一种公共交通工具消毒机器人的制作方法

本实用新型涉及一种机器人，具体说是用于对地铁、公交车、高铁、飞机等公共交通进行消毒的公共交通工具消毒机器人。

背景技术：

目前，现有消毒机器人通常适用于医院、商场、写字楼、机场、火车站等移动空间较为宽敞的公共场所。现有消毒机器人的消毒模式有两种，一种是采用紫外灯照射，另一种是气溶胶喷雾。然而，紫外灯照射虽然可以对周围空气和物体表面进行消杀，但需在某个固定位置较长时间运行后才能起到消杀效果，效率较低。气溶胶喷雾主要针对空气消毒，现有的消毒机器人喷出的气溶胶颗粒通常小于10微米，碰到物体表面时会快速弹开，附着效果差，对公共交通工具中的座椅、扶手、行李架、车厢内壁以及司机方向盘等物体表面消毒效果也较差。因而，现有技术大多采用人工消毒的方式对公共交通工具进行消毒。然而，人工消毒需要的人力较多，还存在喷药量无法控制、喷洒不规范、作业效率低等缺点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种公共交通工具消毒机器人，该机器人的工作效率较高、消毒效果较好、消耗的人力较少、喷药量可控、喷洒规范。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

本实用新型的公共交通工具消毒机器人包括行走底盘，行走底盘的上方有机罩，该机罩内有喷洒机构、控制装置和电池，控制装置通过导线与电池相连。其特点是所述喷洒机构含有供液装置和电动离心喷头，供液装置通过管道与电动离心喷头相连，供液装置和电动离心喷头均与所述控制装置呈电连接。

其中，所述供液装置包括溶液箱和水泵，溶液箱的出液口通过管道与水泵的进液口相连，水泵的出液口通过管道与电动离心喷头相连，溶液箱与水泵间的那段管道上有流量计。所述水泵、电动离心喷头和流量计均与控制装置呈电连接。

所述机罩上有超声波测距传感器和摄像头，超声波测距传感器和摄像头均与所述控制装置呈电相连。所述行走底盘包括箱体，所述机罩固定在箱体的顶部四周，箱体的底部有全向轮，全向轮连接有伺服电机，伺服电机与控制装置呈电连接。

所述机罩上有状态指示报警灯，所述溶液箱有液位计，液位计和状态指示报警灯均与所述控制装置呈电连接。

所述控制装置包括嵌入式控制模块、电源分配模块、电机驱动模块、水泵调速模块和数据传输模块。所述电池通过导线与电源分配模块相连，电源分配模块通过导线分别与嵌入式控制模块、电机驱动模块、水泵调速模块、数据传输模块、超声波测距传感器、液位计、流量计、电动离心喷头、摄像头和状态指示报警灯相连。所述嵌入式控制模块分别通过导线与超声波测距传感器、液位计、流量计、水泵调速模块、电机驱动模块、电动离心喷头和状态指示报警灯相连；所述数据传输模块通过网线与嵌入式控制模块和摄像头相连，数据传输模块连接有天线。所述电机驱动模块通过导线与伺服电机相连，所述水泵调速模块通过导线与水泵相连。所述嵌入式控制模块通过导线连接有启动按钮和停止按钮。

所述电池有电源按钮，电源按钮位于机罩的侧壁上部。所述机罩内有四个立柱，立柱均固定在所述箱体顶部，所述溶液箱固定在四个立柱间，且溶液箱的底部与箱体间有间距，所述水泵固定在溶液箱的底部。所述机罩内有支架，机架的底部固定在箱体顶部，支架的上部有水平布置的上隔板和下隔板，所述下隔板位于溶液箱上方。所述电动离心喷头位于上隔板上方的机架上，且电动离心喷头的喷洒端穿过机罩的背面伸出在外；所述电池和控制装置均安装在下隔板的上板面上。所述摄像头安装在机罩正面上，所述超声波测距传感器有四个，两个安装在机罩正面，两个对称安装在机罩侧面。所述天线安装在机罩顶部。

所述机罩的正面有凹坑，凹坑水平方向的两个侧壁均呈倾斜向外布置，位于机罩正面的两个超声波测距传感器对称设置在凹坑的两个倾斜侧壁上。

采用以上方案，具有以下优点：

由于本实用新型的公共交通工具消毒机器人的喷洒机构含有供液装置和电动离心喷头，供液装置通过管道与电动离心喷头相连，供液装置和电动离心喷头均与所述控制装置呈电连接。这种消毒机器人利用控制装置控制电动离心喷头进行喷雾消毒，与背景技术中紫外灯照射消毒相比，大大提高了工作效率。同时，电动离心喷头可将药液的液滴进行雾化，雾化颗粒为30-50微米，可以附着在车内座椅、扶手、行李架、车壁等物体表面，对它们进行有效消毒，消毒效果较好。而且，采用该机器人，工作人员仅需打开电池的开关即可进行自动消毒，与背景技术中人工手动消毒相比，大大减少了人力的消耗。另外，利用控制装置对供液装置进行控制可对喷药量进行控制，保证喷洒规范，进一步提高了工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的公共交通工具消毒机器人的结构示意图；

