一种消毒装置行车方法、消毒装置与流程

本发明涉及自动消毒技术领域，具体涉及一种消毒装置行车方法、消毒装置。

背景技术：

近年来的卫生问题引起社会关注，对于智能小车应用于杀菌消毒领域实现无人自动的消菌杀毒是目前的发展方向。传统的消毒手段大多是需要工作人员推着小车进行运作，由于人为操作的限制，其工作效率不高，同时消毒范围会出现重复消毒、场地遗漏等各种不可避免的问题。

智能小车机器人可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，远程传输图像等功能。

目前，已公开的关于智能小车机器人相关技术如中国专利公开文献cn111596666a，其披露了一种基于agv运动预测的障碍物碰撞威胁的检测方法，包括根据agv当前位置姿态以及结合导航规划路径，得到导航速度控制指令；接收在线临时障碍物检测，并计算出障碍物威胁系数；根据障碍物威胁系数，通过导航速度控制指令，进行避障判断，如果需要避障，那么进行避障速度控制，其公开的相关技术手段需要通过轮廓计算和威胁度计算，同时其方法只有回转功能，并没有提到绕行技术，功能无法实现消毒小车机器人所需的方案。

又如cn110244708a，其公开了一种agv车避障系统及方法，避障方法为在检测到障碍物后与cad地图中的元素相比对，如障碍物属于cad地图则切换至第一避障模式，否则切换至第二避障模式，运用了模糊预测方法，还需要和地图进行比对，流程步骤繁琐，可靠性无法验证；

又如cn109085832a，公开了涉及一种agv小车自动避障方法及避障系统，控制系统比较道路上除去障碍物的剩余宽度与agv小车的宽度，根据比较结果控制执行器向agv小车发送指令；控制系统根据障碍物与agv小车之间的相对距离及agv小车的行驶速度对障碍物的状态进行判断；根据障碍物的状态、障碍物的轮廓规划agv小车的行驶路径。该技术根据障碍物的状态采用不同的应对措施，但是需要区障碍物的静态与动态，逻辑相对复杂，cpu占用较大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种自动杀菌消毒方案，将消毒剂喷射器安装于可以自行走的小车上，用简单的统一逻辑形式，可以适应于不同复杂场景下的杀菌、消毒应用。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种消毒装置行车方法，应用于需要杀菌、消毒的工作场地，包括以下步骤：

步骤1，获取当前工作场地点云分布图，计算工作场地轮廓线；

步骤2，若工作场地轮廓线宽度数据超过预设值，则建立螺旋等距线，以螺旋等距线位移；若工作场地轮廓线宽度数据小于等于所述预设值，则判断为第一出入口，穿过所述第一出入口并返回步骤1；

