AGV 智能消毒降尘喷洒车设计

李海珍， 王德军， 赵现省

（1. 单县职业中等专业学校， 山东 菏泽 274300； 2. 生态环境部， 北京 100006；3.科铄智能科技（烟台）有限公司， 山东 烟台264006）

0 引言

2019 年底以来，一种名为“COVID-19”的冠状病毒席卷全球， 目前已造成全球数千万人感染， 数十万人死亡，全球经济体遭受重创。 本次爆发的“COVID-19”冠状病毒， 以及2003 年出现SARS，2012 年以后出现MERS是对人类的自身免疫系统一次又一次的挑战， 在疫苗尚未问世之前，如何行之有效的消灭病毒是棘手的问题。而当前用于户外消灭病毒的最强有力的方法， 就是使用消毒液进行重点区域的消杀， 特别是防疫重地和敏感区域必须安装消毒设备。人工消毒存在潜在的疫情传播风险，使用智能消毒机器人很好解决了这一问题， 而且消毒机器人可实现不间断工作，大大提高了消毒效率，相比传统的人工推车消毒用时更短、消毒更全面，有效避免交叉感染，为进一步控制疫情争取时间。

市场上常见的智能消毒机器人， 主要以遥控车辆为载体，集成消毒系统和设备。 消毒方法一般为超干雾消毒和紫外线消毒两种。 超干雾消毒，即喷出纳米级别的水雾分子，快速吸附细菌、病毒、芽孢等微小颗粒，实现完全消毒， 这种消毒方式不仅适用于封闭空间同时也适用于开放空间。紫外线消毒，是使用254nm 波长的紫外线损坏病毒，瓦解细菌的DNA 或RNA 分子结构，实现灭菌消毒，这种方式需要防止辐射照射到人体造成灼伤。 本文介绍的AGV 智能消毒降尘喷洒车喷出的雾粒十分细小， 当其与空气中病毒、粉尘、细菌接触时，会形成一种潮湿的雾状体，可以快速的杀死病毒、病菌，并同时将粉尘抑制，此种智能喷洒车无论是在露天的道路，还是室内都非常实用。喷洒车操作灵活，既可以自动控制，也可以遥控控制，同时还可以根据实际环境情况旋转及调节喷雾角度， 设备安全可靠， 耗水和耗药量相比其他的喷洒设备可节约60%～75%[1，2]。

1 主要结构

AGV 智能消毒降尘喷洒车主要由地面指引预埋系统，见图1、AGV 底盘系统、自动喷洒系统、充电供水系统组成，见图2。 此车动力源采用电能作为动力源，续航长达24 小时，电量不足时会亮起红灯，并自动退回库位的充电桩充电，库位还设有自动补水装置，充电的同时还可以给水箱补充水，待电量充满后继续进行当前工作。智能喷洒车还支持远程遥控行驶，实现人机分离，有效降低防疫工作者的感染风险。在消毒过程中，智能喷洒车通过语音播报，提醒行人规避，保证行人的安全，当完成消毒任务后，智能管理系统检测空闲时段时，会自动调度回到指定的待命点， 同时补充水和电能， 也可根据新的消毒任务，指派待命中或即将待命的智能喷洒车就近完成任务。当智能喷洒车即将进入另一台智能喷洒车的作业路段时，会先检测该路段是否有其他机器人在执行命令，若有则停车等待通行，若无则会向系统反馈行驶信息，防止车辆交叉作业。

图1 地面指引预埋系统

图2 智能消毒降尘喷洒车主要结构

1.1 自动喷洒系统

采用消毒液和水箱分离设计， 内置耐腐蚀树脂消毒桶可装载84 消毒液、农药、杀虫剂等环保溶液，可完成物理降温及降尘，病毒消杀，病虫害防治等工作，水箱装载纯净水。 高压雾化喷头，可以调节喷出液体雾化状态，环绕喷射，对于重点区域，可调节喷洒时间，做到动静皆宜。智能喷洒车可以根据需要自动调配溶液浓度， 节省药液使用量降低成本，药液用尽后会报警，并自动返回场站进行添加。同时采用消毒液和水箱分离，可以实现消毒和降尘的无缝切换， 避免了消毒液残留问题， 实现了一机多用。 在行进工作时，车上可以搭载的LED 显示屏，配合音乐滚动播放用来警示路人。 智能喷洒车可通过路面预埋的磁条在重点路段往复定时消杀， 也可人工使用遥控器进行遥控操作，更加方便用户多场景使用，同时搭载减震橡胶轮胎，一些坑洼路面也能正常工作，同时搭载自主导航功能，可根据规划路径进入狭窄的公共场所，采用递进式消毒模式，24 小时循环定点消毒[8]见图3。

