專利名稱：一種機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人技術(shù)，具體為一種機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，國
際專利分類號(hào)擬為Int.Cl.G01D 21/02 (2006.01)。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的智能化程度越來越高，要求機(jī)器 人應(yīng)具有多種感官能力，以滿足各種場合下的應(yīng)用。近年來，機(jī)器人嗅覺已 經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。嗅覺功能是完善機(jī)器人智能化不可或缺的重要組成 部分。具有嗅覺功能的機(jī)器人能夠從事與氣味相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域的工作。例 如，在國家安全方面，可以用來探測地雷，搜尋爆炸物，搜救遇難者等工 作；在社會(huì)治安方面，可以代替保安巡邏，完成檢測有毒氣體、火災(zāi)報(bào)警等 工作；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以檢測和修補(bǔ)各類危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)存儲(chǔ)容器或輸送管 道的泄漏，還可以進(jìn)行探礦等工作。另外，機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)也是機(jī)器人 技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向按照機(jī)器人所具有的不同功能劃分模塊，設(shè)計(jì)出各功 能模塊的標(biāo)準(zhǔn)組件，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件可獨(dú)立完成特定功能，并且具有方便的與 其它模塊相連接的軟件或硬件接口。實(shí)際應(yīng)用中可針對不同的應(yīng)用目的，選 擇相應(yīng)的功能模塊，組合成所需的機(jī)器人。模塊化設(shè)計(jì)方法可縮短機(jī)器人開 發(fā)周期，減少重復(fù)性研發(fā)工作，靈活擴(kuò)展機(jī)器人的功能，有利于研究人員專 注于利用機(jī)器人解決實(shí)際問題。
機(jī)器人嗅覺系統(tǒng)要解決的實(shí)質(zhì)問題是，通過搜尋目標(biāo)氣味氣體，最終定 位到目標(biāo)氣味源，從而完成特定任務(wù)(特別是讓機(jī)器人代替人從事與有毒有 害氣體有關(guān)的工作)。機(jī)器人嗅覺系統(tǒng)中最重要也是最根本的環(huán)節(jié)就是首先 要讓機(jī)器人具有嗅覺功能。機(jī)器人的嗅覺是通過氣體傳感器實(shí)現(xiàn)的。氣味氣 體與氣體傳感器接觸后，會(huì)使氣體傳感器發(fā)生響應(yīng)，輸出一定的電壓電流信 號(hào)，通過傳感器的輸出信號(hào)即可獲取氣味氣體的種類和濃度信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)器 人的嗅覺功能。目前對于機(jī)器人嗅覺問題的研究工作中，研究者大都采用直 接在機(jī)器人上安裝單個(gè)或多個(gè)氣體傳感器，再配置相應(yīng)處理電路來實(shí)現(xiàn)嗅覺功能，例如，Hiroshi Ishida等，基于氣體傳感器瞬時(shí)響應(yīng)的氣體/氣味煙 羽跟蹤機(jī)器人的控制，IEEE Sensors Journal 5巻3期，2005年，537-545 (Hiroshi Ishida， Gouki Nakayama， Takamichi Nakamoto,et al. Controlling a Gas/Odor Plume-Tracking Robot Based on Transient Responses of Gas Sensors [J]. IEEE Sensors Journal, 2005，5(3):537-545. ) 、 Pawel Pyk等， 一種人工蛾使用基于飛蛾搜尋策略的神經(jīng)元模型 的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)源定位，Auton Robot第20期，2006年，197-213 (Pawel Pyk， Sergi Berm'udez i Badia， Ulysses Bernardet， et al. An artificial moth: Chemical source localization using a robot based neuronal model of moth optomotor anemotactic search [J]. Auton Robot. 