紫外線消毒機(jī)器人

描述

概念

在大流行期間，消毒對(duì)于防止病毒傳播非常重要。它直接或間接地影響了我們生活的方方面面。在醫(yī)院、購物區(qū)等擁擠的區(qū)域，消毒非常困難。因此，在這種情況下，低成本和可持續(xù)的解決方案更容易被接受。

這種疾病是通過細(xì)菌和病毒等生物有機(jī)體傳播的。眾所周知的事實(shí)是，這些生物體在暴露于紫外線時(shí)會(huì)變得不活躍。特別是在這次大流行中，UV-C 射線是根除那些破壞性生物的非常有效的方法。但是這些射線落在人體上也是非常危險(xiǎn)的。

這就是為什么機(jī)器人在這種情況下很重要。機(jī)器人用于人類可能面臨暴露風(fēng)險(xiǎn)的許多應(yīng)用中。機(jī)器人能夠以非常精確、清晰和一致的方式執(zhí)行日常任務(wù)，只需很少或無需人工協(xié)助。

在這里，我們正在創(chuàng)建稱為紫外線消毒機(jī)器人的機(jī)器人。這種遙控機(jī)器人還包含額外的安全功能，如避免碰撞和人體暴露。這個(gè)機(jī)器人長1.5米。

紫外線消毒機(jī)器人

這里是我們的設(shè)計(jì)。

這里有一些關(guān)于機(jī)器人的照片。

人體檢測(cè)（pir傳感器）

防撞（超聲波傳感器）和攝像頭

?

在這里，我們的遙控消毒機(jī)器人在工作。當(dāng)檢測(cè)到人體暴露時(shí)，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉紫外線燈。紫外線燈可以手動(dòng)控制。

到達(dá)消毒地點(diǎn)時(shí)應(yīng)開啟。如果在操作過程中檢測(cè)到有人存在，它將自行關(guān)閉。它必須手動(dòng)打開才能再次工作。當(dāng)機(jī)器人開始移動(dòng)時(shí)，它會(huì)檢測(cè)到前方 30 厘米的障礙物并停在那里并發(fā)出警報(bào)。如果我們看到它前面有障礙物并試圖將其向前移動(dòng)，它就會(huì)停下來。

這里是相機(jī)的意見

第 1 步：構(gòu)建 UV 機(jī)器人

• 步驟 1.1：電機(jī)和框架

我們使用 4 Geared DC 12v 電機(jī) 100rpm，它具有高扭矩。電機(jī)安裝在膠合板上。電機(jī)用夾子和螺絲安裝好

膠合板是該機(jī)器人的堅(jiān)硬且良好的基材。它的尺寸是30cmx45cm。正面為半六邊形，兩側(cè)為12cm，正面為9cm。

先只裝兩臺(tái)電機(jī)，待紫外燈架完成后再裝另一臺(tái)電機(jī)。

然后按照上述方法將熱管切割成正確的尺寸，下圖是機(jī)器人的前部。

然后將切好的碎片放在膠合板上。

• 步驟 1.2：紫外線燈安裝

UV燈架由長1.5m、直徑50mm的PVC管制成。

管子的底部有一塊小膠合板被擰緊。

我們使用 4 根紫外線管，當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，我們需要將紫外線照射到更廣泛的區(qū)域和地板上進(jìn)行消毒。所以我們可以使用鋁箔來散光，并在PVC管周圍放置4個(gè)UV管。

然后我們必須用鋁箔層壓PVC管。所以紫外線是反射的，我們可以對(duì)大范圍進(jìn)行消毒。

UV管需要燈座來固定pvc管的周圍。我們需要一個(gè)重量輕的支架。所以它是用 thermocol 和厚紙制成的。為了放置 pvc 管周圍的管子，我們需要將 thermocol 切割成圓形。

支架的中心部分是thermocol，另外兩側(cè)是厚紙片，還貼有鋁箔。

為了給地板消毒，我們需要在機(jī)器人的頂部做一個(gè)反射器，所以我們做了一個(gè)傘形的反射器。

• 步驟 1.3：安全功能

然后我們需要訪問一個(gè)安全功能，即人體檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到生物的運(yùn)動(dòng)時(shí)它會(huì)中斷紫外線并防止危險(xiǎn)的紫外線。

