本發(fā)明涉及氣體監(jiān)測，具體為一種醫(yī)用氣體系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人及其巡檢路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、醫(yī)用氣體是指在醫(yī)療、急救和臨床環(huán)境中使用的氣體，它們通常用于治療、診斷、麻醉以及支持生命的各種功能。這些氣體在醫(yī)療設(shè)備中使用，或者以氣體、氣霧劑和其他形式提供給患者。

2、如國家授權(quán)專利公告號為cn105511470a的專利公開了一種智能巡檢機(jī)器人，包括巡檢機(jī)器人本體與驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接車輪帶動機(jī)器人本體移動，所述機(jī)器人本體通過支架安裝成像檢測盒和照明裝置，所述成像檢測盒內(nèi)設(shè)有可見光攝像機(jī)、紅外熱成像儀和紅外可見光雙路視頻服務(wù)器，障礙探測器位于本體前部，所述支架周圍設(shè)有兩個射頻信號接收器，所述機(jī)器人本體的兩側(cè)均設(shè)有兩個紅外接收器，所述機(jī)器人本體上設(shè)有溫濕度傳感器、氣體探測器和車載控制器。本發(fā)明所述的一種智能巡檢機(jī)器人通過射頻信號接收器感應(yīng)檢測區(qū)域多個方向的信號發(fā)射器的信號強(qiáng)弱，來判定機(jī)器人本體所處位置；由紅外接收器是否接收到外界的紅外信號，糾正機(jī)器人的行走方向和姿態(tài)。

3、然而上述的一種智能巡檢機(jī)器人，對氣體檢測巡檢的過程中，不能夠自動規(guī)劃路徑進(jìn)行巡檢，必須依靠人工控制或預(yù)設(shè)的固定路徑，這導(dǎo)致了機(jī)器人無法根據(jù)實時環(huán)境變化調(diào)整路徑，會漏掉某些需要重點檢測的區(qū)域，且在復(fù)雜或動態(tài)的環(huán)境中，如出現(xiàn)新障礙物時，機(jī)器人無法及時調(diào)整路徑以避開障礙或更有效地進(jìn)行檢測；

4、且在巡檢時，也不能夠?qū)⒖諝馕綄?dǎo)流進(jìn)行充分檢測，會導(dǎo)致氣體傳感器無法接收到足夠的樣本氣體，這會降低傳感器對氣體濃度的檢測靈敏度，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，難以識別低濃度氣體或快速變化的氣體濃度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種醫(yī)用氣體系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人及其巡檢路徑規(guī)劃方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的對氣體檢測巡檢的過程中，不能夠自動規(guī)劃路徑進(jìn)行巡檢和不能夠?qū)⒖諝馕綄?dǎo)流進(jìn)行充分檢測，會導(dǎo)致氣體傳感器無法接收到足夠的樣本氣體的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種醫(yī)用氣體系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人及其巡檢路徑規(guī)劃方法，包括：巡檢機(jī)器人本體，所述巡檢機(jī)器人本體一端固定安裝有z形板，所述巡檢機(jī)器人本體上表面固定安裝有四組立柱，所述巡檢機(jī)器人本體的立柱上表面固定安裝有框架，所述框架內(nèi)固定安裝有空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，所述z形板與框架內(nèi)固定安裝有路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)；

4、其中，所述路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)采用slam(simultaneous?localization?and?mapping)技術(shù)，能夠通過所述路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)所獲取周圍環(huán)境的信息，然后利用定位算法確定巡檢機(jī)器人本體的當(dāng)前的位置，同時構(gòu)建地圖，在此基礎(chǔ)上采用dijkstra算法，確定最優(yōu)的巡檢路徑，以覆蓋整個醫(yī)用氣體室的關(guān)鍵區(qū)域，并最大程度減少巡檢時間和能量消耗；

5、其中，所述空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)能夠在巡檢機(jī)器人本體巡檢的過程中持續(xù)將巡檢區(qū)域內(nèi)的空氣吸入并從濾網(wǎng)口中排出，所述濾網(wǎng)口連通安裝在框架一端，并且將空氣從所述濾網(wǎng)口中排出的同時能夠檢測此區(qū)域空氣中是否含有醫(yī)用氣體。

6、優(yōu)選的，所述巡檢機(jī)器人本體一端固定安裝有充電觸點，所述充電觸點與巡檢機(jī)器人本體內(nèi)部電池電性連接，所述充電觸點能夠與充電樁的充電口接觸并電性連接，所述充電樁布設(shè)于醫(yī)用氣體存儲室內(nèi)。

7、優(yōu)選的，所述路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)包括攝像頭，所述攝像頭固定安裝在z形板一端并與巡檢機(jī)器人本體內(nèi)部電池電性連接，所述攝像頭的信號傳輸端與控制器的信號接收端相連接，所述控制器固定安裝在框架內(nèi)，所述控制器內(nèi)集成有slam(simultaneouslocalization?and?mapping)算法。