2006, (20) : 197 - 213.)就報(bào)道了這樣的技術(shù)；也有研究者自 行研制簡易的嗅覺裝置，例如，Ishida H等，基于氣體傳感器和風(fēng)向傳感器 的用于氣味源定位的自治移動(dòng)傳感系統(tǒng)研究，Sensors and Actuators A 45 巻2期，1994年，153-157 (Ishida H， Suetsugu K, Nakamoto T， et al. Study of autonomous mobile sensing system for localization of odor source using gas sensors and anemometric sensors [J]. Sensors and Actuators A， 1994， 45(2) : 153-157.) 、 Lilienthal A等， 一種用于移 動(dòng)檢查機(jī)器人的立體電子鼻，1st International Workshop on Robotic Sensing會(huì)議論文集，2003， 1-6 (Lilienthal A, Duckett T. A stereo electronic nose for a mobile inspection robot [C]. ROSE' 03. 1st International Workshop on Robotic Sensing. USA: IEEE， 2003:1-6.) 就公開了這樣的技術(shù)。這些現(xiàn)有技術(shù)中，氣體傳感器的性能易受安裝位置的 影響，而氣體傳感器的安裝位置恰恰與所采用機(jī)器人的特定結(jié)構(gòu)相關(guān)，不宜 變化，并且現(xiàn)有的嗅覺系統(tǒng)功能單一，穩(wěn)定性差，通用性也不好，不能滿足 實(shí)際應(yīng)用的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種機(jī)器 人仿生嗅覺系統(tǒng)，該嗅覺系統(tǒng)基于仿生原理，遵循機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)思想， 采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集成度高，功能多，并具有簡便的機(jī)械接口和通訊接 口，可與各種類型的機(jī)器人組合，實(shí)現(xiàn)嗅覺功能。本實(shí)用新型解決所述嗅覺系統(tǒng)技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種機(jī)器人 仿生嗅覺系統(tǒng)，其特征是該嗅覺系統(tǒng)包括外殼體及封裝在其內(nèi)的仿生鼻腔，
吸氣系統(tǒng)和集成電路板，安裝在其表面的液晶顯示模塊和控制面板；所述的 仿生鼻腔由上腔板、下腔板及其之間的隔板密封構(gòu)成;上腔板上開有一個(gè)仿生 鼻腔的進(jìn)氣口，并與隔板構(gòu)成上氣室；下腔板上開有一個(gè)仿生鼻腔的出氣 口，并與隔板構(gòu)成下氣室；所述隔板上留有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同均布 的氣孔；所述下腔板上還開有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同的安裝孔，可使對 應(yīng)數(shù)目的氣體傳感器的探測頭伸入到下氣室中，并使氣體傳感器的探頭上的 入氣孔與所述隔板上的氣孔位置一一相對應(yīng)；所述上氣室的縱截面為+ 30° 至+ 60°錐角的錐形體；所述下氣室的縱截面為一30。至一60°錐角的錐形 體；除氣體傳感器探頭上的入氣孔外，仿生鼻腔各連接處都用密封圈密封。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn) 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，由于采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 外殼體上還設(shè)計(jì)有多處使用螺紋連接的安裝孔，因而可適于應(yīng)用于要求具有 嗅覺功能的各種機(jī)器人上，幫助機(jī)器人完成與有毒有害氣體相關(guān)的危險(xiǎn)性工 作。