用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人
阅读说明：本技术 用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人 (A mobile robot that is used for respiratory zone of public space to kill new coronavirus ) 是由 陈卓 于书萌 刘星宇 傅圣雪 马良志 周怡 夏子晗 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于公共卫生及防疫技术领域。针对现有的杀毒装置无法有效净化呼吸带的问题,本发明提供一种用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人,它包括：智能移动平台、出风装置、伸缩机构、杀菌装置以及隔离伞,通过进风口在呼吸带内上下移动和移动平台在水平面内沿规划路径对呼吸带进行全平面扫描,从而完成对大型公共空间呼吸带不间断的全透析式的杀毒。(The invention belongs to the technical field of public health and epidemic prevention. Aiming at the problem that the existing antivirus device can not effectively purify the respiratory belt, the invention provides a mobile robot for disinfecting and killing new coronavirus in the respiratory belt of a public space, which comprises: the intelligent moving platform, the air outlet device, the telescopic mechanism, the sterilizing device and the isolating umbrella move up and down in the breathing zone through the air inlet and the moving platform performs full-plane scanning on the breathing zone along a planned path in a horizontal plane, so that uninterrupted full-dialysis sterilization of the breathing zone in a large public space is completed.)
技术领域
本发明属于公共卫生及防疫技术领域，具体设计一种用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人。
背景技术
虽然目前在超市、学校、餐厅、车站等公共空间佩戴口罩、保持社交距离等措施可以有效防止病毒的传播，但是在实际情况下，在复工复产中不管是采取号召和管理措施很难让公共空间聚集的人群时刻保持安全的社交距离。新冠病毒还是有可能附着在气溶胶上在空间中运动。一旦病毒降落在人们经常接触的物品上，或者遇到一些特殊情况例如某个人偶尔摘掉口罩进行饮水饮食等活动时病毒恰好处于人体的呼吸带中，从而通过呼吸系统进入体内，产生感染的风险。
根据相关研究，人体呼吸空气层的高度范围为1.3-1.8m，称为呼吸带。目前市场上推出的空气净化器和带有消毒杀菌功能的空调产品，只能放置在室内某一固定位置，对周围空气特别是呼吸带的控制作用有限。部分可移动的杀菌装置也只是在水平移动，吸风口通常设置在设备的下端，出风口在设备的上端，无法有效隔离呼吸带以上的空气。
发明内容
针对现有的杀毒装置无法有效净化呼吸带的上述问题，本发明提供一种用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人，通过进风口在呼吸带内上下移动和移动平台在水平面内沿规划路径对呼吸带进行全平面扫描，从而完成对大型公共空间呼吸带不间断的全透析式的杀毒。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人，它包括：
智能移动平台，其底部安装有超声测距避障转向轮，其内部安装有电池、电机和智能控制芯片，电机驱动超声测距避障转向轮；
出风装置，设置在智能移动平台上，包括第一壳体，第一壳体的侧壁上设置出风口，内部设置离心风机；
杀菌装置，包括倒置圆台形的第三壳体，其顶部密封，侧壁上设置进风口，底部设置通孔，内部进风口的下方设置两层高压放电网，两层高压放电网的网格交错布置，高压放电网的相对面上布置金属微针；进风口处设置紫外光灯，照射高压放电网；
伸缩机构，设置在出风装置和杀菌装置之间，包括第二壳体、波纹管和电动推杆，第二壳体固定设置在第一壳体上，第二壳体的顶部开设通孔并且与波纹管的一端密封连接，波纹管的另一端与第三壳体的底部通孔密封连接，电动推杆设置在壳体内，电动推杆的推杆末端与杀菌装置的底部固定连接；
以及隔离伞，开口朝下固定设置在杀菌装置的顶部。
进一步的，由步进电机驱动超声测距避障转向轮。
进一步的，所述杀菌装置在电动推杆的作用下，距离地面的高度范围覆盖呼吸带的范围。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
