发表于：2005/6/28 23:20:00
#0楼
想向大家请教关于气体传感器的问题的，用于使用气味导航的自动清洁机器人。
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前段时间申请了一个关于自动清洁机器人的专利，专利局已正式受理，现把相关信息贴出来供大家讨论。
名称：一种使用化学标记方法导航的自动清洁机器人
技术方案简述：
一种使用化学标记方法导航的自动清洁机器人，装有一个化学气味剂喷洒装置。在自动清洁机器人自主移动的过程中，吸尘装置对地面进行吸尘清洁，同时化学气味剂喷洒装置对已经清洁过的地面喷洒特定的化学气味剂，对已经清洁过的区域进行标记。自动清洁机器人通过一个气体检测传感器，主要由气体传感器构成，能对化学气味剂所散发出来的气味进行检测。自动清洁机器人自主移动的过程中，通过对靠近地面的位置的气体进行检测，就能区别已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的区域。自动清洁机器人的控制系统实时控制移动的方向和清洁的路线，沿着已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的边界运动，对未清洁过的区域进行清洁，清洁的区域就不会重复，也不会遗漏。
使用化学标记方法导航的自动清洁机器人有如下优势：
1.地形适应性好，不受障碍物多少的影响。传统的使用超声波、红外线、激光来导航的自动清洁机器人，难以用于障碍物较多的环境，以及多个房间的复杂地形。因为超声波、红外线、激光都沿直线传播，穿透性不好。使用超声波、红外线或激光来导航的自动清洁机器人后难一次对多障碍物，多房间的复杂地形进行清洁。而气味导航的方式不受不受障碍物多少的影响，能用于复杂的地形。
2.适用性好，能用于多种不同的环境。传统的使用超声波、红外线、激光、电磁波来导航的自动清洁机器人由于导航方式的局限，只能用于一部分应用环境，对不同的应用环境，必须采用不同的导航方式和控制方法。例如，有的机器人只能用于室内封闭房间的清洁，有的机器人用于室外的清洁，但是需要事先在环境中设置多个反射板，用于定位导航。有的机器人通过对地面进行类似光学鼠标的定位方法，因而无法用于地毯、草坪以及不平整的地面。而气味导航的自动清洁机器人，能用于多种环境。无论是室外还是室内，无论地面是水泥、磁砖、大理石、木地板、地毯还是草坪，无论地面地面是否平整，都能使用气味导航的方法进行清洁。对一些既需要清洁室外地面，又需要清洁室内地面的用户，只需要配备一台气味导航的自动清洁机器人，就能完成所以的地面清洁任务。
2.控制软件的编写简单，可靠性好。由于路径是在清扫的过程中根据气味标记实时确定的，控制软件不需要对复杂的地图进行分析，控制软件只要控制机器人沿着已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的边界运动，再加上几个简单的障碍物处理的逻辑就可以实现。由于软件比较简单，可采用价格较低的CPU芯片来运行。
3.结构简单，成本低。气味导航的自动清洁机器人用于导航的主要部件是气体传感器，而且只使用气味导航这一种导航方式，再结合近程障碍物探测装置，就能完成清洁任务。而采用超声波、红外线、激光、陀螺传感器之类设备的自动清洁机器人需要通过多种方式对机器人的位置和路线进行定位和校正，还要用计算机进行地图分析，其结构复杂，成本高。
4.工作稳定，操作简单。有气味标记的地方就是清洁过的，没有气味标记的地方就是未清洁过的区域，按这个来清扫，不会重复，也不会遗漏。需要人工的操作仅仅是对清洁范围的设定，象排除尘渣和充电这类维护都可实现自动化。气味剂一次加注可长期使用，不需要每次添加。