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)依據(jù)仿生原理，模仿人的嗅覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)了仿生鼻腔 和吸氣系統(tǒng)，使工作環(huán)境中的氣體能夠充分的與氣體傳感器接觸，達(dá)到氣體 傳感器的最佳性能。同時(shí)，對揭示人的嗅覺原理也具有一定啟發(fā)意義。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)利用模塊化設(shè)計(jì)思想，采用插槽的形式把氣體傳感 器與電路板連接，便于更換氣體傳感器，也利于保護(hù)氣體傳感器，避免焊接 其引線時(shí)的損壞。本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)，具有體積小，通用性 強(qiáng)等特點(diǎn)，可作為標(biāo)準(zhǔn)化組件組裝到各種機(jī)器人本體上(如移動(dòng)機(jī)器人、仿 人形機(jī)器人及仿生機(jī)器人等)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)在檢 測不同氣體時(shí)，只需更換相應(yīng)氣體傳感器，重新進(jìn)行訓(xùn)練或標(biāo)定即可，可有 效增強(qiáng)機(jī)器人的嗅覺功能，易于擴(kuò)展其實(shí)際應(yīng)用范圍。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)既可組裝在機(jī)器人本體上使用，也可作為便攜式嗅 覺裝置獨(dú)立使用。當(dāng)組裝到機(jī)器人上時(shí)，可通過通訊接口實(shí)時(shí)向機(jī)器人系統(tǒng) 的主控機(jī)發(fā)送所測氣體的種類及濃度信息；當(dāng)作為便攜式裝置獨(dú)立使用時(shí)， 可通過外殼體上的液晶顯示模塊獲得相應(yīng)的檢測信息。另外，本實(shí)用新型所述的存儲(chǔ)模塊可記錄在線工作過程中檢測到的氣體濃度等信息，便于離線后 對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與管理。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)能夠完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的嗅覺功能，對機(jī)器人系統(tǒng)的主 控機(jī)而言，它只是接收檢測信息的最終結(jié)果，故節(jié)省了主控機(jī)的資源，提高 了機(jī)器人的工作效率。


圖1為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的仿生鼻腔結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的集成電路板結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的外殼體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的吸氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本實(shí)用新型機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)一種實(shí)施例的控制面板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型。實(shí)施例是以本實(shí)用新型 技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程。但本實(shí)用新型 權(quán)利要求的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)(以下簡稱嗅覺系統(tǒng)，參見圖 1、 4)基于仿生學(xué)原理，遵循機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)思想，采用模塊化設(shè)計(jì)，按
