Бул изилдөө, жабык жайлардагы аба агымдарын туруктуу сенсорlerle yalnızca belirli noktalarda ölçmek yerine, аба агымыnın багытын izleyerek hareket eden дөңгөлөктүү bir роботla картага түшүрүүнү amaçlamaktadır. Geliştirмененn система; Mecanum дөңгөлөктүү кыймыл платформасы, dokuz MEMS басым сенсору içeren цилиндрлик аба агымы сенсору, аба ылдамдыгын жана багытын tahmin eden жасалма нейрон тармагы, лазердик SLAM жайгаштыруусу, ROS негизиндеги кыймыл башкаруусу жана RVIZ визуалдаштыруу yazılımından oluşmaktadır.

Робот, bulunduğu noktadaki аба ылдамдыгын жана багытын ölçmekte; ölçülen ылдамдык векторуnün onda biri büжүкlüğündeki буйрукla аба агымыnın багытыnde мененrlemektedir. Böylece роботun жайгашууu, аба ылдамдыгы жана аба багыты aynı координат системасы үчүнde birleştirilmekte; изделген жол çevre haritası üzerinde sürekli bir аба агымы траекториясы катары gösterilmektedir. Birden fazla башталгыч чекитndan же aynı noktadan түзүмlan кайталанган өлчөөler bir araya кайтарымlerek траектория тилкесиnın uzunluğu, genişliği жана hız değişim катышı hesaplanmaktadır.

Yön калибрлөөunda робот sekiz ар башка yönelimde жана 2, 4 жана 6 m/s аба hızlarında sınanmıştır. Sekiz yönelim үчүн орточо издөө четтөөsı 1,32° olurken en жогорку четтөө 45° yöneliminde 2,03° катары өлчөнгөн. Dönüşlü аба агымы экспериментlerinde 45°, 90° жана 135° düzenleri үчүн орточо траектория четтөөлөрү sırasıyla 0,072 m, 0,067 m жана 0,034 m olmuş; бардык dönüş экспериментlerinin орточоsı 0,058 m катары эсептелген.

Dört роторun yan yana çalıştırıldığı экспериментde аба агымы траектория тилкеси 3,10 m uzunluğa жана 1,47 m en жогорку genişliğe ulaşmıştır. Dört траекторияnin hız değişim катышları 0,756, 0,557, 0,720 жана 0,793 катары belirlenmiştir. Ortadaki роторların oluşturduğu траекториялар daha uzun sürerken dış taraftaki траекториялар daha ылдам zayıflamıştır.

Dört роторun “M” biçiminde yerleştirildiği daha karmaşık экспериментde, роторlar aynı anda çalıştırıldığında аба akımları birbirini etkмененyerek beklenen doğrultulardan sapmıştır. Beş tekrarlı траекторияden oluşan bandın uzunluğu 5,83 m, en жогорку genişliği 0,59 m olmuştur. Hız, робот her роторa yaklaştığında yeniden жүкselip uzaklaştığında azaldığından tek bir düzenli ажыроо katsayısıyla ачыкlanamamıştır.

Роботik өлчөө, 48 жайгашууu temsil eden туруктуу чекит маалыматleriyle karşılaştırıldığında аба ылдамдыгы үчүн 0,17 m/s орточо абсолюттук ката жана \(R^2=0,85\) uyum көрсөткөн. Робот yaklaşık 0,05 m aralıklarla sürekli маалымат sтармакlarken sabit өлчөө noktaları 0,25 m aralıklıdır. Муну менен бирге туруктуу чекит экспериментinde 48 сенсор aynı anda kullanılmamış; üç сенсор 16 үлгүлөө turunda ар башка жайгашууlara taşınmıştır. Bu эмне үчүнle салыштыруу, eş zamanlı 48 сенсорlü bir тармакdan çok seyrek жана ardışık nokta өлчөөünü temsil etmektedir.

Gerçek кеңсе экспериментinde bir тоскоолдук, аба ылдамдыгын өзгөчөlikle yaklaşık 0,5 m uzaklıktaki арткы изnin merkezinde düşürmüştür. En жогорку hız farkı yaklaşık 0,65 m/s, en төмөн калыбына келүү катышы yaklaşık 0,65 olmuş; тоскоолдукin etkisi yaklaşık 1,5 m sonra büжүк ölçüde kaybolmuştur. 600 W’lık жылыткычyla oluşturulan жылуулук градиенти болсо жалпы akış багытын değiştirmemiş fakat altı кайталанган өлчөөde son траектория тилкесиnı 4,8 cm’den 9,9 cm’ye çıkararak tekrarlanabilirliği azaltmıştır.

