CN113190016A - 一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法。所述移动机器人检测系统与方法包括移动机器人系统、装载在机器人上的调高组件系统和外部终端设备中的远程服务控制系统。移动机器人系统用于移动、供能、自主规划路径和信息交互；调高组件系统用于控制检测组件在高度方向上的移动；远程服务控制系统用于控制机器人的移动、路径规划和算法之间的切换。本发明所述的机器人检测系统与方法实现了在机器人自主在洁净室内不同高度上的空间点进行检测，在检测的过程中不仅能够将检测的数据可视化，在检测出异常数据后，机器人由巡检模式切换为溯源模式，定位污染源的位置，为及时处理污染物提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及室内环境安全与机器人系统控制领域，特别涉及一种用于洁净室中的机器人检测系统与方法。
背景技术
洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除，并将室内的温度、湿度、洁净度、压力、气流速度与气流流向、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计的空间。洁净室最主要的作用在于控制在其内生产的产品所接触的空气的洁净度及温湿度等各项指标，使产品能在一个具有良好条件和高度稳定性的环境空间中生产制造。
目前针对洁净室的检测技术中，一种是需要在洁净室安装固定的环境检测器，该方法一方面增加环境检测成本，另一方面由于固定传感器检测的范围有限，不能够精准的反映洁净室的环境情况。另外一种检测技术是人工检测，专利公开号为CN211952125U的中国专利，公开了一种洁净室检测装置，该装置通过万向轮、滑动轮的设置便于对检测组件进行移动，通过两组调高组件的设置便于对检测组件的高度调节，能够对洁净房内的多个位置进行检测，提高了检测结果的代表性，且通过连接绳、弹性绳的设置，能够提高检测过程中的稳定性。然而该装置需要人工将本装置移动到待检测位置才能够进行检测。该专利具有如下缺陷：(1)人工成本会大大增加洁净室检测成本；(2)人工检测所取得的数据在生成报告时缺乏一致性和连续性；(3)人工检测的报告时滞后的结果；(4)由于人员活动会导致环境检测数据不准确。
相较于固定环境检测器和人工检测方法，本专利提出的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法具有以下的优势：(1)可以携带多个传感器同时对多个参数进行检测，节省了重复检测的人工成本。(2)可以保持传感器高度不变，避免了人工检测时出现的误差，在检测的过程中能够更加准确地反映室内浓度场并可视化呈现。(3)在移动机器人巡检过程中，当洁净室内有空气过滤器发生泄漏时，机器人将由巡检模式切换为溯源模式，利用溯源算法快速、准确地定位到泄漏位置，为洁净室的运行节省了时间成本。
目前市场中还未出现一款能够实时获取洁净室内环境参数并追溯污染源位置的机器人检测系统。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自主研发的、可适应洁净室的、实时采集和传输三维方向上数据、具有自主巡检和溯源功能的移动机器人系统。该机器人利用ROS开发环境运行自主规划路径算法、溯源算法以实现实时采集和分析三维方向上的检测数据，以达到有效控制洁净室内洁净度的目的。
发明内容
本发明提出了一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，其特征在于包括移动机器人系统，装载在机器人上的调高组件系统，外部终端设备中的远程服务控制系统。
所述移动机器人系统用于移动、供能、路径规划及及与远程服务控制系统进行信息传输，其中包括机器人底盘(1)，工控机(2)和激光雷达(3)，所述移动机器人底盘内置驱动及电源系统、为移动机器人检测环境提供动力、为所述各个模块提供搭载平台以及动力，所述工控机用于提供自主规划路径算法和溯源算法运行环境、接收并处理各种传感器传输的数据、与外部终端设备进行实时信息交互，所述激光雷达用于构建环境2D地图、实现所述机器人系统的精准移动。
