas: The procedure illustrated in said diagram is the one explained below, with reference to the stages indicated above:
1. - E1: Mediante el manejo manual del robot móvil de desinfección R, basado, por ejemplo, en el control de la navegación mediante un joystick inalámbrico, se llega a una nueva estancia. 1. - E1: By manually operating the mobile disinfection robot R, based, for example, on navigation control using a wireless joystick, you reach a new room.
2. - P1: Se activan las cámaras de profundidad y el escáner LIDAR. 2. - P1: The depth cameras and the LIDAR scanner are activated.
3. - R1 y R2: De manera manual se mueve robot móvil de desinfección R por dentro de la estancia de manera que se puedan escanear todos los puntos, incluidos los de los elementos a desinfectar, con diferentes ángulos desde distintas posiciones. Como resultado se obtendrá una nube de puntos (R1) y el material estimado (R2) de cada uno de esos puntos. 3. - R1 and R2: Mobile disinfection robot R moves manually inside the room so that all points can be scanned, including those of the elements to be disinfected, with different angles from different positions. As a result, a cloud of points (R1) and the estimated material (R2) of each of those points will be obtained.
4. - E2 y R3: Esa nube de puntos es muestreada (E2) para, partiendo de la puerta de acceso a la estancia, determinar las zonas de paso (R3) de robot móvil de desinfección R. Con esto se obtienen los distintos “caminos” que va a poder hacer robot móvil de desinfección R en el proceso de desinfección automático. 4. - E2 and R3: This cloud of points is sampled (E2) to, starting from the access door to the room, determine the passage areas (R3) of the mobile disinfection robot R. With this, the different “ roads” that will be able to do mobile disinfection robot R in the automatic disinfection process.
5. - E3: Se establece un umbral de discretización, por ejemplo, cada X cm, por ejemplo, cada 50 cm. 5. - E3: A discretization threshold is established, for example, every X cm, for example, every 50 cm.
6. - R4: Se muestrean las zonas de paso obteniendo el listado de todos los posibles puntos, separados en función del umbral de discretización, desde donde es factible que el robot móvil de desinfección R realice disparos UVC, es decir las posiciones candidatas. 6. - R4: The passage areas are sampled by obtaining the list of all possible points, separated according to the discretization threshold, from where it is feasible for the mobile disinfection robot R to perform UVC shots, that is, the candidate positions.
7. - P2 y P3: Se aplica la técnica de radiosidad (hemicubos) (P2), consistente en evaluar desde cada uno de estos puntos la intensidad recibida en el resto de puntos de toda la estancia. Para esta técnica se utilizan proyecciones de cámaras virtuales (P3), gracias a las cuales se pueden ver las zonas irradiadas desde cada punto. 7. - P2 and P3: The radiosity (hemicubules) technique (P2) is applied, consisting of evaluating from each of these points the intensity received at the rest of the points throughout the room. For this technique, virtual camera projections (P3) are used, thanks to which the irradiated areas can be seen from each point.
8. - R5, D1, D2, R6: Para cada uno de los puntos de la sala sobre los que se calcula la radiación del paso anterior, si se trata de material reflejante se repite el proceso hasta que se alcance un umbral de intensidad mínima recibida, momento en que acaba el bucle. 8. - R5, D1, D2, R6: For each of the points in the room on which the radiation from the previous step is calculated, if it is a reflective material, the process is repeated until a minimum intensity threshold is reached. received, at which point the loop ends.
9. - E4: Se realiza una minimización en tres niveles: 9. - E4: A minimization is carried out at three levels:
- R7: Número mínimo de disparos para conseguir cubrir el máximo número de puntos. - R7: Minimum number of shots to cover the maximum number of points.
- R8: Número mínimo de disparos para no perjudicar los materiales (evitar las zonas de solape entre disparos). - R8: Minimum number of shots to avoid damaging the materials (avoid overlapping areas between shots).