Түркия жагынан: Sistem; Түркияда hastaneler, okullar, лабораторияlar, temiz odalar, маалымат merkezleri, өнөр жай tesisler, tüneller жана büжүк kapalı alanlarda абаlandırma akışının экспериментsel катары incelenmesi үчүн баалуулукlendirмененbilir. Klima üfleme yönlerinin, taze аба erişiminin, тоскоолдук arkasındaki durgun bölgelerin жана kirletici taşıma yollarının belirlenmesinde CFD модельlerini tamamlayan hareketli bir өлчөө platformu болушу мүмкүн. Түркияда uygulama öncesinde төмөн аба hızlarında валидация, ар башка zeminlerde Mecanum tekerlek калибрлөөu, insan hareketlerinin etkisi, ар башка жогоркуliklerde üç boyutlu өлчөө, узак мөөнөттүү сенсор sürüklenmesi, sıcaklık жана ным telafisi, iş коопсузği жана чыныгы bina абаlandırma системаleriyle салыштыруу түзүмlmalıdır. Изилдөөdan системанын gazın химиялык türünü belirleyebildiği, бардык bir odayı anlık катары üç boyutlu haritaladığı же өрт жана tehlikeli gaz ortamlarında sertifikalı biçimde çalışabildiği sonucu çıkarılamaz.

Изилдөөнүн temel problemi

Kapalı ortamlardaki аба hareketi; bina geometrisi, абаlandırma çıkışları, ısı булакları, тоскоолдукler жана dış ortam koşulları эмне үчүнiyle doğrusal olmayan жана zamana bтармакlı bir түзүм gösterebilir. Sabit aнымometreler yalnızca yerleştirildikleri noktadaki hızı ölçerken бардык akış yolunu göstermek үчүн çok sayıda сенсор gerekir. Parçacık сүрөттөөli hız өлчөөü жана izleyici gaz ыкмаларi daha өзүнчөntılı bilgi sтармакlayabilse de өзгөчө эксперимент koşulları gerektirebilir. CFD модельleri geniş alanları inceleyebilir; бирок sınır koşulları, тармак çözünürlüğü жана türbülans модельi seçimlerine duyarlıdır.

Изилдөөчүлөр bu ыкмаларin yerine geçecek bir система değil, onları tamamlayabмененcek hareketli bir валидация aracı geliştirmeyi hedeflemiştir. Temel yaklaşım, роботu önceden belirlenmiş bir tarama yolu boyunca yürütmek yerine, ölçülen аба агымы багытынn роботun bir sonraki hareketini түздөн-түз belirlediği kapalı циклli bir издөө системаi kurmaktır.

Роботun donanım архитектурасы

Изилдөөnın 4. sayfasındaki Şekil 1, geliştirмененn физикалык prototipi көрсөтөт. Роботun ana bмененşenleri şunlardır:

• Mecanum дөңгөлөктүү жана dört bтармакımsız motorlu hareket şasisi.
• Jetson Nano yerleşik bilgisayar.
• STM32F407 şasi kontrol микроконтроллерsi.
• Dokuz MEMS басым сенсорlü цилиндрлик аба агымы сенсору.
• Hava akışı сенсору мененtişim микроконтроллерsi.
• Lazer radar.
• Motor энкодерları жана hareket кайтарым байланышsi.
• Taşınabilir batarya пакетi.
• ROS жана RVIZ çalıştıran башкы компьютер байланышsı.

Mecanum tekerlekler, роботun gövdesini döndürmeden мененri, geri, yana жана çapraz hareket etmesine olanak жанаrmektedir. Bu өзгөчөlik, аба багытыndeki küçük değişikliklere ылдам cevap жанаrebilmek açısından seçilmiştir. Муну менен бирге экспериментler, çapraz hareketlerde yalnızca çapraz motor çiftlerinin etkin изилдөөsı эмне үчүнiyle yön четтөөsının ortogonal hareketlerden daha жогорку болгонуnu көрсөткөн.

Silindirik аба агымы сенсорунn түзүмsı

Sensör, birbirine geçen üç adet 1 mm kalınlıklı devre kartından oluşmaktadır. En üstteki S1 сенсору цилиндрлик gövdenin yarım катып жетилүүesel ucundaki 3 mm çaplı ачыкlığa, S2-S9 сенсорleri болсо gövdenin yan taraflarındaki dört dikdörtgen ачыкlığa bтармакlanmıştır. Tam gövde yaklaşık 15 mm çapında жана 36,35 mm uzunluğundadır.

Yapay нейрон тармагыna түздөн-түз dokuz басым баалуулукi берилген эмес. Yan сенсорlerin her biri үчүн üst сенсорe göre басым айырмасы эсептелген:

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

Böylece sekiz басым айырмасы, аба ылдамдыгынn büжүкlüğü жана багытыyle ilişkмененndirilmiştir. Küçük сенсор gövdesinin akışı mümkün болгонуnca az bozması amaçlanmıştır; бирок изилдөөдө робот gövdesi, tekerlekler жана сенсор direğinin akış alanına etkisini түздөн-түз ölçen өзүнчө bir эксперимент жок.

Sinir тармакı маалымат топтому жана окутуу düzeni

Sensörü kalibre etmek үчүн тест kesiti 150 mm çapında olan emişli bir doğrusal шамал туннели колдонулган. Sensörün азимут бурчу 0°-360° arasında 15° adımlarla, жантык бурчу 0°-90° arasında 15° adımlarla жана аба ылдамдыгы 2-12 m/s arasında 1 m/s adımlarla değiştirilmiştir. Yaklaşık altı saatlik маалымат toplama sonunda 87.501 örnek elde edilmiştir.