照人的嗅覺系統(tǒng)工作原理而設(shè)計(jì)。該嗅覺系統(tǒng)包括外殼體6及封裝在其內(nèi) 的仿生鼻腔l，吸氣系統(tǒng)3和集成電路板2，安裝在其表面的液晶顯示模塊4 和控制面板5。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)所述的仿生鼻腔1 (參見圖2、 1)系本實(shí)用新型基 于仿生學(xué)原理獨(dú)創(chuàng)，它由上腔板11、下腔板110及其之間的隔板17密封構(gòu) 成。所述的上腔板110上開有一個(gè)仿生鼻腔1的進(jìn)氣口 13，并與隔板17構(gòu) 成上氣室12。實(shí)施例的進(jìn)氣口 13開在上腔板11的中心；所述的下腔板110 上開有一個(gè)仿生鼻腔1的出氣口 15，并與隔板17構(gòu)成下氣室19。實(shí)施例的 出氣口 15盡可能開在下腔板110的中心(因中心位置安排有安裝孔18); 所述的隔板17上留有與氣體傳感器24設(shè)計(jì)數(shù)目相同均布的氣孔14，可使吸 入的氣體能夠由上氣室12順暢地進(jìn)入到下氣室19中。所述下腔板110上還開有與氣體傳感器24設(shè)計(jì)數(shù)目相同的安裝孔18，可使對應(yīng)數(shù)目的氣體傳感 器24的探測頭伸入到下氣室19中，并使氣體傳感器24的探頭上的入氣孔與 所述隔板17上的氣孔14的位置一一相對應(yīng)，這樣設(shè)計(jì)有利于氣體傳感器24 與環(huán)境氣體充分接觸。所述的上氣室12的縱截面為+ (30-60° )錐角的錐 形體；所述的下氣室19的縱截面為一 (30-60° )錐角的錐形體。所述的錐 形體包括錐形體和錐臺(tái)體，形狀可以是圓錐形體或方錐形體。實(shí)施例的錐角 采用了±45° 。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合流體力學(xué)的基本原理，可使氣流能夠在仿 生鼻腔l內(nèi)快速而集中的流向氣體傳感器24探頭上的入氣孔。所述的上、下 氣室12、 19和中間隔板17實(shí)施例采用了螺釘16連接在一起，除氣體傳感器 探頭上的入氣孔外，仿生鼻腔1各連接處都用密封圈密封。所述仿生鼻腔1 的進(jìn)氣口 13處可加裝過濾網(wǎng)，以防止大的粉塵等臟物進(jìn)入上氣室13中。
本實(shí)用新型所述仿生鼻腔1采用類似人鼻腔的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)氣口 13如人的 鼻前孔，與外界相通，是環(huán)境中氣體進(jìn)入仿生鼻腔1的通道；其出氣口15如 人的鼻后孔，與吸氣系統(tǒng)3的吸氣管32相通，使吸入到仿生鼻腔1的氣體經(jīng) 吸氣系統(tǒng)3將所述氣體吸入到仿生鼻腔1之內(nèi)。本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)的仿生 鼻腔1的進(jìn)氣口 13可外接軟體或硬體導(dǎo)氣管，使工作環(huán)境中的氣體與氣體傳 感器的接觸不受其安裝位置的影響，或者說可根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際結(jié)構(gòu)，選擇 合適的安裝位置，因而可使嗅覺系統(tǒng)的工作性能更加穩(wěn)定。本實(shí)用新型仿生 鼻腔1采用輕質(zhì)且不易與各種化學(xué)氣體發(fā)生反應(yīng)或吸附作用的材料制造，例 如聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯或硅橡膠等。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)的吸氣系統(tǒng)3 (參見圖1、 5)由微型吸氣泵31、吸 氣管32及排氣管33構(gòu)成，吸氣管32與微型吸氣泵31的吸氣口相連，排氣 管33與微型吸氣泵31的排氣口相連。該系統(tǒng)采用微型吸氣泵31作為嗅覺系 統(tǒng)的肺部，以完成吸氣動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)類似人的呼吸系統(tǒng)的功能。所述吸氣系統(tǒng) 3的吸氣管32與仿生鼻腔1的下氣室19的出氣口 15管路相連接；吸氣系統(tǒng) 3的排氣管33與外殼體6的排氣管安裝孔66連接，可將仿生鼻腔1內(nèi)的氣 體排出外殼體6之外。微型吸氣泵31的開啟和關(guān)閉由集成電路板2上的MCU 處理器單元22完成，工作速度可以設(shè)定。所述微型吸氣泵31可安裝在外殼 體6內(nèi)的適當(dāng)位置上，如下腔板110上或內(nèi)壁上等(參見圖4)。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)所述的集成電路板2 (參見圖1、 3)包括氣體傳感 器陣列24、信號(hào)調(diào)理模塊23、 A/D轉(zhuǎn)換模塊29、 MCU處理器單元22、電源模塊27、溫、濕度補(bǔ)償模塊25、存儲(chǔ)模塊26和通訊模塊28。所述各模塊都被 適當(dāng)?shù)丶傻揭粔K電路基板21上。所述的氣體傳感器陣列24通過插槽與電 路基板21相連，其余各模塊及其組成電路均焊接在電路基板21上。電氣連 接關(guān)系是氣體傳感器陣列24—-信號(hào)調(diào)理模塊23—-A/D轉(zhuǎn)換模塊29-—MCU 處理器單元22-—通訊模塊28;溫、濕度補(bǔ)償模塊25和存儲(chǔ)模塊26直接與 MCU處理器單元22相連，電源模塊27與所有需要供電的元器件相連。所述 的集成電路板2系本實(shí)用新型依據(jù)嗅覺系統(tǒng)功能的需要而專門設(shè)計(jì)，但其各 功能模塊采用了通用技術(shù)。
