CN114110907A - 一种智能异味朔源净化机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能异味朔源净化机器人，其可包括本体、多合一气体传感器、防撞传感器、温度传感器、喷雾净化系统以及控制模块，本体的底部安装有行走机构并且顶部安装有毫米波雷达；其中，多合一气体传感器、防撞传感器和温度传感器均匀间隔开地环绕安装在本体上，形成上中下360度全方位的传感器阵列；控制模块安装在本体1内，通过分辨和对比所述多合一气体传感器测得的异味在不同方位的浓度差，从而判断异味的方向和角度，进而驱动行走机构从浓度低的位置往浓度高的位置追踪，实现异味朔源，并且在检测到浓度超过多合一气体传感器的最大量程时驱动喷雾净化系统喷雾，实现异味净化。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，具体地涉及一种智能异味朔源净化机器人。
背景技术
目前市场上的一些空气净化或异味净化产品，只能固定在一个地方，比如会议室、家庭客厅等密闭的场所或公共场所，对空气使用高效空气过滤器进行过滤，过滤掉一些PM2.5或PM10的颗粒，但过滤器中的吸附材料易饱和，对异味气味分子却无法彻底消除。虽然市面上的少数的设备可以异味净化气，但是能去除的异味单一，并且只能是在一个固定的地方，循环对空气异味净化，却不能跑到源头去消除隐患或者异味。
发明内容
本发明旨在提供一种智能异味朔源净化机器人，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种智能异味朔源净化机器人，其可包括：
本体，所述本体的底部安装有行走机构并且顶部安装有毫米波雷达；
多合一气体传感器，多个所述多合一气体传感器均匀间隔开地环绕安装在所述本体的上、中、下三个环上；
防撞传感器，多个所述防撞传感器均匀间隔开地安装在所述上、中、下三个环上并与所述多合一气体传感器彼此交替，并且所述防撞传感器还均匀间隔开地环绕安装在所述本体的靠近底部的侧面上；
温度传感器，多个所述温度传感器均匀间隔开地环绕安装在上环和中环之间以及中环与下环之间的所述本体上；
喷雾净化系统，所述喷雾净化系统用于根据所述多合一气体传感器检测到的异味种类配制药液和调整喷射角度；
以及控制模块，所述控制模块安装在所述本体内，与所述行走机构、毫米波雷达、防撞传感器、多合一气体传感器、温度传感器和喷雾净化系统电连接，通过分辨和对比所述多合一气体传感器测得的异味在不同方位的浓度差，从而判断异味的方向和角度，进而驱动所述行走机构从浓度低的位置往浓度高的位置追踪，实现异味朔源，并且在检测到浓度超过所述多合一气体传感器的最大量程时驱动所述喷雾净化系统喷雾，实现异味净化。
进一步地，所述行走机构为分时四驱行走机构，包括2个主驱动轮和2个辅助驱动轮。
进一步地，还包括防跌传感器，多个所述防跌传感器均匀间隔开地环绕安装在所述本体的底部上。
进一步地，所述防跌传感器和防撞传感器均包括并列布置的超声、红外测距传感器。
进一步地，所述多合一气体传感器和所述防撞传感器的数量均为6个并且彼此相隔30度。
进一步地，所述温度传感器的数量为6个。
进一步地，所述控制模块包括ARM架构的CPU和通讯模块，所述通讯模块用于将信息发送至远程终端。
进一步地，所述本体的顶部还安装有摄像头，所述摄像头用于拍摄图片并通过所述通讯模块发送至远程终端。
进一步地，所述喷雾净化系统包括多个药剂箱、多个加药泵、大水箱、水泵、多个小水箱、多个超声波雾化器和旋转喷雾头，其中，所述药剂箱和所述大水箱安装在所述本体的底部，所述小水箱安装在所述本体的顶部；所述多个加药泵与所述多个药剂箱和所述小水箱一一对应，以根据所述多合一气体传感器检测到的气体种类将所需药剂从相应所述药剂箱添加到相应所述小水箱中；所述水泵用于将所述大水箱中的水按比例抽至所述小水箱中与相应药剂混合；所述超声波雾化器的超声探头安装在所述小水箱中，用于将药液雾化并通过所述旋转喷雾头喷出；所述旋转喷雾头安装在所述本体的顶部上并位于机器人的前进方向上；以及所述药剂箱、大水箱和小水箱中均安装有相应液位计。
进一步地，所述控制模块对所有多合一气体传感器测得的浓度进行比较，控制机器人沿着最高浓度的方向旋转，以使机器人的行驶方向与浓度最高的传感器的方向一致，并且持续检测，在转向的过程中，当转至当前浓度最高的传感器时，则停止转向并沿当前浓度最高的传感器方向前进，在前进的过程中持续重复以上步骤，直到最高浓度不再变化或超过最大量程，机器人停下并启动喷雾，同时所述控制模块根据上中下三个多合一气体传感器感应异味的先后顺序，控制所述旋转喷雾头向上或向下喷射。