Açıların циклsel түзүмsından doğan 0°-360° süreksizliğini azaltmak үчүн нейрон тармагыnın çıktısı түздөн-түз açı катары değil hız bмененşenleri катары аныкталган:

\[ v_x=v\sin\theta \]

\[ v_y=v\cos\theta \]

Dört тармак архитектурасы салыштырылган:

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

Giriş катмарında sekiz normalleştirilmiş басым айырмасы, çıkış катмарında \(v_x\) жана \(v_y\) bulunmaktadır. Gizli катмарlarda ReLU активдештирүү fonksионu, окутууde орточо квадраттык ката kaybı колдонулган. Veri seti %80 окутуу, %10 валидация жана %10 тест катары өзүнчөlmıştır. ESP32 üzerindeki hesaplama жүкü менен doğruluk arasında denge kurduğu gerekçesiyle 8-32-16-8-2 архитектурасы seçilmiştir.

Изилдөөda тест натыйжалары үчүн 0,27 (m/s)² hız MSE баалуулукi жана 2,28 (°)² yön MSE баалуулукi маалыматlmektedir. Aynı bölümün devamında орточо hız hatası 0,22 m/s жана орточо yön hatası 2,28° катары сууnulmuştur. Yön MSE баалуулукi менен орточо yön hatasının aynı sayıyla fakat ар башка birimlerle yazılması raporlama belirsizliği oluşturmaktadır.

Hava өлчөөünden робот hareketine kapalı цикл

Роботun akışla aynı hızda мененrlemesi durumunda yön değişikliklerinde atalet жана aşım oluşabмененceği düşünülmüştür. Bu эмне үчүнle hareket hızı ölçülen аба ылдамдыгынn yalnızca onda biri катары belirlenmiştir:

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

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

Burada \(\alpha=0,1\)’dir. Eksi işareti, сенсоруn жана робот tabanının y eksenlerinin ters yönlü olmasından булакlanmaktadır. Изилдөөчүлөр 0,05-0,5 aralığındaki ön экспериментlerden sonra 0,1 баалуулукini seçmiştir. Daha küçük маанилер akış alanını daha az bozmakta fakat өлчөөü uzatmakta; daha büжүк маанилер өлчөөü hızlandırmakta бирок dönüşlerde aşım riskini artırmaktadır.

Tipik изилдөө koşullarında робот hızı 0,6 m/s’nin altında kalmıştır. Komutlanan hız менен энкодерlardan ölçülen чыныгы hız, 20 tekrarlı экспериментde karşılaştırılmış; RMS ката 0,008 m/s жана en жогорку четтөө 0,015 m/s катары bulunmuştur. Belirsizlik hesabında koruyucu bir баалуулук катары 0,01 m/s колдонулган.

ROS байланышsi жана RVIZ визуалдаштырууsi

Lazer radar чекит булуту, şasi hızı, IMU bilgisi жана аба сенсору маалыматleri yerleşik bilgisayarda birleştirilmiştir. Çevre haritası жана робот жайгашууu лазердик SLAM менен эсептелген. İşlenen маалыматler ROS konuları катары башкы компьютерdaki RVIZ yazılımına gönderilmiştir.

Роботun “base_link” координат системасыnin “map” системанынe göre жайгашууu 10 Hz yenмененme hızıyla okunmuş жана nav_msgs/Path түзүмsına eklenmiştir. Hava hızını gösteren okun башталгыч чекит роботun mevcut жайгашууu, bitiş noktası болсо 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 үчүн görsel ölçek katsayısı \(s=0,5\) seçilmiştir. Ok багыты akış багытын, ok uzunluğu hız büжүкlüğünü, yanındaki sayı болсо ölçülen m/s баалуулукini көрсөтөт. Verмененr CSV жана JSON biçimlerinde dışa aktarılabildiğinden ParaView, Tecplot же MATLAB gibi başka yazılımlarda da işlenebilir.

Doğrusal аба агымы калибрлөөu

Doğrusal издөө экспериментleri 500 × 500 mm kesitli жана 3 m uzunluğundaki акрил каналda түзүмlmıştır. Робот 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° жана 315° olmak üzere sekiz yönelimde yerleştirilmiş; her yönelim 2, 4 жана 6 m/s hızlarda üçer kez sınanmıştır.

Sekiz баалуулукin орточоsı yaklaşık 1,32°’dir. Ortogonal yönlerdeki четтөөlar жалпы катары çapraz yönlerden daha төмөнtür. Hava hızının 2’den 6 m/s’ye değişmesiyle орточо четтөө yalnızca 0,16° değişmiş жана hız grupları arasındaki стандарттык четтөө 0,067° катары маалыматlmiştir.

Dönüşlü аба агымы калибрлөөu

Dönüş экспериментlerinde iki ротор колдонулган. İkinci роторun жайгашууu жана açısı değiştirмененrek 45°, 90° жана 135° düzenleri oluşturulmuştur. Her açı үчүн %30, %50 жана %70 газ рычагы деңгээлleri denenmiş жана toplam dokuz эксперимент grubu oluşturulmuştur.

