Bu tədqiqat, qapalı məkanlardakı hava axınlarını sabit sensorlerle yalnızca belirli noktalarda ölçmek yerine, hava axınının istiqamətini izleyerek hareket eden təkərli bir robotla xəritələşdirməyi amaçlamaktadır. Geliştirilən sistem; Mecanum təkərli hərəkət platforması, dokuz MEMS təzyiq sensoru içeren silindrik hava axını sensoru, hava sürətini və istiqamətini tahmin eden süni neyron şəbəkəsi, lazer SLAM mövqeləndirməsi, ROS əsaslı hərəkət nəzarəti və RVIZ vizuallaşdırma yazılımından oluşmaktadır.

Robot, bulunduğu noktadaki hava sürətini və istiqamətini ölçmekte; ölçülen sürət vəktorunün onda biri büyüklüğündeki komandala hava axınının istiqamətinde ilərlemektedir. Böylece robotun mövqeu, hava sürəti və hava istiqaməti aynı koordinat sistemi üçünde birleştirilmekte; izlənən yol çevre haritası üzerinde sürekli bir hava axını trayektoriyası olaraq gösterilmektedir. Birden fazla başlanğıc nöqtəsindan və ya aynı noktadan strukturlan təkrarlı ölçməler bir araya gəlirliklerek trayektoriya zolşəbəkəının uzunluğu, genişliği və hız değişim nisbətı hesaplanmaktadır.

Yön kalibrasiyaunda robot sekiz fərqli yönelimde və 2, 4 və 6 m/s hava hızlarında sınanmıştır. Sekiz yönelim üçün orta izləmə yayınması 1,32° olurken en yüksək yayınma 45° yöneliminde 2,03° olaraq ölçülmüşdür. Dönüşlü hava axını təcrübəlerinde 45°, 90° və 135° düzenleri üçün orta trayektoriya yayınmaları sırasıyla 0,072 m, 0,067 m və 0,034 m olmuş; bütün dönüş təcrübəlerinin ortası 0,058 m olaraq hesablanmışdır.

Dört rotorun yan yana çalıştırıldığı təcrübəde hava axını trayektoriya zolşəbəkəı 3,10 m uzunluğa və 1,47 m en yüksək genişliğe ulaşmıştır. Dört trayektoriyanin hız değişim nisbətları 0,756, 0,557, 0,720 və 0,793 olaraq belirlenmiştir. Ortadaki rotorların oluşturduğu trayektoriyalar daha uzun sürerken dış taraftaki trayektoriyalar daha sürətli zayıflamıştır.

Dört rotorun “M” biçiminde yerleştirildiği daha karmaşık təcrübəde, rotorlar aynı anda çalıştırıldığında hava akımları birbirini etkiləyerek beklenen doğrultulardan sapmıştır. Beş tekrarlı trayektoriyaden oluşan bandın uzunluğu 5,83 m, en yüksək genişliği 0,59 m olmuştur. Hız, robot her rotora yaklaştığında yeniden yükselip uzaklaştığında azaldığından tek bir düzenli parçalanma katsayısıyla açıqlanamamıştır.

Robotik ölçmə, 48 mövqeu temsil eden sabit nöqtə vəriləriyle karşılaştırıldığında hava sürəti üçün 0,17 m/s orta mütləq xəta və \(R^2=0,85\) uyum göstərmişdir. Robot yaklaşık 0,05 m aralıklarla sürekli vəri sşəbəkəlarken sabit ölçmə noktaları 0,25 m aralıklıdır. Bununla belə sabit nöqtə təcrübəinde 48 sensor aynı anda kullanılmamış; üç sensor 16 nümunələmə turunda fərqli mövqelara taşınmıştır. Bu niyəle müqayisə, eş zamanlı 48 sensorlü bir şəbəkədan çok seyrek və ardışık nokta ölçməünü temsil etmektedir.

Gerçek ofis təcrübəinde bir maneə, hava sürətini xüsusilikle yaklaşık 0,5 m uzaklıktaki arxa iznin merkezinde düşürmüştür. En yüksək hız farkı yaklaşık 0,65 m/s, en aşşəbəkəı bərpa nisbəti yaklaşık 0,65 olmuş; maneəin etkisi yaklaşık 1,5 m sonra büyük ölçüde kaybolmuştur. 600 W’lık qızdırıcıyla oluşturulan termal qradiyent isə ümumi akış istiqamətini değiştirmemiş fakat altı təkrarlı ölçməde son trayektoriya zolşəbəkəını 4,8 cm’den 9,9 cm’ye çıkararak tekrarlanabilirliği azaltmıştır.

Türkiyə baxımından: Sistem; Türkiyədə hastaneler, okullar, laboratoriyalar, temiz odalar, vəri merkezleri, sənaye tesisler, tüneller və büyük kapalı alanlarda havalandırma akışının təcrübəsel olaraq incelenmesi üçün dəyərlendiriləbilir. Klima üfleme yönlerinin, taze hava erişiminin, maneə arkasındaki durgun bölgelerin və kirletici taşıma yollarının belirlenmesinde CFD modellerini tamamlayan hareketli bir ölçmə platformu ola bilər. Türkiyədə uygulama öncesinde aşşəbəkəı hava hızlarında validasiya, fərqli zeminlerde Mecanum tekerlek kalibrasiyau, insan hareketlerinin etkisi, fərqli yüksəkliklerde üç boyutlu ölçmə, uzunmüddətli sensor sürüklenmesi, sıcaklık və rütubət telafisi, iş təhlükəsizği və real bina havalandırma sistemleriyle müqayisə strukturlmalıdır. Tədqiqatdan sistemin gazın kimyəvi türünü belirleyebildiği, bütün bir odayı anlık olaraq üç boyutlu haritaladığı və ya yanğın və tehlikeli gaz ortamlarında sertifikalı biçimde çalışabildiği sonucu çıkarılamaz.