- R9: Tiempo mínimo en cada punto para asegurar una desinfección adecuada de todos los puntos donde se irradia. - R9: Minimum time at each point to ensure adequate disinfection of all points where it is irradiated.
10.- R10: Con toda esta información se crea un par de desinfección donde se establece para cada estancia los puntos de disparo UVC, es decir posiciones de emisión, y el tiempo en cada uno de los puntos. Cada vez que se realice una desinfección UVC se genera un mapa 3D con las zonas irradiadas para su posterior estudio si fuese necesario. 10.- R10: With all this information, a disinfection pair is created where the UVC trigger points, that is, emission positions, and the time at each of the points are established for each room. Each time a UVC disinfection is carried out, a 3D map is generated with the irradiated areas for subsequent study if necessary.
Para una mejor comprensión del procedimiento, se ha realizado una simulación completa de cómo se desinfectaría un quirófano. Concretamente, se ha reproducido en tamaño y elementos que lo componen, el quirófano robotizado del Hospital General de Valencia. La Figura 3 muestra la situación inicial de partida, donde en una representación virtual del quirófano se observa a una representación virtual Rv del robot móvil de desinfección R, en la puerta de entrada al quirófano. For a better understanding of the procedure, a complete simulation has been carried out of how an operating room would be disinfected. Specifically, the robotic operating room of the General Hospital of Valencia has been reproduced in size and elements that compose it. Figure 3 shows the initial starting situation, where in a virtual representation of the operating room a virtual representation Rv of the mobile disinfection robot R is observed at the entrance door to the operating room.
Tras la aplicación de las etapas 2, 3 y 4 indicada arriba con referencia al diagrama de flujo de la Figura 2, es decir, escanear toda la estancia gracias los sensores incorporados, el resultado sería el mostrado en la Figura 4. Además, se obtiene una aproximación del material de cada punto. Se ha trazado lo que en conceptos informáticos se conoce como mapa de navegación, que determina las zonas por las cuales el robot móvil de desinfección R va a poder desplazarse con libertad. En estos cálculos se tienen en cuenta las tres dimensiones, es decir, si hay un objeto aéreo que impediría el paso del robot móvil de desinfección R, su zona inferior no se considera de paso. After the application of stages 2, 3 and 4 indicated above with reference to the flow chart in Figure 2, that is, scanning the entire room thanks to the built-in sensors, the result would be as shown in Figure 4. Furthermore, we obtain an approximation of the material of each point. What is known in computer concepts as a navigation map has been drawn, which determines the areas through which the mobile disinfection robot R will be able to move freely. In these calculations, all three dimensions are taken into account, that is, if there is an aerial object that would prevent the passage of the mobile disinfection robot R, its lower area is not considered a passage.
Las zonas sombreadas e indicadas con la referencia Z son las zonas por las que robot móvil de desinfección R podría desplazarse con libertad sin colisionar con ningún elemento del quirófano, es decir las que incluyen la ruta o rutas que incluyen las posiciones de emisión, que constituyen el mapa de navegación. The shaded areas indicated with the reference Z are the areas through which the mobile disinfection robot R could move freely without colliding with any element of the operating room, that is, those that include the route or routes that include the emission positions, which constitute the navigation map.
Una vez determinadas las zonas de navegación se establece una malla de, por ejemplo, 0,5x0,5m y se solapa con el modelo 3D obtenido en base a la información de las cámaras de profundidad y el escáner LIDAR. Esta información es conocida como ADR o área de definición de radiación. Once the navigation areas have been determined, a mesh of, for example, 0.5x0.5m is established and overlapped with the 3D model obtained based on the information from the depth cameras and the LIDAR scanner. This information is known as ADR or area definition radiation.