步骤3，根据所述螺旋等距线位移，若未遇到障碍物，沿所述螺旋等距线完成当前工作场地的位移；若遇到障碍物，进入步骤4；

步骤4，调用避障方法，若绕过障碍物，进入步骤3；若未绕过障碍物，返回步骤1重新执行；

其中，避障方法包括：步骤4.1，障碍物在第一行车方向上距离小车小于等于第一预设值时，小车基于第一行车方向偏一侧旋转角度获取避障行车方向，小车沿避障行车方向位移；

步骤4.2，计算小车沿避障方向位移的距离节点；

步骤4.3，位移至所述距离节点，基于避障行车方向偏另一侧旋转角度获取折返行车方向，位移至折返行车方向与第一行车方向相交的节点，继续沿预设路径位移；

若在沿避障行车方向位移时获取障碍物信息，或在沿折返行车方向位移时获取障碍物信息，则重复执行步骤4.1至步骤4.3。

可选的，其中，所述避障旋转方向和所述折返旋转方向相反。

可选的，通过定时发射的雷达信号实时获取障碍物位置。

可选的，其中，步骤4.2包括以旋转角度、第一预设值和余弦定理计算小车沿避障方向位移的距离节点，位移的距离=第一预设值*cos30°。

可选的，在所述螺旋等距线上取等距节点，根据等距节点沿所述螺旋等距线绕行完成工作场地的位移。

可选的，还包括步骤2.1，若在以螺旋等距线位移过程中识别有工作场地轮廓线宽度数据小于等于所述预设值的轮廓线，判断为第二出入口，标记所述第二出入口坐标；

步骤2.2，在完成当前工作场地位移后，返回并穿过标记的所述第二出入口，并重新执行步骤1。

可选的，若所述第二出入口有多组，则对所述第二出入口编号并标记坐标，根据所述编号依次穿过每组第二出入口，处理所述第二出入口另一侧的工作场地；

若在其中一个第二出入口另一侧的工作场地识别出第三出入口，则对所述第三出入口编号并标记坐标，根据所述编号依次处理所述第三出入口另一侧的工作场地。

可选的，所述工作场地轮廓线宽度数据的计算方法为：采集若干组小车前方一段距离内的工作场地宽度数据，计算宽度数据平均值即为所述工作场地轮廓线宽度数据；

，其中，wi是其中一组宽度数据，i取1~k。

可选的，完成当前工作场地的位移后，若标记的所有出入口的宽度数据均小于等于第二预设值，则发送信号至服务器。

可选的，当检测到当前位移方向前方的等距线与小车距离小于等距线的距离时，掉头重复最后一段路径。

可选的，步骤1中还包括检测路面下沉深度h的方法：

h=rcosα-h，式中h为小车宽度，α为检测探头俯角，r为检测探头到下沉底面的斜长；

若h大于等于预设值，以下沉区域边沿作为轮廓线处理。

本发明还提供一种消毒装置，所述消毒装置根据上述行车方法运行，其包括至少一组消毒剂喷射器。

本发明的有益效果：

1、在消毒车自行走喷洒消毒剂的应用场景下的行车方法，先利用点云数据进行工作场地的预先分析和行车空间划分，有效规避各种复杂场景下小车行走的效率；在小车行车过程中，采用了一整套的路径规划规则，逻辑简单且包含了所有的可能性，可以有效覆盖所有的需要消毒的工作场地，在遇到障碍物的时候可以调用不同的规避策略，只要将小车放到一个工作场景，其就可以全自动完成所有导通的工作场地的位移。实现高效的杀菌、消毒工作，不会有空间上的遗漏。同时可以基本实现无接触消毒，大大增加了工作安全性，有效保障人民生命健康安全。

2、本发明通过全方位激光雷达的扫描，描绘出小车所在场所周围目标的轮廓线，并随即建立与之相应的螺旋等距线条，在线条上由近及远的分段，并计算出各段上的坐标，然后按照这些坐标逐段去完成行走；并且如果在实施上述行走方案时发现障碍物阻碍，则采取避障方法绕过障碍物并适时回归的绕行法则。

3、本发明将点云数据应用，螺旋行车方法以及基于定值角度的旋转、避障行走距离的计算等技术融合在一起，整合成一种高效的、实现全覆盖的消毒小车行走方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1披露的避障方法示意图；

图2是实施例1披露的另一种避障方法示意图；

图3是实施例2披露的建立螺旋等距线的工作场地示意图；

图4是实施例2披露的三个工作场地示意图；

图5是消毒装置执行步骤流程图；

图6是消毒装置运行循环过程流程图；

图7是多个工作场地处理次序示意图；

图8是路面下沉深度计算方法示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

本实施例以带有消毒剂喷射器的agv小车为例，该小车带有两个喷射头，两个喷射头喷射方向相反，且与小车位移方向呈90°角。此类小车可以双向喷洒消毒剂，喷射头的喷射范围可以根据空间场景的大小进行调整，本实施例中的喷射头喷射距离为可调范围2m-10m。带有消毒剂喷射器的agv小车带有激光雷达设备，可以实现实时检测当前工作场地下的小车周围的障碍物情况。具体可采用2d激光雷达扫描。

