CN111289702A - 一种基于移动机器人的气体检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于移动机器人的气体检测系统，包括移动机器人，其内部设置有机器人处理单元和机器人供电单元；信号采集与输出模块，其分别与机器人处理单元和机器人供电单元相接；内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ，其分别设置在信号采集与输出模块内，且分别与机器人供电单元相接；电源转换与线路转接模块，其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅱ的常开控制端相接；由多个气体传感器组成的气体传感器组，其与电源转换与线路转接模块相接；气室，其安装在移动机器人上；电机，其分别与机器人供电单元和内置继电器Ⅰ相接。本发明减少了气体检测地点的局限性，降低了气体检测系统的复杂度和生产成本。
Description
技术领域
本发明属于气体检测设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于移动机器人的气体检测系统。
背景技术
随着社会的发展，移动机器人逐渐在各行各业中得到应用，种类也是多种多样，使用机器人给工业生产和生活带了许多的便捷和经济效益，巡检移动机器人是其中之一。为节省巡检的人力，许多环境下逐渐引入巡检机器人去执行巡检任务，而在巡检任务中多数情况下包括了检测气体环境的这一项，尤其是在一些变电站、地下隧道环境下，利用机器人代替了人工手持仪器定期检测和固定点仪器检测气体，统计分析数据，管理更智能化，同时避免了人对一些有毒有害气体的接触，保障了人员的安全。随人们安全意识的增加，安防领域内人们对于危险气体检测的需求也在不断增加，因此，这些环境中在能够使用机器人的条件下，通过机器人搭载环境气体检测系统检测气体具有很大的优势。
现今，固定安装的气体检测设备检测环境气体存在一定的局限性，在范围广的区域内安装的气体检测设备数量众多，管理与维护工作量大，处理的数据量大，检测系统建立的成本高，尤其是在一些变电站、地下隧道、气体环境复杂的化学工厂内不需要所有检测点都实时检测的情况下，逐点安装气体传感器成本高，建立气体检测系统麻烦。针对以上问题，提出一种基于移动巡检机器人的气体检测系统，使用一组气体传感器能够随机器人移动到达多个目标点进行气体检测，相比固定式安装的传感器，更实用、更经济，更改检测点更灵活多变。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于移动机器人的气体检测系统，包括：
移动机器人，其内部设置有机器人处理单元和机器人供电单元；
信号采集与输出模块，其分别与所述机器人处理单元和机器人供电单元相接；内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ，其分别设置在所述信号采集与输出模块内，且分别与机器人供电单元相接；电源转换与线路转接模块，其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅱ的常开控制端相接；由多个气体传感器组成的气体传感器组，其与所述电源转换与线路转接模块相接；
气室，其安装在所述移动机器人上，且所述气体传感器组安装在气室中；电机，其安装在所述气室一侧，且其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅰ的常开控制端相接。
优选的是，其中，所述气体检测系统的结构还包括相互连通的进气通道和出气通道，且所述进气通道和出气通道分别与气室连通，所述电机安装在进气通道中。
优选的是，其中，所述机器人处理单元与信号采集与输出模块之间的通信方式采用TCP以太网、CAN总线或RS485总线中的一种；所述信号采集与输出模块接口与所述机器人处理单元和机器人供电单元的接口相适配。
优选的是，其中，所述信号采集与输出模块设置有至少2路继电器输出端口，且信号采集与输出模块的模拟量输入端口数量与气体传感器数量一致。
优选的是，其中，所述机器人处理单元可以是嵌入式工控机、嵌入式板或STM32嵌入式板这些能够进行TCP以太网、CAN总线、RS485总线通信器件中的一种。
优选的是，其中，所述电源转换与线路转接模块上设置有电源与信号转接板，所述气体传感器组直插在电源转换与线路转接模块的电源与信号转接板上；所述气体传感器与电源转换与线路转接模块通过排线连接实现分离。
优选的是，其中，所述气体传感器为插针式微小型气体传感器，每个插针式微小型气体传感器包括模拟量输出端口Vo、电源正输出端Vcc和电源负输入端GND。
优选的是，其中，所述电机为微型低速直流电机；所述电源转换与线路转接模块采用LM1117-5.0降压稳压芯片完成电源转换；所述信号采集与输出模块可以是聚英8路模拟量采集、4路继电器输出的DAM0408A8模块。优选的是，其中，所述气体传感器组安装在同一个气室中。
优选的是，其中，所述气室由多个分隔设置的气室单元组成，所述气体传感器安装在气室单元中。