Tədqiqatın temel problemi

Kapalı ortamlardaki hava hareketi; bina geometrisi, havalandırma çıkışları, ısı mənbəları, maneəler və dış ortam koşulları niyəiyle doğrusal olmayan və zamana bşəbəkəlı bir struktur gösterebilir. Sabit arütubətometreler yalnızca yerleştirildikleri noktadaki hızı ölçerken bütün akış yolunu göstermek üçün çok sayıda sensor gerekir. Parçacık görüntüləməli hız ölçməü və izleyici gaz üsullari daha ayrıntılı bilgi sşəbəkəlayabilse de xüsusi təcrübə koşulları gerektirebilir. CFD modelleri geniş alanları inceleyebilir; ancaq sınır koşulları, şəbəkə çözünürlüğü və türbülans modeli seçimlerine duyarlıdır.

Tədqiqatçılar bu üsullarin yerine geçecek bir sistem değil, onları tamamlayabiləcek hareketli bir validasiya aracı geliştirmeyi hedeflemiştir. Temel yaklaşım, robotu önceden belirlenmiş bir tarama yolu boyunca yürütmek yerine, ölçülen hava axını istiqamətinin robotun bir sonraki hareketini birbaşa belirlediği kapalı çevrimli bir izləmə sistemi kurmaktır.

Robotun donanım arxitekturası

Tədqiqatnın 4. sayfasındaki Şekil 1, geliştirilən fiziki prototipi göstərir. Robotun ana biləşenleri şunlardır:

• Mecanum təkərli və dört bşəbəkəımsız motorlu hareket şasisi.
• Jetson Nano yerleşik bilgisayar.
• STM32F407 şasi kontrol mikrokontrollersi.
• Dokuz MEMS təzyiq sensorlü silindrik hava axını sensoru.
• Hava akışı sensoru ilətişim mikrokontrollersi.
• Lazer radar.
• Motor enkoderları və hareket geri əlaqəsi.
• Taşınabilir batarya paketi.
• ROS və RVIZ çalıştıran əsas kompüter bşəbəkəlantısı.

Mecanum tekerlekler, robotun gövdesini döndürmeden iləri, geri, yana və çapraz hareket etmesine olanak vərmektedir. Bu xüsusilik, hava istiqamətindeki küçük değişikliklere sürətli cevap vərebilmek açısından seçilmiştir. Bununla belə təcrübəler, çapraz hareketlerde yalnızca çapraz motor çiftlerinin etkin tədqiqatsı niyəiyle yön yayınmasının ortogonal hareketlerden daha yüksək olduğunu göstərmişdir.

Silindirik hava axını sensorunun struktursı

Sensör, birbirine geçen üç adet 1 mm kalınlıklı devre kartından oluşmaktadır. En üstteki S1 sensoru silindrik gövdenin yarım küresel ucundaki 3 mm çaplı açıqlığa, S2-S9 sensorleri isə gövdenin yan taraflarındaki dört dikdörtgen açıqlığa bşəbəkəlanmıştır. Tam gövde yaklaşık 15 mm çapında və 36,35 mm uzunluğundadır.

Yapay neyron şəbəkəsina birbaşa dokuz təzyiq dəyəri vərilməmişdir. Yan sensorlerin her biri üçün üst sensore göre təzyiq fərqi hesablanmışdır:

\[ P_2-P_1,\ P_3-P_1,\ldots,\ P_9-P_1 \]

Böylece sekiz təzyiq fərqi, hava sürətinin büyüklüğü və istiqamətiyle ilişkiləndirilmiştir. Küçük sensor gövdesinin akışı mümkün olduğunca az bozması amaçlanmıştır; ancaq tədqiqatda robot gövdesi, tekerlekler və sensor direğinin akış alanına etkisini birbaşa ölçen ayrı bir təcrübə yoxdur.

Sinir şəbəkəı məlumat dəsti və təlim düzeni

Sensörü kalibre etmek üçün test kesiti 150 mm çapında olan emişli bir doğrusal külək tuneli istifadə edilmişdir. Sensörün azimut bucşəbəkəı 0°-360° arasında 15° adımlarla, meyl bucşəbəkəı 0°-90° arasında 15° adımlarla və hava sürəti 2-12 m/s arasında 1 m/s adımlarla değiştirilmiştir. Yaklaşık altı saatlik vəri toplama sonunda 87.501 örnek elde edilmiştir.