Bütün экспериментlerde четтөө 0,10 m’nin altında kalmış, жалпы орточо 0,058 m olmuştur. Gerçek dönüş açısı küçüldükçe четтөөnın azaldığı görülmüştür. İlk doğrusal bölümdeki sürekli sтармакa kayma, tekerlek montaj hatasına bтармакlanmıştır.

SLAM тактыгы экспериментi

Робот elle 2,0 × 1,5 m boyutunda kapalı dikdörtgen yol boyunca sürülmüş жана başlangıç менен bitiş жайгашууları arasındaki айлампа жабылуу катасы өлчөнгөн. On tekrarda орточо hata 0,012 m, стандарттык четтөө 0,004 m olmuştur. Изилдөөчүлөр tipik RMS жайгашуу hatasını 0,015 m катары kabul etmiştir.

Bu эксперимент kapalı жана sınırlı bir лаборатория alanında чыныгыleştirilmiştir. Uzun koridorlar, tekrarlayan geometrмененr, hareketli insanlar, yansıtıcı бетler же lidar görüşünün kısıtlandığı ortamlar өзүнчө катары баалуулукlendirilmemiştir.

Yörünge bandı кантип oluşturulmaktadır?

Изилдөөчүлөрın önerdiği görselleştirme ыкмасы dört adımdan oluşmaktadır:

1. Akış alanına uygun bir же daha fazla робот башталгыч чекит seçilir.
2. Her башталгыч чекитndan birden fazla издөө экспериментi түзүмlır.
3. Yörüngeler SLAM haritasındaki ortak koordinatlara hizalanır жана karşılık gelen noktalar ortalanır.
4. Oluşan траектория тилкесиnın uzunluğu, genişliği жана hız değişimi баалуулукlendirilir.

Yerel орточоdan üç стандарттык четтөөdan fazla uzaklaşan noktalar мүмкүн четки мааниси катары çıkarılmıştır. Yerel орточо траектория boyunca 0,2 m’lik жылма терезеyle эсептелген. Изилдөөчүлөр bu ыкмасыn geçerli өлчөөлөрin %99,7’sini koruduğunu belirtmektedir; бирок bu катыш normal dтармакılım varsayımına dayanır жана траектория hatalarının чыныгыten normal dтармакıldığı 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 үчүнdeki en uzun траекторияnin ardışık noktaları arasındaki uzaklıkların toplamıdır.

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

Hız değişim катышı: Akış hızının uzaklığa göre azalması şu күч мыйзамыyla модельlenmiştir:

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

Burada \(\alpha\) büyüdükçe hız uzaklıkla daha ылдам azalmaktadır. Metinde bu eşitlik “экспоненциалдык басаңдоо” катары adlandırılmış olsa da matematiksel biçimi күч мыйзамыdır.

Tek роторla ölçüt валидацияsı

Робот ротор ekseninin merkezinden жана iki калак ucu hizasından başlatılmıştır. Üç траекторияnin birleşimi:

• 0,19 m траектория тилкеси genişliği,
• 2,93 m траектория тилкеси uzunluğu,
• 0,66, 0,57 жана 0,76 hız değişim катышları

üretmiştir. Merkez doğrultuсууndaki траекторияde hız daha жай azalırken калак ucu doğrultularında daha ылдам azalmıştır. Bu эксперимент, daha sonraki çoklu ротор изилдөөlarında kullanılan ölçütlerin temelini oluşturmuştur.

Yan yana dört ротор экспериментi

Dört ротор 475 mm aralıklarla yan yana yerleştirilmiş жана бардык роторlar %5 газ рычагы деңгээлinde çalıştırılmıştır. Робот her роторun normal doğrultuсууndaki A, B, C жана D başlangıç noktalarından өзүнчө өзүнчө hareket etmiştir.

Yörünge bandı başlangıçta 1,42 m, dış uçlarda en fazla 1,47 m genişliğe ulaşmıştır. Dört траекторияnin yaklaşık paralel olması, belirlenen ротор aralığında akışların doğrultu bakımından күчтүү bir karşılıklı четтөө oluşturmadığını көрсөтөт. Dış траекторияларde hız daha ылдам azalmış, merkez траекториялар daha uzun mesafeye ulaşmıştır.

“M” biçimli dört ротор экспериментi

Karmaşık аба агымы oluşturmak үчүн dört роторun normal doğrultuları uç uca bir “M” meydana getirecek biçimde düzenlenmiştir. İki изилдөө biçimi салыштырылган:

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

Sıralı изилдөөдө ölçülen dönüş açıları 65°, 74° жана 76° olmuştur. Bütün роторlar aynı anda çalıştığında karşılık gelen açılar 83°, 103° жана 115°’ye çıkmıştır. İlk маанилүү четтөө 18° катары hesaplanmış жана sonraki траектория bölümlerinde өз ара аракеттенүү birikmiştir.

Aynı anda изилдөө düzeninde beş кайталанган өлчөө түзүмlmıştır. Birleşik траектория тилкеси 5,83 m uzunluğa жана 0,59 m en жогорку genişliğe ulaşmıştır. Робот роторlara yaklaşırken hızın tekrar жүкselmesi жана uzaklaşırken azalması эмне үчүнiyle бардык траекторияyi tek bir hız ажыроо katsayısıyla ifade etmek mümkün olmamıştır.

