CN114280251B - 一种气体检测机器人及气体泄露源检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体检测机器人及气体泄露源检测方法。该气体检测机器人包括机器人本体和控制器，机器人本体包括头部，头部包括鼻部，鼻部具有进气孔、出气孔以及与进气孔和出气孔均连接的检测气室，检测气室内集成有气体传感器模组；气体传感器模组包括多通道阵列气体传感器，多通道阵列气体传感器由多个以阵列方式布置的传感元件组成，传感元件为MEMS传感元件或基于纳米材料的传感元件；控制器配置成根据气体传感器模组的检测结果确定机器人本体下一步运动时的目标位置，并控制机器人本体移动至目标位置，直至定位到气体泄漏源。

Description

一种气体检测机器人及气体泄露源检测方法

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种气体检测机器人及气体泄露源检测方法。

背景技术

气体泄漏检测巡航设备主要在煤矿隧道有毒气体浓度检测、变电站火灾消防监测、化工品泄露监测、燃气管道泄漏检测等领域进行应用。气体泄漏检测巡航设备的主要工作方式为巡航机器人检测气体浓度，在气体浓度达到阈值时进行泄漏报警或采取紧急避险措施。

现有技术中，为了追寻气体泄漏源，通常需要多个巡航机器人协同工作，利用多个巡航机器人共同检测的结果，综合确定泄漏源。然而，这样的泄露源确认方式需要多个巡航机器人共同工作，计算算法复杂且成本非常高。也有少数利用一个巡航机器人确定泄漏源的，但是受限于传感器的检测精度，无法支持气味识别，从而难以精确快速确定出泄露源。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够快速确定出气体泄漏源的气体检测机器人。

本发明的一个进一步的目的在于采用简单的方法对气体泄露源进行定位。

特别地，本发明提供了一种气体检测机器人，包括机器人本体和控制器，所述机器人本体包括头部，所述头部包括鼻部，所述鼻部具有进气孔、出气孔以及与所述进气孔和所述出气孔均连接的检测气室，所述检测气室内集成有气体传感器模组；

所述气体传感器模组包括多通道阵列气体传感器，所述多通道阵列气体传感器由多个以阵列方式布置的传感元件组成，所述传感元件为MEMS传感元件或基于纳米材料的传感元件；

所述控制器配置成根据所述气体传感器模组的检测结果确定所述机器人本体下一步运动时的目标位置，并控制所述机器人本体移动至所述目标位置，直至定位到气体泄漏源。

可选地，所述机器人本体还包括身体部，所述头部设置成受控地相对所述身体部进行转动；

所述控制器配置成在外部环境处于有风的状态时，在所述机器人本体处于原地不移动的情况下控制所述头部朝向不同的方位转动，以使得所述气体传感器模组采集不同方位的气体浓度，并控制所述机器人本体朝向气体浓度最高的方位移动。

可选地，所述控制器配置成在所述气体传感器模组采集的所有方位的气体浓度相同时控制所述机器人本体继续按照所述头部转动前的移动方位进行移动。

可选地，所述控制器配置成在外部环境处于无风的状态时，控制所述机器人本体朝向不同的方位移动预设距离，以使得所述气体传感器模组采集不同位置处的气体浓度，并控制所述机器人本体朝向气体浓度最高的位置移动。

