極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人。該機器人包括一個雙層柔性氣囊球殼、若干個拉繩、太陽能薄膜、一個內(nèi)部剛性球殼、四個支撐管和彈簧減震裝置，所述的雙層柔性氣囊球殼的內(nèi)外球殼通過均勻分布的若干個拉繩進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)形成了一個獨立氣腔；所述的內(nèi)部剛性球殼位于球心，與內(nèi)部柔性球殼通過各個支撐管相連接，內(nèi)置控制系統(tǒng)及電源模塊；所述的太陽能薄膜安裝在雙層柔性氣囊球殼內(nèi)球壁上，與剛性球殼內(nèi)的電源模塊相連；所述的支撐管中空且每個支撐管與相應(yīng)的彈簧減震裝置相連。本發(fā)明通過風(fēng)能被動式驅(qū)動，通過太陽能提供能源，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和長續(xù)航特性，可廣泛適用于極地等未知環(huán)境下探測應(yīng)用。
【專利說明】極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，是一種能應(yīng)用于極地環(huán)境進(jìn)行長續(xù)航探測工作的柔性表面球形機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]極地環(huán)境是一個低溫、低光照和強風(fēng)環(huán)境，對極地的探測具有重大的戰(zhàn)略意義。為了探索極地環(huán)境，智能機器人應(yīng)用正受到廣泛關(guān)注。如何在極地環(huán)境下實現(xiàn)機器人長續(xù)航探測工作是一個研究難題，關(guān)鍵在于機器人能源的獲取方式和環(huán)境適應(yīng)性等指標(biāo)。
[0003]其中，球形機器人作為一種新穎的移動機器人，同傳統(tǒng)的輪式、履帶式或足式移動機器人相比，具有一定的野外適應(yīng)能力，不容易傾覆失效特性。球形機器人的研究工作已經(jīng)開展了幾十年了，自從芬蘭赫爾辛基科技大學(xué)的海爾姆(Halme)等人于1996年制作了第一個球形機器人后，球形機器人逐漸成為國內(nèi)外智能機器人研究領(lǐng)域的熱點之一。在國外，意大利比薩大學(xué)、瑞典烏普薩拉大學(xué)和Rotimdus公司、NASA、加拿大魁北克省舍布魯克大學(xué)等先后開展球形機器人研究，推出不同功能的球形機器人。在國內(nèi)也有一些單位和學(xué)者開始方面的探索，北京郵電大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、蘇州大學(xué)、國防科技大學(xué)和西安電子科技大學(xué)等院校都在球形機器人研究方面取得了 一定的研究成果。
[0004]總體來看，現(xiàn)有的球形機器人根據(jù)功能的不同，方案各有千秋，基本上可以分為:小車驅(qū)動、配重驅(qū)動、電磁驅(qū)動以及風(fēng)力驅(qū)動四種形式。小車形式可控性差；配重形式需要多個電機驅(qū)動，負(fù)載過大；電磁驅(qū)動要求結(jié)構(gòu)配合很精密；風(fēng)力驅(qū)動缺點是負(fù)載能力差，過度依賴風(fēng)能。目前球形機器人所使用的基本上都為硬質(zhì)材料球殼體，與地面基本為點接觸，接觸面小，需要控制精度較高；主動式球形機器人在大尺寸時負(fù)載過大，不利于極地環(huán)境的適應(yīng)；風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人在風(fēng)能充足的極地的運動為不可控，為了獲得更多探測數(shù)據(jù)，長續(xù)航成為重要衡量指標(biāo)。中國發(fā)明專利ZL200810017895.4公開了“一種風(fēng)力驅(qū)動具有多種運動方式的環(huán)境探測球形機器人”，該機器人完全采用風(fēng)力驅(qū)動，實現(xiàn)自由涌動，運動不可控，且內(nèi)部系統(tǒng)供電需要額外電源，這樣無法實現(xiàn)長續(xù)航長距離的野外極地作業(yè)需要。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對以上問題，提出一種極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，能滿足在極地低溫強風(fēng)環(huán)境下長續(xù)航長距離的極地探測需求。
[0007]為了達(dá)到上述要求，本發(fā)明的構(gòu)思是:
本發(fā)明采用球形機構(gòu)，能夠很好的適應(yīng)極地環(huán)境進(jìn)行探測工作。機器人利用極地再生能源風(fēng)能進(jìn)行被動驅(qū)動，利用太陽能實現(xiàn)長續(xù)航長距離的工作。采用雙層柔性氣囊球殼結(jié)構(gòu)形成封閉的獨立氣腔，實現(xiàn)保護(hù)緩震作用，同時由于獨立氣腔的體積較小也解決了大尺寸柔性球體的充氣慢問題；所采用的控制系統(tǒng)和電源模塊安裝在內(nèi)部剛性球殼內(nèi)，并用四根支撐管與柔性球殼內(nèi)球相連接；采用的支撐管中空且每個支撐管與相應(yīng)的彈簧減震裝置相連，以確保內(nèi)部核心系統(tǒng)能夠正常工作在比較惡劣的外部環(huán)境中。