所述的氣體傳感器陣列24是指圓柱形封裝帶有金屬柱引腳的氣體傳感 器，采用4-8個(gè)該氣體傳感器呈方形陣列安裝在集成電路板2上的布置結(jié) 構(gòu)。本實(shí)用新型實(shí)施例的所述氣體傳感器的引腳與集成電路2采用插座式連 接，以便于更換，也利于保護(hù)傳感器，避免焊接時(shí)引腳引線的損壞。本實(shí)用 新型可采用能對不同種氣體響應(yīng)的氣體傳感器(如半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器 等)組成所述的氣體傳感器陣列24，利用氣體傳感器對不同氣體敏感度的不 同，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、主成分分析等常用模式識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)氣體的定性定量分 析；也可采用針對特定氣體響應(yīng)的幾種傳感器(如電化學(xué)型氣體傳感器等) 組成所述的氣體傳感器陣列24，完成對特定目標(biāo)氣體的檢測任務(wù)。當(dāng)應(yīng)用針 對特定氣體響應(yīng)的氣體傳感器陣列時(shí)，不需要在嗅覺系統(tǒng)中使用模式識(shí)別算 法對氣體進(jìn)行辨識(shí)，因而可大大降低嗅覺系統(tǒng)的資源開銷，提高氣體種類辨 識(shí)的準(zhǔn)確率和整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的工作效率。本實(shí)用新型實(shí)施例使用了同類 型、同系列的氣體傳感器，這樣可簡化信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，且可以把氣體 傳感器的插座及仿生鼻腔下腔板110的安裝孔18分別設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的尺寸，能 夠方便的變換檢測不同氣體的氣體傳感器，輕易地實(shí)現(xiàn)嗅覺模塊檢測氣體種 類的變化，從而擴(kuò)展機(jī)器人嗅覺系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
所述的信號(hào)調(diào)理模塊23的功能是對氣體傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放 大、濾波處理后，送入A/D轉(zhuǎn)換模塊29，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入到MCU處理 器單元22進(jìn)行相應(yīng)的處理。所述的電源模塊27負(fù)責(zé)供給所述氣體傳感器、 微型吸氣泵31和MCU處理器單元22所用的電力。所述的溫、濕度補(bǔ)償模塊 25分別采用溫度傳感器和濕度傳感器，以測量環(huán)境中的溫度和濕度，為保證 氣體傳感器線性輸出的補(bǔ)償算法提供溫、濕度數(shù)據(jù)。所述的存儲(chǔ)模塊26采用 外部獨(dú)立的存儲(chǔ)器，記錄所述嗅覺系統(tǒng)在線工作過程中檢測到的氣體濃度信息，便于離線后對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理。所述的通訊模塊28負(fù)責(zé)嗅覺系 統(tǒng)與機(jī)器人的主控機(jī)(系統(tǒng))進(jìn)行通訊，將所測信息實(shí)時(shí)地傳輸給機(jī)器人主
控系統(tǒng)，以便機(jī)器人根據(jù)任務(wù)做出相應(yīng)決策。通訊模塊28實(shí)施例采用了標(biāo)準(zhǔn) 的通訊接口，如串口或USB接口。在所述集成電路板2上安裝有與氣體傳感 器設(shè)計(jì)數(shù)目相同的氣體傳感器插座，用于安裝所述的氣體傳感器。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)所述的液晶顯示模塊4安裝于外殼體6的易于觀察 位置上(參見圖1)，以實(shí)時(shí)顯示和方便察看工作環(huán)境中的氣體種類及濃度 信息。這種設(shè)計(jì)可使本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)即使不集成到機(jī)器人上，也可以當(dāng) 作便攜式氣體檢測工具使用。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)所述的控制面板5采用薄膜面板的形式(參見圖 1、 6)，其上設(shè)計(jì)有電源開關(guān)51，微型吸氣泵速度設(shè)定52，速度增53，速 度減54及存儲(chǔ)設(shè)置55等功能按鍵。