可选地，所述检测气室内还设置有气泵，所述气泵用于将外部环境中的气体通过所述进气孔抽吸至所述检测气室内。

特别地，本发明还提供了一种基于前述的气体检测机器人的气体泄露源检测方法，包括如下步骤：

获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果；

根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置；

控制所述气体检测机器人从当前位置移动至所述目标位置；

重复以上步骤，直至定位到气体泄露源。

可选地，所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果，包括如下步骤：

在外部环境处于有风的状态时，在所述气体检测机器人处于原地不移动的情况下控制所述气体检测机器人的头部朝向不同的方位转动；

获取不同方位的所述气体传感器模组的检测结果；

可选地，所述根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置，包括如下步骤：

将不同方位的检测结果进行比较；

将所述检测结果中气体浓度最高的方位作为所述气体检测机器人下一步运动时的目标方位；

控制所述气体检测机器人按照所述目标方位移动预设距离，以移动至所述目标位置处。

可选地，所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果，包括如下步骤：

在外部环境处于无风的状态时，控制所述气体检测机器人从当前位置出发分别朝向不同的方位移动预设距离；

获取在不同位置的气体传感器模组的检测结果；

可选地，所述根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置，包括如下步骤：

将不同位置的检测结果进行比较；

将所述检测结果中气体浓度最高的位置作为所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置；

控制所述气体检测机器人移动至所述目标位置处。

可选地，所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果的步骤之前，还包括如下步骤：

预设所述气体检测机器人的初始前进路径，并设置所述气体检测机器人的每两步之间的距离；

启动所述气体检测机器人，并使得所述气体检测机器人按照所述初始前进路径前进。

根据本发明实施例的方案，通过将灵敏度非常高的多通道阵列气体传感器搭载在机器人本体内，可以识别出较小距离内或原地的不同方位处的气体浓度差，并控制机器人本体始终朝向气体浓度最高的方向移动，从而最终可以定位到气体泄露源。因此，仅通过一个气体检测机器人就基本上可以实现一定范围内的气体泄露源的识别，这与现有技术中需要通过多个机器人来识别气体泄露源的方案相比，无需多个气体检测机器人之间的交互以及对多个气体检测机器人采集到的数据综合计算，极大减小了计算时间，提高了气体泄露源的检测效率，同时也极大节约了成本。该方案将气体检测结果与机器人运动控制相结合，实现了环境气体的检测以及气体泄露源的寻踪。

并且，本发明的气体泄露源检测方法简单，计算过程简单，识别气体泄露源的效率高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的气体检测机器人的示意性结构图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的气体检测机器人的鼻部的示意性结构图，其中示出了鼻部的内部结构；

图3示出了根据本发明一个实施例的气体检测机器人的检测气室的内部结构图；

图4示出了根据本发明一个实施例的基于气体检测机器人的气体泄露源检测方法；

图中：

1-机器人本体，2-头部，21-鼻部，211-进气孔，212-出气孔，213-检测气室，214-气体传感器模组，215-气泵，3-身体部。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的气体检测机器人的示意性结构图。图2示出了根据本发明的一个实施例的气体检测机器人的鼻部21的示意性结构图，其中示出了鼻部21的内部结构。如图1和图2所示，该气体检测机器人包括机器人本体1和控制器。该机器人本体1为仿生机器人本体1，其包括头部2和身体部3。该头部2包括鼻部21，鼻部21具有进气孔211、出气孔212以及与进气孔211和出气孔212均连接的检测气室213。该检测气室213内集成有气体传感器模组214。该气体传感器模组214包括多通道阵列气体传感器，多通道阵列气体传感器由多个以阵列方式布置的传感元件组成，传感元件为MEMS传感元件或基于纳米材料的传感元件。该控制器配置成根据气体传感器模组214的检测结果确定机器人本体1下一步运动时的目标位置，并控制机器人本体1移动至目标位置，直至定位到气体泄漏源。

根据本发明实施例的方案，通过将灵敏度非常高的多通道阵列气体传感器搭载在机器人本体1内，可以识别出较小距离内或原地的不同方位处的气体浓度差，并控制机器人本体1始终朝向气体浓度最高的方向移动，从而最终可以定位到气体泄露源。因此，仅通过一个气体检测机器人就基本上可以实现一定范围内的气体泄露源的识别，这与现有技术中需要通过多个机器人来识别气体泄露源的方案相比，无需多个气体检测机器人之间的交互以及对多个气体检测机器人采集到的数据综合计算，极大减小了计算时间，提高了气体泄露源的检测效率，同时也极大节约了成本。该方案将气体检测结果与机器人运动控制相结合，实现了环境气体的检测以及气体泄露源的寻踪。

在一个实施例中，该机器人本体1的头部2设置成受控地相对所述身体部3进行转动，可以根据需要设计头部2相对身体部3可以转动的角度，一般地，允许头部2相对身体部3进行360°转动。头部2相对身体部3转动一次，就可以改变头部2朝向的方位，例如可以设定，头部2可以朝向四个方位转动，该四个方位中每相邻两个方位之间的夹角可以为90°，当然，也可以根据需要设定头部2朝向更多个或更少个方位转动。

