某牌杀菌消毒机器人产品概念设计

绪论1.Introduction1.1课题研究背景（Researchbackground）2019年12月左右，新型冠状病毒导致的肺炎疫情开始在武汉被发现，并伴随着春节这个人员流动的爆发的时间，将不同程度的病员推送到了全国各地，随后各级政府分别采取了部不同程度的应对措施，武汉封城，各大中小城市开始停止公共交通，封闭公共场所和住宅区等。疫情的严峻性对疫情防控尤其是人员高度聚集的城市社区提出了挑战。疫情无法短时间结束，那么就意味着防控工作任重而道远。在2月19日国家卫生健康委办公厅、国家中医药管理局办公室发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第六版）》中，关于病毒传播途径的表述：经呼吸道飞沫和密切接触传播是主要的传播途径。中国疾控中心表示通过调查显示，病例最多可以追踪到与确诊的病例有过近距离密切接触的情况，二次传染和三次传染很难直接知晓，因此，避免人与人之间的直接接触，保证封闭空间里高质量的消杀，切断病毒在社交环境里的传播途径，阻止疫情的扩散和蔓延，就是疫情防控中需要考虑的根本出发点。在此背景下，城市社区的消杀工作成了必不可少的一部分，而现国内的社区消杀工作主要靠人工消杀或偏大型消杀车进行，人工消杀耗时耗力且在社区较空旷地区以及狭小环境无法有效进行消杀。关于城市社区智能消杀设备的研究，是在特定的环境约束中切实考虑病毒灭活，利用智能产品的适应性有效的对小范围环境进行消杀，符合时代大环境智能融入生活的趋势，在特殊情况时能有效减少人工和物资消耗，为基层生活防疫增添色彩。并且，我国的消毒行业早在20世纪就开始了，有了一定的历史积累和前期研究，有相关的研究理论支撑，对于本课题的研究有一定的推进作用。1.2课题研究内容及意义（Researchbackground）1.2.1研究内容（1）国内研究现状此次疫情使我们发现，我们在应付人员集中的小范围的环境的消杀时，显的有些力不从心，国内在社区智能消杀方面才刚刚起步，产品种类外形相对单一，运用技术的种类比较集中，终端控制不具有较高的普及性，并没有联动已有的资源来进行有效的终端操作。目前在市场上，紫外线杀毒、过氧化氢等消毒液喷洒式消毒、空气过滤等功能基于一身的消杀机器人占有市场的大部分份额。并且在对设备的理论研究方面，没有大量的理论文献带动对此类产品的深入挖掘和有效引导创新；但是在设备的下属类别中，如消毒液，杀菌灯，终端控制等方面已经具有一定的理论研究和一定份额的市场并且已经相对成熟。在此方向上，国内市场现在欠缺包括从研发到销售途径的资源整合、对现有资源的有效利用和有效搭配，以及对技术的创新。（2）国外研究现状国外的消毒行业比国内开始的要早一些，国外的消毒夜的研究、消毒方式的发展和消毒标准的细化方面比国内来讲相对完善的多。现在消毒国外的消杀设备多采用UV或UV-C的照射消毒方式，与传统的喷洒时消毒相比，效率高，无二次污染，但缺少自主导航能力，设备无法自主运行到工作区开展消杀工作。观望国内外的现况发现，各国虽在消杀标准和使用内容不同，都有各自为好和欠缺的一面，我们要相互促进相互交流在世界卫生发展方面携手共进。（3）发展趋势1.智能控制消杀产品的开发具有必要性不仅在疫情这样的特殊情况期间，在日常生活中玩耍交友，以及在社会的不同场合，医院、餐厅、公共娱乐场所等为了保证生活健康和避免传染性疾病的交叉感染也使得在人员集中的小范围环境的消杀工作也具有极高的必要性。2.