Açıların çevrimsel struktursından doğan 0°-360° süreksizliğini azaltmak üçün neyron şəbəkəsinın çıktısı birbaşa açı olaraq değil hız biləşenleri olaraq müəyyən edilmişdir:

\[ v_x=v\sin\theta \]

\[ v_y=v\cos\theta \]

Dört şəbəkə arxitekturası müqayisə edilmişdir:

• 8-16-8-2
• 8-32-16-2
• 8-32-16-8-2
• 8-64-32-16-8-2

Giriş qatında sekiz normalleştirilmiş təzyiq fərqi, çıkış qatında \(v_x\) və \(v_y\) bulunmaktadır. Gizli qatlarda ReLU aktivləşdirmə fonksionu, təlimde orta kvadrat xəta kaybı istifadə edilmişdir. Veri seti %80 təlim, %10 validasiya və %10 test olaraq ayrılmıştır. ESP32 üzerindeki hesaplama yükü ilə doğruluk arasında denge kurduğu gerekçesiyle 8-32-16-8-2 arxitekturası seçilmiştir.

Tədqiqatda test nəticələri üçün 0,27 (m/s)² hız MSE dəyəri və 2,28 (°)² yön MSE dəyəri vərilmektedir. Aynı bölümün devamında orta hız hatası 0,22 m/s və orta yön hatası 2,28° olaraq sunulmuştur. Yön MSE dəyəri ilə orta yön hatasının aynı sayıyla fakat fərqli birimlerle yazılması raporlama belirsizliği oluşturmaktadır.

Hava ölçməünden robot hareketine kapalı çevrim

Robotun akışla aynı hızda ilərlemesi durumunda yön değişikliklerinde atalet və aşım oluşabiləceği düşünülmüştür. Bu niyəle hareket hızı ölçülen hava sürətinin yalnızca onda biri olaraq belirlenmiştir:

\[ v_{x,\mathrm{robot}}=\alpha v_{x,\mathrm{airflow}} \]

\[ v_{y,\mathrm{robot}}=-\alpha v_{y,\mathrm{airflow}} \]

Burada \(\alpha=0,1\)’dir. Eksi işareti, sensorun və robot tabanının y eksenlerinin ters yönlü olmasından mənbəlanmaktadır. Tədqiqatçılar 0,05-0,5 aralığındaki ön təcrübəlerden sonra 0,1 dəyərini seçmiştir. Daha küçük dəyərlər akış alanını daha az bozmakta fakat ölçməü uzatmakta; daha büyük dəyərlər ölçməü hızlandırmakta ancaq dönüşlerde aşım riskini artırmaktadır.

Tipik tədqiqat koşullarında robot hızı 0,6 m/s’nin altında kalmıştır. Komutlanan hız ilə enkoderlardan ölçülen real hız, 20 tekrarlı təcrübəde karşılaştırılmış; RMS xəta 0,008 m/s və en yüksək yayınma 0,015 m/s olaraq bulunmuştur. Belirsizlik hesabında koruyucu bir dəyər olaraq 0,01 m/s istifadə edilmişdir.

ROS rabitəsi və RVIZ vizuallaşdırmasi

Lazer radar nöqtə buludu, şasi hızı, IMU bilgisi və hava sensoru vəriləri yerleşik bilgisayarda birleştirilmiştir. Çevre haritası və robot mövqeu lazer SLAM ilə hesablanmışdır. İşlenen vərilər ROS konuları olaraq əsas kompüterdaki RVIZ yazılımına gönderilmiştir.

Robotun “base_link” koordinat sisteminin “map” sistemine göre mövqeu 10 Hz yeniləme hızıyla okunmuş və nav_msgs/Path struktursına eklenmiştir. Hava hızını gösteren okun başlanğıc nöqtəsi robotun mevcut mövqeu, bitiş noktası isə şu eşitliklerle belirlenmiştir:

\[ x_1=x_0+v_{\mathrm{airflow}}\cos\theta \,s \]

\[ y_1=y_0+v_{\mathrm{airflow}}\sin\theta \,s \]

Ok uzunluğu üçün görsel ölçek katsayısı \(s=0,5\) seçilmiştir. Ok istiqaməti akış istiqamətini, ok uzunluğu hız büyüklüğünü, yanındaki sayı isə ölçülen m/s dəyərini göstərir. Verilər CSV və JSON biçimlerinde dışa aktarılabildiğinden ParaView, Tecplot və ya MATLAB gibi başka yazılımlarda da işlenebilir.

Doğrusal hava axını kalibrasiyau

Doğrusal izləmə təcrübəleri 500 × 500 mm kesitli və 3 m uzunluğundaki akril kanalda strukturlmıştır. Robot 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° və 315° olmak üzere sekiz yönelimde yerleştirilmiş; her yönelim 2, 4 və 6 m/s hızlarda üçer kez sınanmıştır.

Sekiz dəyərin ortası yaklaşık 1,32°’dir. Ortogonal yönlerdeki yayınmalar ümumi olaraq çapraz yönlerden daha aşşəbəkəıtür. Hava hızının 2’den 6 m/s’ye değişmesiyle orta yayınma yalnızca 0,16° değişmiş və hız grupları arasındaki standart yayınma 0,067° olaraq vərilmiştir.

Dönüşlü hava axını kalibrasiyau

Dönüş təcrübəlerinde iki rotor istifadə edilmişdir. İkinci rotorun mövqeu və açısı değiştirilərek 45°, 90° və 135° düzenleri oluşturulmuştur. Her açı üçün %30, %50 və %70 qaz qolu səviyyəleri denenmiş və toplam dokuz təcrübə grubu oluşturulmuştur.

Bütün təcrübəlerde yayınma 0,10 m’nin altında kalmış, ümumi orta 0,058 m olmuştur. Gerçek dönüş açısı küçüldükçe yayınmanın azaldığı görülmüştür. İlk doğrusal bölümdeki sürekli sşəbəkəa kayma, tekerlek montaj hatasına bşəbəkəlanmıştır.

