李野

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 引言

本設(shè)計(jì)采用新能源的形式，智能垃圾搬運(yùn)車具有自主尋跡、自動(dòng)避障、自動(dòng)卸載等功能。本項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)醫(yī)療垃圾的自動(dòng)搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療垃圾與人無接觸，減少交叉感染的可能性。該垃圾搬運(yùn)車能夠按照預(yù)定軌跡行駛，到達(dá)固定的醫(yī)療廢品回收點(diǎn)后，將已經(jīng)收集好的廢棄醫(yī)療垃圾進(jìn)行卸載[1]。

1 研究的目的與意義

在疫情這個(gè)特殊時(shí)期，我們?cè)吹胶币晃慌o(hù)士因搬送數(shù)噸醫(yī)療垃圾而暈倒。大量使用醫(yī)療用品的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的醫(yī)療垃圾，目前搬送垃圾主要靠人，所以，需要設(shè)計(jì)一款智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車，做到無接觸式的醫(yī)療垃圾運(yùn)輸，減少傳染源，減少醫(yī)護(hù)人員的工作量，盡可能保護(hù)一線醫(yī)療工作者。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

在智能小車的研究領(lǐng)域中，世界上第一臺(tái)智能車輛是由美國成功開發(fā)的，它是第一臺(tái)擁有自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng)的小車，能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛。2014年，美國頒布了《美國智能交通系統(tǒng)（ITS）戰(zhàn)略規(guī)劃（2015-2019年）》，該規(guī)劃由美國交通運(yùn)輸部與美國智能交通系統(tǒng)聯(lián)合項(xiàng)目辦公室共同提出，該戰(zhàn)略計(jì)劃的核心就是汽車的智能化與網(wǎng)聯(lián)化，這兩項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為美國解決交通系統(tǒng)問題的關(guān)鍵技術(shù)手段。

美國對(duì)智能車的研究一直是以市場(chǎng)力量為主導(dǎo)的，由美國相關(guān)的汽車企業(yè)完成對(duì)智能汽車的研究與發(fā)展，政府為其搭建平臺(tái)，經(jīng)過雙方的共同努力完成智能車的設(shè)計(jì)。智能小車最顯著的特點(diǎn)就是無人駕駛，近幾年，無人駕駛在政策和技術(shù)上都有著重要的發(fā)展。2018年，美國發(fā)布了《準(zhǔn)備迎接未來交通，自動(dòng)駕駛汽車3.0》，這個(gè)文件是繼2016年美國發(fā)布全球首個(gè)自動(dòng)駕駛指導(dǎo)政策之后，更新的第三版關(guān)于發(fā)展和管理自動(dòng)駕駛汽車的指導(dǎo)性政策。本次政策最大的特征就是以開放的姿態(tài)擁抱無人駕駛時(shí)代的到來。在當(dāng)今世界，自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)達(dá)的國家制定法規(guī)已不是新鮮事。最早提出無人駕駛概念的德國在2017年5月通過首部關(guān)于自動(dòng)駕駛的法律法規(guī)，同年9月德國聯(lián)邦交通運(yùn)輸部的倫理委員會(huì)研究提交了世界上第一份自動(dòng)駕駛指導(dǎo)原則。自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)達(dá)的日本也在2016年和2017年發(fā)布或修訂了數(shù)項(xiàng)關(guān)于自動(dòng)駕駛的交通法規(guī)。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國從20世紀(jì)80年代末，才開始了對(duì)于智能小車的研究，經(jīng)過三十多年的不斷研究和發(fā)展，我國也取得了若干階段性的勝利成果。1992年，國內(nèi)第一輛無人駕駛汽車在國防科技大學(xué)研制成功，標(biāo)志著我國在無人駕駛汽車技術(shù)上取得了豐碩的成果。清華大學(xué)研制的V型智能汽車能夠在各種狀況復(fù)雜的道路上行駛。

ZDB－1型自動(dòng)搬運(yùn)車、基于無人駕駛技術(shù)的清潔能源電動(dòng)游覽車、基于圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)的智能小車、CITAVT型自主導(dǎo)航車、智能機(jī)器人“亮亮”、智能服務(wù)機(jī)器人等都是我國在智能小車領(lǐng)域中取得的階段性成果，這些智能小車具有巡跡、避障、語音識(shí)別、圖像識(shí)別、自動(dòng)跟蹤等功能，豐富了我國智能小車的研究項(xiàng)目[2]。

3 整體方案設(shè)計(jì)

采用STC89C52型號(hào)單片機(jī)作為光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的主控制器。它的優(yōu)點(diǎn)是：①小巧輕便；②操作簡(jiǎn)單，容易修改寫入的程序；③低功耗等。