[0008]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，包括一個雙層柔性氣囊球殼、若干個拉繩、太陽能薄膜、一個內(nèi)部剛性球殼、四個支撐管和彈簧減震裝置，其特征在于:所述的雙層柔性氣囊球殼的內(nèi)外球殼通過均勻分布的若干個拉繩進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)形成了一個獨立氣腔；所述的內(nèi)部剛性球殼位于球心，與內(nèi)部柔性球殼通過各個支撐管相連接，內(nèi)置控制系統(tǒng)及電源模塊；所述的太陽能薄膜安裝在雙層柔性氣囊球殼內(nèi)球壁上，與剛性球殼內(nèi)的電源模塊相連；所述的支撐管中空且每個支撐管與相應(yīng)的彈簧減震裝置相連。機器人通過風(fēng)力被動式驅(qū)動，雙層柔性氣囊球殼形成的獨立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時產(chǎn)生形變，達(dá)到緩沖保護(hù)作用；若外部環(huán)境相互作用力太大導(dǎo)致雙層柔性氣囊球殼形變太大，通過支撐管和彈簧減震裝置的作用，達(dá)到減震的效果。在相互作用結(jié)束后，雙層柔性氣囊球殼和彈簧減震裝置恢復(fù)原來狀態(tài)。
[0009]雙層球殼結(jié)構(gòu)形成的獨立氣腔體積較小，大大減少了充氣比；同時采用軟材料，該軟材料為熱塑性聚氨酯彈性復(fù)合材料TPU，具有彈性和可變形性，且密閉透明，外型美觀。
[0010]機器人在運動時，遇到外部環(huán)境相互作用較大時，通過雙層柔性氣囊球殼形變和彈簧減震裝置作用保持內(nèi)部剛性球殼及內(nèi)部控制系統(tǒng)、電源模塊的穩(wěn)定性。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
(1)結(jié)構(gòu)簡單，體積較大，空間尺寸可為直徑2.Sm的球，能高效率的使用風(fēng)能作為驅(qū)動能源，安裝方便，且外型美觀；
(2)無任何體積大或質(zhì)量重的機械裝置，大大減少了機器人的負(fù)載，提高了機器人運動的自由性和靈活性；
(3)機器人運動遇到外部環(huán)境相互作用較大時，通過自身結(jié)構(gòu)裝置調(diào)整，可有效適應(yīng)極地復(fù)雜地形；
(4)通過太陽能薄膜進(jìn)行再生能源利用，實現(xiàn)長續(xù)航長距離的野外極地作業(yè)需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的整體立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明在平坦地面上運動示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明碰到障礙物運動示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明在低落差地面上運動示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明在高落差地面上運動示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進(jìn)一步的說明。
[0018]實施例一:
參見圖1，本極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，包括一個雙層柔性氣囊球殼(I)、太陽能薄膜(3)和一個內(nèi)部剛性球殼(6)，其特征在于:所述的雙層柔性氣囊球殼(I)的內(nèi)外球殼(1-AU-B)通過均勻分布的若干個拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼(I)形成了一個獨立氣腔；所述的內(nèi)部剛性球殼(6)位于球心,與內(nèi)球殼(1-B)通過四個支撐管(5)相連接，內(nèi)置控制系統(tǒng)及電源模塊；所述的太陽能薄膜(3)安裝在殼內(nèi)球(1-B)壁上，與剛性球殼(6)內(nèi)的電源模塊相連；所述的支撐管(5)中空且每個支撐管(5)與一個相應(yīng)的彈簧減震裝置
(4)相連；機器人通過風(fēng)力被動式驅(qū)動，雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時產(chǎn)生形變，達(dá)到緩沖保護(hù)作用；若外部環(huán)境相互作用力太大導(dǎo)致雙層柔性氣囊球殼(I)形變太大，通過支撐管(5)和彈簧減震裝置(4)的作用，達(dá)到減震的效果；在相互作用結(jié)束后，雙層柔性氣囊球殼(I)和彈簧減震裝置(4 )恢復(fù)原來狀態(tài)。
[0019]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:所述雙層柔性氣囊球殼(I)采用軟材料，該軟材料為熱塑性聚氨酯彈性復(fù)合材料TPU，具有彈性和可變形性且密閉透明，外型美觀。柔性氣囊球殼(I)由內(nèi)外球殼(1-AU-B)構(gòu)成，大大減少了充氣比，解決了大尺寸柔性球體的充氣慢問題。所述支撐管(5)、內(nèi)部剛性球殼(6)以及彈簧減震裝置(4)構(gòu)成了球形機器人的剛性結(jié)構(gòu)。
[0020]實施例三:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:參見圖廣圖5，本極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，包括一個雙層柔性氣囊球殼(I)、若干個拉繩(2)、太陽能薄膜(3)、一個內(nèi)部剛性球殼(6 )、四個支撐管(5 )和彈簧減震裝置(4 )。