图2是图1的左视示意图；

图3是本实用新型的公共交通工具消毒机器人的控制原理图；

图4是本实用新型的公共交通工具消毒机器人的避障原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1~3所示，本实用新型的公共交通工具消毒机器人包括行走底盘，行走底盘的上方有机罩3，该机罩3内有喷洒机构、控制装置13和电池16，控制装置13通过导线与电池16相连。所述喷洒机构含有供液装置和电动离心喷头15。所述供液装置包括溶液箱6和水泵4，溶液箱6的出液口通过管道与水泵4的进液口相连，水泵4的出液口通过管道与电动离心喷头15相连，溶液箱6与水泵4间的那段管道上有流量计18。所述水泵4、电动离心喷头15和流量计18均与控制装置13呈电连接。

所述机罩3上有超声波测距传感器9和摄像头11，超声波测距传感器9和摄像头11均与所述控制装置13呈电相连。所述行走底盘包括箱体2，所述机罩3固定在箱体2的顶部四周，箱体2的底部有全向轮1，所述全向轮1有四个，它们均为麦克纳姆轮，四个全向轮1分别位于一个矩形的四个角上，四个全向轮1均分别连接有伺服电机19，伺服电机19与控制装置13呈电连接。

所述机罩3上有状态指示报警灯14，所述溶液箱6有液位计5，液位计5和状态指示报警灯14均与所述控制装置13呈电连接。

所述控制装置13包括嵌入式控制模块、电源分配模块、电机驱动模块、水泵4调速模块和数据传输模块。所述电池16通过导线与电源分配模块相连，电源分配模块通过导线分别与嵌入式控制模块、电机驱动模块、水泵4调速模块、数据传输模块、超声波测距传感器9、液位计5、流量计18、电动离心喷头15、摄像头11和状态指示报警灯14相连。所述嵌入式控制模块分别通过导线与超声波测距传感器9、液位计5、流量计18、水泵4调速模块、电机驱动模块、电动离心喷头15和状态指示报警灯14相连；所述数据传输模块通过网线与嵌入式控制模块和摄像头11相连，数据传输模块连接有天线12。所述电机驱动模块通过导线与伺服电机19相连，所述水泵4调速模块通过导线与水泵4相连。所述嵌入式控制模块通过导线连接有启动按钮22和停止按钮23。

所述电池16有电源按钮21，电源按钮21位于机罩3的侧壁上部。所述机罩3内有四个立柱17，立柱17均固定在所述箱体2顶部，所述溶液箱6固定在四个立柱17间，且溶液箱6的底部与箱体2间有间距，所述水泵4固定在溶液箱6的底部。所述机罩3内有支架7，机架的底部固定在箱体2顶部，支架7的上部有水平布置的上隔板10和下隔板8，所述下隔板8位于溶液箱6上方。所述电动离心喷头15位于上隔板10上方的机架上，且电动离心喷头15的喷洒端穿过机罩3的背面伸出在外。所述电池16和控制装置13均安装在下隔板8的上板面上。所述摄像头11安装在机罩3正面上，所述超声波测距传感器9有四个，两个安装在机罩3正面，两个对称安装在机罩3侧面。所述天线12安装在机罩3顶部。

所述机罩3的正面有凹坑20，凹坑20水平方向的两个侧壁均呈倾斜向外布置，位于机罩3正面的两个超声波测距传感器9对称设置在凹坑20的两个倾斜侧壁上。这样改进的优点是位于机罩3正面的两个超声波测距传感器9内切布置，使得避障计算更精确。