基于上述的带有消毒剂喷射器的agv小车，本实施例披露一种小车在消毒过程中遇到障碍物时的避障方法，其应用于小车沿预设路径位移时的工作方法，包括以下步骤：

步骤1，障碍物在第一行车方向上距离小车小于等于第一预设值时，小车基于第一行车方向偏一侧旋转角度获取避障行车方向，小车沿避障行车方向位移；

步骤2，以旋转角度、第一预设值和余弦定理计算小车沿避障方向位移的距离节点；

步骤3，位移至所述距离节点，基于避障行车方向偏另一侧旋转角度获取折返行车方向，位移至折返行车方向与第一行车方向相交的节点，继续沿预设路径位移；

若在沿避障行车方向位移时获取障碍物信息，则重复执行步骤1至步骤3；

若在沿折返行车方向位移时获取障碍物信息，则重复执行步骤1至步骤3；

其中，避障旋转方向和折返旋转方向相反，通过定时发射的雷达信号实时获取障碍物位置。

根据图1进一步阐述其中一种避障方法a。当空间场景较为简单，小车周围障碍物分布较少的情况下，参照图1，一般情况下，小车在靠近当前空间场景的边角位置开始出发，本实施例中为左下方位。其中行车方向的编号规则为，以附图标记a、b、c、e、f、h、x、o的小写字母通过下划线连接表示。

步骤1，当采集到障碍物o在第一行车方向a_o上距离小车小于等于2m时，小车基于第一行车方向a_o偏一侧旋转角度30°，获取避障行车方向a_b，小车沿避障行车方向a_b位移。

步骤2，以旋转角度、第一预设值和余弦定理计算小车沿避障方向位移的距离节点b；

即a-b距离：2m*cos30°≈1.732m。其中，△abo为直角。

步骤3，小车位移1.732m后至距离节点b点，基于避障行车方向a_b偏另一侧旋转角度60°获取折返行车方向b_c。

步骤4，位移至折返行车方向b_c与第一行车方向a_o相交的节点c点，继续沿预设路径位移。

60°的计算可以认为是30°乘以二，在本实施例中的所有旋转角度设定为定值，即当预先设置好旋转角度r，后续所有的旋转角度都以r为基数，即n*r，其中n取1…n。

仍然参考图1，继续阐述另一种避障方法b，若在沿折返行车方向位移时获取障碍物信息，则重复执行上述步骤1至步骤3；便于区分，下面以步骤1’至步骤4’代替。

即此时的第一行车方向为b_c，即上述的折返行车方向b_c，在此方向上，继续以下步骤：

步骤1’，当采集到障碍物d在第一行车方向b_c上距离小车小于等于2m时，小车基于第一行车方向b_c偏一侧旋转角度30°，获取第二避障行车方向b_e，小车沿第二避障行车方向b_e位移。

步骤2’，以旋转角度、第一预设值和余弦定理计算小车沿避障方向位移的距离节点e；

即b-e距离：2m*cos30°≈1.732m。

步骤3’，小车位移1.732m后至距离节点e点，基于第二避障行车方向b_e偏另一侧旋转角度30°获取第二折返行车方向e_f。

步骤4’，位移至第二折返行车方向e_f与第一行车方向a_o相交的节点f点，继续沿预设路径位移。

根据如图2，阐述另一种避障方法c，还具有的工作场地中，当障碍物o点横向面积较大，一次旋转角度无法躲避该障碍物o。便于区分，下面以步骤1”至步骤3”代替。

步骤1”，在避障行车方向a_b行车的过程中再次接收到障碍物o的反射信息，且判断其距离小车小于等于2m，小车基于当前行车方向a_b偏一侧旋转角度30°获取避障行车方向b_h。沿避障行车方向b_h位移至h点。

步骤2”，根据第一预设值2m、旋转角度30°以及根据余弦定理计算所述h点。

即b-h距离：2m*cos30°≈1.732m。

步骤3”，小车位移1.732m后至距离节点h点，基于避障行车方向b_h偏另一侧旋转角度90°获取折返行车方向h_x，位移至折返行车方向h_x与第一行车方向a_o相交的节点x点，继续沿预设路径位移。

