Ushbu tadqiqot yopiq muhitlardagi havo oqimlarini qoʻzgʻalmas sensorlar yordamida faqat muayyan nuqtalarda oʻlchash oʻrniga, havo oqimining yoʻnalishini kuzatib harakatlanadigan gʻildirakli robot bilan xaritalashni maqsad qilgan. Ishlab chiqilgan tizim Mecanum gʻildirakli harakat platformasi, toʻqqizta MEMS bosim sensorini oʻz ichiga olgan silindrsimon havo oqimi sensori, havo tezligi va yoʻnalishini baholovchi sunʼiy neyron tarmoq, lazerli SLAM joylashuv aniqlash, ROS asosidagi harakat boshqaruvi va RVIZ vizualizatsiya dasturidan tashkil topgan.

Robot turgan nuqtadagi havo tezligi va yoʻnalishini oʻlchaydi; oʻlchangan tezlik vektorining oʻndan biriga teng buyruq bilan havo oqimi yoʻnalishida harakatlanadi. Shu tariqa robotning joylashuvi, havo tezligi va havo yoʻnalishi bir xil koordinata tizimida birlashtiriladi; kuzatilgan yoʻl atrof-muhit xaritasida uzluksiz havo oqimi trayektoriyasi sifatida koʻrsatiladi. Bir nechta boshlangʻich nuqtalardan yoki bir nuqtadan olingan takroriy oʻlchovlar birlashtirilib, trayektoriya tasmasining uzunligi, kengligi va tezlik oʻzgarish darajasi hisoblanadi.

Yoʻnalish kalibrlashida robot sakkiz xil yoʻnalishda hamda 2, 4 va 6 m/s havo tezliklarida sinovdan oʻtkazilgan. Sakkiz yoʻnalish uchun oʻrtacha kuzatuv ogʻishi 1,32° boʻlgan, eng katta ogʻish esa 45° yoʻnalishda 2,03° deb oʻlchangan. Buriluvchi havo oqimi tajribalarida 45°, 90° va 135° sxemalari uchun oʻrtacha trayektoriya ogʻishlari mos ravishda 0,072 m, 0,067 m va 0,034 m boʻlgan; barcha burilish tajribalarining oʻrtacha qiymati 0,058 m deb hisoblangan.

Toʻrtta rotor yonma-yon ishlatilgan tajribada havo oqimi trayektoriya tasmasi 3,10 m uzunlikka va eng koʻpi bilan 1,47 m kenglikka yetgan. Toʻrtta trayektoriyaning tezlik oʻzgarish darajalari 0,756, 0,557, 0,720 va 0,793 deb aniqlangan. Oʻrtadagi rotorlar hosil qilgan trayektoriyalar uzoqroq davom etgan, tashqi tomondagi trayektoriyalar esa tezroq susaygan.

Toʻrtta rotor “M” shaklida joylashtirilgan murakkabroq tajribada rotorlar bir vaqtda ishga tushirilganda havo oqimlari oʻzaro taʼsirlashib, kutilgan yoʻnalishlardan ogʻgan. Beshta takroriy trayektoriyadan tashkil topgan tasmaning uzunligi 5,83 m, eng katta kengligi 0,59 m boʻlgan. Robot har bir rotorga yaqinlashganda tezlik yana oshib, uzoqlashganda kamaygani sababli jarayonni yagona muntazam soʻnish koeffitsiyenti bilan izohlab boʻlmagan.

Robotik oʻlchov 48 ta joylashuvni ifodalovchi qoʻzgʻalmas nuqta maʼlumotlari bilan taqqoslanganda, havo tezligi uchun 0,17 m/s oʻrtacha mutlaq xato va \(R^2=0,85\) moslik qayd etilgan. Robot taxminan 0,05 m oraligʻida uzluksiz maʼlumot bergan, qoʻzgʻalmas oʻlchov nuqtalari esa 0,25 m oraligʻida joylashgan. Biroq qoʻzgʻalmas nuqta tajribasida 48 ta sensor bir vaqtda ishlatilmagan; uchta sensor 16 ta namuna olish aylanishida turli joylarga koʻchirilgan. Shu sababli taqqoslash bir vaqtda ishlaydigan 48 sensorli tarmoqdan koʻra siyrak va ketma-ket nuqtaviy oʻlchovni ifodalaydi.

Haqiqiy ofis tajribasida toʻsiq havo tezligini, ayniqsa taxminan 0,5 m masofadagi uygʻonish izining markazida kamaytirgan. Eng katta tezlik farqi taxminan 0,65 m/s, eng past tiklanish darajasi taxminan 0,65 boʻlgan; toʻsiqning taʼsiri taxminan 1,5 m dan keyin katta darajada yoʻqolgan. 600 W quvvatli isitkich bilan hosil qilingan termal gradient esa umumiy oqim yoʻnalishini oʻzgartirmagan, ammo oltita takroriy oʻlchovda yakuniy trayektoriya tasmasini 4,8 cm dan 9,9 cm gacha kengaytirib, takrorlanuvchanlikni pasaytirgan.

