本发明专利技术公开了一种针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人。所述溯源机器人包括移动机器人平台、三维运载模组和数据采集模组。移动机器人平台作为三维溯源机器人底层平台，用于移动、供能、路径规划及信息交互，包括移动机器人底盘，工控机和激光雷达；三维运载模组用于控制数据采集模组在高度方向上的移动，包括支撑板、支撑杆、电机支座、顶座、直流电机、电机控制模块、滑动轴承、传送履带和激光测距传感器；数据采集模组用于空间内污染物浓度信息与空间内气流信息的采集，包括风速风向传感器、气体/颗粒物浓度传感器和浓度数据采集模块。本专利所述的机器人实现了真正意义上的三维溯源，达到更加适应真实室内环境的目的。的。的。
【技术实现步骤摘要】
针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人
[0001]本专利涉及污染源定位研究领域，特别涉及针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人。
技术介绍
[0002]室内危险物质泄漏可能会引起室内人员中毒、爆炸等灾害发生，威胁到室内人员生命安全，造成人身财产损失。而室内环境中存在的污染物种类繁多，如甲醛、苯等室内装饰污染，这些污染物的挥发以及在空气中的传播可能会造成室内环境的恶化，甚至威胁人员的健康。当室内危险物质泄漏时，往往需要快速准确地定位泄漏源的位置，这是进行有效源控制的前提，也是进一步预测危险物质或污染物扩散及相关灾害演化过程的必要条件。有效的源定位方法应用前景非常广阔，对于保障室内空气品质，控制室内空气疾病传播、处置室内危险物质泄漏、应对室内生化恐怖袭击等均具有极其重要的现实意义。在现实环境中，泄漏源可能出现在不同高度的位置，而危险物质在空气中的传播路径是三维方向上的，因此需要一种能够适应现实环境中危险物质泄漏、符合危险物质在空气中扩散机理的有效溯源手段。
[0003]目前针对危险物质泄漏以及空气污染的溯源手段大多为固定传感器方法，专利公开号为CN111256043A的中国专利，公开了一种基于脉冲响应法与传感器阵列的综合管廊燃气泄漏源识别方法，该方法首先在潜在污染源位置进行脉冲源释放获得对应的响应矩阵，然后根据综合管廊舱内浓度传感器的实时监测反馈的数值，再结合正则化方法与贝叶斯概率模型计算出泄漏源的强度与位置。然而上述方法必须预先将传感器安装在现实环境中，高度依赖已安装的传感器，当环境中缺乏传感器安装位置或传感器系统遭受破坏时，该方法将会失效。其次，该方法需要提前对环境进行建模，无法应对危险物质迅速扩散的紧急情况。
[0004]相比固定传感器网络方法，机器人主动溯源方法具有以下优势：(1)不需要了解气体扩散方程以及对环境进行建模，可以应对突发性情况和紧急事件；(2)不需要提前布置传感器，对复杂和未知环境具有更强的适应性；(3)机器人易于部署且移动灵活，可以扩大搜索范围，并且可以利用多台机器人协同工作，提高搜索效率和成功率；(4)机器人可以搭载不同的设备模块，在找到污染源或危险源的同时，可以实施源控制和处理。
[0005]目前市场中还未出现一款能够真正适应真实室内环境的、捕捉三维空间内浓度与气流信息的三维溯源机器人。有鉴于此，本专利的目的在于提供一种自主研发的、可适应真实环境的、可实时采集和传输三维方向上数据的溯源机器人。该机器人利用ROS开发环境运行溯源算法以实现实时采集和分析三维方向上的污染物浓度以及风速风向信息，以达到准确高效定位泄漏源位置的目的。
技术实现思路
[0006]本专利提出了针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人，其特征在于
包括移动机器人平台、三维运载模组和数据采集模组。
[0007]所述移动机器人平台作为三维溯源机器人底层平台，用于移动、供能、路径规划及信息交互，其中包括移动机器人底盘(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、为溯源机器人提供动力、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溯源算法运行环境、接收并处理各种传感器传输的数据、并反馈给所述电机控制模块和所述浓度数据采集模块、与电脑进行实时信息交互，所述激光雷达用于根据溯源环境构建地图、实现所述三维溯源机器人的定位与精准移动。
[0008]所述三维运载模组用于控制数据采集模组在高度方向上的移动，包括支撑板(12)、支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)、电机支座(5)、顶座(17)、直流电机(6)、电机控制模块(7)、滑动轴承(13)、传送履带(16)和激光测距传感器(11)，所述支撑板(12)用于搭载所述高精度风速风向传感器(14)、所述浓度传感器(15)和所述激光测距传感器(11)，所述支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)用于实现所述支撑板(12)在高度方向上的移动，所述电机支座(5)用于固定所述三维运载模组中的直流电机(6)，所述顶座(17)用于固定所述支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)，所述直流电机(6)用于提供所述传送履带运行的驱动力，所述电机控制模块(7)通过调压模块给所述激光测距传感器(11)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(11)的数据、并将数据传输给所述工控机(2)、根据所述工控机(2)反馈的数据控制所述直流电机(6)的转速转向与启停时间，所述滑动轴承(13)用于连接所述支撑板(12)与所述支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)以便支撑板(12)能够平稳移动，所述传送履带(16)用于实现所述携带浓度传感器(15)的支撑板(12)在高度方向的移动，所述激光测距传感器(11)用于采集所述支撑板(12)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(7)传输至所述工控机(2)进行数据分析、实现支撑板(12)的精准运行。