图3示出了根据本发明一个实施例的气体检测机器人的检测气室213的内部结构图。如图1至图3所示，该机器人本体1的外形可以还包括仿生四肢、躯干、眼睛等机械结构件，内部包含控制器、电源系统等电路，进行机器人传感信号的处理以及运动控制。该机器人本体1的鼻部21为仿生鼻，其具有两个鼻腔，该鼻部21的进气孔211和出气孔212分别位于两个鼻腔位置处。该鼻部21内气体传感器模组214与控制器通信连接，通信方式例如可以为无线或有线连接方式。该检测气室213内还设置有气泵215，该气泵215用于将外部环境中的气体通过进气孔211抽吸至检测气室213内。该气体传感器模组214对抽吸至检测气室213内的气体进行气味识别以及气体检测，并将采集的信号传输至控制器。该检测气室213内的气体再通过出气孔212排出，从而完成一次气体采集。

该控制器配置成在外部环境处于有风的状态时，在机器人本体1处于原地不移动的情况下控制头部2朝向不同的方位转动，以使得气体传感器模组214采集不同方位的气体浓度，并控制机器人本体1朝向气体浓度最高的方位移动。可以理解的是，该控制器配置成在气体传感器模组214采集的所有方位的气体浓度相同时控制机器人本体1继续按照头部2转动前的移动方位进行移动。并且，该控制器还配置成在外部环境处于无风的状态时，控制机器人本体1朝向不同的方位移动预设距离，以使得气体传感器模组214采集不同位置处的气体浓度，并控制机器人本体1朝向气体浓度最高的位置移动。

也就是说，在外部环境处于有风的状态和无风的状态时，该控制器的发出的控制指令不同，最终检测时气体检测机器人运动方式不同。在外部环境处于有风的状态时，即便是气体检测机器人处于同一位置，但是其鼻部21朝向的方位不同时，检测出的气体浓度也可能是不同的。因此，在外部环境处于有风的状态时，气体检测机器人停止移动时，只需转动气体检测机器人的头部2，即可改变其鼻部21朝向的方位，此时，不同方位之间的浓度差在大于预设值时，该气体传感器模组214是可以检测出的，由此就可以判断出浓度最高的方位。该气体传感器模组214使用的是多通道阵列气体传感器，其可以灵敏检测到浓度的细微变化。该多通道阵列气体传感器在本申请之前，本申请的申请人已经申请过诸多专利，如专利号为CN201711124906.4的中国专利，此处不再赘述。需要额外说明的是，该多通道阵列气体传感器是需要提前训练的，能够对多种气体进行检测，并在复杂环境下进行气味识别，如烟味、臭味、腐蚀味等。

因此，本发明实施例的气体检测机器人可以根据预设巡航路径进行气体检测，当发现有单一气体或混合气体浓度较高时，机器人停止移动，转动气体检测机器人搭载气体传感器模组214的部位(如头部2)，朝向不同方位进行气体检测，找到浓度最高的方位，控制机器人本体1朝向浓度最高的方向继续前进，并设置步进，可以测得气体浓度空间分布图，其中，机器人运动的最小步进对应空间图中的最小单位。本发明实施例的气体检测机器人可以用于危险场景如煤炭矿工开采勘探或地震后寻找生命源等。

在外部环境处于无风的状态时，气体检测机器人需要以当前位置为中心，从当前位置出发分别朝向不同方位移动预设距离，从而探测出对应位置的气体浓度，并且控制机器人本体1朝向气体浓度最高的位置移动。该实施例中，该预设距离为0.5m-1m中任一值，例如为0.5m、0.8m、0.9m或1m。该气体传感器模组214足够识别出这个距离内的气体浓度差。

图4示出了根据本发明一个实施例的基于气体检测机器人的气体泄露源检测方法。该气体泄露源检测方法包括：

步骤S100，获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果；

步骤S200，根据检测结果确定气体检测机器人下一步运动时的目标位置；

步骤S300，控制气体检测机器人从当前位置移动至目标位置；

步骤S400，重复以上步骤，直至定位到气体泄露源。

该气体泄露源检测方法中所基于的气体检测机器人的结构以及配置包括前述实施例中所提及的特征。

在一个实施例中，该步骤S100包括如下步骤：在外部环境处于有风的状态时，在所述气体检测机器人处于原地不移动的情况下控制所述气体检测机器人的头部朝向不同的方位转动；获取不同方位的所述气体传感器模组的检测结果。该步骤S200包括如下步骤：将不同方位的检测结果进行比较；将检测结果中气体浓度最高的方位作为气体检测机器人下一步运动时的目标方位；控制气体检测机器人按照目标方位移动预设距离，以移动至目标位置处。