Turkiya nuqtayi nazaridan: Tizim Turkiyadagi shifoxonalar, maktablar, laboratoriyalar, toza xonalar, maʼlumotlar markazlari, sanoat obyektlari, tunnellar va yirik yopiq makonlarda ventilyatsiya oqimini eksperimental oʻrganish uchun baholanishi mumkin. Konditsioner puflash yoʻnalishlarini, toza havoning yetib borishini, toʻsiqlar ortidagi turgʻun hududlarni va ifloslantiruvchi moddalar tashilish yoʻllarini aniqlashda CFD modellarini toʻldiruvchi mobil oʻlchov platformasi boʻlishi mumkin. Turkiyada amaliyotga joriy etishdan oldin past havo tezliklarida tekshirish, turli pol qoplamalarida Mecanum gʻildiraklarini kalibrlash, odamlar harakatining taʼsiri, turli balandliklarda uch oʻlchamli oʻlchash, uzoq muddatli sensor driftini, harorat va namlik kompensatsiyasini, mehnat xavfsizligini hamda haqiqiy bino ventilyatsiya tizimlari bilan taqqoslashni oʻtkazish zarur. Ushbu tadqiqotdan tizim gazning kimyoviy turini aniqlay olishi, butun xonani bir zumda uch oʻlchamli xaritalashi yoki yongʻin va xavfli gaz muhitlarida sertifikatlangan tarzda ishlay olishi haqidagi xulosa chiqarib boʻlmaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi

Yopiq muhitlardagi havo harakati bino geometriyasi, ventilyatsiya chiqishlari, issiqlik manbalari, toʻsiqlar va tashqi muhit sharoitlari tufayli nochiziqli va vaqtga bogʻliq tuzilishga ega boʻlishi mumkin. Qoʻzgʻalmas anemometrlar faqat oʻrnatilgan nuqtadagi tezlikni oʻlchaydi, butun oqim yoʻlini koʻrsatish uchun esa koʻp sonli sensorlar talab etiladi. Zarrachali tasvir velocimetriyasi va izlovchi gaz usullari batafsilroq maʼlumot bera olsa-da, maxsus tajriba sharoitlarini talab qilishi mumkin. CFD modellari katta hududlarni oʻrganishi mumkin; biroq ular chegara shartlari, toʻr aniqligi va turbulentlik modeli tanloviga sezgir.

Tadqiqotchilar ushbu usullarning oʻrnini bosadigan tizim emas, balki ularni toʻldira oladigan mobil tekshirish vositasini ishlab chiqishni maqsad qilgan. Asosiy yondashuv robotni oldindan belgilangan skanerlash yoʻli boʻylab yurgizish oʻrniga, oʻlchangan havo oqimi yoʻnalishi robotning keyingi harakatini bevosita belgilaydigan yopiq konturli kuzatuv tizimini yaratishdir.

Robotning apparat arxitekturasi

Tadqiqotning 4-sahifasidagi 1-rasm ishlab chiqilgan jismoniy prototipni koʻrsatadi. Robotning asosiy tarkibiy qismlari quyidagilar:

• Mecanum gʻildirakli va toʻrtta mustaqil motorli harakat shassisi.
• Jetson Nano oʻrnatilgan kompyuteri.
• STM32F407 shassi boshqaruv mikrokontrolleri.
• Toʻqqizta MEMS bosim sensoriga ega silindrsimon havo oqimi sensori.
• Havo oqimi sensori aloqa mikrokontrolleri.
• Lazerli radar.
• Motor enkoderlari va harakat qayta aloqasi.
• Koʻchma batareya toʻplami.
• ROS va RVIZ ishlaydigan asosiy kompyuter ulanishi.

Mecanum gʻildiraklari robot korpusini burmasdan oldinga, orqaga, yon tomonga va diagonal yoʻnalishda harakatlanish imkonini beradi. Bu xususiyat havo yoʻnalishidagi kichik oʻzgarishlarga tez javob berish uchun tanlangan. Biroq tajribalar diagonal harakatlarda faqat diagonal motor juftlari faol ishlagani sababli yoʻnalish ogʻishi ortogonal harakatlardagidan yuqoriroq ekanini koʻrsatgan.

Silindrsimon havo oqimi sensorining tuzilishi

Sensor bir-biriga kirishadigan, qalinligi 1 mm boʻlgan uchta elektron plata qatlamidan tashkil topgan. Eng yuqoridagi S1 sensori silindrsimon korpusning yarimsharsimon uchidagi 3 mm diametrli teshikka, S2-S9 sensorlari esa korpus yon tomonlaridagi toʻrtta toʻrtburchak teshikka ulangan. Toʻliq korpusning diametri taxminan 15 mm va uzunligi 36,35 mm.

Sunʼiy neyron tarmoqqa toʻqqizta bosim qiymati bevosita berilmagan. Har bir yon sensor uchun yuqori sensorga nisbatan bosim farqi hisoblangan:

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

Shu tariqa sakkizta bosim farqi havo tezligining kattaligi va yoʻnalishi bilan bogʻlangan. Kichik sensor korpusi oqimni imkon qadar kam buzishi koʻzlangan; biroq tadqiqotda robot korpusi, gʻildiraklar va sensor ustunining oqim maydoniga taʼsirini bevosita oʻlchagan alohida tajriba mavjud emas.

Neyron tarmoq maʼlumotlar toʻplami va oʻqitish tartibi

Sensorni kalibrlash uchun sinov kesimi diametri 150 mm boʻlgan soʻruvchi toʻgʻri shamol tunneli ishlatilgan. Sensorning azimut burchagi 0°-360° oraligʻida 15° qadamlar bilan, qiyalik burchagi 0°-90° oraligʻida 15° qadamlar bilan va havo tezligi 2-12 m/s oraligʻida 1 m/s qadamlar bilan oʻzgartirilgan. Taxminan olti soatlik maʼlumot yigʻishdan soʻng 87.501 ta namuna olingan.