人體暴露

我們?yōu)榇税踩δ芴砑恿藘蓚€(gè) PIR 傳感器。該傳感器具有 7 米距離的 360 度覆蓋范圍。它安裝在正面和背面。

小盒子是紫外線管驅(qū)動(dòng)器。它適用于230v。

機(jī)器人碰撞

我們?yōu)榇斯δ芴砑恿藘蓚€(gè)超聲波傳感器，一個(gè)安裝在背面，另一個(gè)安裝在前面。當(dāng)機(jī)器人遇到 30 厘米外的障礙物時(shí)，它會(huì)檢測(cè)到并停止并發(fā)出警報(bào)。

• 步驟 1.4：電子產(chǎn)品

我們需要為紫外線燈提供 230v，我們使用了 150w 逆變器

?

第 2 步：編碼

你必須使用樹莓派來控制這個(gè)機(jī)器人。這個(gè)項(xiàng)目是用樹莓派4做的。它連接互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)控制，你可以監(jiān)控機(jī)器人移動(dòng)時(shí)的攝像頭視圖，還可以控制紫外線燈。

當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)并手動(dòng)打開紫外線燈時(shí)，突然檢測(cè)到任何移動(dòng)時(shí)，它會(huì)檢測(cè)并自動(dòng)關(guān)閉紫外線燈并發(fā)出警報(bào)。當(dāng)機(jī)器人開始移動(dòng)時(shí)，它將檢測(cè)到前方30cm的障礙物并停在那里并發(fā)出聲音警報(bào)。

在這里，我們使用鍵盤來控制機(jī)器人，當(dāng)按下箭頭鍵時(shí)，它會(huì)相應(yīng)地移動(dòng)并在按下“Q”和“W”時(shí)控制紫外線 - 開和關(guān)。您還可以通過更改編碼來更改密鑰。

• 步驟 2.1：設(shè)置樹莓派

首先，您需要安裝最新版本的 Raspbian。我建議從樹莓派下載帶有桌面和推薦軟件的最新版本。

您必須下載該軟件并將其安裝到帶有 pi imager 軟件的 SD 卡中。然后你連接顯示器，鍵盤，鼠標(biāo)并啟動(dòng)它

安裝操作系統(tǒng)后，更容易訪問VNC、CAMERA。

要啟用 VNC 和相機(jī)，請(qǐng)按照以下步驟操作，

選擇 Menu > Preferences > Raspberry Pi Configuration > Interfaces 并確保 VNC 已啟用以及攝像頭

僅通過啟用 VNC 不會(huì)顯示相機(jī)預(yù)覽，您將轉(zhuǎn)到 VNC 設(shè)置

單擊 VNC 圖標(biāo) > 菜單 > 選項(xiàng) > 故障排除 > 啟用直接捕獲模式并應(yīng)用設(shè)置

• 步驟 2.2：安裝庫

導(dǎo)入庫以向此代碼添加特殊功能。

要安裝庫，請(qǐng)打開終端

首先我們需要pygame庫來獲取控制機(jī)器人的鑰匙

sudo apt-get install python-pygame

用于導(dǎo)入庫

import pygame

其他庫是內(nèi)置的庫。所以我們不需要安裝。

• 步驟 2.3：按鍵

使用pygame庫導(dǎo)入此項(xiàng)目用于控制機(jī)器人的鍵盤鍵。首先導(dǎo)入pygame庫

import pygame

初始化一個(gè)窗口

pygame.init()
pygame.display.set_mode((100,100))

創(chuàng)建一個(gè)從鍵盤獲取鍵的函數(shù)

def getKey(keyName):
    ans = False
    for eve in pygame.event.get():pass
    keyInput = pygame.key.get_pressed()
    myKey = getattr(pygame,'K_{}'.format(keyName))
    if keyInput [myKey]:
        ans = True
    pygame.display.update()
    return ans

• 步驟 2.4：相機(jī)

之前啟用了相機(jī)。我們必須得到預(yù)覽

from picamera import PiCamera
from time import sleep

def piCam(w=200,h=100,x=0,y=0,fill=True):
    camera = PiCamera()
    camera.resolution = (w,h)
    camera.start_preview(fullscreen= fill,window=(x,y,w,h))