本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)的所述外殼體6 (俯視看)可以為方形體或圓形 體。實(shí)施例設(shè)計(jì)為方形盒狀(參見圖1、 4)。所述的外殼體6可把所述的仿 生鼻腔l、集成電路板2，吸氣系統(tǒng)3，液晶顯示模塊4及控制面板5密封安 裝為一體。所述外殼體6上分別設(shè)計(jì)有液晶顯示模塊安裝孔61、控制面板安 裝孔62、仿生鼻腔進(jìn)氣口安裝孔63、微型吸氣泵安裝孔65、吸氣系統(tǒng)排氣 管安裝孔66、電源接口安裝孔67、通訊接口安裝孔68和集成電路板安裝孔 610。另外，所述的外殼體6在三維方向上還設(shè)計(jì)有延展邊69，在延展邊69 上適量均布打有外殼體安裝孔64，以使本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)與不同的機(jī)器人 本體的安裝空間相適應(yīng)。所述的外殼體安裝孔64可以是光孔，也可以是螺紋 孔，以方便地使用螺釘或螺栓把本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)連接到機(jī)器人上。
本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
下面根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施例 實(shí)施例1
首先，根據(jù)嗅覺系統(tǒng)所測氣體的種類和要求，選擇和確定氣體傳感器的 類型。本實(shí)施例中采用了 5個(gè)氣體傳感器組成所述的傳感器陣列。其中，4 個(gè)氣體傳感器為4系列電化學(xué)原理氣體傳感器(英國城市技術(shù)有限公司生 產(chǎn))，分別可對C0、 S02、 H2S和02發(fā)生響應(yīng)。這種氣體傳感器只對所述特定 的氣體響應(yīng)，受其它氣體的影響或干擾很小。另外1個(gè)氣體傳感器為可測揮 發(fā)性有機(jī)物氣體的PID氣體傳感器(美國Baseline公司生產(chǎn)，ZPP6000102型)。該氣體傳感器只對揮發(fā)性有機(jī)物響應(yīng)，但使用時(shí)，需預(yù)先知道所測揮
發(fā)性氣體的種類；或者說根據(jù)所要檢測的揮發(fā)性氣體的種類來選擇PID氣體 傳感器。顯然，本實(shí)施例的嗅覺系統(tǒng)可同時(shí)檢測5種不同的氣體，因所采用 的氣體傳感器都是只對單一氣體響應(yīng)，因而可省去了模式識(shí)別算法，大大減 少了嗅覺系統(tǒng)的運(yùn)算量，提高了運(yùn)算的準(zhǔn)確率和檢測效率。
其次，根據(jù)所選定氣體傳感器的外形尺寸，設(shè)計(jì)其在仿生鼻腔下腔板的 安裝位置和大小、氣體傳感器安裝孔18的安裝位置和大小、以及在集成電路 板2上的插座尺寸。然后，根據(jù)整個(gè)氣體傳感器陣列24的布局設(shè)計(jì)仿生鼻腔 1的結(jié)構(gòu)尺寸。本實(shí)施例中的傳感器陣列24呈四方形，仿生鼻腔1的上氣室 12呈圓錐形狀，下氣室19呈圓錐臺(tái)形狀，其內(nèi)壁傾角分別為±45° (參見 圖1)。安裝時(shí)要上、下兩氣室的大直徑端相對安裝在一起，而整個(gè)仿生鼻 腔1用螺釘固定在集成電路板2上。
再次，采用現(xiàn)有技術(shù)把信號(hào)調(diào)理模塊23、 A/D轉(zhuǎn)換模塊29、 MCU處理器 單元22、電源模塊27、溫、濕度補(bǔ)償模塊25、存儲(chǔ)模塊26和通訊模塊28 集成到一塊電路基板21上。根據(jù)所述氣體傳感器特性，通過信號(hào)調(diào)理模塊 23把傳感器輸出的微弱信號(hào)放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊29轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入MCU處 理器單元22中處理。本實(shí)施例采用C8051F020單片機(jī)做處理器，自身帶有 A/D轉(zhuǎn)換通道，采用串口通訊方式，與機(jī)器人系統(tǒng)的主控機(jī)進(jìn)行通訊。本實(shí) 施例選用了 18B20溫度傳感器和HIH4000濕度傳感器分別測量環(huán)境中溫度和 濕度，然后輸入到單片機(jī)中用于氣體傳感器的溫、濕度補(bǔ)償。