本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：通过设置上中下三个环形多合一气体传感器阵列，可以通过分辨和对比异味在不同方位的浓度差，从而判断异味的方向和角度，进而从浓度低的位置往浓度高的位置追踪，实现异味朔源，并且能够根据多合一气体传感器检测到的异味种类配制药液和调整喷射角度，实现异味净化。
附图说明
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
图1是本发明的一种智能异味朔源净化机器人的结构示意图；
图2是本发明的异味朔源原理图。
具体实施方式
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本申请的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种智能异味朔源净化机器人可包括本体1、多合一气体传感器2、防撞传感器3、防跌传感器4、温度传感器5、喷雾净化系统以及控制模块(未示出)等。本体1呈圆筒状，其底部安装有行走机构(仅示出轮子7)。为了达到异味和危险气体跟随的功能，行走机构采用了4轮结构，2轮主驱动，2轮辅助驱动，形成协助脱困和转向的分时四驱行走机构。优选地，本机器人采用3轴加速度计进行机器人的姿态控制，同时加入地磁监测，进行方向辅助；并且本体1带有一个3轴电子陀螺仪，用于进行直线行走与路线规划的功能。
多合一气体传感器2均匀间隔开地环绕安装在本体1的上、中、下三个环上，每个环各6个，彼此间隔60度，从而形成全方位的高、中、低的立体360度全覆盖的多合一气体传感器阵列，以进行全面的异味和危险气体浓度的探测。多合一气体传感器2是市场上可购得的，可用于测量例如NH3、H2S、C2H5OH和CH4等气体的浓度。通过多合一气体传感器阵列，可以分辨和对比异味在不同方位的浓度差，从而判断异味的方向和角度，为异味朔源提供可能。
为了达到防撞和防跌的功能，本体1的顶部安装有毫米波雷达8，底部安装有防跌传感器4，以及侧面安装有防撞传感器3，从而形成全方位的高、中、低立体360度的防撞防跌系统。具体地，毫米波雷达8用于对前进方向一定范围的障碍物进行扫射。多个防撞传感器3从上到下分成四层均匀间隔开地环绕安装本体1的侧面上，每层6个，间隔60度。其中三层防撞传感器3安装在本体的上、中、下三个环上与多合一气体传感器2彼此交替，用于检测不同高度的障碍物；最下层防撞传感器3靠近本体1的底部，用于检测低矮障碍物。优选地，防撞传感器3和防跌传感器4均包括并列布置的超声、红外的测距传感器。通过超声测距传感器和红外测距传感器的优势互补，可以确保本机器人不会撞到障碍物和跌倒。
温度传感器5均匀间隔开地环绕安装在上环和中环之间以及中环与下环之间的本体1上，即与多合一气体传感器2和防撞传感器3间隔错层分布，每个环各6个，间隔60度。温度传感器5包括温湿度计和红外辐射传感器，其中温湿度计用于测量温度(例如，小于100度)和湿度，红外辐射传感器用于测量高温(例如，着火)。通过温度传感器2阵列，也可以感知哪个方位可能发生着火，即可以快速确定火源(着火点)位置。
应该理解，多合一气体传感器2、防撞传感器3、防跌传感器4和温度传感器5的数量不限于6个，可根据本体1的直径大小设定。
喷雾净化系统用于根据多合一气体传感器2检测到的异味种类配制药液和调整喷射角度。具体地，该喷雾净化系统包括多个药剂箱61、多个加药泵(未示出)、大水箱62、水泵(未示出)、多个小水箱63、多个超声波雾化器(未示出)和旋转喷雾头64。其中，药剂箱61和大水箱62安装在本体1的底部，以降低重心。小水箱63和旋转喷雾头64安装在1本体的顶部，以将减少水雾至旋转喷雾头64的距离，确保净化效果。多个加药泵与多个药剂箱61和小水箱63一一对应，以根据多合一气体传感器2检测到的气体种类将所需药剂从相应药剂箱61添加到相应小水箱63中。水泵用于将大水箱62中的水按比例抽至小水箱中与相应药剂混合，形成一定浓度的药液。例如，当多合一气体传感器2检测到H2S时，将NAOH或小苏打溶液抽到小水箱63中与水混合，形成浓度较低的药液。超声波雾化器的超声探头安装在小水箱63中，用于将药液雾化并通过旋转喷雾头64喷出。旋转喷雾头64位于机器人的前进方向上，即始终对准异味源。药剂箱61、大水箱62和小水箱63中均安装有相应液位计。当液位降低预设值以下时，发出相应报警信息，提示用户添加。