有效隔离呼吸带以上的空气，真正实现了对呼吸带的消杀；通过进风口在呼吸带区间的上下移动和水平路径规划，最终在三维立体呼吸带中实现对空气的全透析；可以实现对大型公共空间呼吸带的自动净化，极大的节省了人力。
附图说明
图1为呼吸带定义示意图；
图2为用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人结构示意图；
图3为用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人的纵向剖面图；
图4为杀菌装置的结构示意图；
图5为呼吸带气流循环透析示意图；
图6为机器人呼吸带运动轨迹示意图；
图7为紫外光破坏DNA结构灭活微生物机理图；
图8为高能紫外光子灭活冠状病毒的峰值波长；
图9为Violeds照射前后的COVID-19；
图10为暴露时间和病毒灭菌率(Violeds与病毒的距离：3cm)。
图中：1、智能移动平台；11、避障转向轮；12、锂电池组；2、出风装置；21、出风口；22、离心机；3、伸缩机构；31、第二壳体；32、波纹管；33超声方位应答感应器；34、电动推杆；4、杀菌装置；41、第三壳体；42、进风口；43、高压放电网；44、紫外光灯；5、隔离伞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人，如图2-4所示，它主要包括：智能移动平台1、出风装置2、伸缩机构3、杀菌装置4及隔离伞5。
智能移动平台1为一圆盘型的小车结构，其底部安装有超声测距避障转向轮11，其内部安装有锂电池组12、步进电机、超声避障测距系统和智能控制芯片。锂电池组为用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人供电。电机驱动超声测距避障转向轮，在遇到行人和障碍物时及时避让绕行，从而保证用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人根据现场规划的最佳行驶路径行进。
出风装置2，设置在智能移动平台1上，包括第一壳体，第一壳体的侧壁上设置出风口 21，内部设置离心风机22。
杀菌装置4，如图4所示，包括倒置圆台形的第三壳体41，其顶部密封，侧壁上设置进风口42，底部设置通孔，内部进风口的下方设置两层高压放电网43，一为正极网，一为负极网；两层高压放电网的网格交错布置，高压放电网的相对面上布置金属微针；第三壳体41的顶部高压放电网的上方、第三壳体41的侧壁上高压放电网的分别设置紫外光灯44，照射高压放电网。金属微针针通过高压尖端放电可形成电晕层，该层可捕捉过滤气流中的气溶胶和病毒粒子。气溶胶和病毒粒子被捕捉后形成带电粒子，被负极网所吸附，由于进出风口处布置有高能紫外光子流，直接照射高压电网，从而消杀宽谱病毒，还可同时兼顾消杀宽谱细菌。
伸缩机构3，设置在出风装置和杀菌装置之间，包括第二壳体31、波纹管32和电动推杆 34，第二壳体31固定设置在第一壳体11上，第二壳体31的顶部开设通孔，并且通过变径管与波纹管32的一端密封连接，波纹管32的另一端通过变径管与第三壳体31的底部通孔密封连接，电动推杆设置在第二壳体内，电动推杆的推杆末端与杀菌装置的底部固定连接，推杆电机的上下往复运动完成杀菌装置的进风口在呼吸带区间的上下移动。第二壳体31还设置超声方位应答感应器33。优选，电动推杆布置在波纹管32的中轴处，以减少对气流的阻碍。
隔离伞5，开口朝下固定设置在杀菌装置4的顶部。为了隔离呼吸带以上空气，隔离伞的直径不小于1.6米。
该用于公共空间的呼吸带消杀新冠病毒的移动机器人的结构，具有以下特点：
进风口设置在上方，出风口设置在下方，气流由隔离伞下部进风口吸入，穿过高压电网被高压电子与紫外光子消杀，无毒气流经波纹管、风机进风口由回转出风口在近地面处排出，形成了呼吸带的上进下排全透析结构。
靠电动推杆完成进风口在呼吸带区间的上下移动，靠移动避障平台，机器人完成了水平规划路径，二者的合运动即为在呼吸带中的空间曲线，最终在三维立体呼吸带中实现对空气的全透析。
高能紫外光子275nm LED消杀新冠病毒原理如下：
当紫外线照射致病微生物时，会破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，引起分子链断裂、核酸和蛋白的交联破裂，使它失去正常复制达到繁殖目的，这是微生物被灭活的机理(图7所示)。
紫外线很常见，它是阳光中波长10至400纳米(nm)的光线，根据不同波段可分为UVA、 UVB、UVC。其中，UVC(波长200～280nm)能穿透生物的细胞膜和细胞核，破坏DNA，起到消杀各种病菌的效果，如细菌繁殖体、芽胞、病毒、真菌等。
此外，根据深紫科技技术研发简报，高能紫外光子灭活冠状病毒的峰值波长为275nm(见图8)。
在SETi和首尔伟傲世的研究中，Violeds技术被用来展示在30秒的紫外线辐射下杀灭 COVID-19效果有多强。这项研究还发现，当冠状病毒被放置在离光源更近的地方，暴露时间越长，灭菌效果越佳(见图9，图10)。
在本发明中，若高压电网直径取d＝40cm，面积S＝1256cm2，紫外灯辐射总通量10mW，距离铜网20cm，在20cm处投射圆斑面积为314cm2，每平方厘米辐射功率为31.85mW/cm2，叠加参数为4，灯的数量为100个，总辐射功率为800μW，灭活新冠病毒需要总辐射通量的为1085mJ/cm2，经简单计算，灭活时间为22.6min。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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