所述调高组件系统用于控制检测组件(13)在高度方向上的移动，包括电机支座(4)、直流电机(5)、电机控制模块(6)、支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)、激光测距传感器(10)、支撑板(11)、滑动轴承(12)、检测组件(13)、传送履带(14)和顶座(15)，所述支撑板(11)用于搭载检测组件(13)和所述激光测距传感器(10)，所述电机支座(4)用于固定所述设置在机器人上的调高组件系统中的直流电机(5)，所述直流电机(5)用于提供所述传送履带运行的驱动力，所述电机控制模块(6)通过调压模块给所述激光测距传感器(10)提供稳定可控的电压、通过信号线读取所述激光测距传感器(10)的数据、并将数据传输给所述工控机(2)、根据所述工控机(2)中加载的算法控制所述直流电机(5)的转速转向与启停时间，所述支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)用于实现所述支撑板(11)在高度方向上的移动，所述激光测距传感器(10)用于采集所述支撑板(11)与所述移动机器人底盘(1)之间的距离、将数据通过电机控制模块(6)传输至所述工控机(2)进行数据分析、实现支撑板(11)的精准运行，所述滑动轴承(12)用于连接所述支撑板(11)与所述支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)以便支撑板(11)能够平稳移动，所述传送履带(14)用于实现所述携带检测组件(13)的支撑板(11)在高度方向的移动，所述顶座(15)用于固定所述支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)。
所述远程服务控制系统包括启停控制模块、路径规划模块、CPU处理模块、检测结果显示模块、溯源模块、机器人电源模块，启停控制模块、路径规划模块、检测结果显示模块、溯源模块、机器人电源模块均与CPU处理模块连接。
所述检测组件为温度检测器、湿度检测器、压力检测器、颗粒物检测器、光照强度检测器、噪声传感器、超声波风速风向仪中的一种或几种。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，还包括设置在洁净室外的固定充电点，远程服务控制系统中的机器人电源模块可以实时的显示机器人当前的电池电量，当移动机器人电池电量低于10％后，移动机器人将通过机器人电源模块和路径规划模块自主回到固定充电点处。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，调高组件系统与移动机器人系统用螺丝固定。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，检测组件(13)通过信号线连接到工控机(2)上。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，远程服务控制系统中的启停控制模块包括由人工点击选择的开始单元、停止单元、暂停单元、继续单元、自主选择单元，人工可以选择机器人自主巡检，也可设置特定的移动轨迹进行检测。
当所有工作准备就绪后，由人工点击开始单元控制移动机器人系统进行巡检，如在检测过程中遇到突发情况，移动机器人可自主避障或人工选择暂停，如想要检测特定点的环境，点击自主选择单元，选择机器人移动的位置即可。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，远程服务控制系统中的路径规划模块通过控制移动机器人实机器人的自主规划路径进行巡检，包括从起始位置出发，巡检过程中躲避障碍物和巡检结束后回到固定充电点。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，远程服务控制系统中的溯源模块包括烟羽发现算法、烟羽追踪算法、源确认算法和避障算法，在移动机器人检测的过程中，若检测组件检测到异常数据后，移动机器人将自主切换到溯源模式，当移动机器人到达目标点后，控制调高组件系统将检测组件移动到采样高度，并根据采集的信息更新目标位置，不断靠近污染源并最终定位污染源。
优选的，所述一种用于洁净室的机器人检测系统与方法中，检测组件检测的数据可以实时传输到远程服务控制系统中的检测结果显示模块上，将检测的浓度可视化显示，不需要对检测的数据进行再分析，从而更直观的观测洁净室内的环境。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，具备以下有益效果：
1、使用者在使用该系统时，只需将移动机器人开机，在远程服务控制系统中点击相应的命令单元即可实现检测目的。移动机器人可自主规划路径进行巡检，也可按照使用者的意愿进行定点检测，不需要人工搬运机器人。在检测时，通过控制调高组件系统可实现检测组件在高度上的移动，从而检测洁净室内不同的点位。
2、移动机器人在开始工作后，检测组件检测的数据可以传输到远程服务控制系统中的检测结果显示模块，使用者可以实时观测洁净室内的环境。
3、检测组件检测到异常数据后，移动机器人会从巡检模式切换到溯源模式，进一步的实现发现污染物，最终找到污染物的位置，为控制洁净室内的洁净度提供有力的保障。
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。