本发明至少包括以下有益效果：本发明将气体检测系统集成于移动机器人上，利用机器人的移动性，减少了的气体检测地点的局限性，让机器人代替人进入气体检测环境，避免了人接触有毒有害气体的危险。同时，对于机器人设计人员来说，利用成型模块集成，集成容易，减少了电路板设计的复杂度，增强了移动机器人的功能。此外，避免建立独立复杂的气体检测系统，降低了气体检测系统的复杂度和生产成本。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统的结构框图；
图2为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统在移动机器人中的布局示意图；
图3为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统气体传感器结构示意图；
图4为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统气体传感器端口示意图；
图5为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统电源转换与线路转接模块电压转换电路图；
图6为本发明提供的基于移动机器人的气体检测系统继电器连接电路图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-6所示：本发明的一种基于移动机器人的气体检测系统
移动机器人，其内部设置有机器人处理单元和机器人供电单元；
信号采集与输出模块，其分别与所述机器人处理单元和机器人供电单元相接；内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ，其分别设置在所述信号采集与输出模块内，且分别与机器人供电单元相接；电源转换与线路转接模块，其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅱ的常开控制端相接；由多个气体传感器组成的气体传感器组，其与所述电源转换与线路转接模块相接；
气室，其安装在所述移动机器人上，且所述气体传感器组安装在气室中；电机，其安装在所述气室一侧，且其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅰ的常开控制端相接。
工作原理：参见图1，移动机器人上设置的机器人供电单元产生各种规格的电源，直接向信号采集与输出模块供电；12V转5V电源转换与线路转接模块与用于连接信号采集与输出模块和气体传感器组的模拟量信号转接电路统一集成到同一个电路板中，避免气体传感器模拟量输出单独走线造成的布线凌乱；同时，机器人供电单元另外提供两路12V电源直接内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ的输入端，向内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ供电；信号采集与输出模块为市场上现有成型的模块；运行机器人处理单元，当需要采集环境气体时，以以太网通信为例，机器人处理单元通过以太网向信号采集与输出模块发出继电器控制指令，控制内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ开关的闭合，接通机器人供电单元提供的12V电源；同时，机器人供电模块开始分别给电机和电源转换与线路转接模块提供所需要的电源；接着，电机启动，电机的扇叶开始工作，向装有气体传感器的气室吹气，增强气室内气体流动性，确保气室中通入有外界待检测的气体；在电机工作的同时，电源转换与线路转接模块将12V的电源进行转换，降压稳压成5V的直流电源信号输出，给气体传感器提供所需要的电源，气体传感器被供电后开始工作，检测气室内的气体，并定时输出0～3V范围内的模拟量信号，并传递到信号采集与输出模块进行AD转换，将模拟量信号转换成对应量程内的数值，再打包数据，经以太网传递给机器人处理单元，机器人处理单元接收到数据后进行解析得到每种气体测量的数值，再根据每个气体传感器的量程计算气体的检测结果，一种方法是按照公式计算处气体的浓度值，另一种是按照气体状态量的范围做判断，直接得出检测气体的状态，气体的状态量包括检测到气体的有状态量、未检测到气体的无状态量以及警告状态开关量。
在上述技术方案中，所述气体检测系统的结构还包括相互连通的进气通道和出气通道，且所述进气通道和出气通道分别与气室连通，所述电机安装在进气通道中；在检测气体时，电机启动，被检测气体从进气通道进入气室，在气室中被气体传感器检测，最后由出气通道排出。
在上述技术方案中，所述机器人处理单元与信号采集与输出模块之间的通信方式采用TCP以太网、CAN总线或RS485总线中的一种，当采用CAN总线或RS485总线通信时，信号采集与输出模块经过CAN总线或RS485总线将数据传递给机器人处理单元；所述信号采集与输出模块接口与所述机器人处理单元和机器人供电单元的接口相适配。