图3 自动喷洒系统主要结构

随着人们对空气质量要求越来高，雾霾、空气中的可见粉尘、PM2.5 等需要治理，要求路面设备同时有一定的除尘效果。根据空气动力学的相关研究表明，颗粒在空气中的状态主要取决于粒径， 当水颗粒的粒径在10μm 以上时，在空气中主要是下沉的状态，然而当水颗粒的粒径在10μm 以下时，颗粒则主要处于一种悬浮的状态。 因此人们通常把10μm 以上粒径的下沉状态的水雾称之为水态雾， 同时把10μm 以下粒径的处于悬浮状态的雾称之为气态雾， 自动喷洒系统可以随时随地生成这样的环境见图4，并且喷雾均匀、抑尘除菌效果好而且用水量少，是首选的除尘喷雾消毒设备。

图4 除雾原理

自动喷洒系统特点：

（1）喷嘴：除尘效果与喷雾颗粒直径有密切关系，是喷洒系统的灵魂部件——喷嘴将水雾转化成为适合的降尘水雾颗粒，使喷洒更加均匀，同时降尘速度更快。

（2）风机：风机的主要作用是迅速的产生高速气流。电动机带动叶轮旋转时，高速气流就从出风口喷出，把喷嘴雾化形成的细小雾滴流吹到需要消毒灭菌的区域。 与此同时，在高速气流的作用下，物体会产生扰动，有利于雾滴充分的进入其内部，提高了喷洒效果。自动喷洒系统采用风压高、风速大、驱动方便、气流穿透力强的离心风机，叶片采用全压效率较高的后向弯曲叶片，除了可以保证喷雾射程以外，还可以给使雾化效果的提高。

（3）增压泵：增压泵是自动喷洒系统的心脏，实现把水箱和浓缩消毒水箱的液体从储存箱输送到喷嘴， 通过高压水流把水雾化。

（4）转向定位装置：自动喷洒系统在风机和出风管连接处增加了转向定位装置和角度控制装置， 可以使出风管出口方向既能在水平面内作360°旋转又可以调整角度，以适应作业风向的变化。

（5）实时检测：智能消毒降尘喷洒车可连接多种检测传感器，例如粉尘传感器、温度传感器、病菌传感器等，利用车载5G 通信模块实现现场环境的实时监测跟踪；并可以根据预先设定污染值，当到达预定值，自动启动设备见图5。

（6）纯净水、浓缩消毒水比例控制器：比例控制器核心部件是电动三通调节阀，它主要由三通调节阀体和直行程电动执行机构等组成。电动执行机构是一种电子式一体化结构， 包括伺服放大器、输入控制信号及电源；它可控制进口阀门，从而实现对流量、压力、液位、温度等参数的调节。电动三通调节阀具有接线简单、动作灵敏、体积小、调节精度高等特点。电动三通调节阀具有合流和分流功能， 本设备使用电动三通调节阀的合流功能。 电动三通合流调节阀主要用于将两种流体混合后形成第三种流体。电动三通调节阀可代替两台互为开关的单、双座调节阀，用于液体的调节与控制。当智能喷洒车开启除尘模式，关闭浓缩消毒液进口，喷洒混合液完全为纯净水，实现降尘功能。 当消毒降尘喷洒车开启消毒模式，根据现场实际污染情况，可以实时调节浓缩消毒液进入比例，即节省了消毒液也减少了二次污染，见图6。

图5 消毒实时联动

1.2 AGV 底盘系统

图6 消毒水比例控制原理

AGV 综合了声、电、机、光等现代科技领域先进的理论和技术，见图7；具有单车编程和系统控制管理功能，能按照指令沿预定路线行驶，到达预定地点，完成一系列的作业任务。同时它还可与外部的自动化物流系统、生产管理系统、信息自动化系统完美结合，实现对信息的联网流通和管理的实时监控。它还可以通过车载伺服驱动与控制、无线电通讯、红外通讯或微波通讯、信息采集与处理、快速充电等技术，实现对AGV 的实时监控。 消毒降尘喷洒系统以AGV 为载体实现喷洒消毒的自动化及智能化，通过智能终端与所在工作区形成物联系统，按照预定程序，无需人工操控，便可以自主过电动门，搭乘电梯，在楼宇内各个区域自由运动，形成自动消毒的工作闭环，而在人口聚集区以及建筑死角，机器人可以通过云端设置，自动延长逗留时间，提高空气中的喷雾浓度，对重点区域进行强化消毒。

