专利名称：中央空调风管多功能空气质量分析机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于中央空调风管清洗设备领域，具体涉及一种中央空调风管多功 能空气质量分析机器人。
背景技术：
中央空调在经过一段时间的运行之后，中央空调风管的侧壁、底部容易聚集一些有害物质如灰尘、病菌、病毒、尘螨以及碳放射物等；而且由于新风量 不足，中央空调风管可能出现二氧化碳、二氧化硫和挥发性有机气体等有害气 体超标。因此，定期对中央空调通风管道的卫生状况进行检测，以决定清扫的 必要性和检测清扫的效果，这对保证室内空气的清洁和为工作人员提供安全舒 适的工作环境具有十分重要的意义。由于检测人员直接进入中央空调风管进行 空气质量分析与检测比较困难，而且工作条件差，因此设计一种能够在中央空 调风管中对空气质量和集尘进行检测分析的自动机器人是十分必要的。虽然由 雷学军设计的发明专利"一种用于中央空调的定量采样机器人"和孙晓博等人设计的实用新型专利"中央空调风管检测机器人"，涉及了中央空调风管中的灰 尘采集机器人，但是这两个专利设计的机器人是遥控型的机器人，它们不能自 主地在风管中工作，而且这两款机器人只能采集中央空调风管底部的灰尘，不 能采集中央空调风管侧壁的灰尘，更不能实时检测所采集灰尘的重量、不能对 空气质量进行实时检测与分析。发明内容为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够在中央空 调风管中自主地进行空气质量检测、灰尘采集的多功能空气质量分析机器人。 可以实时地检测中央空调风管中有害气体的含量，采集中央空调风管底部、两 侧壁的灰尘并实时地测量灰尘的重量。本发明的目的是通过下述技术方案实现 一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人，包括履带式行走模块、机器人箱体、前向视觉传感器模块、后 向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器、空气质量检测模块、 灰尘定量采样模块、灰尘测重模块、电源模块、电机驱动板、无线通信模块、
中央控制单元和远程遥控单元；所述履带式行走模块设置在机器人箱体的两侧; 所述前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离 传感器和空气质量检测模块分别设置在机器人箱体的上面；中央控制单元、无 线通信模块、电源模块和电机驱动板分别设置在机器人箱体的内部；所述中央 控制单元通过数据线分别与空气质量检测模块、前向视觉传感器模块、后向视 觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器、电机驱动板和无线通信模 块相连；所述电源模块通过电源线分别与中央控制单元和电机驱动板相连；所 述无线通信模块通过数据信号线与天线相连；所述远程遥控单元设置在笔记本 电脑上，笔记本电脑上还装有遥控操作手柄。所述空气质量检测模块可以检测 二氧化碳、二氧化硫和挥发性有机气体等有害气体的含量。为了更好地实现本发明，所述灰尘定量采样模块包括采样控制箱、升降电 机、采样箱、刮板驱动电机、刮板和灰斗，所述采样控制箱通过旋转轴与机器 人箱体连接，主要负责控制灰尘定量采样模块的旋转和升降；所述旋转轴通过 齿轮副二与旋转电机的输出轴相连；所述升降电机的输出轴通过链条一与链轮 一相连，链轮一通过其中间孔的齿与升降螺杆啮合；所述采样控制箱通过升降 螺杆控制采样箱的升降运动，并由导向杆导向；所述采样箱主要负责采集灰尘， 并将采集的灰尘倒入灰尘测重模块；所述刮板驱动电机的输出轴的链轮二通过 链条二与刮板驱动轴的链轮二相连；所述刮板驱动轴的两端分别通过轴承二由 灰尘定量采样模块的侧壁支撑，链条三同时与链轮三和链轮四啮合，移动滑块 固定在链条三上，而且移动滑块与滑槽相匹配；所述刮板又固定在移动滑块上； 所述灰斗通过铰接杆与采样箱的侧壁铰接，灰斗的下端还与滑索相连；所述滑 索通过滑轮与固定在倒灰轴上的线盘相连；所述倒灰轴通过齿轮副三与倒灰电 机相连。倒灰电机可以使滑索拉紧和放松，从而可以控制将灰斗中的灰尘倒入 灰尘测重模块的托盘中。