图1为本发明的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法的结构示意图；
图2为本发明的一种用于洁净室的移动机器人检测系统的运行方法的流程示意图；
图3为本发明的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法的远程服务控制系统连接示意图。
附图标记：
1-移动机器人底盘、2-工控机、3-激光雷达、4-电机支座、5-直流电机、6-电机控制模块、7-支撑杆1、8-支撑杆2、9-支撑杆3、10-激光测距传感器、11-支撑板、12-滑动轴承、13-检测组件、14-传送履带、15-顶座。
具体实施方式
本发明提出了一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，该系统包括移动机器人系统，设置在机器人上的调高组件系统和外部终端设备中的远程服务控制系统。
为了更好地理解按照本发明方案的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，下面结合本发明实例中的附图，对本发明的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法实施的技术方案进行清楚地、完整地描述。
本发明实施例提供的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，准备工作包括：开启移动机器人底盘(1)、工控机(2)以及外部终端设备的电源；建立局域网，使得外部终端设备与工控机(2)处于联通状态；通过外部终端设备工控机(2)开启机器人移动底盘(1)、激光雷达(3)以及激光测距传感器(10)、检测组件(13)的数据传送通道；通过外部终端设备控制移动机器人底盘(1)、工控机(2)以及激光雷达(3)，确定机器人在地图与实际场地之间正确的对应关系；最后通过外部终端设备控制工控机(2)运行路径规划算法，当检测组件检测到超过设定阈值的浓度数据后，工控机(2)自主切换成溯源算法，进行溯源过程。
本发明实施例提供的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，连接流程包括：所述工控机(2)与所述检测组件(13)的电源线均连接所述移动机器人底盘(1)上，所述激光雷达(3)导线接至所述工控机(2)对应接口上，所述电机控制模块(6)与过导线接至所述工控机(2)对应接口上，所述激光测距传感器(10)通过导线接至所述数据电机控制模块(6)对应接口中。
如图2所示，本发明实施例提供的一种用于洁净室的机器人检测系统与方法，使用方法包括：启动移动机器人，初始化机器人位置后，移动机器人将自主规划路径进行搜索场地，并将检测的数据传输到远程服务控制系统中，当检测到异常数据后，此时所述移动机器人利用调高组件系统在场地中发散寻找空间中污染物浓度信息，并按照溯源算法分析和融合所采集的信息以确定下一步的目标点，当移动机器人到达目标点后，控制调高组件系统将检测组件移动到采样高度，并根据采集的信息更新目标位置，不断靠近污染源并最终定位污染源。
如图3所示，机器人检测系统的运行方法，步骤如下：
01：建图：将移动机器人防止在洁净室内并由远程服务控制系统控制移动机器人的运动，通过激光雷达对洁净室内的环境进行全面的扫描建图；
其中移动机器人扫描的洁净室无需为固定设备安装完成后的洁净室，可在洁净室建成后建图，提高效率。
02：导出地图：将移动机器人中扫描后的地图传输到远程服务控制系统中。
03：开机检测，步骤如下：
S1：开机，分别打开移动机器人底盘、工控机和外部终端设备中的远程服务控制系统；
S2：定位坐标，开机后的移动机器人在地图上的位置和实际位置可能不一致，需要重新定位自身坐标；
S3：运行检测，人工在远程服务控制系统中手动选择需要检测的一个活多个检测区域，移动机器人将自主规划路径逐个进行检测；此外，在没有人工的指导下，远程服务控制系统通过自主选择单元可控制移动机器人自主巡检。在巡检过程中，若移动机器人电池电量低于10％，移动机器人将自主导航回到固定充电点；
S4：溯源，在移动机器人检测过程中，如果出现某处的检测组件检测的数据出现异常，移动机器人将自己切换为溯源模式，通过溯源算法，找到出现异常点的位置，为进一步处理洁净室的异常提供有力的保障；
04：检测结束，检测结束后，移动机器人自主回到固定充电点的位置并关机；
对同一个洁净室进行检测是重复03、04步骤，对不同的洁净室进行检测时重复01到04的步骤。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
由移动机器人系统、调高组件系统、外部终端设备中的远程服务控制系统组成；
