專(zhuān)利名稱(chēng)：中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中央空調(diào)風(fēng)管清洗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種中央空調(diào)風(fēng)管多功 能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人。
背景技術(shù)：
中央空調(diào)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行之后，中央空調(diào)風(fēng)管的側(cè)壁、底部容易聚集一些有害物質(zhì)如灰塵、病菌、病毒、塵螨以及碳放射物等；而且由于新風(fēng)量 不足，中央空調(diào)風(fēng)管可能出現(xiàn)二氧化碳、二氧化硫和揮發(fā)性有機(jī)氣體等有害氣 體超標(biāo)。因此，定期對(duì)中央空調(diào)通風(fēng)管道的衛(wèi)生狀況進(jìn)行檢測(cè)，以決定清掃的 必要性和檢測(cè)清掃的效果，這對(duì)保證室內(nèi)空氣的清潔和為工作人員提供安全舒 適的工作環(huán)境具有十分重要的意義。由于檢測(cè)人員直接進(jìn)入中央空調(diào)風(fēng)管進(jìn)行 空氣質(zhì)量分析與檢測(cè)比較困難，而且工作條件差，因此設(shè)計(jì)一種能夠在中央空 調(diào)風(fēng)管中對(duì)空氣質(zhì)量和集塵進(jìn)行檢測(cè)分析的自動(dòng)機(jī)器人是十分必要的。雖然由 雷學(xué)軍設(shè)計(jì)的發(fā)明專(zhuān)利"一種用于中央空調(diào)的定量采樣機(jī)器人"和孫曉博等人設(shè)計(jì)的實(shí)用新型專(zhuān)利"中央空調(diào)風(fēng)管檢測(cè)機(jī)器人"，涉及了中央空調(diào)風(fēng)管中的灰 塵采集機(jī)器人，但是這兩個(gè)專(zhuān)利設(shè)計(jì)的機(jī)器人是遙控型的機(jī)器人，它們不能自 主地在風(fēng)管中工作，而且這兩款機(jī)器人只能采集中央空調(diào)風(fēng)管底部的灰塵，不 能采集中央空調(diào)風(fēng)管側(cè)壁的灰塵，更不能實(shí)時(shí)檢測(cè)所采集灰塵的重量、不能對(duì) 空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析。發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在中央空 調(diào)風(fēng)管中自主地進(jìn)行空氣質(zhì)量檢測(cè)、灰塵采集的多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人。 可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)中央空調(diào)風(fēng)管中有害氣體的含量，采集中央空調(diào)風(fēng)管底部、兩 側(cè)壁的灰塵并實(shí)時(shí)地測(cè)量灰塵的重量。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人，包括履帶式行走模塊、機(jī)器人箱體、前向視覺(jué)傳感器模塊、后 向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器、空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、 灰塵定量采樣模塊、灰塵測(cè)重模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、無(wú)線通信模塊、
中央控制單元和遠(yuǎn)程遙控單元；所述履帶式行走模塊設(shè)置在機(jī)器人箱體的兩側(cè); 所述前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離 傳感器和空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊分別設(shè)置在機(jī)器人箱體的上面；中央控制單元、無(wú) 線通信模塊、電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板分別設(shè)置在機(jī)器人箱體的內(nèi)部；所述中央 控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視 覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和無(wú)線通信模 塊相連；所述電源模塊通過(guò)電源線分別與中央控制單元和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板相連；所 述無(wú)線通信模塊通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與天線相連；所述遠(yuǎn)程遙控單元設(shè)置在筆記本 電腦上，筆記本電腦上還裝有遙控操作手柄。所述空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊可以檢測(cè) 二氧化碳、二氧化硫和揮發(fā)性有機(jī)氣體等有害氣體的含量。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述灰塵定量采樣模塊包括采樣控制箱、升降電 機(jī)、采樣箱、刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刮板和灰斗，所述采樣控制箱通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)器 人箱體連接，主要負(fù)責(zé)控制灰塵定量采樣模塊的旋轉(zhuǎn)和升降；所述旋轉(zhuǎn)軸通過(guò) 齒輪副二與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸相連；所述升降電機(jī)的輸出軸通過(guò)鏈條一與鏈輪 一相連，鏈輪一通過(guò)其中間孔的齒與升降螺桿嚙合；所述采樣控制箱通過(guò)升降 螺桿控制采樣箱的升降運(yùn)動(dòng)，并由導(dǎo)向桿導(dǎo)向；所述采樣箱主要負(fù)責(zé)采集灰塵， 并將采集的灰塵倒入灰塵測(cè)重模塊；所述刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸的鏈輪二通過(guò) 鏈條二與刮板驅(qū)動(dòng)軸的鏈輪二相連；所述刮板驅(qū)動(dòng)軸的兩端分別通過(guò)軸承二由 灰塵定量采樣模塊的側(cè)壁支撐，鏈條三同時(shí)與鏈輪三和鏈輪四嚙合，移動(dòng)滑塊 固定在鏈條三上，而且移動(dòng)滑塊與滑槽相匹配；所述刮板又固定在移動(dòng)滑塊上； 所述灰斗通過(guò)鉸接桿與采樣箱的側(cè)壁鉸接，灰斗的下端還與滑索相連；所述滑 索通過(guò)滑輪與固定在倒灰軸上的線盤(pán)相連；所述倒灰軸通過(guò)齒輪副三與倒灰電 機(jī)相連。