李海珍， 王德軍， 趙現(xiàn)省

（1. 單縣職業(yè)中等專業(yè)學校， 山東 菏澤 274300； 2. 生態(tài)環(huán)境部， 北京 100006；3.科鑠智能科技（煙臺）有限公司， 山東 煙臺264006）

0 引言

2019 年底以來，一種名為“COVID-19”的冠狀病毒席卷全球， 目前已造成全球數(shù)千萬人感染， 數(shù)十萬人死亡，全球經(jīng)濟體遭受重創(chuàng)。 本次爆發(fā)的“COVID-19”冠狀病毒， 以及2003 年出現(xiàn)SARS，2012 年以后出現(xiàn)MERS是對人類的自身免疫系統(tǒng)一次又一次的挑戰(zhàn)， 在疫苗尚未問世之前，如何行之有效的消滅病毒是棘手的問題。而當前用于戶外消滅病毒的最強有力的方法， 就是使用消毒液進行重點區(qū)域的消殺， 特別是防疫重地和敏感區(qū)域必須安裝消毒設備。人工消毒存在潛在的疫情傳播風險，使用智能消毒機器人很好解決了這一問題， 而且消毒機器人可實現(xiàn)不間斷工作，大大提高了消毒效率，相比傳統(tǒng)的人工推車消毒用時更短、消毒更全面，有效避免交叉感染，為進一步控制疫情爭取時間。

市場上常見的智能消毒機器人， 主要以遙控車輛為載體，集成消毒系統(tǒng)和設備。 消毒方法一般為超干霧消毒和紫外線消毒兩種。 超干霧消毒，即噴出納米級別的水霧分子，快速吸附細菌、病毒、芽孢等微小顆粒，實現(xiàn)完全消毒， 這種消毒方式不僅適用于封閉空間同時也適用于開放空間。紫外線消毒，是使用254nm 波長的紫外線損壞病毒，瓦解細菌的DNA 或RNA 分子結構，實現(xiàn)滅菌消毒，這種方式需要防止輻射照射到人體造成灼傷。 本文介紹的AGV 智能消毒降塵噴灑車噴出的霧粒十分細小， 當其與空氣中病毒、粉塵、細菌接觸時，會形成一種潮濕的霧狀體，可以快速的殺死病毒、病菌，并同時將粉塵抑制，此種智能噴灑車無論是在露天的道路，還是室內都非常實用。噴灑車操作靈活，既可以自動控制，也可以遙控控制，同時還可以根據(jù)實際環(huán)境情況旋轉及調節(jié)噴霧角度， 設備安全可靠， 耗水和耗藥量相比其他的噴灑設備可節(jié)約60%～75%[1，2]。

1 主要結構

AGV 智能消毒降塵噴灑車主要由地面指引預埋系統(tǒng)，見圖1、AGV 底盤系統(tǒng)、自動噴灑系統(tǒng)、充電供水系統(tǒng)組成，見圖2。 此車動力源采用電能作為動力源，續(xù)航長達24 小時，電量不足時會亮起紅燈，并自動退回庫位的充電樁充電，庫位還設有自動補水裝置，充電的同時還可以給水箱補充水，待電量充滿后繼續(xù)進行當前工作。智能噴灑車還支持遠程遙控行駛，實現(xiàn)人機分離，有效降低防疫工作者的感染風險。在消毒過程中，智能噴灑車通過語音播報，提醒行人規(guī)避，保證行人的安全，當完成消毒任務后，智能管理系統(tǒng)檢測空閑時段時，會自動調度回到指定的待命點， 同時補充水和電能， 也可根據(jù)新的消毒任務，指派待命中或即將待命的智能噴灑車就近完成任務。當智能噴灑車即將進入另一臺智能噴灑車的作業(yè)路段時，會先檢測該路段是否有其他機器人在執(zhí)行命令，若有則停車等待通行，若無則會向系統(tǒng)反饋行駛信息，防止車輛交叉作業(yè)。

圖1 地面指引預埋系統(tǒng)