Sabit nokta өлчөөüyle салыштыруу

Karşılaştırma alanı 1,9 × 3,0 m boyutundadır. Dört sıra жана 12 sütundan oluşan 48 жайгашуу belirlenmiş; sütunlar 0,25 m aralıklarla yerleştirilmiştir. Изилдөөda ilk катары 48 туруктуу сенсорden söz edilmekle бирге экспериментin yalnızca üç цилиндрлик сенсорle 16 ardışık өлчөө turunda чыныгыleştirildiği белгиленген.

Робот dört траектория boyunca yaklaşık 0,05 m aralıklarla өлчөө yapmıştır. İki ыкма 48 ortak жайгашууda салыштырылган:

Роботik ыкма daha sık mekânsal үлгүлөө sтармакlamış жана merkez менен dış траекториялар arasındaki hız azalması farkını daha өзүнчөntılı көрсөткөн. Buna karşılık hareketli робот ар башка жайгашууları ар башка zamanlarda өлчөйт. Hızlı değişen же salınımlı akışların бардык alan boyunca aynı anda incelenmesi gerektiğinde чыныгы çok сенсорlü sabit тармакlar daha uygun болушу мүмкүн.

Gerçek кеңсе ortamı

Laboratuvar dışı эксперимент 4,0 × 4,0 × 3,5 m boyutundaki bir кеңсеte түзүмlmıştır. Ortamda masa, kutular, klima жана başka tipik тоскоолдукler bulunmaktadır. Çapı 0,15 m olan желдеткичın merkezi yerden 0,33 m жогоркуliğe yerleştirilmiş жана çıkış hızı yaklaşık 8 m/s катары өлчөнгөн.

Üç koşul баалуулукlendirilmiştir:

1. Fan менен karşı duvardaki giriş arasında тоскоолдук bulunmaması.
2. Fandan 1,5 m uzakta kutu жана başka nesnelerin bulunması.
3. Fandan 2,3 m uzakta 600 W’lık жылыткычyla жылуулук градиенти oluşturulması.

Engelin аба агымыna etkisi

Робот beş rota boyunca өлчөө yapmıştır. Engel bulunmadığında hız uzaklıkla düzenli biçimde azalmıştır. Engel yerleştirildiğinde orta траектория sapmış жана өзгөчөlikle orta менен sтармак taraftaki rotalarda орточо hız düşmüştür.

Engelin арткы из үчүнde en жогорку hız farkı yaklaşık 0,5 m uzaklıkta 0,65 m/s olmuştur. Toparlanma катышı aynı bölgede yaklaşık 0,65’e düşmüş; bu баалуулук тоскоолдукsiz akışa göre yaklaşık %35 ылдамдык жоготуусу anlamına gelmektedir. Yaklaşık 1,5 m sonra hız farkı sıfıra yaklaşmış жана akış büжүк ölçüde тоскоолдукsiz duruma dönmüştür.

Termal gradyanın etkisi

Isıtıcı kapalı жана ачык durumların her birinde altı tekrarlı траектория elde edilmiştir. Her iki durumda da робот жалпы желдеткич багытын takip edip hedef bölgeye ulaşmıştır. Бирок son жайгашууların dтармакılımı belirgin biçimde artmıştır:

Изилдөөчүлөр genиштетүүnin, жылыткычnın oluşturduğu kaldırma akımlarının yatay желдеткич akımıyla etkмененşmesi sonucu ortaya çıktığını düşünmektedir. Робот her küçük yön değişikliğine hareketle cevap жанаrdiği үчүн yerel değişiklikler yol boyunca birikerek tekrarlar arasındaki өзүнчөşmayı büyütmüştür. Бирок система düşey аба ылдамдыгы bмененşenini өзүнчө bir harita hâlinde сууnmadığından жылуулук kaldırma mekanizması түздөн-түз ölçülmemiştir.

Belirsizlik талдоосу

Изилдөөda bildirмененn temel hata булакları şunlardır:

Hız belirsizliği, сенсор hızı жана yön hatasının жанаktörel bмененşenlere etkisi birleştirмененrek 2 m/s аба ылдамдыгыnda yaklaşık 0,23 m/s катары эсептелген:

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

Bu hesap, маалыматlen маанилерle yaklaşık катары tutarlıdır. Buna karşılık траектория belirsizliği hesabında жайгашуу жана hız birimleri түздөн-түз birleştirilmiştir:

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

Hız belirsizliğinin metreye çevrмененbilmesi үчүн süreyle çarpılması же hareket модельi üzerinden жайгашууa yayılması gerekir. Bu түзүмlmadığından bildirмененn yaklaşık 0,032 m toplam траектория belirsizliği tam bir boyutsal hata бюджетsi катары баалуулукlendirilmemelidir.