倒灰電機(jī)可以使滑索拉緊和放松，從而可以控制將灰斗中的灰塵倒入 灰塵測(cè)重模塊的托盤(pán)中。所述履帶式行走模塊設(shè)置在機(jī)器人箱體的兩側(cè)；履帶式行走模塊包括履帶 和履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每側(cè)的履帶由一個(gè)主動(dòng)輪、 一個(gè)從動(dòng)輪和三個(gè)壓帶輪支撐， 所述主動(dòng)輪的主動(dòng)輪軸的一端通過(guò)軸承一與側(cè)板相連，另一端與箱體支桿相連; 在履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有齒輪副一的一個(gè)齒輪，齒輪副一的另一個(gè)齒 輪固定在錐形齒輪副的輸入軸上，錐形齒輪副與主動(dòng)輪軸相連；履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過(guò)信號(hào)線與設(shè)置在機(jī)器人箱體內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板相連。所述前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊均包括攝像頭和照明燈。所述中央控制單元包括視覺(jué)信息處理模塊、聲納信息處理模塊、紅外信息 處理模塊、多傳感器信息融合模塊、快速三維環(huán)境建模模塊、全局定位模塊、 智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊、底層運(yùn)動(dòng)控制模塊、空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊及數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊；所述視覺(jué)信息處理模塊輸 出端、聲納信息處理模塊輸出端、紅外信息處理模塊輸出端與多傳感器信息融 合模塊輸入端連接；所述多傳感器信息融合模塊輸出端分別與快速三維環(huán)境建 模模塊輸入端、全局定位模塊輸入端、智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊輸入端連接； 所述快速三維環(huán)境建模模塊輸出端通過(guò)全局定位模塊和智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模 塊輸入端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊輸入端與智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊輸出 端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊輸出端與快速三維環(huán)境建模模塊輸入端連接； 所述數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊輸入端分別與快速三維環(huán)境建模模塊輸出端、視覺(jué)信 息處理模塊輸出端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊互接； 所述空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊輸出端和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊輸入端連 接；所述數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊輸出端和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊輸入端連接。所述遠(yuǎn)程遙控單元包括空氣質(zhì)量智能分析模塊、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 清洗與消毒決策支持模塊、超標(biāo)報(bào)警模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊、視頻存儲(chǔ) 與檢索模塊、遠(yuǎn)程遙控操作模塊、視頻顯示模塊、三維環(huán)境模型顯示模塊及信 息接收與發(fā)送模塊；所述空氣質(zhì)量智能分析模塊與空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、清 洗與消毒決策支持模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊及信息接收與發(fā)送模塊同時(shí)連 接；所述信息接收與發(fā)送模塊通過(guò)視頻存儲(chǔ)與檢索模塊與視頻顯示模塊連接； 所述信息接收與發(fā)送模塊還通過(guò)遠(yuǎn)程遙控操作模塊與三維環(huán)境模型顯示模塊連 接。本發(fā)明的工作原理是中央控制單元可以根據(jù)傳感器的信息控制機(jī)器人自 主地在風(fēng)管中運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，中央控制單元的空氣采樣數(shù)據(jù)與 灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊可以控制空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊中的儀器測(cè)量揮發(fā)性有機(jī)氣體、 可吸入顆粒物、二氧化碳、 一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲醛和苯的含量； 當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定的灰塵采集點(diǎn)時(shí)，中央控制單元的空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣 數(shù)據(jù)模塊可以控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)，從而使定量灰塵采集模塊垂直中央空調(diào) 風(fēng)管的底板或左右側(cè)板，并且可以控制升降電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)使定量灰塵采集模塊 的采樣箱在升降螺桿和導(dǎo)向桿的帶動(dòng)下產(chǎn)生升降，因此定量灰塵采集模塊不僅 可以采集中央空調(diào)風(fēng)管底板上的灰塵而且可以采集其左右側(cè)板上的灰塵；同時(shí)