实现的细节
气体检测传感器和气味剂的选择是实现气味导航的自动清洁机器人的关键问题。在清洁较小的房间是，使用酒精应该没有问题。而气体检测传感器就用警察用的检察酒后驾车的仪器中用的酒精传感器。只要在地面喷洒微量的酒精，就能用酒精传感器检测到。如果用于较大的场地的清洁，就有采用能保持更长时间的气味剂和相应的气体检测器。
气味用于地理标记的方法在自然界十分普遍，比如蚂蚁觅食时会在沿途留下气味信息，以便能沿着气味信息返回而不会迷路。狗会用尿液来标记领地。大部分昆虫和很多较低等动物的视觉不发达，智能水平也较低，它们的生存很大程度上依赖于灵敏的嗅觉。很多昆虫的就是通过灵敏的嗅觉找到远在几公里以外的异性昆虫。
当前机器人技术的发展思路，都是模拟人类的视觉。眼睛是通过物体反射的光波来识别图像，而使用超声波、红外线、激光等的导航方式，都是利用波的反射来探测环境。然而，人类的视觉系统的效率是以人类的智力为基础的。现有的数码照相机的分辨率与人类的眼睛相比并不逊色，但是机器人却无法通过数码照相机来识别复杂的地形。不是数码照相机不够好，而是机器人的智力不够好，或者说机器人所使用的计算机以及对图像进行分析处理的软件不够好。
当前机器人技术在用于视觉信息处理的智能方面十分有限，让机器人按照人类处理问题的方式来工作并不一定是最佳方案，不如让机器人按照低等生物的方式来处理问题。既然机器人的视觉不行，那就给机器人装上一个灵敏好用的鼻子，然后让机器人象蚂蚁一样利用气味标记来导航。这样，原本十分复杂的自动清洁机器人的导航问题就变得十分简单了。
气体传感器应该算是十分成熟的技术，有很多不同的种类可供选择。例如化学工业中经常用到的一氧化碳传感器，氨气传感器，氢气传感器等。常用的气体传感器属于半导体器件，一种气体传感器通常只对一种或一类气体敏感。
自动清洁机器人上用的气体传感器与通常说的电子鼻是有区别的。通常说的电子鼻是一个气体传感器列陈，由多个各种不同的气体传感器组成，国外有些电子鼻能对上千种复杂的气味进行识别。自动清洁机器人只需要对单一的气体敏感就能工作，因而只需要选用一种成本较低，性能达到要求的气体传感器就行了。
事实上，并非只有半导体气体传感器才能于检测气体。美国伊利诺州大学(University of Illinois)的研究人员开发了一种试纸，能检测到微量的气体并改变颜色和图案，而且成本很低。这种技术经过改进后同样有可能能用于自动清洁机器人的气体检测装置。
用于标记已清洁区域的气味剂，并不一定要散发香味或臭味这这样的气味，可以散发一些无色无味的气体，只要用气体传感器能检测到就行。
气味导航的自动清洁机器人能用于对复杂的地形和多房间的应用环境进行清洁。大家应该注意到，国外的用于自动清洁机器人多数都只能用于室内，对一个一个的房间进行清洁。好像没有哪一种能一次清洁一层楼的多个房间。一方面的原因是这些清洁机器人的控制系统无法处理大面积复杂地形的地图信息，另一方面的原因就是声波、红外线、激光等只能直线传播，穿透性差，无法对多个房间的环境进行导航。而气味导航的机器人能很容易地走遍有多个房间的地形，能够一次清洁一层楼，清洁的区域不会重复。如果安装上电梯控制的装置，通过使用电梯来一次清洁具有多个楼层的一栋楼也不难办到。