圖2 智能消毒降塵噴灑車主要結構

1.1 自動噴灑系統(tǒng)

采用消毒液和水箱分離設計， 內置耐腐蝕樹脂消毒桶可裝載84 消毒液、農(nóng)藥、殺蟲劑等環(huán)保溶液，可完成物理降溫及降塵，病毒消殺，病蟲害防治等工作，水箱裝載純凈水。 高壓霧化噴頭，可以調節(jié)噴出液體霧化狀態(tài)，環(huán)繞噴射，對于重點區(qū)域，可調節(jié)噴灑時間，做到動靜皆宜。智能噴灑車可以根據(jù)需要自動調配溶液濃度， 節(jié)省藥液使用量降低成本，藥液用盡后會報警，并自動返回場站進行添加。同時采用消毒液和水箱分離，可以實現(xiàn)消毒和降塵的無縫切換， 避免了消毒液殘留問題， 實現(xiàn)了一機多用。 在行進工作時，車上可以搭載的LED 顯示屏，配合音樂滾動播放用來警示路人。 智能噴灑車可通過路面預埋的磁條在重點路段往復定時消殺， 也可人工使用遙控器進行遙控操作，更加方便用戶多場景使用，同時搭載減震橡膠輪胎，一些坑洼路面也能正常工作，同時搭載自主導航功能，可根據(jù)規(guī)劃路徑進入狹窄的公共場所，采用遞進式消毒模式，24 小時循環(huán)定點消毒[8]見圖3。

圖3 自動噴灑系統(tǒng)主要結構

隨著人們對空氣質量要求越來高，霧霾、空氣中的可見粉塵、PM2.5 等需要治理，要求路面設備同時有一定的除塵效果。根據(jù)空氣動力學的相關研究表明，顆粒在空氣中的狀態(tài)主要取決于粒徑， 當水顆粒的粒徑在10μm 以上時，在空氣中主要是下沉的狀態(tài)，然而當水顆粒的粒徑在10μm 以下時，顆粒則主要處于一種懸浮的狀態(tài)。 因此人們通常把10μm 以上粒徑的下沉狀態(tài)的水霧稱之為水態(tài)霧， 同時把10μm 以下粒徑的處于懸浮狀態(tài)的霧稱之為氣態(tài)霧， 自動噴灑系統(tǒng)可以隨時隨地生成這樣的環(huán)境見圖4，并且噴霧均勻、抑塵除菌效果好而且用水量少，是首選的除塵噴霧消毒設備。

圖4 除霧原理

自動噴灑系統(tǒng)特點：

（1）噴嘴：除塵效果與噴霧顆粒直徑有密切關系，是噴灑系統(tǒng)的靈魂部件——噴嘴將水霧轉化成為適合的降塵水霧顆粒，使噴灑更加均勻，同時降塵速度更快。

（2）風機：風機的主要作用是迅速的產(chǎn)生高速氣流。電動機帶動葉輪旋轉時，高速氣流就從出風口噴出，把噴嘴霧化形成的細小霧滴流吹到需要消毒滅菌的區(qū)域。 與此同時，在高速氣流的作用下，物體會產(chǎn)生擾動，有利于霧滴充分的進入其內部，提高了噴灑效果。自動噴灑系統(tǒng)采用風壓高、風速大、驅動方便、氣流穿透力強的離心風機，葉片采用全壓效率較高的后向彎曲葉片，除了可以保證噴霧射程以外，還可以給使霧化效果的提高。

（3）增壓泵：增壓泵是自動噴灑系統(tǒng)的心臟，實現(xiàn)把水箱和濃縮消毒水箱的液體從儲存箱輸送到噴嘴， 通過高壓水流把水霧化。

（4）轉向定位裝置：自動噴灑系統(tǒng)在風機和出風管連接處增加了轉向定位裝置和角度控制裝置， 可以使出風管出口方向既能在水平面內作360°旋轉又可以調整角度，以適應作業(yè)風向的變化。