灰塵采集模塊可以將采集到的灰塵倒入灰塵測(cè)重模塊實(shí)時(shí)地測(cè)試在各個(gè)采集點(diǎn) 所采集灰塵的重量；所述機(jī)器人中的無(wú)線通信模塊通過(guò)天線可以與裝有同樣無(wú) 線通信模塊的筆記本電腦建立無(wú)線通信物理連接；中央控制單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與 接收模塊和遠(yuǎn)程遙控單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊之間可以相互傳遞數(shù)據(jù)，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遙控和空氣質(zhì)量分析。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1) 本發(fā)明的多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人可以實(shí)時(shí)檢測(cè)中央空調(diào)風(fēng)管空氣 中有害氣體的含量，不僅可以采集中央空調(diào)風(fēng)管底部的灰塵，而且可以采集中 央空調(diào)風(fēng)管側(cè)壁上的灰塵，并可以實(shí)時(shí)地測(cè)量所采集灰塵的重量。(2) 本發(fā)明的多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人具有在中央空調(diào)風(fēng)管中自主運(yùn)動(dòng) 和自主決策的能力，使操作人員不需要掌握高深的機(jī)器人領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)就可 以輕松地進(jìn)行操作，并且減少機(jī)器人作業(yè)中的人為干預(yù)，能更好地保證檢測(cè)結(jié) 果的可靠性與公平性。(3) 本發(fā)明的多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人的中央控制單元軟件，包含了多 傳感器信息融合和全局定位模塊；根據(jù)多傳感器融合后的信息，利用協(xié)同進(jìn)化 粒子濾波器，機(jī)器人可以準(zhǔn)確估計(jì)其在中央空調(diào)風(fēng)管中的位姿，而準(zhǔn)確的位姿 估計(jì)是提高機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)和自主決策能力的關(guān)鍵。(4) 本發(fā)明的多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，各個(gè)模 塊之間具有較高的獨(dú)立性，使機(jī)器人具有很高的可靠性，并且便于機(jī)器人的安 裝、維護(hù)以及改進(jìn)。


圖1為本發(fā)明的中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人主視圖。圖2為本發(fā)明的中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人俯視圖。圖3為本發(fā)明的中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人右視圖。圖4為本發(fā)明的履帶式運(yùn)動(dòng)模塊的俯視圖。圖5為本發(fā)明的機(jī)器人箱體內(nèi)各模塊之間的分布與連線圖。圖6為本發(fā)明的定量灰塵采集模塊的主視圖。圖7為本發(fā)明的定量灰塵采集模塊的A-A截面左視圖。圖8為本發(fā)明的定量灰塵采集模塊的B-B截面左視圖。圖9為本發(fā)明的前向視覺(jué)傳感器模塊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。圖IO為本發(fā)明的中央控制單元結(jié)構(gòu)框圖。 圖11為本發(fā)明的遠(yuǎn)程控制單元結(jié)構(gòu)框圖 其中l(wèi)一履帶式行走模塊 4一紅外距離傳感器 7—灰塵定量采樣模塊 IO—電機(jī)驅(qū)動(dòng)板13—主動(dòng)輪 16—履帶22—履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) 25—紅外傳感器控制板 28—旋轉(zhuǎn)軸 31—升降電機(jī) 34—升降螺桿 37—封蓋 40~鏈條二 43—鏈輪四 46—移動(dòng)滑塊 49~鉸接桿 52—倒灰軸 55—倒灰電機(jī) 58—照明燈 61—齒輪副四 64—天線2—機(jī)器人箱體 5—聲納距離傳感器 8—灰塵測(cè)重模塊 ll一中央控制單元 14—從動(dòng)輪 17—錐形齒輪副 20~箱體支桿 23—齒輪副一 26—聲納傳感器控制板27—電池 29—齒輪副二 30—旋轉(zhuǎn)電機(jī)3—前向視覺(jué)傳感器模塊 6—空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊 9~電源模塊15—壓帶輪 18—軸承一 21—主動(dòng)輪軸 24—灰斗32—鏈條一35—導(dǎo)向桿38—刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)41一刮板驅(qū)動(dòng)軸44一鏈條三47—刮板50~滑索53—線盤(pán)56—托盤(pán)59~攝像頭支架62—攝像頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)33—鏈輪一 36—程控開(kāi)關(guān) 39~鏈輪二 42—鏈輪三 45—軸承二 48—滑槽 5卜滑輪 54—齒輪副三 57~^像頭 60—支架旋轉(zhuǎn)軸 63—無(wú)線通信模塊 66—采樣箱65—采樣控制箱 301—后向視覺(jué)傳感器模塊具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。 