结合时代背景，智能产品发展潜力巨大在智能高速发展的今天，类似消杀这种低成本的工作完全可以由机器取代。大中小型移动智能消杀产品的发展前景一片向好，在此次疫情的驱动下，未来短期内大中小型智能消杀产品会如春笋般探头，充实这个市场，并且在积累堆得一定经验和进行一系列的开发研究后，产品种类和消杀质量会再上一层台阶。环境和事件也提高了人们自我防护的意思，那么智能产品的私人化也是未来的发展情景之一，怎么把现有设备高效化、生活化，给人们提供更健康的生活环境也是我们以后要突破的方向。1.2.2研究意义本课题是基于人口集中的小范围环境研究智能化的消杀设备，具有以下的意义：（1）首先能在特殊情况下最大程度的节约人力供应众所周知，在疫情期间会出现人员紧张的情况，利用智能化产品替代人工，将人工分配到更需要的岗位上，能有效的保证特殊情况时期的工作质量，并且智能消杀产品能比人工更高效的更全方面的进行消杀工作。（2）能使人们体验一种更温和更智能化的消杀环境，能涵盖的消杀环境种类多，智能操控省时省力相对来讲，智能化的产品能在消杀时保持一种更能使人适应的工作状态，比如消毒液的浓度，设备工作时间更好的搭配的环境时间等；同时，利用自身的微电脑控制，设备可能会对某些角落或者场景的空气质量做出更科学的判断由此选择更有效的消杀模式；终端操控能更好的实现多机器同时作业，在一处实现有效的设备控制。（3）可为此类设备后续的研发提供前车之鉴对于此次的产品分析研究及成型过程中一定会有失败或重蹈覆辙的存在，那么在此后的研究中就能为其他产品提供经验避免功亏一篑；同时，产品的研究一定伴随着创新和崭新的认知，也能为类似的产品研究提供向上的台阶。前期准备工作2.Preparatorywork2.1设计调研2.1.1现有小型喷洒设备的分析（1）无人机喷洒无人机一般使用的是超低空作业或者是低空作业，并且能通过非常精确的导航系统调节无人机与喷洒区域的距离，能够保证通过雾化器作用的喷雾能够均匀雾化进行喷洒，从而能够使喷洒出的液体更加均匀的附着在目标物的表面或者周围，使得喷洒效率更高。传统的喷洒方式在使用过程中，要喷洒的药物可能会因为各种途径进入使用人员的身体，对使用人员的健康有着不大不小的影响；而无人机喷洒可以实现远程操控，直接由人员远程操控，对于使用人员没有太大的技术能力要求，节约了不少工作量，并且也能够避免药物和使用人员的近距离接触，避免了药物对使用人员的身体健康影响。无人机喷洒具有很高的工作效率，是普通喷洒方式的喷洒效率的4倍以上，甚至是人工喷洒的60倍以上，效率高，能够及时使用；并且无人机喷洒对于地形使用环境并没有太高的要求，不会大范围的被影响，所受的干扰因素也较少，室外的不同的场景，都可以使用无人机。同时，无人机喷洒可以降低适当的成本，提高药物的可利用性，节约水资源，保证药物能够有效的被利用。但无人机喷洒也有一定的缺陷，比如造价昂贵，容量较小使得使用时间较短，调试步骤比较繁琐...等。在疫情防控中，利用无人机“非直接接触”的方式，能后有效完成消杀任务，为疫情防控提供新思路，确保疫情防控的推进；同时，因为无人机的特性，使用高度较其他喷洒装置能够更清楚的熟知喷洒区域的环境特点。人工喷壶人工喷壶是一种较为普遍适用范围比较广的消杀方式，使用较广的有两种类型：人力喷壶和电动高压式喷雾器。相对于其他消杀方式来说比较传统并且非常长时间的历史了，其基本操作方法，一般是将储存壶背在背上或者斜挂在身上，利用操作气压装置将液体雾化，同时通过人工转换消杀区域，实现消杀。