（5）實時檢測：智能消毒降塵噴灑車可連接多種檢測傳感器，例如粉塵傳感器、溫度傳感器、病菌傳感器等，利用車載5G 通信模塊實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)測跟蹤；并可以根據(jù)預先設定污染值，當?shù)竭_預定值，自動啟動設備見圖5。

（6）純凈水、濃縮消毒水比例控制器：比例控制器核心部件是電動三通調節(jié)閥，它主要由三通調節(jié)閥體和直行程電動執(zhí)行機構等組成。電動執(zhí)行機構是一種電子式一體化結構， 包括伺服放大器、輸入控制信號及電源；它可控制進口閥門，從而實現(xiàn)對流量、壓力、液位、溫度等參數(shù)的調節(jié)。電動三通調節(jié)閥具有接線簡單、動作靈敏、體積小、調節(jié)精度高等特點。電動三通調節(jié)閥具有合流和分流功能， 本設備使用電動三通調節(jié)閥的合流功能。 電動三通合流調節(jié)閥主要用于將兩種流體混合后形成第三種流體。電動三通調節(jié)閥可代替兩臺互為開關的單、雙座調節(jié)閥，用于液體的調節(jié)與控制。當智能噴灑車開啟除塵模式，關閉濃縮消毒液進口，噴灑混合液完全為純凈水，實現(xiàn)降塵功能。 當消毒降塵噴灑車開啟消毒模式，根據(jù)現(xiàn)場實際污染情況，可以實時調節(jié)濃縮消毒液進入比例，即節(jié)省了消毒液也減少了二次污染，見圖6。

圖5 消毒實時聯(lián)動

1.2 AGV 底盤系統(tǒng)

圖6 消毒水比例控制原理

AGV 綜合了聲、電、機、光等現(xiàn)代科技領域先進的理論和技術，見圖7；具有單車編程和系統(tǒng)控制管理功能，能按照指令沿預定路線行駛，到達預定地點，完成一系列的作業(yè)任務。同時它還可與外部的自動化物流系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、信息自動化系統(tǒng)完美結合，實現(xiàn)對信息的聯(lián)網(wǎng)流通和管理的實時監(jiān)控。它還可以通過車載伺服驅動與控制、無線電通訊、紅外通訊或微波通訊、信息采集與處理、快速充電等技術，實現(xiàn)對AGV 的實時監(jiān)控。 消毒降塵噴灑系統(tǒng)以AGV 為載體實現(xiàn)噴灑消毒的自動化及智能化，通過智能終端與所在工作區(qū)形成物聯(lián)系統(tǒng)，按照預定程序，無需人工操控，便可以自主過電動門，搭乘電梯，在樓宇內各個區(qū)域自由運動，形成自動消毒的工作閉環(huán)，而在人口聚集區(qū)以及建筑死角，機器人可以通過云端設置，自動延長逗留時間，提高空氣中的噴霧濃度，對重點區(qū)域進行強化消毒。

圖7 AGV 底盤系統(tǒng)

智能噴灑車主要以前后兩個激光區(qū)域傳感器為定位模塊，通過360°的全息感知系統(tǒng)，達到避障功能，實時感知0～4m 區(qū)間環(huán)境， 進行消毒作業(yè)時能夠自動避讓障礙物。激光區(qū)域傳感器系統(tǒng)的優(yōu)勢是，測量光束發(fā)出后再經(jīng)由物體反射回到傳感器的時間，計算出物體的距離、方向和角度，光速傳播能極大減少識別誤差。

車尾放置雨量傳感器，如雨勢加大則自動停止工作退回場站待命。 電池模組溫度傳感器，遇高溫報警并停止工作，電池模組主動散熱風扇進行散熱。 行車碰撞預警系統(tǒng)可防止車輛撞擊障礙物造成故障和人身事故，如障礙物無法消除則車輛會自動向管理員發(fā)出通知排除路障。另外車頂還可以放置太陽能光板，可吸收光能轉換為電能，為車內一些耗電量小的電器供電， 如散熱風扇，LED 屏幕，車體燈光、揚聲器等[2-4]。

1.3 供電供水系統(tǒng)