气味导航的自动清洁机器人既能用于室内的清洁，也能用于室外的清洁，因而在要求对不同的环境中进行地面清洁的任务中有明显的优势。国外的用于室外清洁的并不多，主要是日本人在做。 例如日本爱知世博会上，松下电工展出的SuiPPi室外清扫机器人的导航系统同时使用激光雷达、距离图像传感器及超声波传感器3种传感器，可以想像其导航系统一定非常地复杂。 同时展出的富士重工业Subaru Robo Haita RS1室外清扫机器人使用陀螺传感器和光学距离传感器来进行导航。这两种室外清扫机器人的造价都非常高，而且还要在环境中安装多个反射板用于导航定位。气味导航的自动清洁机器人不需要在环境中设置反射板，也不用担心反射板被人或汽车等物体挡住。上述自动清洁机器人由于同时使用多种导航方式，不但增加了成本，而且使控制系统的软件编写难度大大增加。相比之下，气味导航的方法只使用单一的导航方式，在用于清洁大面积场地时具有明显的成本优势。
气味导航的自动清洁机器人不但没有对地形复杂程度和障碍物数量的限制，也没有对地面的种类的限制。无论是用于水泥、磁砖、大理石、木地板、地毯还是草坪，都不会有问题，因而易于推广。气味导航的自动清洁机器人不但可用于家庭的室内和庭院的清洁，而且可用于商场、医院、机场、广场等大型公共场所，以及公司、工厂等场所，应用前景广阔。
我对国内和国外的专利数据库作了一些基本的检索，目前没看到类似的技术方案。这项专利目前已经受理，本来应该在授权公开时，即一年以后才对外公开。由于我希望在进行PCT国际申请以前，尽可能多收集各方面的意见，所以现在就在网上发布相关的信息，听听大家的意见。
气味导航的自动清洁机器人设计和制造的难点在气味剂的选择和气体传感器的选择，而其它的部分，如控制程序的编制，吸尘系统，运动系统，避障系统等都相对比较简单。关于的气味剂选择，需要考虑到气味剂的有效时间。气味剂的有效时间不能太短，也不能太长。太短了，清洁区域则有可能重复，太长了则会影响下一次的清洁。使用在12小时内有效，在24小时内散发掉的气味剂，应该能够满足大部分场合的要求。而气体传感器的选择需要考虑到成本、灵敏度、响应时间等因素。由于这些不是我的专业，请大家指教。如果大家有好的建议，请告诉我。如果有厂商有意设计和生产这种机器人，请和我联系。
电子邮件：tzlfjz@etang.com
QQ：251206367
MSN：benneyjie@hotmail.com
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前段时间申请了一个关于自动清洁机器人的专利，专利局已正式受理，现把相关信息贴出来供大家讨论。
名称：一种使用化学标记方法导航的自动清洁机器人
技术方案简述：
一种使用化学标记方法导航的自动清洁机器人，装有一个化学气味剂喷洒装置。在自动清洁机器人自主移动的过程中，吸尘装置对地面进行吸尘清洁，同时化学气味剂喷洒装置对已经清洁过的地面喷洒特定的化学气味剂，对已经清洁过的区域进行标记。自动清洁机器人通过一个气体检测传感器，主要由气体传感器构成，能对化学气味剂所散发出来的气味进行检测。自动清洁机器人自主移动的过程中，通过对靠近地面的位置的气体进行检测，就能区别已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的区域。自动清洁机器人的控制系统实时控制移动的方向和清洁的路线，沿着已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的边界运动，对未清洁过的区域进行清洁，清洁的区域就不会重复，也不会遗漏。
使用化学标记方法导航的自动清洁机器人有如下优势：
1.地形适应性好，不受障碍物多少的影响。传统的使用超声波、红外线、激光来导航的自动清洁机器人，难以用于障碍物较多的环境，以及多个房间的复杂地形。因为超声波、红外线、激光都沿直线传播，穿透性不好。使用超声波、红外线或激光来导航的自动清洁机器人后难一次对多障碍物，多房间的复杂地形进行清洁。而气味导航的方式不受不受障碍物多少的影响，能用于复杂的地形。