其中，移动机器人系统由移动机器人底盘(1)、工控机(2)和激光雷达(3)组成，调高组件由电机支座(4)、直流电机(5)、电机控制模块(6)、支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)、激光测距传感器(10)、支撑板(11)、滑动轴承(12)、检测组件(13)、传送履带(14)和顶座(15)组成，外部终端设备中的远程服务控制系统由启停控制模块、路径规划模块、CPU处理模块、检测结果显示模块、溯源模块、机器人电源模块组成；
所述工控机(2)和所述检测组件(13)的电源线均连接并固定在所述移动机器人底盘(1)上，所述激光雷达(3)导线接至所述工控机(2)对应接口并固定在所述移动机器人底盘(1)上，所述电机支座(4)安装在所述移动机器人底盘(1)上用于固定直流电机(5)，所述电机控制模块(6)通过导线接至所述工控机(2)对应接口并固定在移动机器人底盘(1)上，支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)安装在移动机器人底盘(1)上，所述激光测距传感器(10)通过导线接至所述数据电机控制模块(6)对应接口中。所述支撑板(11)通过所述滑动轴承(12)与所述支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)相连接，所述检测组件(13)固定在支撑板(11)上，所述激光测距传感器(10)安装所述支撑板(11)下方，所述传送履带(14)连接在所述顶座(15)、所述支撑板(11)和所述直流电机(5)上，所述顶座(15)安装在所述支撑杆1(7)、支撑杆2(8)、支撑杆3(9)顶部。
所述启停控制模块、路径规划模块、检测结果显示模块、溯源模块、机器人电源模块均与CPU处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
所述检测组件(13)为温度检测器、湿度检测器、压力检测器、颗粒物检测器、光照强度检测器、噪声传感器、超声波风速风向仪中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
远程服务控制系统中的启停控制模块包括由人工点击选择的开始单元、停止单元、暂停单元、继续单元、自主选择单元，人工可以选择机器人自主巡检，也可设置特定的移动轨迹进行检测。
4.根据权利要求1所述的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
远程服务控制系统中的机器人电源模块可以实时的显示机器人当前的电池电量，当电池电量低于10％后，机器人将通过机器人电源模块和路径规划模块自主回到固定充电点处。
5.根据权利要求1所述的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
远程服务控制系统中的路径规划模块通过控制移动机器人实机器人的自主规划路径进行巡检，包括从起始位置出发，巡检过程中躲避障碍物和巡检结束后回到固定充电点。
6.机器人检测系统的运行方法，步骤如下：
01：建图：将移动机器人防止在洁净室内并由远程服务控制系统控制移动机器人的运动，通过激光雷达对洁净室内的环境进行全面的扫描建图；
其中移动机器人扫描的洁净室无需为固定设备安装完成后的洁净室，可在洁净室建成后建图，提高效率。
02：导出地图：将移动机器人中扫描后的地图传输到远程服务控制系统中。
03：开机检测，步骤如下：
S1：开机，分别打开移动机器人底盘、工控机和外部终端设备中的远程服务控制系统；
S2：定位坐标，开机后的移动机器人在地图上的位置和实际位置可能不符，需要重新定位自身坐标；
S3：运行检测，人工在远程服务控制系统中手动选择需要检测的一个活多个检测区域，移动机器人将自主规划路径逐个进行检测；此外，在没有人工的指导下，远程服务控制系统通过自主选择单元可控制移动机器人自主巡检。在巡检过程中，若移动机器人电池电量低于10％，移动机器人将自主导航回到固定充电点；
S4：溯源，在移动机器人检测过程中，如果出现某处的检测组件检测的数据出现异常，移动机器人将自己切换为溯源模式，通过溯源算法，找到出现异常点的位置，为进一步处理洁净室的异常提供有力的保障；
04：检测结束，检测结束后，移动机器人自主回到固定充电点的位置并关机；
对同一个洁净室进行检测是重复03、04步骤，对不同的洁净室进行检测时重复01到04的步骤。
7.根据权利要求1所述的一种用于洁净室的移动机器人检测系统与方法，其特征在于：
远程服务控制系统中的溯源模块和路径规划模块相结合，在巡检的过程中若检测组件检测的数据出现异常，则切换为溯源模式，此时移动机器人按照溯源算法分析和融合所采集的信息以确定下一步的目标点，当移动机器人到达目标点后，控制调高组件系统将检测组件移动到采样高度，并根据采集的信息更新目标位置，不断靠近污染源并最终定位污染源。
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