智能消毒機器人小車的設計與研究

張國棟　孫釗　繆也　曹夢琪　孫奧奇

關鍵詞：消毒防疫；智能消毒機器人；STM32；避障模塊

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）10-0032-03

0 引言

疫情防控是打贏新冠疫情重要堡壘，隨著疫情防控進入常態化形勢，疫情防控的推進[1]，現有人員在對各個地方的疫情防控工作十分重視，但疫情防控是持久戰，亟須防疫機器人的輔助。而防控消毒尤為重要，國內疫情消毒方式主要采用人工消毒，工作的過程中還可能會發生感染并且進行病毒傳播的可能性。國內外在疫情期間高度重視消毒機器人研發[2]，目前，此行業對提升智能消毒機器人消毒效率及質量投入大量人力和資金。針對疫情防控期間消毒工作情況，本課題小組設計一款智能消毒機器人小車，通過上位機操作控制可以高效精準地執行系統設定的路徑和任務，自主進行消毒防疫工作。各個模塊共同作用實現無人化、智能測溫、智能遠程操作的智能消毒機器人小車，從而緩解防疫人員的工作壓力，提高人力資源的利用，有效地阻止了病毒的傳播，降低交叉感染的風險，保障了人民的日常生活[3]。

1 軟件系統設計

以STM32F103C8T6 單片機為核心通過遠程操作進行智能無人車的控制，并且通過視覺識別機構收集智能車周圍的環境信息[4]，并用上位機進行下一步操作，智能車根據操作者發出指令進行命令執行，從而實現智能無人化控制。

1.1 系統模塊

系統模塊主要包括電源模塊、驅動模塊、紫外線消毒液消毒模塊、傳感器模塊、路線規劃模塊、超聲紅外避障模塊、控制器模塊等來實現智能小車的組成。如圖1所示。

1.2 電源模塊

如智能消毒機器人小車系統框圖所示，為滿足智能消毒機器人小車在不同場所進行正常工作，供電方式采用可便攜拆裝的磷酸鐵鋰電池，這種新能源電池的特點是擁有長時間的巡航能力而且不會對環境造成污染的綠色電池。

1.3 超聲波避障功能模塊

根據超聲波測距原理，只需知道發射器發射和接收器接收之間的時間差，便可以得出障礙物實際距離是速度乘以二者時間差的一半[5]。

根據上述原理進行程序設定，每接收五次回響信號進行平均值計算，得出的數值為測試距離，往復循環。得到的測試距離與預設距離進行對比，預設距離不得超過0.25米。根據指令小車會執行相應命令。

避障流程代碼說明如下：

if（distanceqian1<25）//如果左前方超聲波判斷距離小于25

{

if（distancezuo

{

youhou（）;

delay（750）; //向右后方行駛750毫秒

youxuan（）;

delay（300）; //右旋300毫秒

}

else if（distancezuo>distanceyou）//2 若左側距離比右側距離空曠

{

zuohou（）;

delay（750）;//向左后方行駛750毫秒

zuoxuan（）;

delay（300）;//左旋300毫秒

}

else if（distancezuo==distanceyou）//3若左右距離相等（左右兩邊在傳感器識別范圍內都無障礙物）

{

if（distanceqian1>distanceqian2）//4若左前方距離大于右前方距離

{

daoche（）;

delay（500）;//后退500毫秒

youxuan（）;

delay（300）;//右旋300毫秒

}

1.4 紅外線避障功能模塊

紅外線避障主要利用三角測距的原理、時間差法測距原理[6]，采用EDA技術匯總A/D轉換電路、電源輸入電路、復位電路、蜂鳴器等設計組成。見下圖。

2 智能消毒機器人小車機械設計

智能消毒機器人小車是由驅動機構、噴霧機構、消毒液定量輸送機構和噴霧器機構組成。噴霧機構包括過濾器、水管、渦輪、電動機、噴霧器。過濾器除去水中的雜質，渦輪旋轉吸水，再將水通過水管傳送到噴霧器，水經過噴霧器，霧化灑落到小車周圍。消毒液定量輸送機構由電動機、水管、儲藥管、電動機、控制開關構成；控制開關包括正轉按鈕、旋轉按鈕、反轉按鈕、和停止按鈕。該機構與噴霧機構結合，水與消毒液在渦輪的旋轉下充分均勻混合后再到達噴霧器處。

2.1 視覺識別機構的結構設計

視覺識別機構是由攝像機構和傳動機構組成，攝像機構由紅外線測距儀、超聲波測距儀、第一轉軸、第二轉軸、節能燈和揚聲器組成。第一轉軸25的兩端通過軸承24分別設置在兩個預留的孔洞上，負責視覺識別機構豎直方向的旋轉工作，第二轉軸26與小車支撐柱18柱內裝置結合，負責視覺識別機構水平方向的旋轉工作。工作人員可以通過控制器屏幕觀察到視覺識別機構捕捉到的畫面從而可以進行下一步的遠程控制工作。

2.2 工作原理

操作人員可根據消毒區域路況通過遠程遙控進行移動，達到指定位置后，根據需要設定一定濃度的消毒液放到儲藥罐5里，然后調整旋轉輸出按鈕，在顯示屏上按下電動機13開關和正反轉電動機3開關的正轉按鈕，這時，儲水罐17里的水通過渦輪12旋轉的作用，經過過濾器到達儲藥罐5上水管，同時消毒液通過輸出水管到達上水管處。消毒液和水混合同時到達渦輪12，在渦輪旋轉的作用下，消毒液與水更加充分均勻的混合，通過渦輪的水管10到達噴霧器7，水和消毒液的混合物經過噴霧器霧化噴出，從而噴落到車前方以及車兩側。紫外線消毒裝置嵌入式的方式安裝在智能車兩側進行消毒作業。

3 結束語

綜上所述，智能消毒機器人小車使用STM32為主控制器，通過各智能模塊共同作用能有效地在醫院、商場、社區、車站、機場等復雜場所以及人員密集的公共場所進行消毒作業。系統設計目前還在完善，各個模塊也在不斷改進。智能機器人的發展不斷進步，各種消毒機器人不斷創新與改進，相信不久后智能消毒機器人會逐步亮相并服務于各行各業中去[7]。