所述履带式行走模块设置在机器人箱体的两侧；履带式行走模块包括履带 和履带驱动电机，每侧的履带由一个主动轮、 一个从动轮和三个压带轮支撑， 所述主动轮的主动轮轴的一端通过轴承一与侧板相连，另一端与箱体支杆相连; 在履带驱动电机的输出轴上设置有齿轮副一的一个齿轮，齿轮副一的另一个齿 轮固定在锥形齿轮副的输入轴上，锥形齿轮副与主动轮轴相连；履带驱动电机 通过信号线与设置在机器人箱体内的电机驱动板相连。所述前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块均包括摄像头和照明灯。所述中央控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息 处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全局定位模块、 智能导航与高层规划模块、底层运动控制模块、空气采样数据与灰尘采样数据模块、数据编码与压缩模块及数据接收与发送模块；所述视觉信息处理模块输 出端、声纳信息处理模块输出端、红外信息处理模块输出端与多传感器信息融 合模块输入端连接；所述多传感器信息融合模块输出端分别与快速三维环境建 模模块输入端、全局定位模块输入端、智能导航与高层规划模块输入端连接； 所述快速三维环境建模模块输出端通过全局定位模块和智能导航与高层规划模 块输入端连接；所述底层运动控制模块输入端与智能导航与高层规划模块输出 端连接；所述底层运动控制模块输出端与快速三维环境建模模块输入端连接； 所述数据编码与压縮模块输入端分别与快速三维环境建模模块输出端、视觉信 息处理模块输出端连接；所述底层运动控制模块和数据接收与发送模块互接； 所述空气采样数据与灰尘采样数据模块输出端和数据接收与发送模块输入端连 接；所述数据编码与压縮模块输出端和数据接收与发送模块输入端连接。所述远程遥控单元包括空气质量智能分析模块、空气质量数据存储模块、 清洗与消毒决策支持模块、超标报警模块、空气质量指标显示模块、视频存储 与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示模块及信 息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储模块、清 洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块及信息接收与发送模块同时连 接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模块连接； 所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显示模块连 接。本发明的工作原理是中央控制单元可以根据传感器的信息控制机器人自 主地在风管中运动；机器人在运动的过程中，中央控制单元的空气采样数据与 灰尘采样数据模块可以控制空气质量检测模块中的仪器测量挥发性有机气体、 可吸入颗粒物、二氧化碳、 一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲醛和苯的含量； 当机器人到达指定的灰尘采集点时，中央控制单元的空气采样数据与灰尘采样 数据模块可以控制旋转电机正反旋转，从而使定量灰尘采集模块垂直中央空调 风管的底板或左右侧板，并且可以控制升降电机正反旋转使定量灰尘采集模块 的采样箱在升降螺杆和导向杆的带动下产生升降，因此定量灰尘采集模块不仅 可以采集中央空调风管底板上的灰尘而且可以采集其左右侧板上的灰尘；同时
灰尘采集模块可以将采集到的灰尘倒入灰尘测重模块实时地测试在各个采集点 所采集灰尘的重量；所述机器人中的无线通信模块通过天线可以与装有同样无 线通信模块的笔记本电脑建立无线通信物理连接；中央控制单元的数据发送与 接收模块和远程遥控单元的数据发送与接收模块之间可以相互传递数据，以实 现对机器人的遥控和空气质量分析。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果(1) 本发明的多功能空气质量分析机器人可以实时检测中央空调风管空气 中有害气体的含量，不仅可以采集中央空调风管底部的灰尘，而且可以采集中 央空调风管侧壁上的灰尘，并可以实时地测量所采集灰尘的重量。