8、優(yōu)選的，所述控制器的信號接收端又與四組雷達(dá)傳感器的信號發(fā)射端相連接，四組所述雷達(dá)傳感器固定安裝在框架四角，以此使四組所述雷達(dá)傳感器能夠共同實現(xiàn)360°全方位的環(huán)境感知能力。

9、優(yōu)選的，所述雷達(dá)傳感器和控制器的型號分別為velodyne?vlp-16和nvidiajetson?nano。

10、優(yōu)選的，所述巡檢機(jī)器人本體在巡檢的過程中能夠通過攝像頭識別到充電樁的位置，當(dāng)電量不足時，所述巡檢機(jī)器人本體可以利用slam技術(shù)和當(dāng)前環(huán)境地圖，自動計算到所述充電樁的最優(yōu)路徑，在計算路徑時，所述巡檢機(jī)器人本體會實時考慮周圍的障礙物，直至安全到達(dá)充電樁并完成接觸充電。

11、優(yōu)選的，所述空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括u形筒，所述u形筒固定安裝在框架內(nèi)，所述u形筒內(nèi)轉(zhuǎn)動安裝有葉輪，所述u形筒上表面拆卸安裝有擋蓋，所述擋蓋上表面開設(shè)有吸風(fēng)口，所述吸風(fēng)口能夠與頂蓋上表面開設(shè)的擴(kuò)張口相連通，所述頂蓋拆卸安裝在框架上表面，所述u形筒一端開設(shè)有兩組排風(fēng)口，所述排風(fēng)口與濾網(wǎng)口相連通對接。

12、優(yōu)選的，所述巡檢機(jī)器人本體與框架之間固定安裝有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸貫穿過框架和u形筒與葉輪固定連接。

13、優(yōu)選的，所述排風(fēng)口的風(fēng)道內(nèi)設(shè)置有氣體傳感器，所述氣體傳感器的信號發(fā)射端與控制器的信號接收端相連接，使所述葉輪能夠在巡檢機(jī)器人本體巡檢的過程中將巡檢區(qū)域內(nèi)的空氣從的擴(kuò)張口吸入u形筒內(nèi)并從排風(fēng)口中排出，而空氣從所述排風(fēng)口中排出的同時能夠被氣體傳感器檢測此區(qū)域空氣中是否含有醫(yī)用氣體。

14、優(yōu)選的，所述氣體傳感器的型號為figaro?tgs。

15、本實施例提供一種醫(yī)用氣體系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人的巡檢路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

16、s1、環(huán)境感知與地圖構(gòu)建：巡檢機(jī)器人本體通過雷達(dá)傳感器和攝像頭捕捉周圍環(huán)境信息，利用slam(即時定位與地圖構(gòu)建)技術(shù)構(gòu)建環(huán)境的三維地圖，并在此過程中實時獲取并更新自身的位置與姿態(tài)信息；

17、s2、多維數(shù)據(jù)整合：攝像頭和雷達(dá)傳感器采集的數(shù)據(jù)被傳輸至控制器，控制器整合視覺信息和距離信息，形成更為完整的環(huán)境模型，為路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)；

18、s3、路徑規(guī)劃：基于已構(gòu)建的環(huán)境地圖，控制器采用全局或局部路徑規(guī)劃算法(如dijkstra算法、a*算法、動態(tài)窗口法dwa或時間彈性帶teb算法)計算從起點至終點的最優(yōu)路徑，路徑規(guī)劃算法的選擇依據(jù)是否提前了解環(huán)境信息以及實時環(huán)境變化的需求；

19、s4、實時地圖更新與路徑調(diào)整：在巡檢過程中，巡檢機(jī)器人本體通過slam技術(shù)結(jié)合攝像頭和雷達(dá)傳感器的數(shù)據(jù)，持續(xù)更新自身位置信息及環(huán)境地圖，若環(huán)境發(fā)生變化(如新障礙物出現(xiàn))，則實時調(diào)整地圖并重新計算最優(yōu)路徑；

20、s5、自主移動與路徑執(zhí)行：根據(jù)計算出的最優(yōu)路徑，控制器發(fā)出指令驅(qū)動巡檢機(jī)器人本體實現(xiàn)自主移動，在移動過程中，巡檢機(jī)器人本體持續(xù)收集新的環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)測自身運(yùn)動狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)偏差即時調(diào)整方向或路徑，確保準(zhǔn)確完成巡檢任務(wù)；