最后，根據(jù)所述集成電路板2和仿生鼻腔1的尺寸設(shè)計(jì)嗅覺系統(tǒng)的外殼 體6尺寸，確定所述各種安裝孔的位置。然后，把微型吸氣泵31安裝在外殼 體6的內(nèi)壁上，以節(jié)省空間，并接好管路；把仿生鼻腔1和集成電路板2安 裝在外殼體6的下腔板110上；再把液晶顯示模塊4和控制面板5安裝到外 殼體6的正前面，本實(shí)用新型嗅覺系統(tǒng)即可組裝完成。所述的微型吸氣泵31 采用1319D型微型吸氣泵(美國RAE公司制造)。該微型吸氣泵體積小，性 能強(qiáng)(能平吸30米距離)。所述液晶顯示模塊4選用GXM12864圖形液晶顯 示模塊，是一種采用低功耗CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)陣圖形LCD模塊。
權(quán)利要求1. 一種機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，其特征是該嗅覺系統(tǒng)包括外殼體及封裝在其內(nèi)的仿生鼻腔，吸氣系統(tǒng)和集成電路板，安裝在其表面的液晶顯示模塊和控制面板；所述的仿生鼻腔由上腔板、下腔板及其之間的隔板密封構(gòu)成；上腔板上開有一個(gè)仿生鼻腔的進(jìn)氣口，并與隔板構(gòu)成上氣室；下腔板上開有一個(gè)仿生鼻腔的出氣口，并與隔板構(gòu)成下氣室；所述隔板上留有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同均布的氣孔；所述下腔板上還開有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同的安裝孔，可使對應(yīng)數(shù)目的氣體傳感器的探測頭伸入到下氣室中，并使氣體傳感器的探頭上的入氣孔與所述隔板上的氣孔位置一一相對應(yīng)；所述上氣室的縱截面為+30°至+60°錐角的錐形體；所述下氣室的縱截面為—30°至—60°錐角的錐形體；除氣體傳感器探頭上的入氣孔外，仿生鼻腔各連接處都用密封圈密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，其特征在于所述的集 成電路板包括集成在電路基板上的氣體傳感器陣列、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn) 換模塊、MCU處理器單元、電源模塊、存儲(chǔ)模塊、溫、濕度補(bǔ)償模塊和通訊 模塊；電氣連接關(guān)系是氣體傳感器陣列-一信號(hào)調(diào)理模塊-一A/D轉(zhuǎn)換模 塊-一MCU處理器單元---通訊模塊；溫、濕度補(bǔ)償模塊和存儲(chǔ)模塊直接與 MCU處理器單元相連，電源模塊與所有需要供電的元器件相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，其特征在于所述上氣 室的縱截面為+45°錐角的錐形體；所述下氣室的縱截面為一45。錐角的錐 形體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，其特征在于所述仿生 鼻腔的進(jìn)氣口處加裝有過濾網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人仿生嗅覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括外殼體及封裝在其內(nèi)的仿生鼻腔，吸氣系統(tǒng)和集成電路板，安裝在其表面的液晶顯示模塊和控制面板；仿生鼻腔由上腔板、下腔板及其之間的隔板密封構(gòu)成；上腔板上開有一個(gè)仿生鼻腔的進(jìn)氣口，并與隔板構(gòu)成上氣室；下腔板上開有一個(gè)仿生鼻腔的出氣口，并與隔板構(gòu)成下氣室；隔板上留有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同均布的氣孔；下腔板上還開有與氣體傳感器設(shè)計(jì)數(shù)目相同的安裝孔，可使對應(yīng)數(shù)目的氣體傳感器的探測頭伸入到下氣室中，并使氣體傳感器的探頭上的入氣孔與隔板上的氣孔位置一一相對應(yīng)；上氣室的縱截面為+(30-60°)錐角的錐形體；下氣室的縱截面為-(30-60°)錐角的錐形體；除氣體傳感器探頭上的入氣孔外，仿生鼻腔各連接處都用密封圈密封。
文檔編號(hào)G01D21/02GK201233255SQ20082007394
公開日2009年5月6日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者璇 劉, 劉更謙, 呂曉玲, 孫建廣, 張小俊, 張明路 申請人:河北工業(yè)大學(xué)