SLAM dəqiqlik təcrübəi

Robot elle 2,0 × 1,5 m boyutunda kapalı dikdörtgen yol boyunca sürülmüş və başlangıç ilə bitiş mövqeları arasındaki dövrə bşəbəkəlanma xətası ölçülmüşdür. On tekrarda orta hata 0,012 m, standart yayınma 0,004 m olmuştur. Tədqiqatçılar tipik RMS mövqe hatasını 0,015 m olaraq kabul etmiştir.

Bu təcrübə kapalı və sınırlı bir laboratoriya alanında realleştirilmiştir. Uzun koridorlar, tekrarlayan geometrilər, hareketli insanlar, yansıtıcı səthler və ya lidar görüşünün kısıtlandığı ortamlar ayrı olaraq dəyərlendirilmemiştir.

Yörünge bandı necə oluşturulmaktadır?

Tədqiqatçıların önerdiği görselleştirme üsulu dört adımdan oluşmaktadır:

1. Akış alanına uygun bir və ya daha fazla robot başlanğıc nöqtəsi seçilir.
2. Her başlanğıc nöqtəsindan birden fazla izləmə təcrübəi strukturlır.
3. Yörüngeler SLAM haritasındaki ortak koordinatlara hizalanır və karşılık gelen noktalar ortalanır.
4. Oluşan trayektoriya zolşəbəkəının uzunluğu, genişliği və hız değişimi dəyərlendirilir.

Yerel ortadan üç standart yayınmadan fazla uzaklaşan noktalar mümkün kənar dəyər olaraq çıkarılmıştır. Yerel orta trayektoriya boyunca 0,2 m’lik sürüşən pəncərəyle hesablanmışdır. Tədqiqatçılar bu üsulun geçerli ölçmələrin %99,7’sini koruduğunu belirtmektedir; ancaq bu nisbət normal dşəbəkəılım varsayımına dayanır və trayektoriya hatalarının realten normal dşəbəkəıldığı gösterilmemiştir.

Yörünge bandı ölçütleri

Genişlik: Yörünge bandının iki dış sınırı arasındaki dik uzaklıktır.

\[ W_{ab}= \sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2} \]

Uzunluk: Bant üçündeki en uzun trayektoriyanin ardışık noktaları arasındaki uzaklıkların toplamıdır.

\[ L= \sum_{i=1}^{n-1} \sqrt{(x_{i+1}-x_i)^2+(y_{i+1}-y_i)^2} \]

Hız değişim nisbətı: Akış hızının uzaklığa göre azalması şu qüvvət qanunuyla modellenmiştir:

\[ v(r)=v_0 \left(\frac{r}{r_0}\right)^{-\alpha} \]

Burada \(\alpha\) büyüdükçe hız uzaklıkla daha sürətli azalmaktadır. Metinde bu eşitlik “eksponensial sönmə” olaraq adlandırılmış olsa da matematiksel biçimi qüvvət qanunudır.

Tek rotorla ölçüt validasiyası

Robot rotor ekseninin merkezinden və iki qanad ucu hizasından başlatılmıştır. Üç trayektoriyanin birleşimi:

• 0,19 m trayektoriya zolşəbəkəı genişliği,
• 2,93 m trayektoriya zolşəbəkəı uzunluğu,
• 0,66, 0,57 və 0,76 hız değişim nisbətları

üretmiştir. Merkez doğrultusundaki trayektoriyade hız daha yavaş azalırken qanad ucu doğrultularında daha sürətli azalmıştır. Bu təcrübə, daha sonraki çoklu rotor tədqiqatlarında kullanılan ölçütlerin temelini oluşturmuştur.

Yan yana dört rotor təcrübəi

Dört rotor 475 mm aralıklarla yan yana yerleştirilmiş və bütün rotorlar %5 qaz qolu səviyyəinde çalıştırılmıştır. Robot her rotorun normal doğrultusundaki A, B, C və D başlangıç noktalarından ayrı ayrı hareket etmiştir.

Yörünge bandı başlangıçta 1,42 m, dış uçlarda en fazla 1,47 m genişliğe ulaşmıştır. Dört trayektoriyanin yaklaşık paralel olması, belirlenen rotor aralığında akışların doğrultu bakımından güclü bir karşılıklı yayınma oluşturmadığını göstərir. Dış trayektoriyalarde hız daha sürətli azalmış, merkez trayektoriyalar daha uzun mesafeye ulaşmıştır.

“M” biçimli dört rotor təcrübəi

Karmaşık hava axını oluşturmak üçün dört rotorun normal doğrultuları uç uca bir “M” meydana getirecek biçimde düzenlenmiştir. İki tədqiqat biçimi müqayisə edilmişdir:

• Düzen 1: Rotorlar sırayla açılıp kapatılmıştır.
• Düzen 2: Dört rotor aynı anda çalıştırılmıştır.

Sıralı tədqiqatda ölçülen dönüş açıları 65°, 74° və 76° olmuştur. Bütün rotorlar aynı anda çalıştığında karşılık gelen açılar 83°, 103° və 115°’ye çıkmıştır. İlk əhəmiyyətli yayınma 18° olaraq hesaplanmış və sonraki trayektoriya bölümlerinde qarşılıqlı təsir birikmiştir.