實(shí)施例如圖l、 2、 3、 4所示，中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人包括履帶 式行走模塊1、機(jī)器人箱體2、前向視覺(jué)傳感器模塊3、后向視覺(jué)傳感器模塊301， 紅外距離傳感器4、聲納距離傳感器5、空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊6、灰塵定量采樣模 塊7、灰塵測(cè)重模塊8、電源模塊9、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板IO、無(wú)線通信模塊63、中央控 制單元ll和遠(yuǎn)程遙控單元。所述履帶式行走模塊1設(shè)置在機(jī)器人箱體2的兩側(cè)，機(jī)器人箱體2固定在 箱體支桿20上；所述前向視覺(jué)傳感器模塊3、后向視覺(jué)傳感器模塊301、聲納 距離傳感器5、紅外距離傳感器4和空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊6分別設(shè)置在機(jī)器人箱體 2的上面；中央控制單元11、無(wú)線通信模塊63、電源模塊9和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板10分 別設(shè)置在機(jī)器人箱體2的內(nèi)部；所述中央控制單元11通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與空氣質(zhì) 量檢測(cè)模塊6、前向視覺(jué)傳感器模塊3、后向視覺(jué)傳感器模塊301、聲納距離傳 感器5、紅外距離傳感器4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板10和無(wú)線通信模塊63相連；所述電源 模塊9通過(guò)電源線分別與中央控制單元11和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板10相連；所述前向視 覺(jué)傳感器模塊3和后向視覺(jué)傳感器模塊301均包括攝像頭57和照明燈58;所述 無(wú)線通信模塊63通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與天線64相連。所述遠(yuǎn)程遙控單元設(shè)置在筆 記本電腦上，筆記本電腦上還裝有遙控操作手柄。如圖l、 4所示，所述履帶式行走模塊包括履帶16和履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)22，每 側(cè)的履帶16由一個(gè)主動(dòng)輪13、 一個(gè)從動(dòng)輪14和三個(gè)壓帶輪15支撐，所述主動(dòng) 輪13的主動(dòng)輪軸21的一端通過(guò)軸承一 18與側(cè)板19相連，另一端與箱體支桿 20相連；在履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)22的輸出軸上設(shè)置有齒輪副一 23的一個(gè)齒輪，齒輪 副一 23的另一個(gè)齒輪固定在錐形齒輪副17的輸入軸上，錐形齒輪副17與主動(dòng) 輪軸21相連；履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)22通過(guò)信號(hào)線與設(shè)置在機(jī)器人箱體2內(nèi)的電機(jī)驅(qū) 動(dòng)板10相連。如圖5所示，機(jī)器人箱體2的側(cè)面分別設(shè)置有紅外距離傳感器4、聲納距離 傳感器5;中央控制單元11分別通過(guò)紅外傳感器控制板25與紅外距離傳感器4 相連；通過(guò)聲納傳感器控制板26與聲納距離傳感器5相連；通過(guò)電源模塊9與 電池27相連；并且中央控制單元11還分別與灰塵測(cè)重模塊8和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板10 相連；而所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)板10則直接與電池27相連；無(wú)線通信模塊63分別與中 央控制單元ll和天線64相連。如圖6、 7、 8所示，所述灰塵定量采樣模塊7包括采樣控制箱65、升降電 機(jī)31、采樣箱66、刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)38、刮板47和灰斗24，所述采樣控制箱65 通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸28與機(jī)器人箱體2連接，所述旋轉(zhuǎn)軸28通過(guò)齒輪副二 29與旋轉(zhuǎn)電 機(jī)30的輸出軸相連；所述升降電機(jī)31的輸出軸通過(guò)鏈條一 32與鏈輪一 33相
連，鏈輪一33通過(guò)其中間孔的齒與升降螺桿34嚙合；所述采樣控制箱65通過(guò) 升降螺桿34控制采樣箱66的升降運(yùn)動(dòng)，并由導(dǎo)向桿35導(dǎo)向；程控開(kāi)關(guān)36分 別設(shè)置在鏈輪一 33和灰塵定量采樣模塊7采樣控制箱的封蓋37上；所述刮板 驅(qū)動(dòng)電機(jī)38的輸出軸的鏈輪二 39通過(guò)鏈條二 40與刮板驅(qū)動(dòng)軸41的鏈輪二 39 相連；所述刮板驅(qū)動(dòng)軸41的兩端分別通過(guò)軸承二 45由灰塵定量采樣模塊的側(cè) 壁支撐，鏈條三44同時(shí)與鏈輪三42和鏈輪四43嚙合，移動(dòng)滑塊46固定在鏈 條三44上，而且移動(dòng)滑塊46與滑槽48相匹配；所述刮板47又固定在移動(dòng)滑 塊46上；所述灰斗24通過(guò)鉸接桿49與采樣箱66的側(cè)壁鉸接，灰斗24的下端 還與滑索50相連；所述滑索50通過(guò)滑輪51與固定在倒灰軸52上的線盤(pán)53相 連；所述倒灰軸52通過(guò)齒輪副三54與倒灰電機(jī)55相連。倒灰電機(jī)55可以使 滑索50拉緊和放松，從而可以控制將灰斗24中的灰塵倒入灰塵測(cè)重模塊8的 托盤(pán)56中。如圖l、 3所示，所述向前視覺(jué)傳感器模塊3和后向視覺(jué)傳感器模塊301設(shè) 置在機(jī)器人箱體2的上面，均包括攝像頭57和照明燈58;其中前向視覺(jué)傳感器 模塊3可以270度旋轉(zhuǎn)，從而可以觀測(cè)到機(jī)器人周?chē)男畔ⅲ缓笙蛞曈X(jué)傳感器 模塊301直接固定在機(jī)器人箱體的上面。