2.适用性好，能用于多种不同的环境。传统的使用超声波、红外线、激光、电磁波来导航的自动清洁机器人由于导航方式的局限，只能用于一部分应用环境，对不同的应用环境，必须采用不同的导航方式和控制方法。例如，有的机器人只能用于室内封闭房间的清洁，有的机器人用于室外的清洁，但是需要事先在环境中设置多个反射板，用于定位导航。有的机器人通过对地面进行类似光学鼠标的定位方法，因而无法用于地毯、草坪以及不平整的地面。而气味导航的自动清洁机器人，能用于多种环境。无论是室外还是室内，无论地面是水泥、磁砖、大理石、木地板、地毯还是草坪，无论地面地面是否平整，都能使用气味导航的方法进行清洁。对一些既需要清洁室外地面，又需要清洁室内地面的用户，只需要配备一台气味导航的自动清洁机器人，就能完成所以的地面清洁任务。
2.控制软件的编写简单，可靠性好。由于路径是在清扫的过程中根据气味标记实时确定的，控制软件不需要对复杂的地图进行分析，控制软件只要控制机器人沿着已经清洁过的区域的区域和未清洁过的区域的边界运动，再加上几个简单的障碍物处理的逻辑就可以实现。由于软件比较简单，可采用价格较低的CPU芯片来运行。
3.结构简单，成本低。气味导航的自动清洁机器人用于导航的主要部件是气体传感器，而且只使用气味导航这一种导航方式，再结合近程障碍物探测装置，就能完成清洁任务。而采用超声波、红外线、激光、陀螺传感器之类设备的自动清洁机器人需要通过多种方式对机器人的位置和路线进行定位和校正，还要用计算机进行地图分析，其结构复杂，成本高。
4.工作稳定，操作简单。有气味标记的地方就是清洁过的，没有气味标记的地方就是未清洁过的区域，按这个来清扫，不会重复，也不会遗漏。需要人工的操作仅仅是对清洁范围的设定，象排除尘渣和充电这类维护都可实现自动化。气味剂一次加注可长期使用，不需要每次添加。
实现的细节
气体检测传感器和气味剂的选择是实现气味导航的自动清洁机器人的关键问题。在清洁较小的房间是，使用酒精应该没有问题。而气体检测传感器就用警察用的检察酒后驾车的仪器中用的酒精传感器。只要在地面喷洒微量的酒精，就能用酒精传感器检测到。如果用于较大的场地的清洁，就有采用能保持更长时间的气味剂和相应的气体检测器。
气味用于地理标记的方法在自然界十分普遍，比如蚂蚁觅食时会在沿途留下气味信息，以便能沿着气味信息返回而不会迷路。狗会用尿液来标记领地。大部分昆虫和很多较低等动物的视觉不发达，智能水平也较低，它们的生存很大程度上依赖于灵敏的嗅觉。很多昆虫的就是通过灵敏的嗅觉找到远在几公里以外的异性昆虫。
当前机器人技术的发展思路，都是模拟人类的视觉。眼睛是通过物体反射的光波来识别图像，而使用超声波、红外线、激光等的导航方式，都是利用波的反射来探测环境。然而，人类的视觉系统的效率是以人类的智力为基础的。现有的数码照相机的分辨率与人类的眼睛相比并不逊色，但是机器人却无法通过数码照相机来识别复杂的地形。不是数码照相机不够好，而是机器人的智力不够好，或者说机器人所使用的计算机以及对图像进行分析处理的软件不够好。
当前机器人技术在用于视觉信息处理的智能方面十分有限，让机器人按照人类处理问题的方式来工作并不一定是最佳方案，不如让机器人按照低等生物的方式来处理问题。既然机器人的视觉不行，那就给机器人装上一个灵敏好用的鼻子，然后让机器人象蚂蚁一样利用气味标记来导航。这样，原本十分复杂的自动清洁机器人的导航问题就变得十分简单了。
气体传感器应该算是十分成熟的技术，有很多不同的种类可供选择。例如化学工业中经常用到的一氧化碳传感器，氨气传感器，氢气传感器等。常用的气体传感器属于半导体器件，一种气体传感器通常只对一种或一类气体敏感。