光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的底盤采用金屬底盤，堅(jiān)固穩(wěn)定，使光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的穩(wěn)固性能大大提高。在人機(jī)接口開關(guān)中采用的是機(jī)械彈性開關(guān)，使用的是按鍵式接口。同時(shí)設(shè)計(jì)三個(gè)LED燈顯示運(yùn)行狀態(tài)[3]。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅要提供光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的動(dòng)能而且要保證公交車的平穩(wěn)。采用四輪驅(qū)動(dòng)，利用小車的全部重量作為附著壓力，使附著力顯著增加，減少輪胎磨損。選擇L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。L293D屬于單塊集成電路，該集成電路的特點(diǎn)如下：①高電壓高電流；②四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平；③繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)和開關(guān)電源晶體管構(gòu)成驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊如圖1。

圖1 光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

紅外線接收裝置用于識(shí)別醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)，測(cè)量醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)的頻率。其具有體積小，功耗低，功率強(qiáng)，成本低的特點(diǎn)。光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車有一對(duì)用于紅外信號(hào)發(fā)射和接收的二極管，發(fā)射二極管發(fā)射某個(gè)特定頻率的紅外線信號(hào)，接收二極管需要接收這種固定頻率的紅外線信號(hào)。在光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車行駛過程中，在小車前端設(shè)置的紅外信號(hào)發(fā)射二極管在固定路線的行駛中發(fā)射出固定頻率的紅外線信號(hào)，當(dāng)接收二極管接收到從障礙物反射回來的紅外信號(hào)時(shí)，核心單片機(jī)將進(jìn)行分析處理，然后通過數(shù)字傳感器接口返回分析結(jié)果。因此可利用光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車接收到的紅外線信號(hào)來判斷周遭的環(huán)境是否發(fā)生了變化[4]。

醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)采用紅外線發(fā)射裝置發(fā)射信號(hào)，所以站點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備采用紅外線接收裝置。智能小車通過發(fā)射紅外線并檢測(cè)紅外線有無被反射來確定前方是否存在醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)。在檢測(cè)到醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)后，則停車對(duì)醫(yī)療垃圾進(jìn)行卸載[5]。尋跡裝置以單片機(jī)控制為核心，用紅外傳感器，電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行尋跡控制。操作安裝簡(jiǎn)單快捷，性能高效，紅外尋跡模塊示意圖如圖2所示。

圖2 紅外尋跡模塊示意圖

避障設(shè)備用于躲避路途中的障礙。決定采用紅外線避障系統(tǒng)，反應(yīng)速度快捷。把紅外線避障系統(tǒng)安裝在車頭，提高靈敏性。為了節(jié)省時(shí)間成本，供電方式直接選用鋰電池即可，它的優(yōu)點(diǎn)是便宜節(jié)能、壽命長、綠色環(huán)保。

紅綠燈識(shí)別裝置用于識(shí)別路途中的紅綠燈，紅燈停車綠燈行駛。其包括有信號(hào)接收器、信號(hào)識(shí)別器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器等，可精準(zhǔn)識(shí)別路途上的信號(hào)，及時(shí)停車，及時(shí)啟動(dòng)。光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車通過發(fā)射紅外線并檢測(cè)有無紅外信號(hào)被反射來確定醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)在前方是否存在。檢測(cè)到醫(yī)療費(fèi)品回收點(diǎn)后，光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車停止前行啟動(dòng)醫(yī)療垃圾的卸載；反之光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車?yán)^續(xù)向前行駛[6]。整套系統(tǒng)提高了光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的智能性，光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的組成框圖如圖3所示。

圖3 光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車組成框圖

4 結(jié)論

該光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車能夠按照預(yù)定軌跡進(jìn)行行駛，到達(dá)固定的醫(yī)療廢品回收點(diǎn)后，將已經(jīng)收集好的廢棄醫(yī)療垃圾進(jìn)行卸載。首先要從指揮站獲取需要?？康尼t(yī)療廢品回收點(diǎn)的具體信息，要在醫(yī)院內(nèi)規(guī)定好光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車行駛的路線，讓光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車沿著固定路線行進(jìn)，在已經(jīng)規(guī)劃好的路線上行駛，規(guī)劃好的路線中有固定的醫(yī)療廢品回收點(diǎn)，小車檢測(cè)到醫(yī)療廢品回收點(diǎn)的光電信號(hào)后，停車并且卸載垃圾，等待進(jìn)一步的處理。該光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車在運(yùn)輸醫(yī)療垃圾時(shí)，遇到隨機(jī)障礙物可以隨時(shí)停車避讓，例如遇到醫(yī)院內(nèi)的工作人員，途中突然出現(xiàn)的物品等。當(dāng)光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車到達(dá)指定的醫(yī)療廢品回收點(diǎn)后，通過光電醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車上的圓盤裝置完成對(duì)醫(yī)療垃圾的卸載工作。