En la Figura 5 se muestra una vista en planta virtual de la representación virtual de la Figura 4, incluyendo las zonas de paso Z, pero con el añadido de que se ha superpuesto sobre el mapa de navegación de esta la malla ADR, para determinar las posiciones candidatas, es decir las posiciones posibles de emisión. Figure 5 shows a virtual plan view of the virtual representation of Figure 4, including the passage areas Z, but with the addition that the ADR mesh has been superimposed on the navigation map of this, to determine the candidate positions, that is, the possible emission positions.
Posteriormente se evalúa qué intersecciones de la malla coinciden con el mapa de navegación, es decir con las zonas de paso Z, pasando a numerarlas, tal y como se muestra en la Figura 6. Estas serán las zonas desde donde se calcule la aplicación de emisión de radiosidad para observar los resultados, es decir las posiciones candidatas determinadas, que en este caso son nueve, donde es posible posiciona al robot de desinfección R y por tanto emitir la luz UVC. Subsequently, it is evaluated which intersections of the mesh coincide with the navigation map, that is, with the Z passage areas, and number them, as shown in Figure 6. These will be the areas from which the emission application is calculated. of radiosity to observe the results, that is, the determined candidate positions, which in this case are nine, where it is possible to position the disinfection robot R and therefore emit UVC light.
Como resultado de estos cálculos se obtienen mapas o diagramas de radiación como los mostrados en las Figuras 7, 8 y 9 para tres de los puntos indicados en la Figura 6, es decir para tres posiciones de emisión, en particular las posiciones 1, 5 y 7, respectivamente. As a result of these calculations, radiation maps or diagrams are obtained such as those shown in Figures 7, 8 and 9 for three of the points indicated in Figure 6, that is, for three emission positions, in particular positions 1, 5 and 7, respectively.
En particular, las imágenes o diagramas de radiación de las Figuras 7, 8 y 9 se han obtenido mediante el método del hemicubo del algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad, para el ejemplo de realización allí ilustrado, aunque, para otros ejemplos de realización, se utiliza otro tipo de método o algoritmo de determinación de sombrajes por radiosidad que no sea el del hemicubo, tal como cualquiera de los descritos en una sección anterior del presente documento. In particular, the images or radiation diagrams of Figures 7, 8 and 9 have been obtained by means of the hemicube method of the radiosity shading determination algorithm, for the embodiment example illustrated there, although, for other embodiment examples, another type of method or algorithm for determining shading by radiosity other than the hemicube is used, such as any of those described in a previous section of this document.
En estos mapas de radiación, que pueden representarse en color o en correspondientes tonalidades de gris, se observan unas zonas más brillantes, que corresponden a las zonas donde más emisión llega, y zonas completamente negras, que corresponden a las zonas donde no llegarían los rayos UV que emitiese el robot móvil de desinfección R desde la posición de emisión respectiva. In these radiation maps, which can be represented in color or in corresponding shades of gray, brighter areas are observed, which correspond to the areas where the most emission reaches, and completely black areas, which correspond to the areas where the rays would not reach. UV that was emitted by the mobile disinfection robot R from the respective emission position.
Con estos datos y aplicando histogramas, se obtiene la cantidad de luz de cada una de las imágenes, lo que permite ordenar las imágenes en función de lo “buenas” que son. Hay que buscar el histograma con el mejor valor medio, ya que implica que no hay demasiadas zonas quemadas ni demasiadas zonas oscuras. En este sentido se busca el histograma que tenga los valores más concentrados, con independencia de la magnitud. With this data and applying histograms, the amount of light in each of the images is obtained, which allows the images to be ordered based on how “good” they are. You have to look for the histogram with the best average value, since it implies that there are not too many burned areas or too many dark areas. In this sense, the histogram that has the most concentrated values is sought, regardless of the magnitude.