如圖9所示，前向視覺(jué)傳感器模塊的 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括攝像頭支架59、支架旋轉(zhuǎn)軸60和攝像頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)62，所述支架 旋轉(zhuǎn)軸60通過(guò)齒輪副四61與攝像頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)62的輸出軸相連。如圖10所示，所述中央控制單元包括視覺(jué)信息處理模塊、聲納信息處理模 塊、紅外信息處理模塊、多傳感器信息融合模塊、快速三維環(huán)境建模模塊、全 局定位模塊、智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊、空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊、 底層運(yùn)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊及數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊；所述視覺(jué)信 息處理模塊、聲納信息處理模塊、紅外信息處理模塊的輸出端將處理后的感知 信息分別輸出給多傳感器信息融合模塊；所述多傳感器信息融合模塊的輸出端 將融合后的感知信息分別輸出給快速三維建模模塊、全局定位模塊、智能導(dǎo)航 與高層規(guī)劃模塊；所述快速三維建模模塊的輸出端將三維環(huán)境模型輸出給全局 定位模塊；全局定位模塊的輸出端與智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊相連，將根據(jù)多 傳感器信息融合模塊提供的感知信息和三維環(huán)境模型計(jì)算出的移動(dòng)式空氣檢測(cè) 裝置在風(fēng)管中的位置信息輸出給智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊；所述智能導(dǎo)航與高 層規(guī)劃模塊輸出端與底層運(yùn)動(dòng)控制模塊輸入端連接，將導(dǎo)航和決策信息發(fā)送給 底層運(yùn)動(dòng)控制模塊；底層運(yùn)動(dòng)控制模塊的輸出端與快速三維環(huán)境建模模塊輸入
端連接，將控制信息反饋給快速三維環(huán)境建模模塊；所述視覺(jué)信息處理模塊、 快速三維環(huán)境建模模塊的另一輸出端與數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊的輸入端相連，將 視覺(jué)信息和三維環(huán)境模型發(fā)送給數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊進(jìn)行編碼和壓縮；所述數(shù) 據(jù)編碼與壓縮模塊的輸出端將壓縮后的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊；所述 底層運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊相連，將移動(dòng)式空氣檢測(cè)裝置的位置 信息輸出給數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊，同時(shí)接收來(lái)自數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊的遠(yuǎn)程遙 控操作信息；所述空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊也和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊 相連，將采集到的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊。如圖11所示，遠(yuǎn)程遙控單元包括空氣質(zhì)量智能分析模塊、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)模塊、清洗與消毒決策支持模塊、超標(biāo)報(bào)警模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊、 視頻存儲(chǔ)與檢索模塊、遠(yuǎn)程遙控操作模塊、視頻顯示模塊、三維環(huán)境模型顯示 模塊及信息接收與發(fā)送模塊；所述空氣質(zhì)量智能分析模塊與空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 模塊、清洗與消毒決策支持模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊及信息接收與發(fā)送模 塊同時(shí)連接；所述信息接收與發(fā)送模塊通過(guò)視頻存儲(chǔ)與檢索模塊與視頻顯示模 塊連接；所述信息接收與發(fā)送模塊還通過(guò)遠(yuǎn)程遙控操作模塊與三維環(huán)境模型顯 示模塊連接。具體工作原理是1.中央控制單元可以根據(jù)傳感器的信息控制機(jī)器人自主地在風(fēng)管中工作， 具體包括以下步驟(1) 中央控制單元的視覺(jué)信息處理模塊、聲納信息處理模塊和紅外信息處 理模塊分別對(duì)采集到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，從中提取與風(fēng)管側(cè)壁相對(duì)應(yīng)的 邊緣信息；(2) 中央控制單元的多傳感器信息融合模塊，根據(jù)來(lái)自視覺(jué)傳感模塊、聲 納傳感模塊、紅外傳感模塊的信息的互補(bǔ)性，對(duì)中央空調(diào)風(fēng)管側(cè)壁信息、障礙 物信息及側(cè)壁邊緣信息進(jìn)行融合，輸出融合后的感知信息；(3) 根據(jù)融合后的感知信息，中央控制單元的快速三維環(huán)境建模利用基于 混合采樣進(jìn)化粒子濾波器的同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建方法實(shí)時(shí)建立高精度的三維環(huán) 境建模，根據(jù)建立的三維環(huán)境模型可以準(zhǔn)確識(shí)別風(fēng)管中存在的障礙物，并計(jì)算 中央空調(diào)風(fēng)管的主要參數(shù)；(4) 中央控制單元的全局定位模塊根據(jù)以上步驟(3)已經(jīng)建立的三維環(huán)境 模型，計(jì)算機(jī)器人在風(fēng)管中的位姿；(5)最后，中央控制單元的智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊根據(jù)步驟(3)已經(jīng)建 立的三維環(huán)境模型、步驟(4)已經(jīng)計(jì)算的機(jī)器人的位姿以及步驟(2)輸出的 融合后的感知信息做出決策，并將控制指令發(fā)送給底層運(yùn)動(dòng)控制模塊，以控制 機(jī)器人在中央空調(diào)風(fēng)管中安全地運(yùn)動(dòng)。