(2) 本发明的多功能空气质量分析机器人具有在中央空调风管中自主运动 和自主决策的能力，使操作人员不需要掌握高深的机器人领域的专业知识就可 以轻松地进行操作，并且减少机器人作业中的人为干预，能更好地保证检测结 果的可靠性与公平性。(3) 本发明的多功能空气质量分析机器人的中央控制单元软件，包含了多 传感器信息融合和全局定位模块；根据多传感器融合后的信息，利用协同进化 粒子滤波器，机器人可以准确估计其在中央空调风管中的位姿，而准确的位姿 估计是提高机器人自主运动和自主决策能力的关键。(4) 本发明的多功能空气质量分析机器人采用模块化的设计方法，各个模 块之间具有较高的独立性，使机器人具有很高的可靠性，并且便于机器人的安 装、维护以及改进。
图1为本发明的中央空调风管多功能空气质量分析机器人主视图。图2为本发明的中央空调风管多功能空气质量分析机器人俯视图。图3为本发明的中央空调风管多功能空气质量分析机器人右视图。图4为本发明的履带式运动模块的俯视图。图5为本发明的机器人箱体内各模块之间的分布与连线图。图6为本发明的定量灰尘采集模块的主视图。图7为本发明的定量灰尘采集模块的A-A截面左视图。图8为本发明的定量灰尘采集模块的B-B截面左视图。图9为本发明的前向视觉传感器模块的传动结构图。图IO为本发明的中央控制单元结构框图。 图11为本发明的远程控制单元结构框图 其中l一履带式行走模块 4一红外距离传感器 7—灰尘定量采样模块 IO—电机驱动板13—主动轮 16—履带22—履带驱动电机 25—红外传感器控制板 28—旋转轴 31—升降电机 34—升降螺杆 37—封盖 40~链条二 43—链轮四 46—移动滑块 49~铰接杆 52—倒灰轴 55—倒灰电机 58—照明灯 61—齿轮副四 64—天线2—机器人箱体 5—声纳距离传感器 8—灰尘测重模块 ll一中央控制单元 14—从动轮 17—锥形齿轮副 20~箱体支杆 23—齿轮副一 26—声纳传感器控制板27—电池 29—齿轮副二 30—旋转电机3—前向视觉传感器模块 6—空气质量检测模块 9~电源模块15—压带轮 18—轴承一 21—主动轮轴 24—灰斗32—链条一35—导向杆38—刮板驱动电机41一刮板驱动轴44一链条三47—刮板50~滑索53—线盘56—托盘59~摄像头支架62—摄像头旋转电机33—链轮一 36—程控开关 39~链轮二 42—链轮三 45—轴承二 48—滑槽 5卜滑轮 54—齿轮副三 57~^像头 60—支架旋转轴 63—无线通信模块 66—采样箱65—采样控制箱 301—后向视觉传感器模块具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。 实施例如图l、 2、 3、 4所示，中央空调风管多功能空气质量分析机器人包括履带 式行走模块1、机器人箱体2、前向视觉传感器模块3、后向视觉传感器模块301， 红外距离传感器4、声纳距离传感器5、空气质量检测模块6、灰尘定量采样模 块7、灰尘测重模块8、电源模块9、电机驱动板IO、无线通信模块63、中央控 制单元ll和远程遥控单元。所述履带式行走模块1设置在机器人箱体2的两侧，机器人箱体2固定在 箱体支杆20上；所述前向视觉传感器模块3、后向视觉传感器模块301、声纳 距离传感器5、红外距离传感器4和空气质量检测模块6分别设置在机器人箱体 2的上面；中央控制单元11、无线通信模块63、电源模块9和电机驱动板10分 别设置在机器人箱体2的内部；所述中央控制单元11通过数据线分别与空气质 量检测模块6、前向视觉传感器模块3、后向视觉传感器模块301、声纳距离传 感器5、红外距离传感器4、电机驱动板10和无线通信模块63相连；所述电源 模块9通过电源线分别与中央控制单元11和电机驱动板10相连；所述前向视 觉传感器模块3和后向视觉传感器模块301均包括摄像头57和照明灯58;所述 无线通信模块63通过数据信号线与天线64相连。所述远程遥控单元设置在笔 记本电脑上，笔记本电脑上还装有遥控操作手柄。如图l、 4所示，所述履带式行走模块包括履带16和履带驱动电机22，每 侧的履带16由一个主动轮13、 一个从动轮14和三个压带轮15支撑，所述主动 轮13的主动轮轴21的一端通过轴承一 18与侧板19相连，另一端与箱体支杆 20相连；在履带驱动电机22的输出轴上设置有齿轮副一 23的一个齿轮，齿轮 副一 23的另一个齿轮固定在锥形齿轮副17的输入轴上，锥形齿轮副17与主动 轮轴21相连；履带驱动电机22通过信号线与设置在机器人箱体2内的电机驱 动板10相连。