描述

完成我們的原型

其他消毒項(xiàng)目及其缺點(diǎn)

• 最近開(kāi)發(fā)的一些可以執(zhí)行消毒任務(wù)的工作機(jī)器人，它們的體型巨大，它們使用的硬件成本很高，這可能是大規(guī)模生產(chǎn)和部署在醫(yī)院/診所/公共場(chǎng)所的巨大障礙。
• 這些機(jī)器人不能用于某些必須保持干燥環(huán)境的地方，例如 ICU、研究實(shí)驗(yàn)室、工廠、生產(chǎn)車間，而且并非所有這些地方都是完全自動(dòng)化的。此外，這些機(jī)器人需要某種人類幫助來(lái)引導(dǎo)自己、穿過(guò)擁擠的區(qū)域等。
• 對(duì)于像我們這樣的欠發(fā)達(dá)國(guó)家，他們負(fù)擔(dān)不起制造這些機(jī)器人的費(fèi)用。這些原因使人們?cè)卺t(yī)院、診所等沒(méi)有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)裝備的情況下用手進(jìn)行消毒。

UVGI 如何提供幫助

紫外線殺菌輻射 (UVGI) 是一種消毒方法，它使用短波長(zhǎng)紫外線（紫外線 C 或 UVC）光通過(guò)破壞核酸和破壞其 DNA 來(lái)殺死或滅活微生物，使它們無(wú)法執(zhí)行重要的細(xì)胞功能。UVC 被 RNA 和 DNA 堿基吸收，可導(dǎo)致兩個(gè)相鄰的嘧啶光化學(xué)融合成共價(jià)連接的二聚體，然后成為非配對(duì)堿基。

UVGI 用于多種應(yīng)用，例如食品、空氣和水的凈化。UVGI 可用于預(yù)防某些傳染病的傳播。低壓汞 (Hg) 放電燈和 LED 常用于 UVGI 應(yīng)用，并發(fā)射短波紫外線 C（100–280 納米）輻射，主要為 254 nm ? 資源

我們的解決方案

IR-Beacon 引導(dǎo)使用 UVC 和垃圾場(chǎng)材料的自主消毒機(jī)器人。

機(jī)器人功能：

• 消毒過(guò)程：陽(yáng)光包含三種類型的紫外線。首先是 UVA，它構(gòu)成了到達(dá)地球表面的紫外線輻射的絕大部分。它能夠深入皮膚，被認(rèn)為是造成高達(dá) 80% 的皮膚老化的原因，從皺紋到老年斑。其次是 UVB，它會(huì)破壞我們皮膚中的 DNA，導(dǎo)致曬傷并最終導(dǎo)致皮膚癌（最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)UVA也可以做到這一點(diǎn)）。還有第三種類型：UVC。光譜中這個(gè)相對(duì)模糊的部分由更短、能量更高的光波長(zhǎng)組成。它特別擅長(zhǎng)破壞遺傳物質(zhì)。要安全使用 UVC，您需要專業(yè)設(shè)備和培訓(xùn)。世界衛(wèi)生組織 (WHO) 已對(duì)使用紫外線消毒的人發(fā)出嚴(yán)厲警告。 我們的全自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)了，它能夠自行運(yùn)行。
• 自主引導(dǎo)路徑：在房間的出入口位置將有兩個(gè)紅外信標(biāo)站，用于引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)出。然后志愿者可以在不進(jìn)入的情況下收集它。

IR導(dǎo)路工作流程

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• 自主運(yùn)動(dòng)：通過(guò)周圍的超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，使其能夠避開(kāi)進(jìn)入其路徑的障礙物。| 關(guān)聯(lián)

圖 1.0：手動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

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設(shè)計(jì)指標(biāo)：

• 物理尺寸：所有測(cè)量值都可以在我們附加在附件部分的設(shè)計(jì)文件中找到。

近似物理尺寸

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• 安全（燈自動(dòng)關(guān)閉）：我們使用專用電池（3s LiPo 1100mAh）為燈供電。但我們還沒(méi)有運(yùn)動(dòng)感應(yīng)。相反，我們保持每次激活大約 30 分鐘的時(shí)間順序。之后，燈將關(guān)閉。并且需要手動(dòng)開(kāi)啟。
• 安全性（穩(wěn)態(tài)推力）：我們的機(jī)器人總重量約為 2kg。我們正在使用兩個(gè)直流有刷齒輪電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的扭矩為 1kg。因此移動(dòng)它所需的力更小，也小于 8kg。
• 安全（UV On Indicator）：我們集成了帶有微控制器的繼電器來(lái)打開(kāi) UV。所以這種方式繼電器板指示UV是否打開(kāi)。
• 自動(dòng)化接口軟件/用途：Web-app。
• 控制：用于手動(dòng)控制和紅外信標(biāo)引導(dǎo)自動(dòng)駕駛的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。
• 成本 - 總單位 BoM：約 200 美元（孟加拉國(guó)貨幣：BDT-16,000）。
• 燈壽命計(jì)數(shù)器：因?yàn)?UVC 燈是通過(guò)繼電器板觸發(fā)的。因此，我們可以通過(guò)知道它何時(shí)打開(kāi)和何時(shí)關(guān)閉來(lái)維護(hù)生命計(jì)數(shù)器。
• 操作日志：我們的系統(tǒng)涉及樹(shù)莓派，用戶可以從中跟蹤時(shí)間。此外，我們使用的是安卓手機(jī)，它有內(nèi)置的 GPS 來(lái)了解位置，但不像激光雷達(dá)或 VSLAM 技術(shù)。
• 電源：使用 11.1volt 3300mAh 3s LiPo 主電池進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也用于為傳感器和微控制器供電。另一個(gè) 11.1volt 1100mAh 3s LiPo 電池用于點(diǎn)亮 UVC 燈。
• 投影燈可靠性：約 9000 小時(shí) | 資源
• 維護(hù)燈更換：我們的 UVC 燈罩使用戶能夠非常輕松地更換燈。這樣維修人員就不需要高素質(zhì)了。
• 重量：約2.0kg
• 可靠性：我們使用膠合板制造底盤(pán)。在正常情況下，膠合板具有高強(qiáng)度和耐用性。我們還應(yīng)用了防水涂層，使其防水。通過(guò)這種方式，我們認(rèn)為如果我們的微控制器和其他傳感器正常工作，機(jī)器人將能夠保持 6 個(gè)月（至少）。