需要说明的是，当执行上述步骤1”至步骤3”后仍然无法绕过障碍物o，小车如果再旋转30°，则会偏离既定的轨道，需要对当前小车的工作场地重新判断，详见实施例2的描述。

实施例2：

如图5、图6的流程图所示，本实施例提供一种基于点云数据的消毒装置行车方法，包括以下步骤：

步骤1，利用激光雷达进行扫描，获取当前工作场地点云分布图，计算工作场地轮廓线；

步骤2，若工作场地轮廓线宽度数据超过预设值，则建立螺旋等距线，以螺旋等距线位移；若工作场地轮廓线宽度数据小于等于所述预设值，则判断为第一出入口，穿过所述第一出入口并返回步骤1；

步骤3，小车根据所述螺旋等距线位移，若未遇到障碍物，沿所述螺旋等距线完成当前工作场地的位移；若遇到障碍物，则进入步骤4；

步骤4，采用实施例1所述的避障方法绕过障碍物，若绕过障碍物，回到原路径，继续执行步骤3；若未绕过障碍物，返回步骤1重新执行。

步骤4中，采用实施例1所述的避障方法绕过障碍物，具体包括以下步骤：

首先执行避障方法a，若根据避障方法a绕过障碍物回到螺旋等距线上的原路径，则继续位移；

若采用执行避障方法a无法绕过障碍物，则继续执行避障方法b；

若在执行避障方法a或者避障方法b中的折返路径位移时，再次遇到障碍物，同理执行上述方法；直至完成当前工作场地的位移。

若执行避障方法b后仍然无法绕过障碍物，则返回本实施例下的步骤1。

步骤2中，若工作场地轮廓线宽度数据小于等于所述预设值，则判断为第一出入口，穿过所述第一出入口并返回步骤1；在此以大空间和小空间描述，即判断当前场地为大空间还是小空间，若为大空间，执行步骤3，若为小空间，直接穿过所述小空间，并返回步骤1。

进一步的，判断当前工作场地为大空间还是小空间，以及出入口的具体方法包括以下步骤：采集若干组小车前方一段距离内的工作场地宽度数据，计算宽度数据平均值；，其中，wi是其中一组宽度数据，i取1~k。

判断若≤2m，属于小空间，则记录出口参数，记录出口位置。

先处理当前工作场地，完成当前工作场地位移后，回到标记的出口位置，穿过对应编号的出口位置，如果有多个出口，按照编号一一处理。

判断若＞2m，属于大空间，回弹步骤1，并且继续往下走。

进一步的，步骤2中还包括以下步骤：

若在以螺旋等距线位移过程中识别有工作场地轮廓线宽度数据小于等于所述预设值的轮廓线，判断为第二出入口，标记所述第二出入口坐标；

在完成当前工作场地位移后，返回并穿过标记的所述第二出入口，并重新执行步骤1。

若所述第二出入口有多组，则对所述第二出入口编号并标记坐标，根据所述编号依次穿过每组第二出入口，处理所述第二出入口另一侧的工作场地；

若在其中一个第二出入口另一侧的工作场地识别出第三出入口，则对所述第三出入口编号并标记坐标，根据所述编号依次处理所述第三出入口另一侧的工作场地。

直至不再采集到出入口（第一出入口、第二出入口和第三出入口），完成行车。

小结：当消毒装置通过出入口进入到一个工作场地或工作人员将其放置在其中一个工作场地，消毒装置采用点云技术获取当前工作场地轮廓线，判断其为大空间还是小空间，若为大空间则根据上述步骤建立等距螺旋线，以等距螺旋线完成消毒装置的运行，在运行过程中实时记录出入口信息。完成当前大空间的工作场地后，判断是否记录有出入口，若有，则根据编号依次进入出入口，从出入口进入另一个工作场地，重复上述流程；若无，判断当前空间是否为起始空间，若是则结束当前工作流程；若否则返回上一个工作场地，判断是否有其他未处理完成的出入口，若否，判断当前是否为起始空间，重复上述判断和处理（如图）；若是，从出入口进入另一个工作场地，重复上述流程（如图）。