Burchaklarning davriy tabiatidan kelib chiqadigan 0°-360° uzilish muammosini kamaytirish uchun neyron tarmoq chiqishi bevosita burchak sifatida emas, balki tezlik komponentlari sifatida belgilangan:

\[ v_x=v\sin\theta \]

\[ v_y=v\cos\theta \]

Toʻrtta tarmoq arxitekturasi taqqoslangan:

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

Kirish qatlamida sakkizta normallashtirilgan bosim farqi, chiqish qatlamida esa \(v_x\) va \(v_y\) mavjud. Yashirin qatlamlarda ReLU faollashtirish funksiyasi, oʻqitishda oʻrtacha kvadrat xato yoʻqotish funksiyasi ishlatilgan. Maʼlumotlar toʻplami %80 oʻqitish, %10 validatsiya va %10 test qismlariga ajratilgan. ESP32 dagi hisoblash yuklamasi va aniqlik oʻrtasidagi muvozanat sababli 8-32-16-8-2 arxitekturasi tanlangan.

Tadqiqotda test natijalari uchun 0,27 (m/s)² tezlik MSE qiymati va 2,28 (°)² yoʻnalish MSE qiymati berilgan. Shu boʻlimning davomida oʻrtacha tezlik xatosi 0,22 m/s va oʻrtacha yoʻnalish xatosi 2,28° sifatida keltirilgan. Yoʻnalish MSE qiymati bilan oʻrtacha yoʻnalish xatosining bir xil son bilan, ammo turli birliklarda yozilishi hisobot noaniqligini yuzaga keltiradi.

Havo oʻlchovidan robot harakatigacha boʻlgan yopiq kontur

Robot oqim bilan bir xil tezlikda harakatlansa, yoʻnalish oʻzgarishlarida inertsiya va ortiqcha oʻtish yuz berishi mumkin deb hisoblangan. Shu sababli harakat tezligi oʻlchangan havo tezligining faqat oʻndan biri qilib belgilangan:

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

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

Bu yerda \(\alpha=0,1\). Manfiy ishora sensor va robot asosining y oʻqlari qarama-qarshi yoʻnalganidan kelib chiqadi. Tadqiqotchilar 0,05-0,5 oraligʻidagi dastlabki tajribalardan soʻng 0,1 qiymatini tanlagan. Kichikroq qiymatlar oqim maydonini kamroq buzadi, biroq oʻlchovni uzaytiradi; kattaroq qiymatlar oʻlchovni tezlashtiradi, ammo burilishlarda oshib ketish xavfini kuchaytiradi.

Odatdagi ish sharoitlarida robot tezligi 0,6 m/s dan past boʻlgan. Buyurilgan tezlik va enkoderlardan oʻlchangan haqiqiy tezlik 20 ta takroriy tajribada taqqoslangan; RMS xato 0,008 m/s, eng katta ogʻish 0,015 m/s boʻlgan. Noaniqlik hisobida ehtiyotkor qiymat sifatida 0,01 m/s ishlatilgan.

ROS aloqasi va RVIZ vizualizatsiyasi

Lazer radar nuqta buluti, shassi tezligi, IMU maʼlumoti va havo sensori maʼlumotlari oʻrnatilgan kompyuterda birlashtirilgan. Atrof-muhit xaritasi va robotning joylashuvi lazerli SLAM yordamida hisoblangan. Qayta ishlangan maʼlumotlar ROS mavzulari sifatida asosiy kompyuterdagi RVIZ dasturiga yuborilgan.

Robotning “base_link” koordinata tizimining “map” tizimiga nisbatan joylashuvi 10 Hz yangilanish chastotasida oʻqilib, nav_msgs/Path tuzilmasiga qoʻshilgan. Havo tezligini koʻrsatuvchi strelkaning boshlanish nuqtasi robotning joriy joylashuvi, yakuniy nuqtasi esa quyidagi tenglamalar bilan aniqlangan:

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

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

Strelka uzunligi uchun vizual masshtab koeffitsiyenti \(s=0,5\) tanlangan. Strelka yoʻnalishi oqim yoʻnalishini, strelka uzunligi tezlik kattaligini, yonidagi son esa oʻlchangan m/s qiymatini koʻrsatadi. Maʼlumotlarni CSV va JSON formatlarida eksport qilish mumkinligi sababli ular ParaView, Tecplot yoki MATLAB kabi boshqa dasturlarda ham qayta ishlanishi mumkin.

Toʻgʻri havo oqimini kalibrlash

Toʻgʻri yoʻnalishda kuzatish tajribalari kesimi 500 × 500 mm va uzunligi 3 m boʻlgan akril kanalda oʻtkazilgan. Robot 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° va 315° kabi sakkiz yoʻnalishda joylashtirilgan; har bir yoʻnalish 2, 4 va 6 m/s tezliklarda uch martadan sinovdan oʻtkazilgan.

Sakkizta qiymatning oʻrtachasi taxminan 1,32°. Ortogonal yoʻnalishlardagi ogʻishlar odatda diagonal yoʻnalishlardagidan pastroq. Havo tezligi 2 dan 6 m/s gacha oʻzgarganda oʻrtacha ogʻish atigi 0,16° ga oʻzgargan va tezlik guruhlari orasidagi standart ogʻish 0,067° deb berilgan.

Buriluvchi havo oqimini kalibrlash

Burilish tajribalarida ikkita rotor ishlatilgan. Ikkinchi rotorning joylashuvi va burchagi oʻzgartirilib 45°, 90° va 135° sxemalari yaratilgan. Har bir burchak uchun %30, %50 va %70 gaz tutqichi darajalari sinab koʻrilgan va jami toʻqqizta tajriba guruhi tuzilgan.

Barcha tajribalarda ogʻish 0,10 m dan past boʻlgan, umumiy oʻrtacha 0,058 m. Haqiqiy burilish burchagi kichraygani sayin ogʻish kamaygani kuzatilgan. Birinchi toʻgʻri qismdagi doimiy oʻngga siljish gʻildiraklarni oʻrnatish xatosi bilan izohlangan.