如图5所示，机器人箱体2的侧面分别设置有红外距离传感器4、声纳距离 传感器5;中央控制单元11分别通过红外传感器控制板25与红外距离传感器4 相连；通过声纳传感器控制板26与声纳距离传感器5相连；通过电源模块9与 电池27相连；并且中央控制单元11还分别与灰尘测重模块8和电机驱动板10 相连；而所述电机驱动板10则直接与电池27相连；无线通信模块63分别与中 央控制单元ll和天线64相连。如图6、 7、 8所示，所述灰尘定量采样模块7包括采样控制箱65、升降电 机31、采样箱66、刮板驱动电机38、刮板47和灰斗24，所述采样控制箱65 通过旋转轴28与机器人箱体2连接，所述旋转轴28通过齿轮副二 29与旋转电 机30的输出轴相连；所述升降电机31的输出轴通过链条一 32与链轮一 33相
连，链轮一33通过其中间孔的齿与升降螺杆34啮合；所述采样控制箱65通过 升降螺杆34控制采样箱66的升降运动，并由导向杆35导向；程控开关36分 别设置在链轮一 33和灰尘定量采样模块7采样控制箱的封盖37上；所述刮板 驱动电机38的输出轴的链轮二 39通过链条二 40与刮板驱动轴41的链轮二 39 相连；所述刮板驱动轴41的两端分别通过轴承二 45由灰尘定量采样模块的侧 壁支撑，链条三44同时与链轮三42和链轮四43啮合，移动滑块46固定在链 条三44上，而且移动滑块46与滑槽48相匹配；所述刮板47又固定在移动滑 块46上；所述灰斗24通过铰接杆49与采样箱66的侧壁铰接，灰斗24的下端 还与滑索50相连；所述滑索50通过滑轮51与固定在倒灰轴52上的线盘53相 连；所述倒灰轴52通过齿轮副三54与倒灰电机55相连。倒灰电机55可以使 滑索50拉紧和放松，从而可以控制将灰斗24中的灰尘倒入灰尘测重模块8的 托盘56中。如图l、 3所示，所述向前视觉传感器模块3和后向视觉传感器模块301设 置在机器人箱体2的上面，均包括摄像头57和照明灯58;其中前向视觉传感器 模块3可以270度旋转，从而可以观测到机器人周围的信息；后向视觉传感器 模块301直接固定在机器人箱体的上面。如图9所示，前向视觉传感器模块的 旋转机构包括摄像头支架59、支架旋转轴60和摄像头旋转电机62，所述支架 旋转轴60通过齿轮副四61与摄像头旋转电机62的输出轴相连。如图10所示，所述中央控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模 块、红外信息处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全 局定位模块、智能导航与高层规划模块、空气采样数据与灰尘采样数据模块、 底层运动控制模块、数据编码与压縮模块及数据接收与发送模块；所述视觉信 息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块的输出端将处理后的感知 信息分别输出给多传感器信息融合模块；所述多传感器信息融合模块的输出端 将融合后的感知信息分别输出给快速三维建模模块、全局定位模块、智能导航 与高层规划模块；所述快速三维建模模块的输出端将三维环境模型输出给全局 定位模块；全局定位模块的输出端与智能导航与高层规划模块相连，将根据多 传感器信息融合模块提供的感知信息和三维环境模型计算出的移动式空气检测 装置在风管中的位置信息输出给智能导航与高层规划模块；所述智能导航与高 层规划模块输出端与底层运动控制模块输入端连接，将导航和决策信息发送给 底层运动控制模块；底层运动控制模块的输出端与快速三维环境建模模块输入