自动清洁机器人上用的气体传感器与通常说的电子鼻是有区别的。通常说的电子鼻是一个气体传感器列陈，由多个各种不同的气体传感器组成，国外有些电子鼻能对上千种复杂的气味进行识别。自动清洁机器人只需要对单一的气体敏感就能工作，因而只需要选用一种成本较低，性能达到要求的气体传感器就行了。
事实上，并非只有半导体气体传感器才能于检测气体。美国伊利诺州大学(University of Illinois)的研究人员开发了一种试纸，能检测到微量的气体并改变颜色和图案，而且成本很低。这种技术经过改进后同样有可能能用于自动清洁机器人的气体检测装置。
用于标记已清洁区域的气味剂，并不一定要散发香味或臭味这这样的气味，可以散发一些无色无味的气体，只要用气体传感器能检测到就行。
气味导航的自动清洁机器人能用于对复杂的地形和多房间的应用环境进行清洁。大家应该注意到，国外的用于自动清洁机器人多数都只能用于室内，对一个一个的房间进行清洁。好像没有哪一种能一次清洁一层楼的多个房间。一方面的原因是这些清洁机器人的控制系统无法处理大面积复杂地形的地图信息，另一方面的原因就是声波、红外线、激光等只能直线传播，穿透性差，无法对多个房间的环境进行导航。而气味导航的机器人能很容易地走遍有多个房间的地形，能够一次清洁一层楼，清洁的区域不会重复。如果安装上电梯控制的装置，通过使用电梯来一次清洁具有多个楼层的一栋楼也不难办到。
气味导航的自动清洁机器人既能用于室内的清洁，也能用于室外的清洁，因而在要求对不同的环境中进行地面清洁的任务中有明显的优势。国外的用于室外清洁的并不多，主要是日本人在做。 例如日本爱知世博会上，松下电工展出的SuiPPi室外清扫机器人的导航系统同时使用激光雷达、距离图像传感器及超声波传感器3种传感器，可以想像其导航系统一定非常地复杂。 同时展出的富士重工业Subaru Robo Haita RS1室外清扫机器人使用陀螺传感器和光学距离传感器来进行导航。这两种室外清扫机器人的造价都非常高，而且还要在环境中安装多个反射板用于导航定位。气味导航的自动清洁机器人不需要在环境中设置反射板，也不用担心反射板被人或汽车等物体挡住。上述自动清洁机器人由于同时使用多种导航方式，不但增加了成本，而且使控制系统的软件编写难度大大增加。相比之下，气味导航的方法只使用单一的导航方式，在用于清洁大面积场地时具有明显的成本优势。
气味导航的自动清洁机器人不但没有对地形复杂程度和障碍物数量的限制，也没有对地面的种类的限制。无论是用于水泥、磁砖、大理石、木地板、地毯还是草坪，都不会有问题，因而易于推广。气味导航的自动清洁机器人不但可用于家庭的室内和庭院的清洁，而且可用于商场、医院、机场、广场等大型公共场所，以及公司、工厂等场所，应用前景广阔。
我对国内和国外的专利数据库作了一些基本的检索，目前没看到类似的技术方案。这项专利目前已经受理，本来应该在授权公开时，即一年以后才对外公开。由于我希望在进行PCT国际申请以前，尽可能多收集各方面的意见，所以现在就在网上发布相关的信息，听听大家的意见。
气味导航的自动清洁机器人设计和制造的难点在气味剂的选择和气体传感器的选择，而其它的部分，如控制程序的编制，吸尘系统，运动系统，避障系统等都相对比较简单。关于的气味剂选择，需要考虑到气味剂的有效时间。气味剂的有效时间不能太短，也不能太长。太短了，清洁区域则有可能重复，太长了则会影响下一次的清洁。使用在12小时内有效，在24小时内散发掉的气味剂，应该能够满足大部分场合的要求。而气体传感器的选择需要考虑到成本、灵敏度、响应时间等因素。由于这些不是我的专业，请大家指教。如果大家有好的建议，请告诉我。如果有厂商有意设计和生产这种机器人，请和我联系。
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