图7 AGV 底盘系统

智能喷洒车主要以前后两个激光区域传感器为定位模块，通过360°的全息感知系统，达到避障功能，实时感知0～4m 区间环境， 进行消毒作业时能够自动避让障碍物。激光区域传感器系统的优势是，测量光束发出后再经由物体反射回到传感器的时间，计算出物体的距离、方向和角度，光速传播能极大减少识别误差。

车尾放置雨量传感器，如雨势加大则自动停止工作退回场站待命。 电池模组温度传感器，遇高温报警并停止工作，电池模组主动散热风扇进行散热。 行车碰撞预警系统可防止车辆撞击障碍物造成故障和人身事故，如障碍物无法消除则车辆会自动向管理员发出通知排除路障。另外车顶还可以放置太阳能光板，可吸收光能转换为电能，为车内一些耗电量小的电器供电， 如散热风扇，LED 屏幕，车体灯光、扬声器等[2-4]。

1.3 供电供水系统

目前AGV 按充电方式来划分， 分为在线充电和离线充电两种：

（1） 在线充电便是利用AGV 小车暂时停留或者工作等待的零散时间进行充电， 它不需要AGV 小车离开其工作线路， 也不需要预留专门的时间进行充电， 这种充电模式通俗的来说是一种随机充电的模式，这样做更容易提升它的搬运效率，在实际应用中需要将多个AGV 充电桩放置在AGV 的活动区域和工作流程中。

（2）离线充电，顾名思义就是当AGV 小车在充电时需要驶入固定的充电桩或者充电位进行充电， 此时工作循环需要专门的充电时间。

按充电连接方法，分为接触式充电和无线充电两种：

（1）接触式充电即所有充电回路需要使用电缆和充电触头将AGV 小车与供电系统连接， 直接对其进行充电。接触式充电的特点可提供较大的充电电流， 可以实现快速充电，但其不适用于频繁的随机充电，并且实际使用中存在充电触头磨损，需要定期更换。并可能在充电过程中可能会产生火花，存在安全隐患。另外因为充电触头系暴露部件，无法在低温凝露、潮湿、易燃易爆等环境工作，充电系统需要设置在室内。

（2）无线充电即非接触充电装置，不需要用电缆将车辆与供电系统连接，省去了充电触头，充电器及用电的装置都可以做到无外露。运用无线充电技术可以使AGV 储能系统与充电系统之间实现电气隔离， 从根本上消除普通接触式充电方式带来的弊端，更加安全，适用性更广，但是承载充电电流较小，充电效率低。

考虑设备成本，智能喷洒车采用离线接触式充电。设置封闭式充电位，并设置供水控制器，当智能喷洒车充电时，同时小车打开水箱盖，利用充电时间补充水箱内纯净水，见图8[5-8]。

图8 供电供水系统

2 主要优点

采用独特的模块化设计，产品为上下两个模块组成，上部分为自动喷洒模块，下部分为AGV 驱动模块。 用户可以根据需要将上部自动喷洒系统更换为货运系统，AGV 驱动模块可以与喷洒模块和货运模块共同适配，可以自行前往隔离区进行消毒或者运送餐食、医疗物品等，减少过程接触；喷洒系统设置纯净水、浓缩消毒水比例控制器，可以实现消毒降尘功能的切换，实现一机两用。 智能喷洒车适合医院、工厂、道路、公园、居民小区、实验室等需要定期消杀除尘的场所， 相对目前主要采取的人工喷洒消毒具有低噪声，高效率等优点，能同时兼顾实用性和经济型，是降尘灭毒创造人类居住环境的理想选择。

3 结束语

近年来， 新发呼吸道传染病如中东呼吸综合征、SARS、人感染高致病性禽流感等层出不穷。 比如2019 年12 月我国湖北省武汉市发生的新型冠状病毒感染的肺炎疫情，并迅速蔓延到全国各地。特别是公共场所人员聚集，主干路、医院、小区、街道都是重点区域。 大型综合医院是发现传染病的前沿阵地， 是开展医疗救治的一线战场，但因病源复杂、疑难危重患者多、人员密集，医院也是疫情防控的重点及难点区域， 消毒灭菌是控制疫情的重要手段。采用AGV 智能消毒降尘喷洒车既可以高效安全的消毒也可降低人员的风险， 此产品对防疫消毒降尘方式革新有一定影响[9-10]。