人力喷壶大都是喷射管连接一个塑料瓶，瓶内装有不同的消毒液体，通过按压，气泵产生气流，进入导气管压向喷头，在喷头的作用下形成高速旋转的涡流区域，消毒液在气流的作用下进入喷头，与气流混合由喷嘴喷射而出，一般材料由耐腐蚀塑料制成。电动压力式喷壶，由电动小型压力器、电池、着药箱等结合而成，由电池供电，电动机带动塞泵产生压力再由喷洒口喷洒而出。在使用过程中，因为气流或使用方式等原因，人会在使用过程中与药物接触，甚至药物会通过皮肤交换或呼吸等方式进入人体内，对人体健康造成影响。此方式使用过程耗时耗力，需要耗费大量人工，同时消杀质量不能得到有效保证，但成本低廉，使用的适用性较高，所以适用范围较广。（3）小型消毒车消毒车是近两年兴起的消毒方式，在城市街道和消毒必要区域运用的较广，由司机驾驶，在需消杀区域行驶，车后方为储存消毒液的罐体和喷洒装置，一般像向左、右、后、三个方向喷洒，其喷洒量大，喷洒液体在重力和行驶速度的惯性以及风速的作用下，喷洒范围就会比较大。一般的小型消毒车采用两种喷洒方式:一种是通过气溶胶喷雾器将液体雾化成为气溶胶,就是将溶液变成小于50微米的雾状颗粒,平均颗粒为15至20微米,使药液能长时间漂浮在空气中,从而进行空气消毒。另一种是通过高压水喷嘴,使药液以水雾状细小水滴的方式向外喷洒,利用重力和压力的双重作用对地方或物体表面进行消毒,大容积的储存罐和喷洒装置，动力装置被安装结合在车体上,整个系统的的控制设置安装在司机能够操作的仪表盘上,在准备阶段，由人工负责将储液箱中储满药液,将清洗箱中储满清水，在使用阶段，由驾驶员控制药液的喷洒.在操作系统的仪表盘处设有操作装置和开关等。同时，这种成系统的消毒装置的好处是在消毒工作完成后，可通过自身的动力结构设计对自身进行管路的清洗，按下启动清洗工作的按钮，设备将自动关闭药业管路等，打开清洗器进行清洗。多功能喷雾消毒车的好处是可以快速、灵活、有效地对空气及地面进行消毒,而且操作简单、节省人力，并且消杀范围较大，消杀质量也可得到保证。2.1.2远程操纵智能设备的分析（1）直接控制和远程控制结合直接控制需要操作者通过相关设备、接口、或者屏幕等发送控制指令及相关参数对从机器设备进行运动控制。在此交互过程中，体现了两方面的信息传递，一是显示器向人展示设备和操作信息，另一种是设备直接接受人发出的信息。在设计方面，应用此种结构后，操作人员能够根据该种工作要求结构对机器设备的远程操作设计执行路径，直接控制结构大幅度的避免了局部自治的弊端，但是要求操作者具备一定的专业素养，要使工作人员在使用前接受培训训练，了解并且能够熟练掌握控制指令，这种方式也降低了远程操控的效率。远程控制主要依赖于遥操作机器人远程操控端的执行能力，其主要特点是操控人员遥控操作端与客体执行端区分开来。基于此种操作方式，控制的可靠性及精确度能够得到保证。但是，远程控制控制对于遥操作远程端智能程度有一定程度的要求，因为受技术发展和不可控因素的限制，在遥控环境、信号传递环境受到干扰的情况下，此操作系统的灵敏性、准确性会受到不同程度的影响，可能会出现指令延迟、行动迟钝的现象。共享控制共享控制中和了直接控制和远程控制，避免了直接控制远程操控效率低下的缺点并克服了远程控制对遥操作执行端过分依赖的缺点。这是一种考虑较为全面的控制系统，考虑到使用者在复杂操作环境中自身安全的问题，同时为了保证实现远距离遥操作任务的顺利执行，在直接控制和远程控制的基础上，共享控制系统应运而生。在基于共享控制遥操作的系统中，操控人员发出的指令可通过系统自动被提取，再通过传输设备等传递运动规划的指令，最后在操作系统上接受信号并进行自身的调节，同时，在客体端实时反映设备自身的行动变化。