端连接，将控制信息反馈给快速三维环境建模模块；所述视觉信息处理模块、 快速三维环境建模模块的另一输出端与数据编码与压縮模块的输入端相连，将 视觉信息和三维环境模型发送给数据编码与压縮模块进行编码和压縮；所述数 据编码与压縮模块的输出端将压縮后的数据输出给数据接收与发送模块；所述 底层运动控制模块和数据接收与发送模块相连，将移动式空气检测装置的位置 信息输出给数据接收与发送模块，同时接收来自数据接收与发送模块的远程遥 控操作信息；所述空气采样数据与灰尘采样数据模块也和数据接收与发送模块 相连，将采集到的数据输出给数据接收与发送模块。如图11所示，远程遥控单元包括空气质量智能分析模块、空气质量数据存 储模块、清洗与消毒决策支持模块、超标报警模块、空气质量指标显示模块、 视频存储与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示 模块及信息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储 模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块及信息接收与发送模 块同时连接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模 块连接；所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显 示模块连接。具体工作原理是1.中央控制单元可以根据传感器的信息控制机器人自主地在风管中工作， 具体包括以下步骤(1) 中央控制单元的视觉信息处理模块、声纳信息处理模块和红外信息处 理模块分别对采集到的传感数据进行初步处理，从中提取与风管侧壁相对应的 边缘信息；(2) 中央控制单元的多传感器信息融合模块，根据来自视觉传感模块、声 纳传感模块、红外传感模块的信息的互补性，对中央空调风管侧壁信息、障碍 物信息及侧壁边缘信息进行融合，输出融合后的感知信息；(3) 根据融合后的感知信息，中央控制单元的快速三维环境建模利用基于 混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环 境建模，根据建立的三维环境模型可以准确识别风管中存在的障碍物，并计算 中央空调风管的主要参数；(4) 中央控制单元的全局定位模块根据以上步骤(3)已经建立的三维环境 模型，计算机器人在风管中的位姿；(5)最后，中央控制单元的智能导航与高层规划模块根据步骤(3)已经建 立的三维环境模型、步骤(4)已经计算的机器人的位姿以及步骤(2)输出的 融合后的感知信息做出决策，并将控制指令发送给底层运动控制模块，以控制 机器人在中央空调风管中安全地运动。2. 机器人在运动的过程中，中央控制单元的空气采样数据与灰尘采样数据 模块可以控制空气质量检测模块中的仪器测量挥发性有机气体、可吸入颗粒物、 二氧化碳、 一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲醛和苯的含量。3. 中央控制单元的空气釆样数据与灰尘采样数据模块可以控制定量灰尘采 集模块在风管中完成灰尘采集工作，具体包括以下步骤(a) 灰尘定量采样模块7的升降电机31顺时针转动，它通过链条一32、链 轮一 33带动升降螺杆34产生旋转，灰尘定量采样模块的下端在升降螺杆34和 导向杆35的作用下往下运动，直到灰尘定量采样模块的下端与中央空调风管壁 靠紧，升降电机31停止转动；(b) 刮板驱动电机38开始工作，刮板驱动电机38的输出轴通过链轮二 39 与链条二 40带动刮板驱动轴41旋转，刮板驱动轴41通过链轮三42、链条三 44带动移动滑块46协同刮板47向左移动，将风管壁上的灰尘刮入灰斗；当刮 板碰到灰斗24以后，刮板驱动电机38开始反转，带动刮板47向右移动，回到 初始位置；并重复以上的刮灰操作3 5次；(c) 升降电机31逆时针转动，它通过链条一 32、链轮一 33带动升降螺杆 34产生旋转，灰尘定量采样模块的采样箱在升降螺杆34和向杆35的作用下往 上运动，直到降螺杆34碰到灰尘定量采样模块封盖上的程控开关36，升降电机 31停止转动；(d) 倒灰电机55顺时针转动，通过拉紧滑索50使灰斗24绕铰接杆49的 铰接点向上转动，当灰斗24接近垂直状态时，倒灰电机55多次反复地正反转 动，使灰斗24震动，从而使其中的灰倒入灰尘测重模块；(e) 倒灰电机55逆时针转动，使灰斗回到初始状态；(f) 机器Ail过声纳传感器和红外传感器检测机器人到中央空调风管左侧壁 的距离，如果距离大于升降螺杆34的长度150mm，那么中央控制模块控制机器 人向左侧移动，使机器人到中央空调风管左侧壁的距离在100-140mm之间；(g) 旋转电机30往顺时针方向转动，使灰尘定量采样模块的采样箱朝左， 垂直中央空调风管左侧壁； (h) 依次执行步骤(a)、 (b)、 (c);(i) 旋转电机30开始工作，使灰尘定量采样模块回到初始状态； (j)依次执行步骤(d)、 (e)完成倒灰；(k)机器人通过声纳传感器和红外传感器检测机器人到中央空调风管右侧 壁的距离，如果距离大于升降螺杆34的长度150mm，那么中央控制模块控制机 器人向右侧移动，使机器人到中央空调风管右侧壁的距离在100 140mm之间；(1)旋转电机30往逆时针方向转动，使灰尘定量采样模块的采样箱朝右， 垂直中央空调风管右侧壁；(m)依次执行步骤(h)、 (i)、 (j)。