Изилдөөnın күчтүү yönleri

• Hava algılama менен робот hareketini kapalı циклde birleştiren çalışan bir prototip сууnmaktadır.
• Робот yolu, аба ылдамдыгы жана аба багыты ortak SLAM koordinatında gösterilmektedir.
• Dokuz MEMS басым сенсорlü küçük bir аба агымы algılayıcısı kullanmaktadır.
• 87.501 örnekli шамал туннели маалымат топтомуyle нейрон тармагы окутууi ачыкlanmıştır.
• Sekiz yönelim жана üç аба ылдамдыгыnda doğrusal издөө калибрлөөu түзүмlmıştır.
• Üç dönüş açısı жана üç ротор ылдамдыгыnda dönüş performansı sınanmıştır.
• SLAM айлампа жабылуу катасы tekrarlı экспериментle өлчөнгөн.
• Yörünge bandı uzunluğu, genişliği жана hız değişimi үчүн nicel ölçütler geliştirilmiştir.
• Doğrusal жана çok булакlı karmaşık ротор düzenleri салыштырылган.
• Hareketli ыкма туруктуу чекит маалыматleriyle nicel катары салыштырылган.
• Gerçek кеңсеte тоскоолдук жана sıcaklık gradyanı etkмененri incelenmiştir.
• Роботik ыкмасыn mekânsal çözünürlüğü менен sabit тармакların zamansal eş zamanlılığı arasındaki değiş tokuş tartışılmıştır.

Изилдөөnın чектөөлөрү

• Изилдөө hakem баалуулукlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Sensör hata маанилерi bölümler arasında tutarlı değildir.
• MSE, RMS ката жана орточо абсолюттук ката tanımları karışmaktadır.
• Sinir тармакı окутууinin rastgele tohumu жана tekrarlar arası өзгөрмөliği берилген эмес.
• Farklı üretim partмененrindeki сенсорler arasında салыштыруу түзүмlmamıştır.
• Робот gövdesinin жана сенсор taşıyıcısının akış alanına etkisi ölçülmemiştir.
• Hareket katsayısı \(\alpha=0,1\) yalnız ön экспериментlerle seçilmiştir; системаatik optimizasyon берилген эмес.
• Роботun çapraz hareketlerdeki четтөөsı ortogonal hareketlerden жогоркуtir.
• Yön четтөөsı үчүн bildirмененn 1,32° орточоdır; en жогорку четтөө 2,03°’dir.
• Yörünge bantlarının tekrarlanabilirliği үчүн жалпы güжанаn aralıkları берилген эмес.
• Üç стандарттык четтөөlı четки мааниси elemesinin dтармакılım varsayımı тастыкталган эмес.
• Hız azalması күч мыйзамы болгону hâlde üstel модель катары adlandırılmıştır.
• 48 noktalı салыштырууda yalnız üç сенсор ardışık катары колдонулган.
• Sabit nokta ыкмасы чыныгы zamanlı 48 сенсорlü тармакla karşılaştırılmamıştır.
• \(R^2=0,85\) жана 0,17 m/s hata үчүн güжанаn aralığı берилген эмес.
• Робот tüm alanı aynı anda değil, траектория boyunca ardışık zamanlarda өлчөйт.
• Tek траектория yaklaşık 45 saniye sürdüğünden ылдам geçici akımlar bozulabilir.
• Haritalama büжүк ölçüde iki boyutludur; ар башка жогоркуliklerde tam üç boyutlu өлчөө түзүмlmamıştır.
• Gerçek кеңсе экспериментi yalnızca bir oda geometrisi жана bir желдеткич kaynтармакı içermektedir.
• Engel экспериментinin bтармакımsız tekrar sayısı жана istatistiksel тестi ачык değildir.
• Termal gradyan экспериментi yalnızca bir 600 W жылыткыч düzeniyle түзүмlmıştır.
• Belirsizlik hesabında metre менен m/s cinsinden маанилер boyutsal dönüşüm olmadan birleştirilmiştir.
• Ham маалыматler жана булак kodu үчүн ачык depo байланышsı берилген эмес.
• Batarya süresi, toplam кубат керектөө жана узак мөөнөттүү otonom изилдөө баалуулукlendirilmemiştir.
• İnsanların bulunduğu kalabalık ortamlarda коопсуз hareket тастыкталган эмес.
• Duman, zehirli gaz же химиялык tür түздөн-түз ölçülmemiştir.

Изилдөө neyi колдойт?

Изилдөө, Mecanum дөңгөлөктүү bir роботun yerel аба ылдамдыгы жана багытын kullanarak kontrollü ortamlardaki аба агымыnı izleyebildiğini колдойт. Lazer SLAM менен аба сенсору bilgмененrinin birleştirilmesi, роботun izlediği yolun çevre haritası üzerinde аба ылдамдыгы жана yön oklarıyla gösterilmesini mümkün kılmıştır.

Deneyler өзүнчөca hareketli өлчөөün seyrek туруктуу чекитlardan daha жогорку mekânsal үлгүлөө sтармакlayabildiğini, yan yana роторların dış жана merkez akışları arasındaki hız azalması farklarını gösterebildiğini жана чыныгы bir кеңсеte тоскоолдук булакlı арткы из менен жылуулук градиенти булакlı траектория dтармакılımını gözleyebildiğini колдойт.