Aynı anda tədqiqat düzeninde beş təkrarlı ölçmə strukturlmıştır. Birleşik trayektoriya zolşəbəkəı 5,83 m uzunluğa və 0,59 m en yüksək genişliğe ulaşmıştır. Robot rotorlara yaklaşırken hızın tekrar yükselmesi və uzaklaşırken azalması niyəiyle bütün trayektoriyayi tek bir hız parçalanma katsayısıyla ifade etmek mümkün olmamıştır.

Sabit nokta ölçməüyle müqayisə

Karşılaştırma alanı 1,9 × 3,0 m boyutundadır. Dört sıra və 12 sütundan oluşan 48 mövqe belirlenmiş; sütunlar 0,25 m aralıklarla yerleştirilmiştir. Tədqiqatda ilk olaraq 48 sabit sensorden söz edilmekle birlikdə təcrübəin yalnızca üç silindrik sensorle 16 ardışık ölçmə turunda realleştirildiği qeyd edilmişdir.

Robot dört trayektoriya boyunca yaklaşık 0,05 m aralıklarla ölçmə yapmıştır. İki üsul 48 ortak mövqeda müqayisə edilmişdir:

Robotik üsul daha sık mekânsal nümunələmə sşəbəkəlamış və merkez ilə dış trayektoriyalar arasındaki hız azalması farkını daha ayrıntılı göstərmişdir. Buna karşılık hareketli robot fərqli mövqeları fərqli zamanlarda ölçür. Hızlı değişen və ya salınımlı akışların bütün alan boyunca aynı anda incelenmesi gerektiğinde real çok sensorlü sabit şəbəkəlar daha uygun ola bilər.

Gerçek ofis ortamı

Laboratuvar dışı təcrübə 4,0 × 4,0 × 3,5 m boyutundaki bir ofiste strukturlmıştır. Ortamda masa, kutular, klima və başka tipik maneəler bulunmaktadır. Çapı 0,15 m olan vəntilyatorın merkezi yerden 0,33 m yüksəkliğe yerleştirilmiş və çıkış hızı yaklaşık 8 m/s olaraq ölçülmüşdür.

Üç koşul dəyərlendirilmiştir:

1. Fan ilə karşı duvardaki giriş arasında maneə bulunmaması.
2. Fandan 1,5 m uzakta kutu və başka nesnelerin bulunması.
3. Fandan 2,3 m uzakta 600 W’lık qızdırıcıyla termal qradiyent oluşturulması.

Engelin hava axınına etkisi

Robot beş rota boyunca ölçmə yapmıştır. Engel bulunmadığında hız uzaklıkla düzenli biçimde azalmıştır. Engel yerleştirildiğinde orta trayektoriya sapmış və xüsusilikle orta ilə sşəbəkə taraftaki rotalarda orta hız düşmüştür.

Engelin arxa iz üçünde en yüksək hız farkı yaklaşık 0,5 m uzaklıkta 0,65 m/s olmuştur. Toparlanma nisbətı aynı bölgede yaklaşık 0,65’e düşmüş; bu dəyər maneəsiz akışa göre yaklaşık %35 sürət itkisi anlamına gelmektedir. Yaklaşık 1,5 m sonra hız farkı sıfıra yaklaşmış və akış büyük ölçüde maneəsiz duruma dönmüştür.

Termal gradyanın etkisi

Isıtıcı kapalı və açıq durumların her birinde altı tekrarlı trayektoriya elde edilmiştir. Her iki durumda da robot ümumi vəntilyator istiqamətini takip edip hedef bölgeye ulaşmıştır. Ancaq son mövqeların dşəbəkəılımı belirgin biçimde artmıştır:

Tədqiqatçılar genişləmənin, qızdırıcının oluşturduğu kaldırma akımlarının yatay vəntilyator akımıyla etkiləşmesi sonucu ortaya çıktığını düşünmektedir. Robot her küçük yön değişikliğine hareketle cevap vərdiği üçün yerel değişiklikler yol boyunca birikerek tekrarlar arasındaki ayrışmayı büyütmüştür. Ancaq sistem düşey hava sürəti biləşenini ayrı bir harita hâlinde sunmadığından termal kaldırma mekanizması birbaşa ölçülmemiştir.

Belirsizlik analizi

Tədqiqatda bildirilən temel hata mənbəları şunlardır:

Hız belirsizliği, sensor hızı və yön hatasının vəktörel biləşenlere etkisi birleştirilərek 2 m/s hava sürətinda yaklaşık 0,23 m/s olaraq hesablanmışdır:

\[ \sigma_v= \sqrt{ \sigma_{\mathrm{sensor}}^2+ \left[v\sin(\sigma_{\mathrm{angle}})\right]^2 } \]

Bu hesap, vərilən dəyərlərle yaklaşık olaraq tutarlıdır. Buna karşılık trayektoriya belirsizliği hesabında mövqe və hız birimleri birbaşa birleştirilmiştir:

\[ \sigma_{\mathrm{traj}}= \sqrt{ \sigma_{\mathrm{SLAM}}^2+ (\alpha\sigma_{\mathrm{vəl}})^2+ \sigma_{\mathrm{control}}^2+ \sigma_{\mathrm{bias}}^2 } \]

Hız belirsizliğinin metreye çevriləbilmesi üçün süreyle çarpılması və ya hareket modeli üzerinden mövqea yayılması gerekir. Bu strukturlmadığından bildirilən yaklaşık 0,032 m toplam trayektoriya belirsizliği tam bir boyutsal hata büdcəsi olaraq dəyərlendirilmemelidir.