在上述技术方案中，所述信号采集与输出模块设置有至少2路继电器输出端口，且信号采集与输出模块的模拟量输入端口数量与气体传感器数量一致；参见图6，P1为信号采集与输出模块的2路继电器输出接口，N1为控制电机的内置继电器Ⅱ，N2为电源转换与线路转接模块的内置继电器Ⅰ。RO0与RO2分别为控制内置继电器ⅡN1、内置继电器ⅠN2的常开控制接口，内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ在通常状态下都处于常开状态，只有在需要进行环境气体检测任务时才通过信号采集与输出模块控制电源导通，为电机和气体传感器提供电源。
在上述技术方案中，所述机器人处理单元可以是嵌入式工控机、嵌入式板或STM32嵌入式板这些能够进行TCP以太网、CAN总线、RS485总线通信器件中的一种。
在上述技术方案中，所述电源转换与线路转接模块上设置有电源与信号转接板，所述气体传感器组直插在电源转换与线路转接模块的电源与信号转接板上，这种设置方便气体传感器的更换，在气体传感器使用达到寿命或发生故障时，直接将气体传感器取下进行更换；所述气体传感器与电源转换与线路转接模块通过排线连接实现分离。
在上述技术方案中，所述气体传感器为插针式微小型气体传感器，每个插针式微小型气体传感器包括模拟量输出端口Vo、电源正输出端Vcc和电源负输入端GND。
在上述技术方案中，所述电机为微型低速直流电机；所述电源转换与线路转接模块采用LM1117-5.0降压稳压芯片完成电源转换；所述信号采集与输出模块可以是聚英8路模拟量采集、4路继电器输出的DAM0408A8模块。
在上述技术方案中，所述气体传感器组安装在同一个气室中，这种设置适用于被检测气体之间的干扰小的情况。
在上述技术方案中，所述气室由多个分隔设置的气室单元组成，所述气体传感器安装在气室单元中，当被检测气体之间的干扰较大，这种设置将每个气室单元分隔开，可有效避免气体之件的干扰。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，包括：
移动机器人，其内部设置有机器人处理单元和机器人供电单元；
信号采集与输出模块，其分别与所述机器人处理单元和机器人供电单元相接；内置继电器Ⅰ和内置继电器Ⅱ，其分别设置在所述信号采集与输出模块内，且分别与机器人供电单元相接；电源转换与线路转接模块，其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅱ的常开控制端相接；由多个气体传感器组成的气体传感器组，其与所述电源转换与线路转接模块相接；
气室，其安装在所述移动机器人上，且所述气体传感器组安装在气室中；电机，其安装在所述气室一侧，且其供电输入端与机器人供电单元公共端相接，供电控制端与内置继电器Ⅰ的常开控制端相接。
2.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统的结构还包括相互连通的进气通道和出气通道，且所述进气通道和出气通道分别与气室连通，所述电机安装在进气通道中。
3.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述机器人处理单元与信号采集与输出模块之间的通信方式采用TCP以太网、CAN总线或RS485总线中的一种；所述信号采集与输出模块接口与所述机器人处理单元和机器人供电单元的接口相适配。
4.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述信号采集与输出模块设置有至少2路继电器输出端口，且信号采集与输出模块的模拟量输入端口数量与气体传感器数量一致。
5.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述机器人处理单元可以是嵌入式工控机、嵌入式板或STM32嵌入式板这些能够进行TCP以太网、CAN总线、RS485总线通信器件中的一种。
6.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述，所述电源转换与线路转接模块上设置有电源与信号转接板，所述气体传感器组直插在电源转换与线路转接模块的电源与信号转接板上；所述气体传感器与电源转换与线路转接模块通过排线连接实现分离。
7.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述气体传感器为插针式微小型气体传感器，每个插针式微小型气体传感器包括模拟量输出端口Vo、电源正输出端Vcc和电源负输入端GND。
8.如权利要求1所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述电机为微型低速直流电机；所述电源转换与线路转接模块采用LM1117-5.0降压稳压芯片完成电源转换；所述信号采集与输出模块可以是聚英8路模拟量采集、4路继电器输出的DAM0408A8模块。
9.如权利要求2所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述气体传感器组安装在同一个气室中。
10.如权利要求2所述的基于移动机器人的气体检测系统，其特征在于，所述气室由多个分隔设置的气室单元组成，所述气体传感器安装在气室单元中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200616 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |