自主移动式防疫服务机器人研究

自主移动式防疫服务机器人研究

丁雪梅 秦功慧

仪征技师学院,江苏 仪征 211400

摘要：新型冠状病毒肺炎主要的传播途径之一是接触传播，手部接触到新型冠状病毒后，再碰到眼睛、鼻子和嘴巴等部位，从而造成感染。每个人的手每天总会有意无意地接觸到脸部很多次，我们在核酸点做完核酸检测后需要立即进行消毒处理，目前常用的按压式消毒液虽可以起到清洁除菌的作用，但存在取液不便、细菌留存、污染严重等问题。因此针对某些公共场合：如机场、火车站、地铁站等，本文通过对基于Arduino的智能循迹小车设计制作以及无接触使用消毒液的应用分析，设计一款无触碰、手部穿入式的智能消毒液供给装置，可以有效地解决上述难题。并通过巡线小车，在规定范围内提供消毒服务。这款无触碰消毒液装置能让人由下意识的指尖接液改为用掌心接液，防止消毒液遗漏。该装置在出液处装有红外摄像头扫描感应，把手伸入感应区就会自动流出消毒液。本实用新型达到了无接触使用消毒液的效果，不会有皮肤接触，可有效的预防疫情传播。

关键词：Arduino、无接触使用消毒液、智能循迹

一、问题的提出

在全民核酸检测点、检测小屋发现进出口没有个人消毒措施，在疫情爆发的那段时间核酸检测点的消毒防护措施非常严格，做核酸时手不允许靠着检测台，医护人员会提醒。做完之后每个人也会做好消毒工作，比如自带消毒酒精洗手液，酒精喷壶等。因此想到设计一款可以在一定区域内可以实现个人消毒的设施，有效的防止疫情传播。

二、相关工作介绍

在机器人的制作过程中做了如下工作：走访调查，确定技术方案

1．走访调查了一些公共场所，发现并记录了目前公共场所中所提供的消毒装置存在的一些问题，比如交差污染、利用率不高、警示作用不强、取用不方便等问题；

2．观察记录生活中的一些非接触式的人体触发方式（装置），比如自动手部烘干机、自动门、电梯等等。通过观察这些自动化的装置我发现利用红外感应传感器可以很好的解决非接触的问题，所以我决定在我的机器人当中也采用类似的感应方式；

3．观察记录生活中的自主移动机器人、服务机器人，记录这些机器人的防碰撞方式。通过观察发现一些公共场所的服务机器人，比如送餐机器人普遍采用超声波测距的方式来避免自身与前方的物体产生碰撞，所以在我的机器人设计中也采用超声测距的方式来避免机器人与前方的物体发生碰撞；

4．为了让机器人具备自主移动的功能我参考了寻迹车的工作原理，这样机器人就可以按照人为规划好的路线行进。

（一）机器人设计

（1）程序设计，采用图形化（Mixly）的编程方式为主控制器（Arduino Nano）编写控制程序，采用图形化的编程方式有效降低了程序编写的难度；

（2）电路设计，采用一些开源硬件模块，进行电路的搭建，大大简化了电路设计的复杂度;

（3）结构设计，机器人的外形部分我打算使用木板加激光切割工艺来实现；

（二）机器人制作

（1）电路焊接，主要使用电烙铁根据电路设计部分的电路图将各个器件焊接到一起；

（2）结构件加工，使用激光切割机对段木板进行切割加工；

（3）结构件拼装，将木质结构件拼装到一起并将焊接好的电路固定到机器人内部。

（三）机器人测试

（1）巡线功能，在地面铺设黑色的路线，让机器人进行巡线运动，观察机器人是否可以稳定的完成；

（2）避障功能，当机器人前方出现障碍物的时候，机器人是否可以及时停车避免产生碰撞；

（3）提供消毒液，当把手掌放置在传感器下方时机器人是否可以释放出消毒液，当手掌离开后是否可以结束消毒液的释放；

三、作品描述

机器人电路框图：

机器人程序流程图：

四、实验结果与分析

验证作品完成后不进行任何实验是非常可惜的。为了验证创意的可行性，需要设计相关的实验内容，记录实验数据，通过对量化数据的分析，得出相关的实验结论。实验的组数越多，越全面，你的创意作品的可靠性就越高，结论的可信性就越大。

主要针对机器人项目进行如下测试：

1.巡线的稳定性

路线形状   ， 车辆速度  ， 成功率，实验次数均为50次

直线       ，  低速/中速/高速   ，       95%/90%/84%

弧线（半径50cm），低速/中速/高速  ，     95%/85%/80%

2. 避障能力

障碍物尺寸，车辆速度，成功率，实验次数（50），

10X10cm，低速/中速/高速 ，93%/90%/82% 

50X50cm，低速/中速/高速，98%/95%，90%

五、结论

经过多组实验，我得出如下结论：

目前机器人可以完成基本的寻迹功能，但是当行进速度较快遇到转弯半径较小区机器人会出现寻迹失败的情况，针对这种情况可以采取如下改进方案：

1．增加巡线传感器的数量，可以有效防止机器人脱离巡线轨迹，保证巡线的可靠性；

2．提升处理器速度，这样在单位时间可以提高读取传感器的次数，也可以有效提高寻迹可靠性；

3．增加路线转弯半径，转弯半径增加让路线变化更加“缓和”这样也能有效提高巡线的可高度；

4．针对避障功能，会出现避障识别的情况，可以进行如下改进：

5．在不同方位增加传感器的数量，提高机器人的障碍检测范围，可以提高机器人的避障陈功率；

六、参考文献

[1]徐芷君, & 张文慧. (2020). 无触碰洗手液自动装置. 设计, v.33(06), 27-27.

[2]刘尊峰, & 张芸婷. (2019). 一种洗手液分配装置的顶盖.  CN208868582U.

[3]张昌力, 冀月玲. 一种医用无接触式消毒洗手液取用装置:, CN213046679U[P]. 2021.

[4]王辉,廖峰林.智能小车循迹与避障的仿真与实现[J].成都大学学报(自然科学版),2022,41(02):164-169.

[5]孙广辉,金文博,李澳强,李娇娇,谢红波.基于Arduino的循迹避障小车设计与实现[J].轻工科技,2021,37(06):50-51.

[6]丁雪梅,夏海洵.浅谈Arduino机器人在职业院校机器人课程教学中的意义[J].科技风,2017,(24):14.

[7]何一兰.基于Arduino创新力培养的《Mixly创意电子》教学探索[J].小学科学(教师版),2019,(03):31.

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