在基于共享自治的结构中，使用人员和遥操作机器设备均具有一定的智能能力，并且由使用人员和遥操作机器设备共同完成控制远程操控任务。同时这种共享控制的遥操作使使用人员与遥操作机器设备共同分担责任：一方面，系统要求使用人员进行一定的直接控制；另一方面，系统要求遥操作机器人执行端又具有一定的自主能力。（3）小结由于受到科技发展的限制，现有的远程操控系统基本为以上三种类型，未来在科技人员的努力探索和突破下，远程操控系统的精确性和稳定性一定会再上一层楼，远程操控的方式在未来也应该会百花齐放。2.1.3关于小区内部需消杀环境和使用环境分析老年代住房老年代住房是具有较久历史，城市化进程中的产物，老旧小区的环境便利性，小区布局等都具有较大的弊端，会面对设备不完善，现代化工作无法有效开展的问题。并且老年代小区的主要居住群体为老人，老旧小区的老龄化率远远超过了城市平均水平，老旧小区的施工标准不高、户外环境的便利性程度低、配套设施不足、无障碍设计不完善等问题导致人与机器活动困难，户外环境利用率低。老年代小区普遍存在人行道多数通而不畅，和机动车接驳处缺少坡道，人行道被树坑和机动车、非机动车阻断，没有设置盲道等问题；配套服务建筑出入口无障碍设施配置不健全，缺少无障碍扶手和轮椅坡道；公共活动场所较少，大量被机动车所侵占，缺少休憩设施及紧急呼叫装置。绿化景观方面缺少景观层次、植被单一，也会有地表大面积裸露的情况，绿化景观尚待系统整改；普遍缺少无障碍停车位，机动车停放管理不足，乱停现象严重；信息标识系统不完善，缺少必要的提示与警示标识。内部分析：基本靠楼梯出行，阶梯台高，楼梯宽度窄，能见度低，并且由于常年累积楼梯间的卫生死角较多，环境相对来讲差一些，楼层一般为双户型对开门，层面积并不大。外部分析：老旧小区建设时，国家的建设行业并不发达，考虑问题也相对来讲比较片面，小区的格局规划较为死板，有道路狭窄的问题，非机动车的不规则拜访也在很大程度上影响了便利性的问题。新时代的小区在现代建筑中，一些新的设计理念和技术不断应用，这使得现代化小区规划设计呈现出新的特点。步行设计在现代小区规划中具有举足轻重的地位，现代小区把握整个小区的职能和娱乐空间的使用，通过优化人与车之间的关系，实现了人车最佳的配比，从而使步行道路可以实现人车分行或是人车共行。并且现代小区对道路实行高低错落有致的设计，有效的解决行人与车之间的矛盾，为小区居民提供了一个良好的步行环境，增加活动的便利性。同时现代化小区作为城市中较为重要的组成内容，现代小区的规划设计大都满足小区居住和绿色要求。并且能较好的利用自然环境，房屋朝向合理、窗墙角度和比例合理等。住宅小区密度较大，现代小区的建筑规划较为合理，资源的利用率较高，基于此，小区的不同区域的不同功能也能充分的发挥作用。2.1.4现有消毒液种类分析（1）次氯酸钙或次氯酸钠：两种消毒的性能是一样的，只不过前者的溶解性没有后者强，两者都是强性消毒剂，可以杀死一切微生物。配制方法：①取一定量的次氯酸钙或次氯酸钠，加入水并不断搅拌，直至全部溶解，完全溶解后，颜色应该呈黄绿色，有刺激性气味，这叫母液。②再适量的母液加入水，根据自己的需要可以配制成各种浓度的消毒水，对房间或地面进行消毒。③消毒后要及时通风，较浓的次氯酸气味能使人中毒。（2）二氧化氯：是一种比较安全的消毒剂，是所有消毒剂中最适合食品加工企业消毒的，家庭中也适合，特别是孕妇使用都没有什么影响。二氧化氯在市场上购买时是粉末状，溶解后有刺激性气味。