2. 機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，中央控制單元的空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù) 模塊可以控制空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊中的儀器測(cè)量揮發(fā)性有機(jī)氣體、可吸入顆粒物、 二氧化碳、 一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲醛和苯的含量。3. 中央控制單元的空氣釆樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊可以控制定量灰塵采 集模塊在風(fēng)管中完成灰塵采集工作，具體包括以下步驟(a) 灰塵定量采樣模塊7的升降電機(jī)31順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它通過(guò)鏈條一32、鏈 輪一 33帶動(dòng)升降螺桿34產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，灰塵定量采樣模塊的下端在升降螺桿34和 導(dǎo)向桿35的作用下往下運(yùn)動(dòng)，直到灰塵定量采樣模塊的下端與中央空調(diào)風(fēng)管壁 靠緊，升降電機(jī)31停止轉(zhuǎn)動(dòng)；(b) 刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)38開(kāi)始工作，刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)38的輸出軸通過(guò)鏈輪二 39 與鏈條二 40帶動(dòng)刮板驅(qū)動(dòng)軸41旋轉(zhuǎn)，刮板驅(qū)動(dòng)軸41通過(guò)鏈輪三42、鏈條三 44帶動(dòng)移動(dòng)滑塊46協(xié)同刮板47向左移動(dòng)，將風(fēng)管壁上的灰塵刮入灰斗；當(dāng)刮 板碰到灰斗24以后，刮板驅(qū)動(dòng)電機(jī)38開(kāi)始反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刮板47向右移動(dòng)，回到 初始位置；并重復(fù)以上的刮灰操作3 5次；(c) 升降電機(jī)31逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它通過(guò)鏈條一 32、鏈輪一 33帶動(dòng)升降螺桿 34產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，灰塵定量采樣模塊的采樣箱在升降螺桿34和向桿35的作用下往 上運(yùn)動(dòng)，直到降螺桿34碰到灰塵定量采樣模塊封蓋上的程控開(kāi)關(guān)36，升降電機(jī) 31停止轉(zhuǎn)動(dòng)；(d) 倒灰電機(jī)55順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)拉緊滑索50使灰斗24繞鉸接桿49的 鉸接點(diǎn)向上轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)灰斗24接近垂直狀態(tài)時(shí)，倒灰電機(jī)55多次反復(fù)地正反轉(zhuǎn) 動(dòng)，使灰斗24震動(dòng)，從而使其中的灰倒入灰塵測(cè)重模塊；(e) 倒灰電機(jī)55逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使灰斗回到初始狀態(tài)；(f) 機(jī)器Ail過(guò)聲納傳感器和紅外傳感器檢測(cè)機(jī)器人到中央空調(diào)風(fēng)管左側(cè)壁 的距離，如果距離大于升降螺桿34的長(zhǎng)度150mm，那么中央控制模塊控制機(jī)器 人向左側(cè)移動(dòng)，使機(jī)器人到中央空調(diào)風(fēng)管左側(cè)壁的距離在100-140mm之間；(g) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)30往順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使灰塵定量采樣模塊的采樣箱朝左， 垂直中央空調(diào)風(fēng)管左側(cè)壁； (h) 依次執(zhí)行步驟(a)、 (b)、 (c);(i) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)30開(kāi)始工作，使灰塵定量采樣模塊回到初始狀態(tài)； (j)依次執(zhí)行步驟(d)、 (e)完成倒灰；(k)機(jī)器人通過(guò)聲納傳感器和紅外傳感器檢測(cè)機(jī)器人到中央空調(diào)風(fēng)管右側(cè) 壁的距離，如果距離大于升降螺桿34的長(zhǎng)度150mm，那么中央控制模塊控制機(jī) 器人向右側(cè)移動(dòng)，使機(jī)器人到中央空調(diào)風(fēng)管右側(cè)壁的距離在100 140mm之間；(1)旋轉(zhuǎn)電機(jī)30往逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使灰塵定量采樣模塊的采樣箱朝右， 垂直中央空調(diào)風(fēng)管右側(cè)壁；(m)依次執(zhí)行步驟(h)、 (i)、 (j)。4.