通过图3进一步描述：步骤2，分析当前工作场地轮廓线，在所述工作场地轮廓线内建立螺旋等距线。

对该工作场地轮廓线内部做由外向内的螺旋等距线，以所述螺旋等距线为行车路径，在螺旋等距线上取等距节点；小车以所述等距节点为行车轨迹的驿站，记录各点驿站的坐标，小车根据所述驿站坐标进行位移，以确保小车位移路径的正确性。小车根据等距节点沿所述螺旋等距线绕行完成一个工作场地轮廓线内的位移。

由于行车路径是由外向内的螺旋等距线，小车走过第一圈行车路径后，以相同的方法完成其他路径，当检测到当前位移方向前方的等距线与小车距离小于等距线的距离时，小车旋转180°重复一次最后一段路径m-n。

通过图4，进一步阐述有3个出入口，以及三个独立工作场地的情况下小车运行流程。如图4有三个独立的工作场地，分别是工作场地100、工作场地200和工作场地300，以p点为起始点和终点，根据上述的方法对三个工作场地进行编号，对三个出入口进行编号；依次完成所有工作场地，返回到终点p。

首先小车位于工作场地100，利用激光雷达进行扫描，获取当前工作场地100点云分布图，计算工作场地轮廓线；分析当前工作场地轮廓线，在所述工作场地轮廓线内建立螺旋等距线。

小车根据所述螺旋等距线位移，若未遇到障碍物，沿所述螺旋等距线完成当前工作场地的位移（此部分把遇到障碍物的流程省略了，如遇到障碍物，参见前述流程）；在绕行过程中小车通过激光雷达识别出了第一个出入口，将其标记序号，并记录坐标。

完成工作场地100的行车路径后，调取记录的出入口编号，从出入口穿过；穿过第一个出入口之后检测到当前环境为一个小空间，小车直接穿过前方小空间，并识别出第二个出入口，穿过第二个出入口，进入工作场地200，识别出工作场地200为一个大空间，则重复上述建立螺旋等距线以及行走的流程；同理完成工作场地200之后进入工作场地300，并回到起点（终点）p。

通过点云数据获取当前工作场地轮廓线采集若干组小车前方一段距离内的工作场地宽度数据，计算宽度数据平均值在；判断若≤2m，属于小空间，确定行车路径为单向单次路径。小于等于2m的工作场地轮廓则不需要进一步的进行螺旋等距线的布置，直接进行单向单次的行走即可完成相应的工作。本实施例中采用的2m参数可以更具需要进行适应性调整，不作限制。

如果小车带有消毒剂喷射头有左右两个，则以最小射程2m计算，小于等于2m的工作场地轮廓则不需要进一步的进行螺旋等距线的布置，直接进行单向单次的行走即可完成相应的工作。

参考图6和图7，对于多空间，多处入口的工作场地处理采用t(m,n)次序完成，其中m为处理轮次（或认为是工作场地编号），n为当前轮次下的出入口序号，则记出入口编号为tmn，例如t12为第1工作场地下的第2个出入口。

进一步的，m为大空间工作场地编号，也就是当前处理轮次，n为当前工作轮次的出入口，处理规则包括：完成m轮次下的工作场地后，依次进入m轮次下的工作场地的n个出入口，在同一轮次下的其中一个出入口另一侧如是另一个大空间工作场地，即为新的轮次，同样以上述规则进行处理。所有轮次的工作场地按照发现顺序依次处理，所有出入口按照编号依次处理。若在依次处理出入口的过程中不再发现其他出入口，则退回上一个轮次处理下一编号的出入口。