为了便于对电池16进行充电，所述机罩3的上部有充电插孔24，充电插孔24与电池16间通过导线相连。

本实用新型的公共交通工具消毒机器人主要优点是：

（1）底盘采用小巧灵活的四轮全向底盘，能够在平面内朝任何方向进行平移，并同时伴随自转运动，从而使机器人能够在公共交通工具的狭窄通道内快速移动，进退自如。

（2）喷头采用高速电动离心喷头15，可将药液的液滴进行雾化，雾化颗粒为30-50微米，可以附着在车内座椅、扶手、行李架、车壁等物体表面，对其进行有效消毒。

（3）喷头采用高速电动离心喷头15，可以实现360°全向喷雾，可对公共交通工具内部进行全面覆盖消毒。

（4）采用调速水泵4、流量计18构成闭环控制，结合对机器人速度的实时调整，实现了对喷药量的控制，确保药液喷洒的均匀度。

（5）采用摄像头11和超声波测距传感器9组网，结合嵌入式控制模块的图像识别与避障算法，实现机器人对障碍物25的识别与分类，进而控制底盘运动进行避障。

本实用新型的公共交通工具消毒机器人主要工作步骤如下：

启动机器人：将机器人放置于或操控机器人运动至公共交通工具头部指定消毒作业点，按下电源按钮21，给机器人上电，进行电气状态自检，自检通过后，状态指示报警灯14显示预工作状态，按下启动按钮22，状态指示报警灯14显示正常作业状态，嵌入式控制模块控制水泵4和电动离心喷头15启动，同时发送控制信号至电机驱动模块，电机驱动模块驱动相应的伺服电机19，伺服电机19带动全向轮1运动，机器人进行直线运动。

直线运动时：嵌入式控制模块依据两侧超声波测距传感器9测得的两侧物体距离机器人的实时数据，通过拟合算法计算出一段时间内两侧物体相对于机器人运动的斜率，并计算出该斜率发生的概率。如果概率过小就认为运动斜率过分分散不能作为判断依据；如果概率在控制范围内，就认为物体斜率可以作为判断依据。在得到两侧物体斜率之后，就可以进行下一步判断。如果两侧斜率相同、且不为零，就认为当前机器人已经偏离两侧物体平行线运动，需要进行行进方向矫正。行进方向的矫正方法为：控制全向轮1的自转速度和自转时间，将机器人行进方向矫正为和两侧物体平行的方向。如果有一侧斜率为零，而另一侧不为零，就认为当前运动方向为平行于斜率为零的一侧物体，斜率不为零的一侧只要通过判断该侧没有障碍物25，不会阻碍机器人当前运动轨迹，就不对当前运动方向进行矫正。通过上述控制算法就可以制机器人沿过道直线行走。在机器人沿着过道直线行走的基础上，通过求取过去一段时间内两侧的平均距离，判断当前机器人是否已经偏离中线。如果已经偏离中线，就通过求取偏离方向和偏离距离，来控制全向轮1移动方向、移动距离以及移动时间，从而达到矫正机器人运动偏离中线的问题。通过上面两个步骤就可以使得机器人沿着两侧物体中线位置，以平行于两侧物体的方式进行运动。

避障运动：如图4所示，通过前面两个超声测距传感器9，测得当前机器人前方物体距离超声波测距传感器9的距离l；依据三角函数，计算前方物体相对于机器人前端的距离a以及该物体相对于机器人边缘的距离b+e；然后用该物体相对于机器人边缘的距离减去机器人自身宽度h，如果该数值为负数，就认为该物体为障碍物25。根据当前机器人距离两侧墙体的距离（由机器人两侧的超声波测距传感器9测得）以及障碍物25距离机器人中轴线的距离，计算出障碍物25到两侧墙体的距离，根据该距离计算出机器人左右移动的方向。再根据障碍物25距离机器人边缘的距离以及机器人左右移动的速度，根据时间等于距离除以速度的公式t=s/v，计算出机器人需要左右移动的时间。在机器人左右移动相应的时间之后，就可以使得原来的障碍物25不再阻碍机器人行进。通过障碍物25距离机器人前方的距离、机器人长度以及机器人前进速度，就可以计算出机器人需要按照当前方向运动的时间，在这段时间内，不能进行左右平移调整，否则机器人将有可能撞到已经判断到的障碍物25上。如果在机器人通过左右移动之后仍然检测到前方有障碍物25，就认为当前已经到达车厢末尾。

停止机器人：在机器人检测到已经到达车厢末尾时，就通过自转的方式，原地旋转360°以达到对整个车厢的完全消毒。然后嵌入式控制模块关闭水泵4和电动离心喷头15，并停止行走底盘的运动，让状态指示报警灯14显示停止状态，并发出提示声音，在远程监控终端也会显示相应状态，提醒操作人员结束当前消毒作业流程。至此整个公共交通工具全面消毒完毕。

在行走过程中，如果溶液箱6中的液位低于相应位置，液位计5向嵌入式控制模块发送缺药信号，嵌入式控制模块立即关断抽水泵4、电动离心喷头15，停止底盘的运动，让状态指示报警灯14显示缺药状态，并发出警报声，在远程监控终端也会显示相应状态，提醒操作人员进行加药，加药后按下启动按钮22，机器人将继续进行消毒工作。

行走过程中，如果遇到紧急情况需要人工停止时，可以按停止按钮23，机器人停止所有动作，并保存当前状态参数，当紧急情况排除后，按下启动按钮22，机器人可以继续进行消毒作业。如不需要继续作业，按下电源按钮21，切断机器人电源。

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