Tədqiqatnın güclü yönleri

• Hava algılama ilə robot hareketini kapalı çevrimde birleştiren çalışan bir prototip sunmaktadır.
• Robot yolu, hava sürəti və hava istiqaməti ortak SLAM koordinatında gösterilmektedir.
• Dokuz MEMS təzyiq sensorlü küçük bir hava axını algılayıcısı kullanmaktadır.
• 87.501 örnekli külək tuneli məlumat dəstiyle neyron şəbəkəsi təlimi açıqlanmıştır.
• Sekiz yönelim və üç hava sürətinda doğrusal izləmə kalibrasiyau strukturlmıştır.
• Üç dönüş açısı və üç rotor sürətinda dönüş performansı sınanmıştır.
• SLAM dövrə bşəbəkəlanma xətası tekrarlı təcrübəle ölçülmüşdür.
• Yörünge bandı uzunluğu, genişliği və hız değişimi üçün nicel ölçütler geliştirilmiştir.
• Doğrusal və çok mənbəlı karmaşık rotor düzenleri müqayisə edilmişdir.
• Hareketli üsul sabit nöqtə vəriləriyle nicel olaraq müqayisə edilmişdir.
• Gerçek ofiste maneə və sıcaklık gradyanı etkiləri incelenmiştir.
• Robotik üsulun mekânsal çözünürlüğü ilə sabit şəbəkəların zamansal eş zamanlılığı arasındaki değiş tokuş tartışılmıştır.

Tədqiqatnın məhdudiyyətləri

• Tədqiqat hakem dəyərlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Sensör hata dəyərləri bölümler arasında tutarlı değildir.
• MSE, RMS xəta və orta mütləq xəta tanımları karışmaktadır.
• Sinir şəbəkəı təliminin rastgele tohumu və tekrarlar arası dəyişənliği vərilməmişdir.
• Farklı üretim partilərindeki sensorler arasında müqayisə strukturlmamıştır.
• Robot gövdesinin və sensor taşıyıcısının akış alanına etkisi ölçülmemiştir.
• Hareket katsayısı \(\alpha=0,1\) yalnız ön təcrübəlerle seçilmiştir; sistematik optimizasyon vərilməmişdir.
• Robotun çapraz hareketlerdeki yayınması ortogonal hareketlerden yüksəktir.
• Yön yayınması üçün bildirilən 1,32° ortadır; en yüksək yayınma 2,03°’dir.
• Yörünge bantlarının tekrarlanabilirliği üçün ümumi güvən aralıkları vərilməmişdir.
• Üç standart yayınmalı kənar dəyər elemesinin dşəbəkəılım varsayımı doğrulanmamışdır.
• Hız azalması qüvvət qanunu olduğu hâlde üstel model olaraq adlandırılmıştır.
• 48 noktalı müqayisəda yalnız üç sensor ardışık olaraq istifadə edilmişdir.
• Sabit nokta üsulu real zamanlı 48 sensorlü şəbəkəla karşılaştırılmamıştır.
• \(R^2=0,85\) və 0,17 m/s hata üçün güvən aralığı vərilməmişdir.
• Robot tüm alanı aynı anda değil, trayektoriya boyunca ardışık zamanlarda ölçür.
• Tek trayektoriya yaklaşık 45 saniye sürdüğünden sürətli geçici akımlar bozulabilir.
• Haritalama büyük ölçüde iki boyutludur; fərqli yüksəkliklerde tam üç boyutlu ölçmə strukturlmamıştır.
• Gerçek ofis təcrübəi yalnızca bir oda geometrisi və bir vəntilyator kaynşəbəkəı içermektedir.
• Engel təcrübəinin bşəbəkəımsız tekrar sayısı və istatistiksel testi açıq değildir.
• Termal gradyan təcrübəi yalnızca bir 600 W qızdırıcı düzeniyle strukturlmıştır.
• Belirsizlik hesabında metre ilə m/s cinsinden dəyərlər boyutsal dönüşüm olmadan birleştirilmiştir.
• Ham vərilər və mənbə kodu üçün açıq depo bşəbəkəlantısı vərilməmişdir.
• Batarya süresi, toplam güc istehlakı və uzunmüddətli otonom tədqiqat dəyərlendirilmemiştir.
• İnsanların bulunduğu kalabalık ortamlarda təhlükəsiz hareket doğrulanmamışdır.
• Duman, zehirli gaz və ya kimyəvi tür birbaşa ölçülmemiştir.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

Tədqiqat, Mecanum təkərli bir robotun yerel hava sürəti və istiqamətini kullanarak kontrollü ortamlardaki hava axınını izleyebildiğini dəstəkləyir. Lazer SLAM ilə hava sensoru bilgilərinin birleştirilmesi, robotun izlediği yolun çevre haritası üzerinde hava sürəti və yön oklarıyla gösterilmesini mümkün kılmıştır.