进一步的，若出现断电等情况，记录当前坐标，返回充电地点完成充电后返回记录的坐标，继续跳转到充点前的工作流程继续处理。

以第1工作场地为起始点，利用激光雷达进行扫描，获取第1工作场地点云分布图，计算工作场地轮廓线；

第1工作场地轮廓线宽度数据超过预设值，建立螺旋等距线，以螺旋等距线位移；（此处省略避障流程，详见实施例1的技术方案）；

在第1工作场地位移时，识别到两个出入口，分别标记为t11和t12，完成第1工作场地的消毒工作后，穿过t11以同样的方法处理第2工作场地，完成后穿过t12处理第3工作场地；在处理第3工作场地时识别到三个出入口，分别标记为t21、t22和t23。依据上述处理方法进行第9工作场地和第8工作场地处理。

即，在处理完当前需要杀菌消毒的大空间之后，过程中本空间场所发现的所有出入口都编为同一个轮（同一个m）。

特别的，如第4工作场地至第6工作场地三个大空间的处理，由于本技术方案中消毒装置采用雷达实时采集的数据，所以第6空间是最后发现的空间，t23出入口的通道为小空间，在本实施例中，小空间中的出入口发现后即处理；大空间的出入口标记后再依次处理，该规则下可以节约更多的时间。

如图8所示，步骤1中还包括检测路面下沉深度h的方法：

h=rcosα-h，式中h为小车宽度，α为检测探头俯角，r为检测探头到下沉底面的斜长；

若h大于等于预设值，以下沉区域边沿作为轮廓线处理。

图中△abc为直角三角形，ab与ac为其两个直角边，r为其斜边。

检测路面下沉深度h的方法和步骤1中工作场地轮廓线检测环节同时并举。即当路面下沉数据假如和当时的水平距离数据同时存在时，优先以下沉区域边界作为工作场地轮廓线。

本实施例中h的预设值（阈值）为3cm，根据不同小车的性能，在其他实施例中该数值可以做相应调整，以小车能否平稳驶过为评估标准。

其中，采用点云数据的好处为，在前期将工作场地进行一个全面的分析，制定出不同的行车策略，有利于高效快速的完成工作。

在做所述螺旋等距线时，本实施例采用多层方形螺旋圈状，方形的螺旋圈的转弯角度为直角，对于agv小车的旋转，变换方向更加的方便且容易控制。

其他情况，1)完成当前工作场地的位移后，若标记的所有出入口的宽度数据均小于等于第二预设值(即当前空间狭窄)，则发送信号至服务器，回到出入口处理其他工作场地，如无其他需要处理的工作场地，则结束工作。完成全部任务结束工作后，自动行驶到指定位置充电。

2)若监测到中途出现停止达到1分钟时，立刻以无线网络通知管理处，信息包括报送自己的位置，机器故障码(如电源枯竭、系统故障等)。

3)当监测到电源电压下降到临界值(70%或者其他预设数值)，小车自动行驶到指定的位置充电，而后再返回中断地点继续工作。

实施例3：

本发明还提供一种消毒设备，所述消毒设备包括自行走小车（如实施例2所述的agv小车），小车上装载至少一组激光雷达设备、陀螺仪、定位系统以及ads系统，以保证小车的正常定位、障碍物识别、转向等功能。以及至少一组消毒剂喷射器，如单侧方向的消毒剂喷射器，两组方向相反的消毒剂喷射器。消毒剂喷射器喷射范围为2m-10m。

其中，所述激光雷达为360°角度发射。本实施例中采用两组激光雷达分别检测工作场地轮廓和下沉区域。在其他实施方式中也可以采用一组。

基于本实施例，针对消毒车自行走喷洒消毒剂的应用场景下的行车方法，先利用点云数据进行工作场地的预先分析和行车空间划分，有效规避各种复杂场景下小车行走的效率；在小车行车过程中，采用了一整套的路径规划规则，可以有效覆盖所有的工作场地，在遇到障碍物的时候可以调用不同的规避策略，只要将小车放到一个工作场景，其就可以全自动完成所有导通的工作场地的位移。

本实施例提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有实施例1和实施例2所述的行车方法的程序。用于被处理器调用实现相应的运行。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。