• 步驟 2.4：電機(jī)、pir、超聲波傳感器和控制紫外線

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、超聲波傳感器、pir 傳感器和繼電器端子連接到樹莓派 GPIO 引腳

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有 6 個(gè)引腳，三個(gè)引腳連接電機(jī) 1，三個(gè)引腳連接電機(jī) 2。兩個(gè)使能引腳或 PWM 引腳，另一個(gè)引腳是每個(gè)兩個(gè)電機(jī)的方向控制引腳。

對(duì)于前進(jìn)方向

GPIO.output(In1A,GPIO.HIGH) # motor1 forward
GPIO.output(In2A,GPIO.LOW)
GPIO.output(In1B,GPIO.HIGH) # motor2 forward
GPIO.output(In2B,GPIO.LOW)

對(duì)于反向

GPIO.output(In1A,GPIO.LOW) # motor2 backward
GPIO.output(In2A,GPIO.HIGH)
GPIO.output(In1B,GPIO.LOW) # motor2 backward
GPIO.output(In2B,GPIO.HIGH)

設(shè)置脈寬調(diào)制

pwmA = GPIO.PWM(EnaA,100)
        pwmA.start(0)
 pwmB = GPIO.PWM(EnaB,100)
        pwmB.start(0)

為了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人，改變占空比，我們可以轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人。

添加 PIR 傳感器以檢測(cè)人體暴露。這里的代碼

if GPIO.input(pir1): # pir1 is defined as pir1 = 18
        print(" Detected ")

超聲波傳感器有 2 針 ECHO 和 TRIGGER（不包括 VCC、GND）

基本的距離測(cè)量是測(cè)量觸發(fā)和回波之間的時(shí)間。我們可以用代碼來測(cè)量時(shí)間

GPIO.output(TRIG, True)
  time.sleep(0.00001)
  GPIO.output(TRIG, False)

  while GPIO.input(ECHO)==0:
       GPIO.output(led, False)
  pulse_start = time.time()

  while GPIO.input(ECHO)==1:
      #Check whether the ECHO is HIGH
       GPIO.output(led, False) 
  pulse_end = time.time()
  pulse_duration = pulse_end - pulse_start

  distance = pulse_duration * 17150
  distance = round(distance,2)
  measuredDistance=measuredDistance+distance

為了控制紫外線燈，請(qǐng)使用 2 通道繼電器。

if getKey('q'): #for on
        GPIO.output(Relay1,GPIO.LOW) # uv light on
elif getKey('w'): #for off
        GPIO.output(Relay1,GPIO.HIGH) #uv light off

完成。然后運(yùn)行。

結(jié)論

這種機(jī)器人可以用紫外線對(duì)大范圍的區(qū)域進(jìn)行消毒。在這種情況下，這種機(jī)器人對(duì)于醫(yī)院、商場(chǎng)和其他人聚集的區(qū)域非常有用。

我們現(xiàn)在已經(jīng)把這個(gè)機(jī)器人做成了可以遠(yuǎn)程控制的方式，如果我們使用激光雷達(dá)，我們可以自動(dòng)控制這個(gè)機(jī)器人不受遠(yuǎn)程控制，減少超聲波傳感器的使用。它會(huì)更加準(zhǔn)確和高效。然后我們安裝了不可移動(dòng)相機(jī)而不是移動(dòng)相機(jī)，我們可以使用伺服電機(jī)將不可移動(dòng)相機(jī)變成可移動(dòng)相機(jī)。我們用了一個(gè)小的紫外線管，如果我們用一個(gè)大的紫外線管，照明率會(huì)提高，對(duì)大面積的消毒效率會(huì)更高。在使用大紫外線管時(shí)，我們需要更換逆變器。

COVID-19讓全球數(shù)十億人感到恐懼，所以我們打造了這樣一款低成本的消毒機(jī)器人，唯一的目的就是參與抗擊疫情。這款機(jī)器人擁有無限的未來可能性。我們希望您能夠以最有效的方式使用它。

謝謝閱讀！