控制模块安装在本体1内，与行走机构、毫米波雷达8、多合一气体传感器2、防撞传感器3、防跌传感器4、温度传感器5和喷雾净化系统电连接。控制模块使用低功耗的高效的ARM架构的CPU，以提高运行速度，确保本机器人可靠工作。优选地，控制模块设有通讯模块(仅示出天线10)，例如，4G或WIFI，所述通讯模块用于将信息(例如，报警信息)发送至远程终端。线10一般安装在本体1的顶部。此外，本体1的顶部还安装有摄像头9，当检测到的是可燃性气体，比如CH4或者C2H5OH的蒸汽的浓度比较高的时候，会发出提醒，并通过4G模块或者wifi给管理和维护人员的手机号或微信号发送信息,并且在跟随到源头的时候，进行拍照上传。确定源头的方式就是根据多个气体传感器的排布方向，跟随到最大浓度的位置。
具体地，控制模块对所有多合一气体传感器测得的浓度进行比较，控制机器人沿着最高浓度的方向旋转，以使机器人的行驶方向与浓度最高的传感器的方向一致，并且持续检测，在转向的过程中，当转至当前浓度最高的传感器时，则停止转向并沿当前浓度最高的传感器方向前进，在前进的过程中持续重复以上步骤，直到最高浓度不再变化或超过最大量程，机器人停下并启动喷雾，同时所述控制模块根据上中下三个多合一气体传感器感应异味的先后顺序，控制旋转喷雾头64向上或向下喷射。
控制模块根据多合一气体传感器阵列的检测信号，确定当前环境是处于可朔源或者不可朔源。其中可朔源条件和不可朔源条件如下：
可朔源条件1：如正前方传来的时候，正面的传感器的浓度会是最大的(例如，50ppm)，然后是侧面的传感器例如可能是20ppm，最后是后面的传感器可能是0。所以可以通过前后传感器的浓度差分值来得出异味源的主要方向。
可朔源条件2：不同位置的传感器会有浓度分布比例，实际是因为传感器的迎面夹角θ不同。假设Pmax是正对异味源的浓度值，则传感器测得的浓度P＝Pmax*COSθ，这样在多合一气体传感器测得的浓度下，可以通过反向计算得到传感器的迎面夹角。但是因为空气是弥散的，气体分布会符合标准正态分布，所以不会像矢量场那么准确，所以会使用立体气体传感器阵列的方位角和浓度比较的方式。
如图2所示，假设传感器A是机器前进的方向
1、当异味从右侧散播过来，处于机器人前头的顺时针60度的传感器B优先检测到了异味浓度b，然后同样的在C也接收到浓度c。因为没有吸入装置，纯靠空气对流或者湍流，所以角度不会被修改。而C与B的角度相差60度。假设b＝Pmax，c<＝Pmax*cos60°。同样D、E、F的浓度感应到很低，接近0。机器转到A方向的浓度最高的B的方向，在转向的过程中，如果发现比b更大的，则停止，然后重新检测。
2、当异味是右侧全面扑过来，以B为中心，A传感器也感应到了，a<＝Pmax*cos60°。机器人比对所有传感器的浓度进行比较，沿着最高浓度的方向旋转，并且持续检测。而一般情况或者可朔源的条件下，各个位置检测的浓度值，不会完全相同的。除非饱和或这密闭空间全部均匀，但也就不再朔源条件了。
3、因为多合一气体传感器2是立体3环的，不同层的传感器也就可以感知气体的流动方向是由上而下，还是由下而上，当然这个方向除了相对分子质量以外，还有温度不同造成的密度差有影响。所以这个主要是为旋转喷雾头提供一个朝上喷或这朝下喷提供依据。直接看传感器所属的纵向层感应的先后顺序。
非朔源条件1，可喷雾：如果异味源头不是从同一个方向来的，那么此时可能是已经弥漫到整个空间了，此时朔源的条件不具备，会进行优先喷雾去异味净化气，再重新检测。此时也已经可以认为是达到目的地，或者是需要喷雾的状态，而暂时不用寻到源头。可以先启动喷雾异味净化了。但是这种情况不会突然出现，只要机器人一直处于检测中，气体就不可能瞬间达到每个方位都饱和的状态。空气流动需要时间，这个时间比AD采样的时间要长的多，CPU有充足的时间进行反应。
非朔源条件2，可喷雾：而如果从低浓度的地方到高浓度的位置过程中，如果长时间处于浓度高的地方，但是不喷雾的情况下，可能会慢慢的所有传感器，都达到最大均匀值。此时也已经可以认为是达到目的地，或者是需要喷雾的状态，而暂时不用寻到源头。可以先启动喷雾异味净化了。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能异味朔源净化机器人，其特征在于，包括：