Deneyler ayrıca hareketli ölçməün seyrek sabit nöqtəlardan daha yüksək mekânsal nümunələmə sşəbəkəlayabildiğini, yan yana rotorların dış və merkez akışları arasındaki hız azalması farklarını gösterebildiğini və real bir ofiste maneə mənbəlı arxa iz ilə termal qradiyent mənbəlı trayektoriya dşəbəkəılımını gözleyebildiğini dəstəkləyir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

Tədqiqat, sistemin bir odadaki bütün hava hızlarını aynı anda ölçtüğünü və ya tam üç boyutlu akış alanı oluşturduğunu sübut etmir. Robotik ölçmə ardışık zamanlarda və sınırlı sayıdaki trayektoriyalar boyunca realleştirilmiştir.

Tədqiqat ayrıca robotun belirli bir gazı tanıdığını, kimyəvi kaçşəbəkəın kaynşəbəkəını kesin olaraq bulduğunu, duman yoğunluğunu ölçtüğünü və ya tehlikeli ortamlarda təhlükəsiz çalışabildiğini göstermemektedir. Ölçülen büyüklükler hava sürəti, yatay yön və robotun mekânsal mövqeudur.

Sonuçlar, sistemin bütün bina türlerinde sabit sensorlerden daha doğru olduğunu da göstermemektedir. Sabit şəbəkəlar çok sayıda mövqeu eş zamanlı ölçebilirken robot daha yüksək mekânsal ayrıntıyı daha uzun sürede üretmektedir. Hangi üsulun uygun olduğu akışın zamansal değişimine və uygulamanın çözünürlük gereksinimine bşəbəkəlıdır.

Tədqiqatnın Yöntemi və Bulguları

Deney və sistem özeti

Ana nəticələrin yorumlanması

Robotun yön izləmə başarısı hava sürətindan çok hareket istiqamətine bşəbəkəlı görünmektedir. Ortogonal hareketlerde dört motorun etkin kontrolü daha aşşəbəkəı yayınma sşəbəkəlarken çapraz hareketlerde pasif kalan tekerlekler niyəiyle hata büyümüştür. Bu nəticə, sistemin pratik kullanımında robot gövdesinin mümkün olduğunca ana akış istiqamətiyle hizalanmasının yararlı olabiləceğini göstərir.

Yan yana rotor təcrübəinde merkez trayektoriyalar daha uzun sürmüş və daha aşşəbəkəı hız değişim nisbətı göstərmişdir. Dış rotorların akımları çevre havasıyla daha fazla temas ettiği üçün daha sürətli genişleyip zayıflamış ola bilər. Bu mekanizma, trayektoriya uzunlukları və hız değişim katsayılarının birlikdə dəyərlendirilmesine dayanan bir yorumdur; ayrı türbülans və ya təzyiq alanı ölçməü strukturlmamıştır.

“M” biçimli düzende rotorlar aynı anda çalıştığında akışların birbirini saptırması, hareketli robotun çok mənbəlı bir alanın birleşik trayektoriyasıni izleyebildiğini göstərir. Bununla belə yalnızca beş tekrar və tek rotor geometrisi kullanıldığından 5,83 m və 0,59 m dəyərləri ümumi çok mənbəlı hava axını performans sınırları değildir.

Ofis təcrübəleri, sistemin laboratoriya dışındaki bir ortamda maneə çevresinden geçebildiğini və hava sürəti değişikliklerini mövqela ilişkiləndirebildiğini göstərmişdir. Ancaq robotun maneəden kaçınmak üçün yaptığı yol değişikliği, real hava axınının izlediği yol ilə robotun təhlükəsiz sürüş yolunun birbirinden ayrılmasına niyə ola bilər. Bu durum xüsusilikle akımın maneəin üçünden və ya robotun geçemeyeceği dar bir aralıktan ilərlediği uygulamalarda dikkate alınmalıdır.

Türkiyədə uygulanmadan önce önerilən validasiyalar

• 0,06-2 m/s arasındaki aşşəbəkəı hava hızlarında sensor və robot birlikdə doğrulanmalıdır.
• Farklı sıcaklık, bşəbəkəıl rütubət və atmosfer təzyiqlarında kalibrasiya strukturlmalıdır.
• Seramik, halı, epoksi, beton və ıslak zeminlerde tekerlek yayınması ölçülmelidir.
• Robot gövdesinin hava axınına oluşturduğu bozulma duman, PIV və ya referans sensorlarla ölçülmelidir.
• Birden fazla yüksəklikte sensor taşıyan dikey mast və ya çok robotlu sistem denenmelidir.
• Üç boyutlu hız biləşenleri və düşey termal kaldırma birbaşa ölçülmelidir.
• Gerçek 48 və ya daha fazla eş zamanlı sensorlü şəbəkəla müqayisə strukturlmalıdır.
• Geçici klima çevrimleri və dəyişən sürətli vəntilyatorlarda zaman eşleşmeli təcrübəler strukturlmalıdır.
• CFD nəticələriyla mövqe və hız bazında nicel müqayisə strukturlmalıdır.
• Hastane odası, sınıf, temiz oda, vəri merkezi və sənaye salon gibi fərqli geometrilər sınanmalıdır.
• İnsan hareketi, kapı açılması və hareketli ekipman etkisi dəyərlendirilmelidir.
• SLAM hatası uzun koridorlar və tekrarlayan geometrilərde ölçülmelidir.
• Hız hatalarının mövqea yayılması süre boyutunu içeren tutarlı bir qeyri-müəyyənlik modeliyle yeniden hesaplanmalıdır.
• Ham sensor vəriləri, ROS kodu, neyron şəbəkəsi çəkiləri və mexaniki tasarım dosyaları açıq olaraq paylaşılmalıdır.
• Uzun süreli batarya, sensor sürüklenmesi və bakım gereksinimi təcrübəleri strukturlmalıdır.
• Tehlikeli ortamlara yönelik kullanım üçün uygun gaz sensorleri, koruyucu muhafaza və təhlükəsizlik sertifikaları eklenmelidir.