4.通过中央控制单元与远程遥控单元的合作，可以实现对机器人的遥控和 空气质量分析，具体包括以下步骤(A) 中央控制单元的数据编码与压縮模块对视觉信息处理模块输出的视频信 息和快速三维环境建模输出的三维环境信息进行压縮编码，并输出给中央控制 单元的数据发送与接收模块；(B) 中央控制单元的数据发送与接收模块将步骤(A)编码压縮后的信息、 空气采样数据与灰尘采样数据模块的输出信息和底层运动控制模块的控制信息 发送给远程遥控单元；(C) 远程遥控单元的数据发送与接收模块将接收到的空气采样数据与灰尘 采样数据传送给远程遥控单元的空气质量智能分析模块，空气质量智能分析模 块从空气质量数据存储模块中读取各种标准值以判断各种有害气体的含量是否 超标，以及从中央空调风管侧壁采集到的积尘的重量是否超标，如果超标则通 过超标报警模块报警，并通过清洗与决策支持模块提供清洗和消毒处理方案；(D) 远程遥控单元的数据发送与接收模块将接收到的视频数据通过视频存 储与检索模块传送给视频显示模块，视频存储与检索模块同时将视频数据存入 视频数据库，以便以后进行检索；(E) 远程遥控单元的数据发送与接收模块将接收到的三维环境信息、机器 人的位姿信息通过远程遥控模块传送给三维环境模型显示模块，显示已经创建 的三维环境和机器人的当前位姿；(F) 远程遥控模块可以接收操作人员输入的控制指令，根据机器人的当前 位姿和环境模型判断控制指令是否安全，如果不安全则提示操作人员，否则将 控制指令传送给远程遥控单元的数据接收与发送模块；(G)中央控制单元的数据发送与接收模块可以接收远程遥控模块的控制指 令将控制指令传送给底层运动控制模块，控制机器人运动。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人，其特征在于所述机器人包括履带式行走模块、机器人箱体、前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器、空气质量检测模块、灰尘定量采样模块、灰尘测重模块、电源模块、电机驱动板、无线通信模块、中央控制单元和远程遥控单元；所述履带式行走模块设置在机器人箱体的两侧；所述前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器和空气质量检测模块分别设置在机器人箱体的上面；中央控制单元、无线通信模块、电源模块和电机驱动板分别设置在机器人箱体的内部；所述中央控制单元通过数据线分别与空气质量检测模块、前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器、电机驱动板和无线通信模块相连；所述电源模块通过电源线分别与中央控制单元和电机驱动板相连；所述无线通信模块通过数据信号线与天线相连。
2、 根据权利要求1所述的一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人， 其特征在于所述远程遥控单元设置在笔记本电脑上，笔记本电脑上还装有遥 控操作手柄。
3、 根据权利要求1所述的一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人， 其特征在于所述灰尘定量采样模块包括采样控制箱、升降电机、采样箱、刮 板驱动电机、刮板和灰斗，所述采样控制箱通过旋转轴与机器人箱体连接；所 述旋转轴通过齿轮副二与旋转电机的输出轴相连；所述升降电机的输出轴通过 链条一与链轮一相连，链轮一通过其中间孔的齿与升降螺杆啮合；所述采样控 制箱通过升降螺杆控制采样箱的升降运动，并由导向杆导向；所述刮板驱动电 机的输出轴的链轮二通过链条二与刮板驱动轴的链轮二相连；所述刮板驱动轴 的两端分别通过轴承二由灰尘定量采样模块的侧壁支撑，链条三同时与链轮三 和链轮四啮合，移动滑块固定在链条三上，且移动滑块与滑槽相匹配；所述刮 板又固定在移动滑块上；所述灰斗通过铰接杆与采样箱的侧壁铰接，灰斗的下 端还与滑索相连；所述滑索通过滑轮与固定在倒灰轴上的线盘相连；所述倒灰 轴通过齿轮副三与倒灰电机相连。