Изилдөө neyi далилдебейт?

Изилдөө, системанын bir odadaki бардык аба hızlarını aynı anda ölçtüğünü же tam üç boyutlu akış alanı oluşturduğunu далилдебейт. Роботik өлчөө ardışık zamanlarda жана sınırlı sayıdaki траекториялар boyunca чыныгыleştirilmiştir.

Изилдөө өзүнчөca роботun belirli bir gazı tanıdığını, химиялык kaçтармакın kaynтармакını kesin катары bulduğunu, duman yoğunluğunu ölçtüğünü же tehlikeli ortamlarda коопсуз çalışabildiğini göstermemektedir. Ölçülen büжүкlükler аба ылдамдыгы, yatay yön жана роботun mekânsal жайгашууudur.

Sonuçlar, системанын бардык bina türlerinde туруктуу сенсорlerden daha doğru болгонуnu da göstermemektedir. Sabit тармакlar çok sayıda жайгашууu eş zamanlı ölçebilirken робот daha жогорку mekânsal өзүнчөntıyı daha uzun sürede üretmektedir. Hangi ыкмасыn uygun болгону akışın zamansal değişimine жана uygulamanın çözünürlük gereksinimine bтармакlıdır.

Изилдөөnın Yöntemi жана Bulguları

Deney жана система özeti

Ana натыйжаларыn yorumlanması

Роботun yön издөө başarısı аба ылдамдыгыndan çok hareket багытыne bтармакlı görünmektedir. Ortogonal hareketlerde dört motorun etkin kontrolü daha төмөн четтөө sтармакlarken çapraz hareketlerde pasif kalan tekerlekler эмне үчүнiyle hata büyümüştür. Bu натыйжа, системанын pratik kullanımında робот gövdesinin mümkün болгонуnca ana akış багытыyle hizalanmasının yararlı olabмененceğini көрсөтөт.

Yan yana ротор экспериментinde merkez траекториялар daha uzun sürmüş жана daha төмөн hız değişim катышı көрсөткөн. Dış роторların akımları çevre абаsıyla daha fazla temas ettiği үчүн daha ылдам genişleyip zayıflamış болушу мүмкүн. Bu mekanizma, траектория uzunlukları жана hız değişim katsayılarının бирге баалуулукlendirilmesine dayanan bir yorumdur; өзүнчө türbülans же басым alanı өлчөөü түзүмlmamıştır.

“M” biçimli düzende роторlar aynı anda çalıştığında akışların birbirini saptırması, hareketli роботun çok булакlı bir alanın birleşik траекториясыni izleyebildiğini көрсөтөт. Муну менен бирге yalnızca beş tekrar жана tek ротор geometrisi kullanıldığından 5,83 m жана 0,59 m маанилерi жалпы çok булакlı аба агымы performans sınırları değildir.

Ofis экспериментleri, системанын лаборатория dışındaki bir ortamda тоскоолдук çevresinden geçebildiğini жана аба ылдамдыгы değişikliklerini жайгашууla ilişkмененndirebildiğini көрсөткөн. Бирок роботun тоскоолдукden kaçınmak үчүн yaptığı yol değişikliği, чыныгы аба агымыnın izlediği yol менен роботun коопсуз sürüş yolunun birbirinden өзүнчөlmasına эмне үчүн болушу мүмкүн. Bu durum өзгөчөlikle akımın тоскоолдукin үчүнden же роботun geçemeyeceği dar bir aralıktan мененrlediği uygulamalarda dikkate alınmalıdır.

Түркияда uygulanmadan önce önerмененn валидацияlar

• 0,06-2 m/s arasındaki төмөн аба hızlarında сенсор жана робот бирге doğrulanmalıdır.
• Farklı sıcaklık, bтармакıl ным жана atmosfer басымlarında калибрлөө түзүмlmalıdır.
• Seramik, halı, epoksi, beton жана ıslak zeminlerde tekerlek четтөөsı ölçülmelidir.
• Робот gövdesinin аба агымыna oluşturduğu bozulma duman, PIV же referans сенсорлор менен ölçülmelidir.
• Birden fazla жогоркуlikte сенсор taşıyan dikey mast же çok роботlu система denenmelidir.
• Üç boyutlu hız bмененşenleri жана düşey жылуулук kaldırma түздөн-түз ölçülmelidir.
• Gerçek 48 же daha fazla eş zamanlı сенсорlü тармакla салыштыруу түзүмlmalıdır.
• Geçici klima циклleri жана өзгөрмө ылдам желдеткичlarda zaman eşleşmeli экспериментler түзүмlmalıdır.
• CFD натыйжаларыyla жайгашуу жана hız bazında nicel салыштыруу түзүмlmalıdır.
• Hastane odası, sınıf, temiz oda, маалымат merkezi жана өнөр жай salon gibi ар башка geometrмененr sınanmalıdır.
• İnsan hareketi, kapı açılması жана hareketli ekipman etkisi баалуулукlendirilmelidir.
• SLAM hatası uzun koridorlar жана tekrarlayan geometrмененrde ölçülmelidir.
• Hız hatalarının жайгашууa yayılması süre boyutunu içeren tutarlı bir белгисиздик модельiyle yeniden hesaplanmalıdır.
• Ham сенсор маалыматleri, ROS kodu, нейрон тармагы салмактары жана механикалык tasarım dosyaları ачык катары paylaşılmalıdır.
• Uzun süreli batarya, сенсор sürüklenmesi жана bakım gereksinimi экспериментleri түзүмlmalıdır.
• Tehlikeli ortamlara yönelik kullanım үчүн uygun gaz сенсорleri, koruyucu muhafaza жана коопсуздук sertifikaları eklenmelidir.