通過(guò)中央控制單元與遠(yuǎn)程遙控單元的合作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遙控和 空氣質(zhì)量分析，具體包括以下步驟(A) 中央控制單元的數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊對(duì)視覺(jué)信息處理模塊輸出的視頻信 息和快速三維環(huán)境建模輸出的三維環(huán)境信息進(jìn)行壓縮編碼，并輸出給中央控制 單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊；(B) 中央控制單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊將步驟(A)編碼壓縮后的信息、 空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊的輸出信息和底層運(yùn)動(dòng)控制模塊的控制信息 發(fā)送給遠(yuǎn)程遙控單元；(C) 遠(yuǎn)程遙控單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊將接收到的空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵 采樣數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程遙控單元的空氣質(zhì)量智能分析模塊，空氣質(zhì)量智能分析模 塊從空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中讀取各種標(biāo)準(zhǔn)值以判斷各種有害氣體的含量是否 超標(biāo)，以及從中央空調(diào)風(fēng)管側(cè)壁采集到的積塵的重量是否超標(biāo)，如果超標(biāo)則通 過(guò)超標(biāo)報(bào)警模塊報(bào)警，并通過(guò)清洗與決策支持模塊提供清洗和消毒處理方案；(D) 遠(yuǎn)程遙控單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊將接收到的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)視頻存 儲(chǔ)與檢索模塊傳送給視頻顯示模塊，視頻存儲(chǔ)與檢索模塊同時(shí)將視頻數(shù)據(jù)存入 視頻數(shù)據(jù)庫(kù)，以便以后進(jìn)行檢索；(E) 遠(yuǎn)程遙控單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊將接收到的三維環(huán)境信息、機(jī)器 人的位姿信息通過(guò)遠(yuǎn)程遙控模塊傳送給三維環(huán)境模型顯示模塊，顯示已經(jīng)創(chuàng)建 的三維環(huán)境和機(jī)器人的當(dāng)前位姿；(F) 遠(yuǎn)程遙控模塊可以接收操作人員輸入的控制指令，根據(jù)機(jī)器人的當(dāng)前 位姿和環(huán)境模型判斷控制指令是否安全，如果不安全則提示操作人員，否則將 控制指令傳送給遠(yuǎn)程遙控單元的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊；(G)中央控制單元的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊可以接收遠(yuǎn)程遙控模塊的控制指 令將控制指令傳送給底層運(yùn)動(dòng)控制模塊，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí) 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人包括履帶式行走模塊、機(jī)器人箱體、前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器、空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、灰塵定量采樣模塊、灰塵測(cè)重模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、無(wú)線通信模塊、中央控制單元和遠(yuǎn)程遙控單元；所述履帶式行走模塊設(shè)置在機(jī)器人箱體的兩側(cè)；所述前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器和空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊分別設(shè)置在機(jī)器人箱體的上面；中央控制單元、無(wú)線通信模塊、電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板分別設(shè)置在機(jī)器人箱體的內(nèi)部；所述中央控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和無(wú)線通信模塊相連；所述電源模塊通過(guò)電源線分別與中央控制單元和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板相連；所述無(wú)線通信模塊通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與天線相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人， 其特征在于所述遠(yuǎn)程遙控單元設(shè)置在筆記本電腦上，筆記本電腦上還裝有遙 控操作手柄。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人， 其特征在于所述灰塵定量采樣模塊包括采樣控制箱、升降電機(jī)、采樣箱、刮 板驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刮板和灰斗，所述采樣控制箱通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人箱體連接；所 述旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)齒輪副二與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸相連；所述升降電機(jī)的輸出軸通過(guò) 鏈條一與鏈輪一相連，鏈輪一通過(guò)其中間孔的齒與升降螺桿嚙合；所述采樣控 制箱通過(guò)升降螺桿控制采樣箱的升降運(yùn)動(dòng)，并由導(dǎo)向桿導(dǎo)向；所述刮板驅(qū)動(dòng)電 機(jī)的輸出軸的鏈輪二通過(guò)鏈條二與刮板驅(qū)動(dòng)軸的鏈輪二相連；所述刮板驅(qū)動(dòng)軸 的兩端分別通過(guò)軸承二由灰塵定量采樣模塊的側(cè)壁支撐，鏈條三同時(shí)與鏈輪三 和鏈輪四嚙合，移動(dòng)滑塊固定在鏈條三上，且移動(dòng)滑塊與滑槽相匹配；所述刮 板又固定在移動(dòng)滑塊上；所述灰斗通過(guò)鉸接桿與采樣箱的側(cè)壁鉸接，灰斗的下 端還與滑索相連；所述滑索通過(guò)滑輪與固定在倒灰軸上的線盤(pán)相連；所述倒灰 軸通過(guò)齒輪副三與倒灰電機(jī)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人， 其特征在于所述履帶式行走模塊設(shè)置在機(jī)器人箱體的兩側(cè)；履帶式行走模塊 