4、 根据权利要求1所述的一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人， 其特征在于所述履带式行走模块设置在机器人箱体的两侧；履带式行走模块 包括履带和履带驱动电机，每侧的履带由一个主动轮、 一个从动轮和三个压带 轮支撑，所述主动轮的主动轮轴的一端通过轴承一与侧板相连，另一端与箱体支杆相连；在履带驱动电机的输出轴上设置有齿轮副一的一个齿轮，齿轮副一 的另一个齿轮固定在锥形齿轮副的输入轴上，锥形齿轮副与主动轮轴相连；履 带驱动电机通过信号线与设置在机器人箱体内的电机驱动板相连。
5、 根据权利要求1所述的一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人， 其特征在于所述中央控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、 红外信息处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全局定 位模块、智能导航与高层规划模块、底层运动控制模块、空气采样数据与灰尘 采样数据模块、数据编码与压缩模块及数据接收与发送模块；所述视觉信息处 理模块输出端、声纳信息处理模块输出端、红外信息处理模块输出端与多传感 器信息融合模块输入端连接；所述多传感器信息融合模块输出端分别与快速三 维环境建模模块输入端、全局定位模块输入端、智能导航与高层规划模块输入 端连接；所述快速三维环境建模模块输出端通过全局定位模块和智能导航与高 层规划模块输入端连接；所述底层运动控制模块输入端与智能导航与高层规划 模块输出端连接；所述底层运动控制模块输出端与快速三维环境建模模块输入 端连接；所述数据编码与压縮模块输入端分别与快速三维环境建模模块输出端、 视觉信息处理模块输出端连接；所述底层运动控制模块和数据接收与发送模块 互接；所述空气采样数据与灰尘采样数据模块输出端和数据接收与发送模块输 入端连接；所述数据编码与压縮模块输出端和数据接收与发送模块输入端连接。
6、 根据权利要求1所述的一种中央空调风管多功能空气质量分析机器人， 其特征在于所述远程遥控单元包括空气质量智能分析模块、空气质量数据存 储模块、清洗与消毒决策支持模块、超标报警模块、空气质量指标显示模块、 视频存储与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示 模块及信息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储 模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块及信息接收与发送模 块同时连接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模 块连接；所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显 示模块连接。
全文摘要
本发明公开了一种中央空调通风管道多功能空气质量分析机器人，包括履带式行走模块、机器人箱体、前向视觉传感器模块、后向视觉传感器模块、声纳距离传感器、红外距离传感器、空气质量检测模块、灰尘定量采样模块、灰尘测重模块、电源模块、电机驱动板、无线通信模块、中央控制单元和远程遥控单元；该机器人可以实时检测中央空调风管空气中有害气体的含量，可以采集中央空调风管底部和中央空调风管侧壁上的灰尘，并可以实时地测量所采集灰尘的重量；该机器人具有在中央空调风管中自主运动和自主决策的能力，使操作人员不需要掌握高深的机器人领域的专业知识就可以轻松地进行操作，并且减少机器人作业中的人为干预，能更好地保证检测结果的可靠性与公平性。
文档编号G01N35/00GK101162233SQ20071003150
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者罗荣华, 闵华清, 马鹏飞 申请人:华南理工大学