[0009]所述数据采集模组用于空间内污染物浓度信息与空间内气流信息的采集，包括风速风向传感器(14)、浓度传感器(15)和浓度数据采集模块(4)。所述风速风向传感器(14)用于采集室内动态环境中风速和风向信息，所述浓度传感器(15)用于采集室内污染物在空间内扩散的浓度信息，所述浓度数据采集模块(4)用于读取所述浓度传感器(15)采集到的数据并将相关数据反馈给所述工控机(2)进行相应处理。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术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。
[0011]图1为本专利的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人的结构示意图；
[0012]图2为本专利的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人的源定位流程图；
[0013]图3为本专利的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人中的三维运载模组工作流程图。
[0014]附图标记：
[0015]1-移动机器人底盘、2-工控机、3-激光雷达、4-浓度数据模块、5-电机支座、6-直流
电机、7-电机控制模块、8-支撑杆1、9-支撑杆2、10-支撑杆3、11-激光测距传感器、12-支撑板、13-滑动轴承、14-风速风向传感器、15-浓度传感器、16-传送履带、17-顶座。
具体实施方式
[0016]本专利设计并创造一种针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人，利用三维传动结构控制算法与溯源算法，达到采集、融合和分析三个维度的风速风向信息与浓度信息的目的，并通过这些信息定位最终的源位置，实现真正意义上的三维溯源。
[0017]为了更好地理解按照本专利技术方案的一种针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人，下面结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人实施的技术方案进行清楚地、完整地描述。
[0018]本专利技术实施例提供的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人，其特征在于：由移动机器人底盘(1)、工控机(2)、激光雷达(3)、浓度数据采集模块(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)、风速风向传感器(14)、浓度传感器(15)、传送履带(16)和顶座(17)组成。移动机器人底盘(1)、工控机(2)和激光雷达(3)组成移动机器人平台，支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)、支撑板(12)、电机支座(5)、顶座(17)、直流电机(6)、滑动轴承(13)、传送履带(16)、激光测距传感器(11)组成三维运载模组，风速风向传感器(14)、浓度传感器(15)和浓度数据采集模块(4)组成数据采集模组。所述工控机(2)和所述风速风向传感器(14)的电源线均连接并固定在所述移动机器人底盘(1)上，所述风速风向传感器(14)的信号传导线连接在所述工控机(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，所述电机控制模块(7)与所述浓度数据采集模块(4)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，所述浓度传感器(15)通过导线接至所述浓度数据采集模块(4)对应接口中，所述激光测距传感器(11)通过导线接至所述数据电机控制模块(7)对应接口中。所述电机支座(5)安装在所述移动机器人底盘(1)上用于固定直流电机(6)，支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)安装在移动机器人底盘(1)上，所述支撑板(12)通过所述滑动轴承(13)与所述支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)相连接，所述顶座(17)安装在所述支撑杆1(8)、支撑杆2(9)、支撑杆3(10)顶部，所述风速风向传感器(14)与所述浓度传感器(15)均固定在支撑板(12)上，所述激光测距传感器(11)安装所述支撑板(12)下方，所述传送履带(16)连接在所述顶座(17)、所述支撑板(12)和所述直流电机(6)上。2.根据权利要求1所述的针对室内危险物质泄漏及空气污染的三维溯源机器人，其特征在于：所述移动机器人底盘(1)内置驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡浩，郭讯，杨洲，廖禹，鲁静雨，王瑜，张博远，李斐，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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