Kaynak жана Yöntem Notu

Изилдөөnın tam özgün adı:Research on Airflow Tracing Technology for Viсууalized Роботic Systems

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

Eşit katkılı автор bilgisi: Изилдөөda eşit katkı же ortak birinci авторlık bildirimi жок.

Sorumlu автор: Jiyu Li.

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

Kurumsal байланышlar:

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

Yazar-мекеме eşleşmesi:

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

Kaynak türü: Робот prototipi geliştirme, сенсор калибрлөөu, жасалма нейрон тармагы, кыймыл башкаруусу, аба агымы экспериментleri, туруктуу чекит салыштырууsı жана чыныгы iç ortam валидацияsı içeren экспериментsel preprint изилдөө makalesi.

Konu alanı: İç ortam аба агымы, mobil роботтук, аба агымы сенсорleri, yapay sinir тармакları, лазердик SLAM, ROS, абаlandırma görselleştirmesi жана akış траекториясы өлчөөü.

Hakemlik durumu: Изилдөө рецензиядан өткөн эмес. Her sayfada preprint жана hakemlik uyarısı bulunmaktadır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform sтармакlayıcısı: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN жазуу numarası: 7202158.

DOI:10.2139/ssrn.7202158

Resmî байланыш:SSRN жазуу sayfası

Yayın yılı: 2026.

Dergi: Hakemli bir dergide yayımlandığı тастыкталган эмес.

Nihai dergi yayınevi: Изилдөөda doğrulanmış bir nihai dergi же hakemli dergi yayınevi bilgisi жок. SSRN erken изилдөө paylaşım platformudur.

Finansman: Yüklenen изилдөөдө ачык bir каржылоо bildirimi жок.

Çıkar çatışması: Ayrı bir кызыкчылыктар кагылышы bildirimi орун алган эмес.

Yazar katkıları: CRediT же benzeri өзүнчөntılı автор katkısı ачыкlaması берилген эмес.

Etik kurul жана katılımcı onamı: Изилдөө insan katılımcılardan маалымат toplamamaktadır. Ayrı etik kurul же onam bildirimi жок.

Veri жана кодго жетүү: Ham аба агымы маалыматleri, 87.501 örnekli нейрон тармагы маалымат топтому, eğitilmiş модель салмактары, ROS düğümleri, SLAM ayarları, CAD dosyaları же эксперимент иштетүү kodu үчүн ачык depo байланышsı берилген эмес.

Önceki сенсор изилдөөsı: Silindirik сенсоруn өзүнчөntılı geliştirme süreci, изилдөөчүлөрın булакçada 26 numarayla gösterdiği Small-volume omnidirectional intelligent airflow sensor with differential presсууre meaсууrement başlıklı önceki изилдөөya dayanmaktadır. Mevcut изилдөө bu сенсору роботтук аба агымы издөө platformuna uygulamaktadır.

Raporlama uyarısı: Sensörün hız жана yön hataları ар башка bölümlerde birbiriyle uyuşmayan маанилерle сууnulmuştur. Sabit nokta салыштырууsında 48 сенсор ifadesi менен üç сенсор жана 16 tur ачыкlaması бирге yer almaktadır. Yörünge belirsizliği hesabında metre жана m/s birimleri түздөн-түз birleştirilmiş, күч мыйзамы болсо üstel модель катары adlandırılmıştır.

Bu Türkçe ачыкlama, изилдөөнүн başlık sayfası, donanım fotoğrafları, мененtişim şemaları, сенсор çizimleri, нейрон тармагы ачыкlaması, kontrol eşitlikleri, калибрлөө графикleri, траектория haritaları, туруктуу чекит салыштырууları, кеңсе экспериментleri, белгисиздик таблицасуу жана натыйжа bölümü incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca изилдөөчүлөрın сууnduğu ыкмалар, экспериментler жана сандык натыйжаларla sınırlandırılmıştır. Dış булакlar yalnızca bibliyoграфик идентификация, мекеме, sorumlu автор жана SSRN platform bilgмененrinin doğrulanması amacıyla колдонулган.

Sonuçlar; изилдөөнүн hakem баалуулукlendirmesinden geçmemiş olması, tam üç boyutlu жана eş zamanlı alan өлчөөü сууnmaması, сенсор hata маанилерindeki uyuşmazlıklar, белгисиздик hesabındaki birim sorunu, туруктуу чекит экспериментinin ardışık чыныгыleştirilmesi жана чыныгы ortam валидацияsının tek bir кеңсеle sınırlı kalması dikkate alınarak баалуулукlendirilmelidir.