使用方法①将粉末溶于水，配成黄绿色的溶液，一般10克可以配10-20ＫＧ的水，5%尝试的消毒液就能起到消毒效果。②可以对需要消毒的地方进行喷洒。③消毒后也需要通风。（3）84消毒液：其主要成分是次氯酸，只所以叫84消毒液，是因为这个消毒剂是1984年发现的。也可以杀死各类微生物。配制方法：①取84消毒液一瓶盖，倒入3ＫＧ的水中，可以用来消毒人手，器具，桌子等。②消毒后要用清水冲洗。（4）酒精：酒精是一种中性消毒剂，也就是其消毒效果是中性的，没有以上两种那么强，只能杀死病源微生物，一般75%的酒精消毒效果最好，这和微生物的细胞渗透有关系。配制方法：①将市场上买的95%的酒精加入水配成75%的酒精，②可以直接在皮肤或食物上进行消毒，③没有什么副作用，适合于家庭中各类成员及房间器具。（5）季胺盐类：这类消毒剂属于低效消毒剂，一般只消毒没有油污的地方，微生物繁殖比较少的地方，效果还可以，如果是大量微生物，效果不好，一般用在饮料车间或矿泉水车间。配制方法：①取无色季胺盐适量加入不中配成适当浓度的溶液。②该溶液无色无味，可以直接消毒器具，（6）过氧乙酸：这是种刺激性很强的消毒剂，可以用来消毒空间，一般仓库或家庭中的空气消毒也是可以的，效果很好。配制方法：①取过氧乙酸溶液30ＭＬ溶于15ＫＧ的水中，搅拌均匀。②用喷雾器进行喷洒消毒，要佩戴好防护面具。③喷洒后关门30分钟，然后通风即可。2.2用户分析2.2.1用户定位（1）目标人群的划分与确立此次设计主要针对的是疫情引发的消杀设备的空缺问题，根据课题拟定的方向可知，此次设计的主要目标人群为小区物业，商场物业，或其他一些小型娱乐场所的管理机构等。由于研究方向和资料的限制，此次的研究背景主要着重于偏现代化，设施比较完善的现代化社区：小区规划合理，道路宽敞，具有电梯上下方便，层平铺面积较为广阔等。（2）目标人群的消费水平由于面向的为现代化小区，一般这些小区都有较为正规和具有一定规模的公司管理，所以资力较为雄厚，消费水平一般为中上等。2.2.2用户需求（1）使用的便利性操作设备的便利性，符合人机系统的匹配性是操作性设备的中心思想，考虑使用背景：在值人员有限，文化水平有限。所有操作的便利性直接决定了该设备的作用能不能得到有效的发挥。（2）设备的耐用性设备的可靠性及设备的耐用性是衡量设计成功与否的重要因素，由于顶替人工，设备的工作时间应该较长，并且如果在室外进行工作，环境因素对设备的影响较大，风吹日晒以及降雨会对于设备具有不同程度的腐蚀，对功能结构的灵活成产生不同程度的影响。居民小区的年龄一般在百年左右，对于设备的耐用性有了非常明显的参考物，这就对设备的耐用性提出了一定的要求。外观的协调性不同的社区具有不同的建筑风格，设备的使用频率较大，在日常使用中要与社区环境背景相协调，不能与环境过于格格不入；外观的协调性在一定程度上也反映了设备内部设计的合理性，如果机器外部协调那么代表着里边的构造安排应该也十分合理，若外部设计不够协调，那么也就反映了设计的不过关。远程操控与实体的有效结合同样考虑到人力问题，设计的出发点就是无人智能化产品，在设备的工作时间内，必定是无人陪同和自主运行的，那么，远程操控的精准化和信号的传递就显得尤为重要。设备和使用者之间的信号传递也直接决定了设备能否有效进行工作，所以要在现有技术的限制下，最大可能的保证远程操控与实体的有效结合。设备的人机工程作为使用主体的人，永远是人机系统中最为重要的一部分，消毒液的添加，设备的移动，操控面板的设置等，都与人机系统息息相关，机器设备的高度等的设计要考虑人的动作惯性和动作经济化原则，并且一定要符合