[0021]支撐管(5)、內(nèi)部剛性球殼(6)以及彈簧減震裝置(4)構(gòu)成了球形機器人的剛性結(jié)構(gòu)。
[0022]雙層柔性氣囊球殼(I)采用軟材料，該軟材料為熱塑性聚氨酯彈性復(fù)合材料TPU，具有彈性和可變形性且密閉透明，外型美觀。柔性氣囊球殼(I)由內(nèi)外球殼(1-AU-B)構(gòu)成，大大減少了充氣比，解決了大尺寸柔性球體的充氣慢問題。
[0023]雙層柔性氣囊球殼(I)的內(nèi)外球殼(1-A、1_B)通過均勻分布的若干個拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)(I)形成了一個獨立氣腔，獨立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時產(chǎn)生形變，達(dá)到緩沖保護(hù)作用；若外部環(huán)境相互作用力太大導(dǎo)致雙層柔性氣囊球殼(I)形變太大，通過支撐管(5)和彈簧減震裝置(4)的作用，達(dá)到減震的效果。在相互作用結(jié)束后，雙層柔性氣囊球殼(I)和彈簧減震裝置(4 )恢復(fù)原來狀態(tài)。
[0024]實施例四:本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:機器人通過風(fēng)能被動驅(qū)動，大尺寸的外形能夠高效利用極地充足的風(fēng)能，具有很高的自由性和靈活性。同時通過安裝在太陽雙層柔性氣囊球殼內(nèi)球壁(1-B)的太陽能薄膜，進(jìn)行能源的獲取和儲存，實現(xiàn)機器人長續(xù)航長距離的探測工作。
[0025]本發(fā)明的工作過程如下:
球形機器人通過極地充足的風(fēng)能進(jìn)行被動驅(qū)動，實現(xiàn)各種運動，具有很高的自由性和靈活性。內(nèi)部剛性球殼(6)位于球心，內(nèi)置控制系統(tǒng)、電源模塊及傳感器，傳感器實時掌握球形機器人的位姿信息，采集極地不同地方的氣候參數(shù)。同時太陽能薄膜(3)安裝在雙層柔性氣囊球殼內(nèi)球壁(1-B)上，與剛性球殼(6)內(nèi)的電源模塊相連，進(jìn)行能源的獲取和儲存，實現(xiàn)機器人長續(xù)航長距離的探測工作。機器人運動時，通過雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨立氣腔結(jié)構(gòu)和支撐管(5)和彈簧減震裝置(4)的作用，可達(dá)到緩沖減震的效果，增加機器人的使用壽命，使機器人更好的適應(yīng)極地惡劣環(huán)境。
【權(quán)利要求】
1.一種極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，包括一個雙層柔性氣囊球殼(I)、太陽能薄膜(3)和一個內(nèi)部剛性球殼(6),其特征在于:所述的雙層柔性氣囊球殼(I)的內(nèi)外球殼(1-A、1-B)通過均勻分布的若干個拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼(I)形成了一個獨立氣腔；所述的內(nèi)部剛性球殼(6)位于球心，與內(nèi)球殼(1-B)通過四個支撐管(5)相連接，內(nèi)置控制系統(tǒng)及電源模塊；所述的太陽能薄膜(3)安裝在殼內(nèi)球(1-B)壁上，與剛性球殼(6)內(nèi)的電源模塊相連；所述的支撐管(5)中空且每個支撐管(5)與一個相應(yīng)的彈簧減震裝置(4)相連；機器人通過風(fēng)力被動式驅(qū)動，雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時產(chǎn)生形變，達(dá)到緩沖保護(hù)作用；若外部環(huán)境相互作用力太大導(dǎo)致雙層柔性氣囊球殼(I)形變太大，通過支撐管(5)和彈簧減震裝置(4)的作用，達(dá)到減震的效果；在相互作用結(jié)束后，雙層柔性氣囊球殼(I)和彈簧減震裝置(4)恢復(fù)原來狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，其特征在于:所述雙層柔性氣囊球殼(I)采用軟材料，該軟材料為熱塑性聚氨酯彈性復(fù)合材料TPU，具有彈性和可變形性且密閉透明，外型美觀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，其特征在于:所述支撐管(5)、內(nèi)部剛性球殼(6)以及彈簧減震裝置(4)構(gòu)成了球形機器人的剛性結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，其特征在于:所述柔性氣囊球殼(I)由內(nèi)外球殼(1-A、1-B)構(gòu)成，大大減少了充氣比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，其特征在于:機器人在運動時，遇到外部環(huán)境相互作用較大時，通過雙層柔性氣囊球殼(I)形變和彈簧減震裝置(4)作用保持內(nèi)部剛性球殼(6)及內(nèi)部控制系統(tǒng)、電源模塊的穩(wěn)定性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動式球形機器人，其特征在于:機器人通過太陽能薄膜(3)進(jìn)行能源的獲取和儲存，實現(xiàn)機器人長續(xù)航長距離的探測工作。
【文檔編號】B60K16/00GK103587601SQ201310558991
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】羅均, 鄒旭東, 姚駿峰, 祝川, 馮凱 申請人:上海大學(xué)