21、s6、巡檢任務(wù)完成：通過上述步驟，巡檢機(jī)器人本體能夠自主、高效地完成對醫(yī)用氣體存儲室或其他指定區(qū)域的巡檢任務(wù)。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、1、通過巡檢機(jī)器人本體、框架、充電觸點、充電樁、空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)和路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)的設(shè)計，使巡檢機(jī)器人本體可通過路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)內(nèi)部集成的slam(simultaneouslocalization?and?mapping)技術(shù)，能夠通過所述路徑規(guī)劃機(jī)構(gòu)所獲取周圍環(huán)境的信息，然后利用定位算法確定巡檢機(jī)器人本體的當(dāng)前的位置，同時構(gòu)建地圖，在此基礎(chǔ)上采用dijkstra算法，確定最優(yōu)的巡檢路徑，以覆蓋整個醫(yī)用氣體室的關(guān)鍵區(qū)域，這使得巡檢機(jī)器人本體可以快速適應(yīng)新的環(huán)境，確保在復(fù)雜布局中也能精確導(dǎo)航，slam技術(shù)使巡檢機(jī)器人本體能夠動態(tài)更新地圖并重新規(guī)劃路徑，適應(yīng)環(huán)境變化(如新出現(xiàn)的障礙物)，提高了機(jī)器人在復(fù)雜和變化環(huán)境中的適應(yīng)能力，確保持續(xù)有效的巡檢，進(jìn)而提高了巡檢機(jī)器人本體在醫(yī)用氣體室中的定位精度，減少了定位誤差，提升了巡檢的可靠性，且在巡檢的過程中若是電量過低會自動識別路徑上經(jīng)過的充電樁并利用slam技術(shù)和當(dāng)前環(huán)境地圖，自動計算到充電樁的最優(yōu)路徑，在計算路徑時，所述巡檢機(jī)器人本體會實時考慮周圍的障礙物，直至安全到達(dá)充電樁后就可使巡檢機(jī)器人本體的充電觸點與充電樁接觸充電，進(jìn)而避免了因電量耗盡而停止工作，延長了巡檢機(jī)器人本體的有效作業(yè)時間，提高了整體工作效率，并且在巡檢的過程中可一同啟動空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，而空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)能夠?qū)z測區(qū)域內(nèi)的空氣吸入并排出，進(jìn)而能夠確保空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)獲得的新鮮空氣樣本，這有助于減少氣體在空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的內(nèi)部滯留，提供更準(zhǔn)確的氣體濃度測量，提高了氣體檢測的準(zhǔn)確性，使得檢測結(jié)果更加可靠，并且通過持續(xù)的空氣流動，能夠確?？諝鈱?dǎo)流機(jī)構(gòu)能夠檢測到較低濃度的氣體，這對于識別潛在的氣體泄漏或有害氣體至關(guān)重要，進(jìn)而提高了對危險氣體的敏感性，確保在出現(xiàn)問題時能夠及時警報。

24、2、通過攝像頭、雷達(dá)傳感器和控制器的設(shè)計，使用時巡檢機(jī)器人本體可通過攝像頭和雷達(dá)傳感器獲取環(huán)境的視覺和距離信息，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破髦校刂破骼胹lam技術(shù)(即同時定位與地圖構(gòu)建)將收集到的傳感器數(shù)據(jù)處理，生成環(huán)境的地圖，并根據(jù)已知的地圖信息進(jìn)行定位，這樣，巡檢機(jī)器人本體就知道自己在環(huán)境中的位置，隨后就能夠使控制器利用地圖信息和當(dāng)前巡檢機(jī)器人本體的位置，通過路徑規(guī)劃算法來確定最佳的巡檢路徑，路徑規(guī)劃算法可以考慮多種因素，如覆蓋所有需要巡檢的區(qū)域、避免障礙物等，一旦巡檢路徑確定，巡檢機(jī)器人本體就會開始按照路徑進(jìn)行移動，同時，攝像頭和雷達(dá)傳感器會不斷地檢測環(huán)境變化和障礙物的出現(xiàn)，如果有新的障礙物出現(xiàn)或者環(huán)境發(fā)生改變，控制器會重新規(guī)劃路徑，以適應(yīng)新的情況，進(jìn)而能夠使巡檢機(jī)器人本體可以自主地規(guī)劃巡檢路徑，定位自身位置，并對環(huán)境的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，這意味著機(jī)器人可以獨立完成巡檢任務(wù)，減少了人工干預(yù)的需求。

25、3、通過u形筒、葉輪、吸風(fēng)口、排風(fēng)口、電機(jī)和氣體傳感器的設(shè)計，巡檢機(jī)器人本體在巡檢的過程中可一同啟動電機(jī)帶動葉輪在u形筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)的葉輪就會將空氣通過擴(kuò)張口和吸風(fēng)口吸入u形筒內(nèi)，而處于u形筒內(nèi)的空氣就會通過葉輪的旋轉(zhuǎn)被從排風(fēng)口排出至外部，以此實現(xiàn)空氣的循環(huán)，而在排風(fēng)口內(nèi)設(shè)置有氣體傳感器，進(jìn)而就能夠?qū)崟r監(jiān)測排出的空氣中的氣體成分，通過及時檢測和監(jiān)測，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，保障巡檢過程中的安全性，且空氣的循環(huán)有助于減少氣體在排風(fēng)口內(nèi)部的滯留，提供更準(zhǔn)確的氣體濃度測量，提高了氣體檢測的準(zhǔn)確性，使得檢測結(jié)果更加可靠，并且通過持續(xù)的空氣流動，能夠確保氣體傳感器能夠檢測到較低濃度的氣體。