本体，所述本体的底部安装有行走机构并且顶部安装有毫米波雷达；
多合一气体传感器，多个所述多合一气体传感器均匀间隔开地环绕安装在所述本体的上、中、下三个环上；
防撞传感器，多个所述防撞传感器均匀间隔开地安装在所述上、中、下三个环上并与所述多合一气体传感器彼此交替，并且所述防撞传感器还均匀间隔开地环绕安装在所述本体的靠近底部的侧面上；
温度传感器，多个所述温度传感器均匀间隔开地环绕安装在上环和中环之间以及中环与下环之间的所述本体上；
喷雾净化系统，所述喷雾净化系统用于根据所述多合一气体传感器检测到的异味种类配制药液和调整喷射角度；
以及控制模块，所述控制模块安装在所述本体内，与所述行走机构、毫米波雷达、防撞传感器、多合一气体传感器、温度传感器和喷雾净化系统电连接，通过分辨和对比所述多合一气体传感器测得的异味在不同方位的浓度差，从而判断异味的方向和角度，进而驱动所述行走机构从浓度低的位置往浓度高的位置追踪，实现异味朔源，并且在检测到浓度超过所述多合一气体传感器的最大量程时驱动所述喷雾净化系统喷雾，实现异味净化。
2.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述行走机构为分时四驱行走机构，包括2个主驱动轮和2个辅助驱动轮。
3.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，还包括防跌传感器，多个所述防跌传感器均匀间隔开地环绕安装在所述本体的底部上。
4.如权利要求3所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述防跌传感器和防撞传感器均包括并列布置的超声、红外测距传感器。
5.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述多合一气体传感器和所述防撞传感器的数量均为6个并且彼此相隔30度。
6.如权利要求1或5所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述温度传感器的数量为6个。
7.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述控制模块包括ARM架构的CPU和通讯模块，所述通讯模块用于将信息发送至远程终端。
8.如权利要求7所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述本体的顶部还安装有摄像头，所述摄像头用于拍摄图片并通过所述通讯模块发送至远程终端。
9.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述喷雾净化系统包括多个药剂箱、多个加药泵、大水箱、水泵、多个小水箱、多个超声波雾化器和旋转喷雾头，其中，所述药剂箱和所述大水箱安装在所述本体的底部，所述小水箱安装在所述本体的顶部；所述多个加药泵与所述多个药剂箱和所述小水箱一一对应，以根据所述多合一气体传感器检测到的气体种类将所需药剂从相应所述药剂箱添加到相应所述小水箱中；所述水泵用于将所述大水箱中的水按比例抽至所述小水箱中与相应药剂混合；所述超声波雾化器的超声探头安装在所述小水箱中，用于将药液雾化并通过所述旋转喷雾头喷出；所述旋转喷雾头安装在所述本体的顶部上并位于机器人的前进方向上；以及所述药剂箱、大水箱和小水箱中均安装有相应液位计。
10.如权利要求1所述的智能异味朔源净化机器人，其特征在于，所述控制模块对所有多合一气体传感器测得的浓度进行比较，控制机器人沿着最高浓度的方向旋转，以使机器人的行驶方向与浓度最高的传感器的方向一致，并且持续检测，在转向的过程中，当转至当前浓度最高的传感器时，则停止转向并沿当前浓度最高的传感器方向前进，在前进的过程中持续重复以上步骤，直到最高浓度不再变化或超过最大量程，机器人停下并启动喷雾，所述控制模块根据上中下三个多合一气体传感器感应异味的先后顺序，控制所述旋转喷雾头向上或向下喷射。
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- 2021-12-02 CN CN202111461851.2A patent/CN114110907A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220301 |