SLAM aniqligi tajribasi

Robot qoʻlda 2,0 × 1,5 m oʻlchamdagi yopiq toʻrtburchak yoʻl boʻylab boshqarilib, boshlangʻich va yakuniy joylashuvlar orasidagi kontur yopilish xatosi oʻlchangan. Oʻnta takrorlashda oʻrtacha xato 0,012 m, standart ogʻish 0,004 m boʻlgan. Tadqiqotchilar odatiy RMS joylashuv xatosini 0,015 m deb qabul qilgan.

Bu tajriba yopiq va cheklangan laboratoriya hududida oʻtkazilgan. Uzun yoʻlaklar, takrorlanuvchi geometriyalar, harakatlanuvchi odamlar, aks ettiruvchi sirtlar yoki lidar koʻrish maydoni cheklangan muhitlar alohida baholanmagan.

Trayektoriya tasmasi qanday yaratiladi?

Tadqiqotchilar taklif qilgan vizualizatsiya usuli toʻrt bosqichdan iborat:

1. Oqim maydoniga mos bir yoki bir nechta robot boshlangʻich nuqtalari tanlanadi.
2. Har bir boshlangʻich nuqtadan bir necha kuzatuv tajribasi oʻtkaziladi.
3. Trayektoriyalar SLAM xaritasidagi umumiy koordinatalarga moslashtiriladi va mos nuqtalar oʻrtachalanadi.
4. Hosil boʻlgan trayektoriya tasmasining uzunligi, kengligi va tezlik oʻzgarishi baholanadi.

Mahalliy oʻrtachadan uch standart ogʻishdan koʻproq uzoqlashgan nuqtalar ehtimoliy chet qiymatlar sifatida olib tashlangan. Mahalliy oʻrtacha trayektoriya boʻylab 0,2 m lik sirpanuvchi oynada hisoblangan. Tadqiqotchilar bu usul haqiqiy oʻlchovlarning %99,7 ini saqlab qolishini bildiradi; biroq bu nisbat normal taqsimot faraziga asoslanadi va trayektoriya xatolari haqiqatda normal taqsimlanganligi koʻrsatilmagan.

Trayektoriya tasmasi koʻrsatkichlari

Kenglik: Trayektoriya tasmasining ikki tashqi chegarasi orasidagi perpendikulyar masofadir.

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

Uzunlik: Tasma ichidagi eng uzun trayektoriyaning ketma-ket nuqtalari orasidagi masofalar yigʻindisidir.

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

Tezlik oʻzgarish darajasi: Oqim tezligining masofa bilan kamayishi quyidagi darajali qonun bilan modellashtirilgan:

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

Bu yerda \(\alpha\) kattalashgan sari tezlik masofa bilan tezroq kamayadi. Matnda bu tenglama “eksponensial soʻnish” deb atalgan boʻlsa-da, uning matematik shakli darajali qonundir.

Bitta rotor bilan koʻrsatkichlarni tekshirish

Robot rotor oʻqining markazidan va ikki qanot uchi chizigʻidan ishga tushirilgan. Uchta trayektoriyaning birikmasi:

• 0,19 m trayektoriya tasmasi kengligini,
• 2,93 m trayektoriya tasmasi uzunligini,
• 0,66, 0,57 va 0,76 tezlik oʻzgarish darajalarini

hosil qilgan. Markaziy yoʻnalishdagi trayektoriyada tezlik sekinroq kamaygan, qanot uchi yoʻnalishlarida esa tezroq pasaygan. Bu tajriba keyingi koʻp rotorli tadqiqotlarda qoʻllangan koʻrsatkichlarning asosini tashkil etgan.

Yonma-yon toʻrtta rotor tajribasi

Toʻrtta rotor 475 mm oraligʻida yonma-yon joylashtirilgan va barcha rotorlar %5 gaz tutqichi darajasida ishlatilgan. Robot har bir rotorning normal yoʻnalishidagi A, B, C va D boshlangʻich nuqtalaridan alohida harakatlangan.

Trayektoriya tasmasi boshida 1,42 m boʻlib, tashqi uchlarda koʻpi bilan 1,47 m kenglikka yetgan. Toʻrtta trayektoriyaning taxminan parallel boʻlishi belgilangan rotor oraligʻida oqimlar yoʻnalish boʻyicha kuchli oʻzaro ogʻish hosil qilmaganini koʻrsatadi. Tashqi trayektoriyalarda tezlik tezroq kamaygan, markaziy trayektoriyalar esa uzoqroq masofaga yetgan.

“M” shaklidagi toʻrtta rotor tajribasi

Murakkab havo oqimini hosil qilish uchun toʻrtta rotorning normal yoʻnalishlari uchma-uch “M” shaklini hosil qiladigan tarzda joylashtirilgan. Ikki ish rejimi taqqoslangan:

• 1-rejim: Rotorlar navbat bilan yoqilgan va oʻchirilgan.
• 2-rejim: Toʻrtta rotor bir vaqtda ishlatilgan.

Ketma-ket ishlashda oʻlchangan burilish burchaklari 65°, 74° va 76° boʻlgan. Barcha rotorlar bir vaqtda ishlaganda mos burchaklar 83°, 103° va 115° gacha oshgan. Birinchi muhim ogʻish 18° deb hisoblangan va keyingi trayektoriya qismlarida oʻzaro taʼsir toʻplanib borgan.