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatnın tam özgün adı:Research on Airflow Tracing Technology for Visualized Robotic Systems

Yazarlar və sıraları: Feng Tang; Weilang Deng; Dong Liu; Jiyu Li.

Eşit katkılı müəllif bilgisi: Tədqiqatda eşit katkı və ya ortak birinci müəlliflık bildirimi yoxdur.

Sorumlu müəllif: Jiyu Li.

Sorumlu müəllif e-posta adresi: lijiyu@scau.edu.cn

Kurumsal bşəbəkəlantılar:

1. School of Software Engineering, South China Univərsity of Technology, Guangzhou 510006, Çin.
2. College of Engineering, South China Agricultural Univərsity, Guangzhou 510642, Çin.

Yazar-qurum eşleşmesi:

• Feng Tang: South China Univərsity of Technology, School of Software Engineering.
• Weilang Deng, Dong Liu və Jiyu Li: South China Agricultural Univərsity, College of Engineering.

Kaynak türü: Robot prototipi geliştirme, sensor kalibrasiyau, süni neyron şəbəkəsi, hərəkət nəzarəti, hava axını təcrübəleri, sabit nöqtə müqayisəsı və real iç ortam validasiyası içeren təcrübəsel preprint tədqiqat makalesi.

Konu alanı: İç ortam hava axını, mobil robotik, hava axını sensorleri, yapay sinir şəbəkəları, lazer SLAM, ROS, havalandırma görselleştirmesi və akış trayektoriyası ölçməü.

Hakemlik durumu: Tədqiqat resenziyadan keçməmişdir. Her sayfada preprint və hakemlik uyarısı bulunmaktadır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform sşəbəkəlayıcısı: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN qeyd numarası: 7202158.

DOI:10.2139/ssrn.7202158

Resmî bşəbəkəlantı:SSRN qeyd sayfası

Yayın yılı: 2026.

Dergi: Hakemli bir dergide yayımlandığı doğrulanmamışdır.

Nihai dergi yayınevi: Tədqiqatda doğrulanmış bir nihai dergi və ya hakemli dergi yayınevi bilgisi yoxdur. SSRN erken tədqiqat paylaşım platformudur.

Finansman: Yüklenen tədqiqatda açıq bir maliyyələşdirmə bildirimi yoxdur.

Çıkar çatışması: Ayrı bir maraqlar toqquşması bildirimi yer almır.

Yazar katkıları: CRediT və ya benzeri ayrıntılı müəllif katkısı açıqlaması vərilməmişdir.

Etik kurul və katılımcı onamı: Tədqiqat insan katılımcılardan vəri toplamamaktadır. Ayrı etik kurul və ya onam bildirimi yoxdur.

Veri və kod çıxışı: Ham hava axını vəriləri, 87.501 örnekli neyron şəbəkəsi məlumat dəsti, eğitilmiş model çəkiləri, ROS düğümleri, SLAM ayarları, CAD dosyaları və ya təcrübə işləmə kodu üçün açıq depo bşəbəkəlantısı vərilməmişdir.

Önceki sensor tədqiqatsı: Silindirik sensorun ayrıntılı geliştirme süreci, tədqiqatçıların mənbəçada 26 numarayla gösterdiği Small-volume omnidirectional intelligent airflow sensor with differential pressure measurement başlıklı önceki tədqiqatya dayanmaktadır. Mevcut tədqiqat bu sensoru robotik hava axını izləmə platformuna uygulamaktadır.

Raporlama uyarısı: Sensörün hız və yön hataları fərqli bölümlerde birbiriyle uyuşmayan dəyərlərle sunulmuştur. Sabit nokta müqayisəsında 48 sensor ifadesi ilə üç sensor və 16 tur açıqlaması birlikdə yer almaktadır. Yörünge belirsizliği hesabında metre və m/s birimleri birbaşa birleştirilmiş, qüvvət qanunu isə üstel model olaraq adlandırılmıştır.

Bu Türkçe açıqlama, tədqiqatın başlık sayfası, donanım fotoğrafları, ilətişim şemaları, sensor çizimleri, neyron şəbəkəsi açıqlaması, kontrol eşitlikleri, kalibrasiya qrafikleri, trayektoriya haritaları, sabit nöqtə müqayisəları, ofis təcrübəleri, qeyri-müəyyənlik cədvəlsu və nəticə bölümü incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca tədqiqatçıların sunduğu üsullar, təcrübəler və sayısal nəticələrla sınırlandırılmıştır. Dış mənbəlar yalnızca bibliyoqrafik kimlik, qurum, sorumlu müəllif və SSRN platform bilgilərinin doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir.

Sonuçlar; tədqiqatın hakem dəyərlendirmesinden geçmemiş olması, tam üç boyutlu və eş zamanlı alan ölçməü sunmaması, sensor hata dəyərlərindeki uyuşmazlıklar, qeyri-müəyyənlik hesabındaki birim sorunu, sabit nöqtə təcrübəinin ardışık realleştirilmesi və real ortam validasiyasının tek bir ofisle sınırlı kalması dikkate alınarak dəyərlendirilmelidir.