A continuación, se realiza una búsqueda para localizar el “mejor” de los histogramas, de cada posición candidata, y partiendo de este, se realiza una búsqueda combinatoria sumando el resto hasta lograr cubrir el número máximo de zonas sin sobrepasar un determinado valor umbral máximo de histograma. Este proceso es computacionalmente costoso, ya que, para el caso de ejemplo, donde existen 9 posibles zonas de disparo, es decir posiciones candidatas, puede llegar a implicar hasta 24310 combinaciones (9 sobre donde m es el número de posiciones candidatas y m el número de Next, a search is carried out to locate the “best” of the histograms for each candidate position, and starting from this, a combinatorial search is carried out adding the rest until the maximum number of areas is covered without exceeding a certain maximum threshold value. of histogram. This process is computationally expensive, since, for the example case, where there are 9 possible firing zones, that is, candidate positions, it can involve up to 24,310 combinations (9 over where m is the number of candidate positions and m the number of
posiciones de emisión, es decir de zonas de disparo. emission positions, that is, firing zones.
Por último y en base a la solución obtenida, se aplica una nueva combinatoria con valores que varían, por ejemplo, de minuto en minuto, por ejemplo, desde 1 hasta 5, dando por hecho que cada minuto corresponde a sumar una vez más el patrón de radiosidad obtenido, aunque esta combinatoria también podría hacerse de manera ponderada. De esta manera, finalmente se obtiene el tiempo de disparo óptimo (con rango de minutos) en cada una de las posiciones seleccionadas. Por ejemplo, el resultado del cálculo de radiosidad en el ejemplo simulado sería: Finally, and based on the solution obtained, a new combinatorics is applied with values that vary, for example, from minute to minute, for example, from 1 to 5, assuming that each minute corresponds to adding the pattern once again. of radiosity obtained, although this combinatorics could also be done in a weighted manner. In this way, the optimal shooting time is finally obtained (with a range of minutes) in each of the selected positions. For example, the result of the radiosity calculation in the simulated example would be:
- Posición de emisión 1 durante 2 minutos - Broadcast position 1 for 2 minutes
- Posición de emisión 3 durante 2 minutos - Broadcast position 3 for 2 minutes
- Posición de emisión 5 durante 4 minutos - Broadcast position 5 for 4 minutes
- Posición de emisión 9 durante 2 minutos - Broadcast position 9 for 2 minutes
Con esto, el robot móvil de desinfección R pasa a su modo autónomo y realiza la desinfección en base a este cálculo realizado. En futuras visitas a la misma sala, antes de comenzar el proceso recorrería toda la estancia para ver que no hay variación en los elementos a desinfectar (número, posición tipo de material, etc.), o que si la hay es mínima y comenzaría el proceso de desinfección. Si hubiera una gran variación, se debería recalcular la radiosidad. With this, the mobile disinfection robot R switches to its autonomous mode and performs disinfection based on this calculation made. In future visits to the same room, before starting the process, I would walk through the entire room to see that there is no variation in the elements to be disinfected (number, position, type of material, etc.), or that if there is, it is minimal and the process will begin. disinfection process. If there is a large variation, the radiosity should be recalculated.
A continuación, se explica con mayor detalle, el cálculo que se hace a partir de los mapas de radiosidad o iluminación (radiación). The calculation made from the radiosity or illumination (radiation) maps is explained in greater detail below.
Para calcular la cantidad de luz que llega a cada parte de la sala y los objetos incluidos en ella, se divide el escenario 3D en "parches" y se aplica un algoritmo de radiosidad. Dicho algoritmo toma como fase inicial la cantidad de luz emitida desde la posición del robot móvil de desinfección R, para calcular de forma iterativa cómo se reparte dicha luz por todos los parches. Como resultado del algoritmo se obtiene un nivel de energía final en cada parche, y esta información se puede representar de forma visual utilizando una única imagen que recoja la información de todos los parches, tal como las imágenes de las Figuras 7, 8 y 9. To calculate the amount of light that reaches each part of the room and the objects included in it, the 3D scene is divided into "patches" and a radiosity algorithm is applied. This algorithm takes as its initial phase the amount of light emitted from the position of the mobile disinfection robot R, to iteratively calculate how said light is distributed throughout all the patches. As a result of the algorithm, a final energy level is obtained in each patch, and this information can be represented visually using a single image that collects the information from all the patches, such as the images in Figures 7, 8 and 9.