Bir vaqtda ishlash rejimida beshta takroriy oʻlchov oʻtkazilgan. Birlashtirilgan trayektoriya tasmasi 5,83 m uzunlikka va eng koʻpi bilan 0,59 m kenglikka yetgan. Robot rotorlar tomon yaqinlashganda tezlik qayta ortib, uzoqlashganda kamaygani sababli butun trayektoriyani bitta tezlik soʻnish koeffitsiyenti bilan ifodalashning imkoni boʻlmagan.

Qoʻzgʻalmas nuqta oʻlchovi bilan taqqoslash

Taqqoslash maydoni 1,9 × 3,0 m oʻlchamda. Toʻrtta qator va 12 ta ustundan iborat 48 ta joylashuv belgilangan; ustunlar 0,25 m oraligʻida joylashtirilgan. Tadqiqotda dastlab 48 ta qoʻzgʻalmas sensordan soʻz yuritilgan boʻlsa-da, tajriba faqat uchta silindrsimon sensor bilan 16 ta ketma-ket oʻlchov aylanishida bajarilgani qayd etilgan.

Robot toʻrtta trayektoriya boʻylab taxminan 0,05 m oraligʻida oʻlchov olgan. Ikki usul 48 ta umumiy joylashuvda taqqoslangan:

Robotik usul zichroq fazoviy namuna olishni taʼminlagan va markaziy hamda tashqi trayektoriyalar orasidagi tezlik kamayishi farqini batafsilroq koʻrsatgan. Biroq harakatlanuvchi robot turli joylarni turli vaqtlarda oʻlchaydi. Tez oʻzgaruvchi yoki tebranuvchi oqimlarni butun maydon boʻylab bir vaqtda oʻrganish talab etilganda haqiqiy koʻp sensorli qoʻzgʻalmas tarmoqlar maqsadga muvofiqroq boʻlishi mumkin.

Haqiqiy ofis muhiti

Laboratoriyadan tashqaridagi tajriba 4,0 × 4,0 × 3,5 m oʻlchamdagi ofisda oʻtkazilgan. Muhitda stol, qutilar, konditsioner va boshqa odatiy toʻsiqlar mavjud. Diametri 0,15 m boʻlgan ventilyator markazi poldan 0,33 m balandlikka joylashtirilgan va chiqish tezligi taxminan 8 m/s deb oʻlchangan.

Uchta sharoit baholangan:

1. Ventilyator bilan qarshi devordagi kirish orasida toʻsiq boʻlmasligi.
2. Ventilyatordan 1,5 m uzoqlikda quti va boshqa buyumlar mavjudligi.
3. Ventilyatordan 2,3 m uzoqlikda 600 W quvvatli isitkich yordamida termal gradient hosil qilinishi.

Toʻsiqning havo oqimiga taʼsiri

Robot beshta yoʻnalish boʻylab oʻlchov qilgan. Toʻsiq boʻlmaganda tezlik masofa bilan muntazam kamaygan. Toʻsiq qoʻyilganda oʻrta trayektoriya ogʻgan va ayniqsa oʻrta hamda oʻng tomondagi yoʻnalishlarda oʻrtacha tezlik pasaygan.

Toʻsiqning uygʻonish izida eng katta tezlik farqi taxminan 0,5 m masofada 0,65 m/s boʻlgan. Tiklanish darajasi shu hududda taxminan 0,65 gacha tushgan; bu toʻsiqsiz oqimga nisbatan taxminan %35 tezlik yoʻqotilishini anglatadi. Taxminan 1,5 m dan keyin tezlik farqi nolga yaqinlashgan va oqim katta darajada toʻsiqsiz holatga qaytgan.

Termal gradientning taʼsiri

Isitkich oʻchirilgan va yoqilgan holatlarning har birida oltitadan takroriy trayektoriya olingan. Har ikki holatda ham robot umumiy ventilyator yoʻnalishini kuzatib, maqsad hududiga yetib borgan. Biroq yakuniy joylashuvlar tarqalishi sezilarli darajada oshgan:

Tadqiqotchilar kengayish isitkich hosil qilgan koʻtariluvchi oqimlarning gorizontal ventilyator oqimi bilan oʻzaro taʼsiri natijasida yuzaga kelgan deb hisoblaydi. Robot har bir kichik yoʻnalish oʻzgarishiga harakat bilan javob bergani uchun mahalliy oʻzgarishlar yoʻl boʻylab toʻplanib, takrorlar orasidagi ajralishni kattalashtirgan. Biroq tizim vertikal havo tezligi komponentini alohida xarita shaklida bermagani sababli termal koʻtarilish mexanizmi bevosita oʻlchanmagan.

Noaniqlik tahlili

Tadqiqotda bildirilgan asosiy xato manbalari quyidagilar:

Tezlik noaniqligi sensor tezligi va yoʻnalish xatosining vektor komponentlariga taʼsiri birlashtirilib, 2 m/s havo tezligida taxminan 0,23 m/s deb hisoblangan:

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

Bu hisob berilgan qiymatlar bilan taxminan mos keladi. Biroq trayektoriya noaniqligi hisobida joylashuv va tezlik birliklari bevosita birlashtirilgan:

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

Tezlik noaniqligini metrga aylantirish uchun uni vaqtga koʻpaytirish yoki harakat modeli orqali joylashuvga yoyish kerak. Bu bajarilmagani uchun bildirilgan taxminan 0,032 m umumiy trayektoriya noaniqligi toʻliq oʻlchov birliklari jihatidan izchil xato byudjeti sifatida baholanmasligi kerak.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Havo oqimini sezish va robot harakatini yopiq konturda birlashtirgan ishlaydigan prototip taqdim etilgan.
• Robot yoʻli, havo tezligi va havo yoʻnalishi umumiy SLAM koordinatalarida koʻrsatiladi.
• Toʻqqizta MEMS bosim sensorli kichik havo oqimi sezgichi ishlatilgan.
• 87.501 ta namuna asosidagi shamol tunneli maʼlumotlar toʻplami bilan neyron tarmoqni oʻqitish tushuntirilgan.
• Sakkiz yoʻnalish va uchta havo tezligida toʻgʻri kuzatish kalibrlashi oʻtkazilgan.
• Uch burilish burchagi va uchta rotor tezligida burilish ishlashi sinovdan oʻtkazilgan.
• SLAM kontur yopilish xatosi takroriy tajriba bilan oʻlchangan.
• Trayektoriya tasmasi uzunligi, kengligi va tezlik oʻzgarishi uchun miqdoriy koʻrsatkichlar ishlab chiqilgan.
• Toʻgʻri va koʻp manbali murakkab rotor joylashuvlari taqqoslangan.
• Harakatlanuvchi usul qoʻzgʻalmas nuqta maʼlumotlari bilan miqdoriy taqqoslangan.
• Haqiqiy ofisda toʻsiq va harorat gradienti taʼsirlari oʻrganilgan.
• Robotik usulning fazoviy aniqligi bilan qoʻzgʻalmas tarmoqlarning vaqt boʻyicha bir vaqtdaligi oʻrtasidagi muvozanat muhokama qilingan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot ekspert taqrizidan oʻtmagan preprintdir.
• Sensor xatosi qiymatlari boʻlimlar orasida izchil emas.
• MSE, RMS xato va oʻrtacha mutlaq xato taʼriflari aralashib ketgan.
• Neyron tarmoqni oʻqitishdagi tasodifiy urugʻ va takrorlar orasidagi oʻzgaruvchanlik berilmagan.
• Turli ishlab chiqarish partiyalaridagi sensorlar oʻrtasida taqqoslash oʻtkazilmagan.
• Robot korpusi va sensor tutqichining oqim maydoniga taʼsiri oʻlchanmagan.
• Harakat koeffitsiyenti \(\alpha=0,1\) faqat dastlabki tajribalar asosida tanlangan; tizimli optimallashtirish keltirilmagan.
• Robotning diagonal harakatlardagi ogʻishi ortogonal harakatlardagidan yuqori.
• Yoʻnalish ogʻishi uchun bildirilgan 1,32° oʻrtacha qiymatdir; eng katta ogʻish 2,03°.
• Trayektoriya tasmalarining takrorlanuvchanligi uchun umumiy ishonch oraligʻlari berilmagan.
• Uch standart ogʻishli chet qiymatlarni chiqarib tashlash usulining taqsimot farazi tekshirilmagan.
• Tezlik kamayishi darajali qonun boʻlsa-da, eksponensial model deb atalgan.
• 48 nuqtali taqqoslashda faqat uchta sensor ketma-ket ishlatilgan.
• Qoʻzgʻalmas nuqta usuli haqiqiy vaqt rejimidagi 48 sensorli tarmoq bilan taqqoslanmagan.
• \(R^2=0,85\) va 0,17 m/s xato uchun ishonch oraligʻi berilmagan.
• Robot butun maydonni bir vaqtda emas, balki trayektoriya boʻylab ketma-ket vaqtlarda oʻlchaydi.
• Bitta trayektoriya taxminan 45 soniya davom etgani sababli tez oʻtkinchi oqimlar buzib koʻrsatilishi mumkin.
• Xaritalash asosan ikki oʻlchamli; turli balandliklarda toʻliq uch oʻlchamli oʻlchov oʻtkazilmagan.
• Haqiqiy ofis tajribasi faqat bitta xona geometriyasi va bitta ventilyator manbaini qamrab olgan.
• Toʻsiq tajribasining mustaqil takrorlar soni va statistik testi aniq emas.
• Termal gradient tajribasi faqat bitta 600 W isitkich sxemasi bilan oʻtkazilgan.
• Noaniqlik hisobida metr va m/s birliklaridagi qiymatlar oʻlchov birliklarini oʻzgartirmasdan bevosita birlashtirilgan.
• Xom maʼlumotlar va manba kodi uchun ochiq repozitoriy havolasi berilmagan.
• Batareya ishlash muddati, umumiy quvvat sarfi va uzoq muddatli avtonom ishlash baholanmagan.
• Odamlar bor gavjum muhitlarda xavfsiz harakat tekshirilmagan.
• Tutun, zaharli gaz yoki kimyoviy tur bevosita oʻlchanmagan.

Tadqiqot nimani qoʻllab-quvvatlaydi?

Tadqiqot Mecanum gʻildirakli robot mahalliy havo tezligi va yoʻnalishidan foydalanib, nazorat qilinadigan muhitlardagi havo oqimini kuzata olishini qoʻllab-quvvatlaydi. Lazerli SLAM bilan havo sensori maʼlumotlarini birlashtirish robot kuzatgan yoʻlni atrof-muhit xaritasida havo tezligi va yoʻnalish strelkalari bilan koʻrsatish imkonini bergan.

Tajribalar shuningdek harakatlanuvchi oʻlchov siyrak qoʻzgʻalmas nuqtalarga qaraganda yuqoriroq fazoviy namuna olishni taʼminlashi, yonma-yon rotorlarning tashqi va markaziy oqimlari orasidagi tezlik pasayishi farqlarini koʻrsatishi hamda haqiqiy ofisda toʻsiq sababli hosil boʻlgan uygʻonish izi va termal gradient sababli yuzaga kelgan trayektoriya tarqalishini kuzata olishini qoʻllab-quvvatlaydi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

Tadqiqot tizim xonadagi barcha havo tezliklarini bir vaqtda oʻlchashini yoki toʻliq uch oʻlchamli oqim maydonini yaratishini isbotlamaydi. Robotik oʻlchov ketma-ket vaqtlarda va cheklangan sonli trayektoriyalar boʻylab amalga oshirilgan.