包括履帶和履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每側(cè)的履帶由一個(gè)主動(dòng)輪、 一個(gè)從動(dòng)輪和三個(gè)壓帶 輪支撐，所述主動(dòng)輪的主動(dòng)輪軸的一端通過(guò)軸承一與側(cè)板相連，另一端與箱體支桿相連；在履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有齒輪副一的一個(gè)齒輪，齒輪副一 的另一個(gè)齒輪固定在錐形齒輪副的輸入軸上，錐形齒輪副與主動(dòng)輪軸相連；履 帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)信號(hào)線與設(shè)置在機(jī)器人箱體內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人， 其特征在于所述中央控制單元包括視覺(jué)信息處理模塊、聲納信息處理模塊、 紅外信息處理模塊、多傳感器信息融合模塊、快速三維環(huán)境建模模塊、全局定 位模塊、智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊、底層運(yùn)動(dòng)控制模塊、空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵 采樣數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊及數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊；所述視覺(jué)信息處 理模塊輸出端、聲納信息處理模塊輸出端、紅外信息處理模塊輸出端與多傳感 器信息融合模塊輸入端連接；所述多傳感器信息融合模塊輸出端分別與快速三 維環(huán)境建模模塊輸入端、全局定位模塊輸入端、智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃模塊輸入 端連接；所述快速三維環(huán)境建模模塊輸出端通過(guò)全局定位模塊和智能導(dǎo)航與高 層規(guī)劃模塊輸入端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊輸入端與智能導(dǎo)航與高層規(guī)劃 模塊輸出端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊輸出端與快速三維環(huán)境建模模塊輸入 端連接；所述數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊輸入端分別與快速三維環(huán)境建模模塊輸出端、 視覺(jué)信息處理模塊輸出端連接；所述底層運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊 互接；所述空氣采樣數(shù)據(jù)與灰塵采樣數(shù)據(jù)模塊輸出端和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊輸 入端連接；所述數(shù)據(jù)編碼與壓縮模塊輸出端和數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊輸入端連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中央空調(diào)風(fēng)管多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人， 其特征在于所述遠(yuǎn)程遙控單元包括空氣質(zhì)量智能分析模塊、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)模塊、清洗與消毒決策支持模塊、超標(biāo)報(bào)警模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊、 視頻存儲(chǔ)與檢索模塊、遠(yuǎn)程遙控操作模塊、視頻顯示模塊、三維環(huán)境模型顯示 模塊及信息接收與發(fā)送模塊；所述空氣質(zhì)量智能分析模塊與空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 模塊、清洗與消毒決策支持模塊、空氣質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊及信息接收與發(fā)送模 塊同時(shí)連接；所述信息接收與發(fā)送模塊通過(guò)視頻存儲(chǔ)與檢索模塊與視頻顯示模 塊連接；所述信息接收與發(fā)送模塊還通過(guò)遠(yuǎn)程遙控操作模塊與三維環(huán)境模型顯 示模塊連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中央空調(diào)通風(fēng)管道多功能空氣質(zhì)量分析機(jī)器人，包括履帶式行走模塊、機(jī)器人箱體、前向視覺(jué)傳感器模塊、后向視覺(jué)傳感器模塊、聲納距離傳感器、紅外距離傳感器、空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、灰塵定量采樣模塊、灰塵測(cè)重模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、無(wú)線通信模塊、中央控制單元和遠(yuǎn)程遙控單元；該機(jī)器人可以實(shí)時(shí)檢測(cè)中央空調(diào)風(fēng)管空氣中有害氣體的含量，可以采集中央空調(diào)風(fēng)管底部和中央空調(diào)風(fēng)管側(cè)壁上的灰塵，并可以實(shí)時(shí)地測(cè)量所采集灰塵的重量；該機(jī)器人具有在中央空調(diào)風(fēng)管中自主運(yùn)動(dòng)和自主決策的能力，使操作人員不需要掌握高深的機(jī)器人領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)就可以輕松地進(jìn)行操作，并且減少機(jī)器人作業(yè)中的人為干預(yù)，能更好地保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性與公平性。
文檔編號(hào)G01N35/00GK101162233SQ20071003150
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者羅榮華, 閔華清, 馬鵬飛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)