我們?nèi)绾螛?gòu)建它：

底盤(pán)設(shè)計(jì)：

使用 AutoCAD 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整制造過(guò)程。最后附上設(shè)計(jì)文件。

圖 1.1：底盤(pán)設(shè)計(jì)

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底盤(pán)制造：

機(jī)箱由膠合板制成，在大多數(shù)五金店都很容易買到。如果它的建造方式可以穿越所有區(qū)域并且所有設(shè)備都可以輕松安裝。為此，優(yōu)選的形狀應(yīng)該是圓形/橢圓形。機(jī)箱圓形半徑為 5 英寸。

圖 1.2：底盤(pán)制造

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驅(qū)動(dòng)電機(jī)和車輪安裝：

所有測(cè)量值都可以在 AutoCAD 設(shè)計(jì) (.dwg) 文件中找到。

圖 2.1：電機(jī)和車輪的組裝

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腳輪安裝：

圖 2.2：腳輪的組裝

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在底盤(pán)上安裝聲納傳感器：

使用膠槍將聲納傳感器安裝在底盤(pán)主體上，并使用紙板紙使它們升高和平衡。

圖 3.1：前置聲納組件和主要距離測(cè)試

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最終聲納組裝和焊接：

圖 3.2：最終聲納組件

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在機(jī)箱上安裝紅外接收器：

使用焊接在 Vero 板上的母頭針連接 IR 接收器并將其熱粘在機(jī)箱上，連接的白線用作 VCC、gnd 和 Signal。

圖 4.1：左右紅外接收器組件

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紅外信標(biāo)外殼組件：

IR 信標(biāo)/發(fā)射器電路是從有一些按鈕故障的舊電視遙控器中提取的。為了讓信標(biāo)始終工作，不得不短按一個(gè)按鈕。信標(biāo)產(chǎn)生 38KHz 的頻率，機(jī)器人試圖遵循該路徑。

圖 4.2：從舊電視遙控器發(fā)射的 IR 信標(biāo)

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UVC燈安裝：

我們不得不購(gòu)買 4watt UVC 管燈。由于燈在沿著身體移動(dòng)時(shí)需要便攜，因此需要一個(gè)逆變器電路。示意圖可在貢獻(xiàn)者鏈接上找到。該電路從 3.7 伏 1100 毫安時(shí)的鋰電池中獲取能量并為燈供電。

圖 5.1：UVC 燈外殼，底盤(pán)上的組裝（圖片因相機(jī)不佳而略白熾燈）

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UVC 劑量計(jì)算：

在大多數(shù)研究論文和文章中，研究小組以“焦耳每平方米”或“焦耳每平方厘米”的形式提到了滅菌過(guò)程所需的紫外線。但是在考慮紫外線燈的參數(shù)和規(guī)格時(shí)，制造商給出了距離為 1 米的“每平方厘米微瓦特（uW）”的紫外線強(qiáng)度。

劑量(J) = 強(qiáng)度(W) × 暴露時(shí)間(s) ... (1)

此計(jì)算的結(jié)果將是一個(gè)以 μWSec/cm2 表示的值 | 資源

距離 r 處的強(qiáng)度 ∝ 1/r^2 ... (2)

等式1顯示了劑量和強(qiáng)度之間的關(guān)系。得出的結(jié)論是，不同的劑量可以通過(guò)改變對(duì)同一紫外光源的曝光時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

紫外線強(qiáng)度與距離之間的關(guān)系如公式2所示。據(jù)此可以得出結(jié)論，紫外線強(qiáng)度隨著距離光源的距離而降低。

最終電路組裝：

電路圖可以在fritzing文件中找到。

圖 6.1：底盤(pán)上的最終電路組件和 Vero 板外殼。

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一些說(shuō)明：

• 我們使用了模擬傳感器（如 IR 接收器）來(lái)讀取使用 ATMega328p 的傳感器值。
• ATMega328p 提取傳感器數(shù)據(jù)，執(zhí)行 Arduino 代碼并生成電機(jī)控制字符串，例如：前向、左、右，使用串行端口（從微控制器讀取 tx 引腳）發(fā)送到樹(shù)莓派。
• 樹(shù)莓派和 Arduino 之間的串行通信設(shè)置程序，可以在貢獻(xiàn)者鏈接部分找到。
• 我們使用逆變器電路來(lái)點(diǎn)亮 4W UVC 燈。示意圖也可以在貢獻(xiàn)者鏈接上找到。
• 我們使用外部 wifi 適配器以獲得更好的連接性。外部適配器不是強(qiáng)制性的，也可以使用內(nèi)置適配器。

為什么要考慮這個(gè)

• 可以保持干燥的環(huán)境
• 沒(méi)有液體填充開(kāi)銷，沒(méi)有志愿者參與
• 完全通電，只需充電
• 用于自主控制的 IR-Beacon 引導(dǎo)路徑
• 還能夠避開(kāi)沿途的障礙物
• 廉價(jià)的垃圾場(chǎng)材料確保低成本和快速的大規(guī)模生產(chǎn)
• 體積小，圓形，移動(dòng)更靈活