Tadqiqot, shuningdek, robot muayyan gazni taniy olishini, kimyoviy sizib chiqish manbasini aniq topishini, tutun zichligini oʻlchashini yoki xavfli muhitlarda xavfsiz ishlay olishini koʻrsatmaydi. Oʻlchanadigan kattaliklar havo tezligi, gorizontal yoʻnalish va robotning fazoviy joylashuvidir.

Natijalar tizim barcha bino turlarida qoʻzgʻalmas sensorlardan aniqroq ekanini ham koʻrsatmaydi. Qoʻzgʻalmas tarmoqlar koʻp sonli joylarni bir vaqtda oʻlchashi mumkin, robot esa yuqoriroq fazoviy tafsilotni uzoqroq vaqt ichida hosil qiladi. Qaysi usul maqsadga muvofiqligi oqimning vaqt boʻyicha oʻzgarishi va ilovaning aniqlik talablariga bogʻliq.

Tadqiqotning usuli va natijalari

Tajriba va tizimning qisqacha mazmuni

Asosiy natijalarni talqin qilish

Robotning yoʻnalishni kuzatish muvaffaqiyati havo tezligidan koʻra harakat yoʻnalishiga koʻproq bogʻliq koʻrinadi. Ortogonal harakatlarda toʻrtta motorning faol boshqarilishi kamroq ogʻishni taʼminlagan, diagonal harakatlarda esa passiv qoladigan gʻildiraklar sababli xato oshgan. Bu natija tizimdan amalda foydalanganda robot korpusini imkon qadar asosiy oqim yoʻnalishiga moslash foydali boʻlishi mumkinligini koʻrsatadi.

Yonma-yon rotor tajribasida markaziy trayektoriyalar uzoqroq davom etgan va pastroq tezlik oʻzgarish darajasini koʻrsatgan. Tashqi rotorlarning oqimlari atrofdagi havo bilan koʻproq aloqada boʻlgani sababli tezroq kengayib, susaygan boʻlishi mumkin. Bu mexanizm trayektoriya uzunliklari va tezlik oʻzgarish koeffitsiyentlarini birgalikda baholashga asoslangan talqindir; alohida turbulentlik yoki bosim maydoni oʻlchovi oʻtkazilmagan.

“M” shaklidagi sxemada rotorlar bir vaqtda ishlaganda oqimlarning bir-birini ogʻdirishi harakatlanuvchi robot koʻp manbali maydonning birlashgan trayektoriyasini kuzata olishini koʻrsatadi. Biroq faqat beshta takror va bitta rotor geometriyasi qoʻllangani sababli 5,83 m va 0,59 m qiymatlari koʻp manbali havo oqimi uchun umumiy ishlash chegaralari emas.

Ofis tajribalari tizim laboratoriyadan tashqari muhitda toʻsiq atrofidan oʻta olishini va havo tezligi oʻzgarishlarini joylashuv bilan bogʻlay olishini koʻrsatgan. Biroq robotning toʻsiqdan qochish uchun qilgan yoʻl oʻzgarishi haqiqiy havo oqimi yoʻli bilan robotning xavfsiz harakat yoʻlini bir-biridan ajratishi mumkin. Bu holat, ayniqsa, oqim toʻsiq ichidan yoki robot oʻta olmaydigan tor oraliqdan harakatlangan ilovalarda hisobga olinishi kerak.

Turkiyada qoʻllashdan oldin tavsiya etiladigan tekshiruvlar

• 0,06-2 m/s oraligʻidagi past havo tezliklarida sensor va robot birgalikda tekshirilishi kerak.
• Turli harorat, nisbiy namlik va atmosfera bosimlarida kalibrlash oʻtkazilishi kerak.
• Keramika, gilam, epoksi, beton va nam pollarda gʻildirak ogʻishi oʻlchanishi kerak.
• Robot korpusining havo oqimiga keltiradigan buzilishi tutun, PIV yoki etalon sensorlar bilan oʻlchanishi kerak.
• Bir nechta balandlikda sensor olib yuradigan vertikal ustun yoki koʻp robotli tizim sinab koʻrilishi kerak.
• Uch oʻlchamli tezlik komponentlari va vertikal termal koʻtarilish bevosita oʻlchanishi kerak.
• Haqiqiy 48 yoki undan koʻp bir vaqtda ishlaydigan sensorli tarmoq bilan taqqoslash oʻtkazilishi kerak.
• Oʻtkinchi konditsioner sikllari va oʻzgaruvchan tezlikli ventilyatorlarda vaqt boʻyicha moslashtirilgan tajribalar oʻtkazilishi kerak.
• CFD natijalari bilan joylashuv va tezlik boʻyicha miqdoriy taqqoslash oʻtkazilishi kerak.
• Shifoxona xonasi, sinfxona, toza xona, maʼlumotlar markazi va sanoat zali kabi turli geometriyalar sinab koʻrilishi kerak.
• Odamlar harakati, eshik ochilishi va harakatlanuvchi jihozlarning taʼsiri baholanishi kerak.
• SLAM xatosi uzun yoʻlaklar va takroriy geometriyalarda oʻlchanishi kerak.
• Tezlik xatolarining joylashuvga tarqalishi vaqt oʻlchamini oʻz ichiga olgan izchil noaniqlik modeli bilan qayta hisoblanishi kerak.
• Xom sensor maʼlumotlari, ROS kodi, neyron tarmoq ogʻirliklari va mexanik dizayn fayllari ochiq holda ulashilishi kerak.
• Uzoq muddatli batareya, sensor drifti va texnik xizmat talablariga oid tajribalar oʻtkazilishi kerak.
• Xavfli muhitlarda foydalanish uchun mos gaz sensorlari, himoya qobigʻi va xavfsizlik sertifikatlari qoʻshilishi kerak.