在另一个实施例中，该步骤S100包括如下步骤：在外部环境处于无风的状态时，控制所述气体检测机器人从当前位置出发分别朝向不同的方位移动预设距离；获取在不同位置的气体传感器模组的检测结果。该步骤S200包括如下步骤：将不同位置的检测结果进行比较；将所述检测结果中气体浓度最高的位置作为所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置；控制所述气体检测机器人移动至所述目标位置处。

在一个实施例中，该步骤S100之前还包括如下步骤：预设气体检测机器人的初始前进路径，并设置气体检测机器人的每两步之间的距离；启动气体检测机器人，并使得气体检测机器人按照初始前进路径前进。

本发明的气体泄露源检测方法简单，计算过程简单，识别气体泄露源的效率高。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (5)

1.一种气体检测机器人，其特征在于，包括机器人本体和控制器，所述机器人本体包括头部，所述头部包括鼻部，所述鼻部具有进气孔、出气孔以及与所述进气孔和所述出气孔均连接的检测气室，所述检测气室内集成有气体传感器模组；

所述气体传感器模组包括多通道阵列气体传感器，所述多通道阵列气体传感器由多个以阵列方式布置的传感元件组成，所述传感元件为MEMS传感元件或基于纳米材料的传感元件；

所述控制器配置成根据所述气体传感器模组的检测结果确定所述机器人本体下一步运动时的目标位置，并控制所述机器人本体移动至所述目标位置，直至定位到气体泄漏源；

所述机器人本体还包括身体部，所述头部设置成受控地相对所述身体部进行转动；

所述控制器配置成在外部环境处于有风的状态时，在所述机器人本体处于原地不移动的情况下控制所述头部朝向不同的方位转动，以使得所述气体传感器模组采集不同方位的气体浓度，并控制所述机器人本体朝向气体浓度最高的方位移动；

所述控制器配置成在外部环境处于无风的状态时，控制所述机器人本体朝向不同的方位移动预设距离，以使得所述气体传感器模组采集不同位置处的气体浓度，并控制所述机器人本体朝向气体浓度最高的位置移动。

2.根据权利要求1所述的气体检测机器人，其特征在于，所述控制器配置成在所述气体传感器模组采集的所有方位的气体浓度相同时控制所述机器人本体继续按照所述头部转动前的移动方位进行移动。

3.根据权利要求1或2所述的气体检测机器人，其特征在于，所述检测气室内还设置有气泵，所述气泵用于将外部环境中的气体通过所述进气孔抽吸至所述检测气室内。

4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的气体检测机器人的气体泄露源检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果；

根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置；

控制所述气体检测机器人从当前位置移动至所述目标位置；

重复以上步骤，直至定位到气体泄露源；

所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果，包括如下步骤：

在外部环境处于有风的状态时，在所述气体检测机器人处于原地不移动的情况下控制所述气体检测机器人的头部朝向不同的方位转动；

获取不同方位的所述气体传感器模组的检测结果；

所述根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置，包括如下步骤：

将不同方位的检测结果进行比较；

将所述检测结果中气体浓度最高的方位作为所述气体检测机器人下一步运动时的目标方位；

控制所述气体检测机器人按照所述目标方位移动预设距离，以移动至所述目标位置处；

所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果，包括如下步骤：

在外部环境处于无风的状态时，控制所述气体检测机器人从当前位置出发分别朝向不同的方位移动预设距离；

获取在不同位置的气体传感器模组的检测结果；

所述根据所述检测结果确定所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置，包括如下步骤：

将不同位置的检测结果进行比较；

将所述检测结果中气体浓度最高的位置作为所述气体检测机器人下一步运动时的目标位置；

控制所述气体检测机器人移动至所述目标位置处。

5.根据权利要求4所述的气体泄露源检测方法，其特征在于，所述获取气体检测机器人的气体传感器模组的检测结果的步骤之前，还包括如下步骤：

预设所述气体检测机器人的初始前进路径，并设置所述气体检测机器人的每两步之间的距离；

启动所述气体检测机器人，并使得所述气体检测机器人按照所述初始前进路径前进。