目前AGV 按充電方式來劃分， 分為在線充電和離線充電兩種：

（1） 在線充電便是利用AGV 小車暫時停留或者工作等待的零散時間進行充電， 它不需要AGV 小車離開其工作線路， 也不需要預留專門的時間進行充電， 這種充電模式通俗的來說是一種隨機充電的模式，這樣做更容易提升它的搬運效率，在實際應用中需要將多個AGV 充電樁放置在AGV 的活動區(qū)域和工作流程中。

（2）離線充電，顧名思義就是當AGV 小車在充電時需要駛入固定的充電樁或者充電位進行充電， 此時工作循環(huán)需要專門的充電時間。

按充電連接方法，分為接觸式充電和無線充電兩種：

（1）接觸式充電即所有充電回路需要使用電纜和充電觸頭將AGV 小車與供電系統(tǒng)連接， 直接對其進行充電。接觸式充電的特點可提供較大的充電電流， 可以實現(xiàn)快速充電，但其不適用于頻繁的隨機充電，并且實際使用中存在充電觸頭磨損，需要定期更換。并可能在充電過程中可能會產(chǎn)生火花，存在安全隱患。另外因為充電觸頭系暴露部件，無法在低溫凝露、潮濕、易燃易爆等環(huán)境工作，充電系統(tǒng)需要設置在室內。

（2）無線充電即非接觸充電裝置，不需要用電纜將車輛與供電系統(tǒng)連接，省去了充電觸頭，充電器及用電的裝置都可以做到無外露。運用無線充電技術可以使AGV 儲能系統(tǒng)與充電系統(tǒng)之間實現(xiàn)電氣隔離， 從根本上消除普通接觸式充電方式帶來的弊端，更加安全，適用性更廣，但是承載充電電流較小，充電效率低。

考慮設備成本，智能噴灑車采用離線接觸式充電。設置封閉式充電位，并設置供水控制器，當智能噴灑車充電時，同時小車打開水箱蓋，利用充電時間補充水箱內純凈水，見圖8[5-8]。

圖8 供電供水系統(tǒng)

2 主要優(yōu)點

采用獨特的模塊化設計，產(chǎn)品為上下兩個模塊組成，上部分為自動噴灑模塊，下部分為AGV 驅動模塊。 用戶可以根據(jù)需要將上部自動噴灑系統(tǒng)更換為貨運系統(tǒng)，AGV 驅動模塊可以與噴灑模塊和貨運模塊共同適配，可以自行前往隔離區(qū)進行消毒或者運送餐食、醫(yī)療物品等，減少過程接觸；噴灑系統(tǒng)設置純凈水、濃縮消毒水比例控制器，可以實現(xiàn)消毒降塵功能的切換，實現(xiàn)一機兩用。 智能噴灑車適合醫(yī)院、工廠、道路、公園、居民小區(qū)、實驗室等需要定期消殺除塵的場所， 相對目前主要采取的人工噴灑消毒具有低噪聲，高效率等優(yōu)點，能同時兼顧實用性和經(jīng)濟型，是降塵滅毒創(chuàng)造人類居住環(huán)境的理想選擇。

3 結束語

近年來， 新發(fā)呼吸道傳染病如中東呼吸綜合征、SARS、人感染高致病性禽流感等層出不窮。 比如2019 年12 月我國湖北省武漢市發(fā)生的新型冠狀病毒感染的肺炎疫情，并迅速蔓延到全國各地。特別是公共場所人員聚集，主干路、醫(yī)院、小區(qū)、街道都是重點區(qū)域。 大型綜合醫(yī)院是發(fā)現(xiàn)傳染病的前沿陣地， 是開展醫(yī)療救治的一線戰(zhàn)場，但因病源復雜、疑難危重患者多、人員密集，醫(yī)院也是疫情防控的重點及難點區(qū)域， 消毒滅菌是控制疫情的重要手段。采用AGV 智能消毒降塵噴灑車既可以高效安全的消毒也可降低人員的風險， 此產(chǎn)品對防疫消毒降塵方式革新有一定影響[9-10]。