Manba va usul izohi

Tadqiqotning toʻliq asl nomi:Research on Airflow Tracing Technology for Visualized Robotic Systems

Mualliflar va ularning tartibi: Feng Tang; Weilang Deng; Dong Liu; Jiyu Li.

Teng hissa qoʻshgan mualliflar haqidagi maʼlumot: Tadqiqotda teng hissa yoki hammuallif birinchi mualliflik bayonoti mavjud emas.

Masʼul muallif: Jiyu Li.

Masʼul muallifning elektron pochta manzili: lijiyu@scau.edu.cn

Institutsional aloqalar:

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

Muallif–muassasa mosligi:

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

Manba turi: Robot prototipini ishlab chiqish, sensor kalibrlashi, sunʼiy neyron tarmoq, harakat boshqaruvi, havo oqimi tajribalari, qoʻzgʻalmas nuqta taqqoslashi va haqiqiy yopiq muhit tekshiruvini oʻz ichiga olgan eksperimental preprint tadqiqot maqolasi.

Mavzu sohasi: Yopiq muhit havo oqimi, mobil robototexnika, havo oqimi sensorlari, sunʼiy neyron tarmoqlar, lazerli SLAM, ROS, ventilyatsiya vizualizatsiyasi va oqim trayektoriyasini oʻlchash.

Ekspert taqrizi holati: Tadqiqot ekspert taqrizidan oʻtmagan. Har bir sahifada preprint va taqriz holati haqida ogohlantirish mavjud.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma provayderi: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN qayd raqami: 7202158.

DOI:10.2139/ssrn.7202158

Rasmiy havola:SSRN qayd sahifasi

Nashr yili: 2026.

Jurnal: Ekspert taqrizidan oʻtgan jurnalda chop etilgani tasdiqlanmagan.

Yakuniy jurnal nashriyoti: Tadqiqotda tasdiqlangan yakuniy jurnal yoki ekspert taqrizli jurnal nashriyoti haqida maʼlumot yoʻq. SSRN erta bosqich tadqiqotlarni ulashish platformasidir.

Moliyalashtirish: Yuklangan tadqiqotda ochiq moliyalashtirish bayonoti mavjud emas.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Alohida manfaatlar toʻqnashuvi bayonoti keltirilmagan.

Muallif hissalari: CRediT yoki shunga oʻxshash batafsil muallif hissasi tavsifi berilmagan.

Etika kengashi va ishtirokchilar roziligi: Tadqiqot odam ishtirokchilaridan maʼlumot toʻplamaydi. Alohida etika kengashi yoki rozilik bayonoti mavjud emas.

Maʼlumot va kodga kirish: Xom havo oqimi maʼlumotlari, 87.501 namunali neyron tarmoq maʼlumotlar toʻplami, oʻqitilgan model ogʻirliklari, ROS tugunlari, SLAM sozlamalari, CAD fayllari yoki tajriba qayta ishlash kodi uchun ochiq repozitoriy havolasi berilmagan.

Avvalgi sensor tadqiqoti: Silindrsimon sensorni batafsil ishlab chiqish jarayoni tadqiqotchilar bibliografiyada 26-raqam bilan koʻrsatgan Small-volume omnidirectional intelligent airflow sensor with differential pressure measurement nomli avvalgi tadqiqotga asoslanadi. Joriy tadqiqot ushbu sensorni robotik havo oqimini kuzatish platformasiga qoʻllaydi.

Hisobot bo‘yicha ogohlantirish: Sensorning tezlik va yoʻnalish xatolari turli boʻlimlarda bir-biriga mos kelmaydigan qiymatlar bilan berilgan. Qoʻzgʻalmas nuqta taqqoslashida 48 sensor haqidagi ibora bilan uchta sensor va 16 aylanish tavsifi birga uchraydi. Trayektoriya noaniqligi hisobida metr va m/s birliklari bevosita birlashtirilgan, darajali qonun esa eksponensial model deb atalgan.

Ushbu turkcha izoh tadqiqotning titul sahifasi, apparat fotosuratlari, aloqa sxemalari, sensor chizmalari, neyron tarmoq tavsifi, boshqaruv tenglamalari, kalibrlash grafiklari, trayektoriya xaritalari, qoʻzgʻalmas nuqta taqqoslashlari, ofis tajribalari, noaniqlik jadvali va xulosa boʻlimi oʻrganib chiqilib tayyorlangan. Ilmiy mazmun faqat tadqiqotchilar taqdim etgan usullar, tajribalar va miqdoriy natijalar bilan cheklangan. Tashqi manbalar faqat bibliografik identifikatsiya, muassasa, masʼul muallif va SSRN platformasi haqidagi maʼlumotlarni tekshirish maqsadida ishlatilgan.

Natijalar tadqiqot ekspert taqrizidan oʻtmaganligi, toʻliq uch oʻlchamli va bir vaqtdagi maydon oʻlchovini bermasligi, sensor xato qiymatlaridagi nomuvofiqliklar, noaniqlik hisobidagi birlik muammosi, qoʻzgʻalmas nuqta tajribasining ketma-ket bajarilgani va haqiqiy muhit tekshiruvi faqat bitta ofis bilan cheklangani hisobga olingan holda baholanishi kerak.