En esta imagen resultado, cada píxel de la imagen se corresponde con un parche de forma que existe una relación 1:1 entre cada píxel y la zona del modelo 3D a la que representa. Además, los píxeles se ordenan intentando mantener juntos aquellos que se encuentran en parches contiguos, es decir, se agrupan por superficies rellenando primero la imagen con las superficies más grandes para optimizar la forma en que se representa la información. En las imágenes de ejemplo de las Figuras 7, 8 y 9 se ve cómo las superficies más grandes correspondientes a suelo y paredes se identifican en una fila inferior, mientras el resto de superficies se van distribuyendo por orden de tamaño. In this resulting image, each pixel in the image corresponds to a patch so that there is a 1:1 relationship between each pixel and the area of the 3D model it represents. In addition, the pixels are ordered trying to keep together those that are in contiguous patches, that is, they are grouped by surfaces, filling the image with the largest surfaces first to optimize the way in which the information is represented. In the example images in Figures 7, 8 and 9 you can see how the largest surfaces corresponding to the floor and walls are identified in a lower row, while the rest of the surfaces are distributed in order of size.
La principal utilidad de poder representar la energía recibida por cada parche en una única imagen es que se puede utilizar la imagen como medida de calidad. Por ejemplo, si la imagen muestra zonas claras y oscuras es que hay parches que están recibiendo distintos niveles de radiación, mientras que si la imagen es uniforme todos los parches reciben un nivel equivalente de radiación. En este caso el resultado deseado es una imagen con valores uniformes. Además, se pueden combinar los resultados de emisiones desde múltiples puntos, simplemente sumando imágenes. The main utility of being able to represent the energy received by each patch in a single image is that the image can be used as a quality measure. For example, if the image shows light and dark areas, there are patches that are receiving different levels of radiation, while if the image is uniform, all patches receive an equivalent level of radiation. In this case the desired result is an image with uniform values. In addition, the results of emissions from multiple points can be combined, simply by adding images.
La Figura 10 muestra, a la izquierda, el mapa de radiación de la Figura 7, y, a la derecha, un detalle ampliado de una pequeña sección de este. Figure 10 shows, on the left, the radiation map of Figure 7, and, on the right, an enlarged detail of a small section of it.
La imagen de la Figura 11 ejemplifica la pequeña sección, de 20x20 píxeles, de la Figura 10. Se puede observar cómo cada píxel de la imagen, que se corresponde con cada uno de los parches de radiación en que se ha dividido el modelo 3D de la estancia, tiene una intensidad distinta. La imagen puede observarse como una matriz 2D, donde: The image in Figure 11 exemplifies the small section, of 20x20 pixels, of Figure 10. It can be seen how each pixel of the image, which corresponds to each of the radiation patches into which the 3D model of The room has a different intensity. The image can be seen as a 2D matrix, where:
irepresenta el número de columna irepresents the column number
jrepresenta el número de fila jrepresents the row number
(i, j)representa una posición concreta de la matriz (i, j) represents a specific position in the matrix
Esta matriz es la que permite obtener los histogramas para clasificar la calidad de cada zona de disparo. This matrix is what allows us to obtain the histograms to classify the quality of each shooting area.
En la Figura 12 se muestra el histograma calculado para esta imagen de 20x20 píxeles, con 256 niveles de gris. Figure 12 shows the histogram calculated for this 20x20 pixel image, with 256 gray levels.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que tanto el sistema como el método descrito son susceptibles de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. Although reference has been made to a specific embodiment of the invention, it is evident to a person skilled in the art that both the system and the method described are susceptible to numerous variations and modifications, and that all the details mentioned can be replaced by others technically equivalent, without deviating from the scope of protection defined by the attached claims.
Claims (26)
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