極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動(dòng)式球形機(jī)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(dòng)式球形機(jī)器人。該機(jī)器人包括一個(gè)雙層柔性氣囊球殼、若干個(gè)拉繩、太陽能薄膜、一個(gè)內(nèi)部剛性球殼、四個(gè)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(gè)拉繩進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)獨(dú)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(gè)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(gè)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(dòng)式驅(qū)動(dòng)，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(dòng)式球形機(jī)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(dòng)式球形機(jī)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(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]極地環(huán)境是一個(gè)低溫、低光照和強(qiáng)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(jī)器人應(yīng)用正受到廣泛關(guān)注。如何在極地環(huán)境下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長續(xù)航探測工作是一個(gè)研究難題，關(guān)鍵在于機(jī)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(jī)器人作為一種新穎的移動(dòng)機(jī)器人，同傳統(tǒng)的輪式、履帶式或足式移動(dòng)機(jī)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(jī)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(gè)球形機(jī)器人后，球形機(jī)器人逐漸成為國內(nèi)外智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)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(jī)器人研究，推出不同功能的球形機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)、配重驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)以及風(fēng)力驅(qū)動(dòng)四種形式。小車形式可控性差；配重形式需要多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，負(fù)載過大；電磁驅(qū)動(dòng)要求結(jié)構(gòu)配合很精密；風(fēng)力驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)是負(fù)載能力差，過度依賴風(fēng)能。目前球形機(jī)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(diǎn)接觸，接觸面小，需要控制精度較高；主動(dòng)式球形機(jī)器人在大尺寸時(shí)負(fù)載過大，不利于極地環(huán)境的適應(yīng)；風(fēng)力驅(qū)動(dòng)式球形機(jī)器人在風(fēng)能充足的極地的運(yùn)動(dòng)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(dòng)具有多種運(yùn)動(dòng)方式的環(huán)境探測球形機(jī)器人”，該機(jī)器人完全采用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自由涌動(dòng)，運(yùn)動(dòng)不可控，且內(nèi)部系統(tǒng)供電需要額外電源，這樣無法實(shí)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(dòng)式球形機(jī)器人，能滿足在極地低溫強(qiáng)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(jī)構(gòu)，能夠很好的適應(yīng)極地環(huán)境進(jìn)行探測工作。機(jī)器人利用極地再生能源風(fēng)能進(jìn)行被動(dòng)驅(qū)動(dòng)，利用太陽能實(shí)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(dú)立氣腔，實(shí)現(xiàn)保護(hù)緩震作用，同時(shí)由于獨(dú)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(gè)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(dòng)式球形機(jī)器人，包括一個(gè)雙層柔性氣囊球殼、若干個(gè)拉繩、太陽能薄膜、一個(gè)內(nèi)部剛性球殼、四個(gè)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(gè)拉繩進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)獨(dú)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(gè)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(gè)支撐管與相應(yīng)的彈簧減震裝置相連。機(jī)器人通過風(fēng)力被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，雙層柔性氣囊球殼形成的獨(dú)立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時(shí)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(dú)立氣腔體積較小，大大減少了充氣比；同時(shí)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(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到外部環(huán)境相互作用較大時(shí)，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(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
(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(dòng)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(jī)械裝置，大大減少了機(jī)器人的負(fù)載，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的自由性和靈活性；
(3)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)遇到外部環(huán)境相互作用較大時(shí)，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(shí)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(yùn)動(dòng)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明碰到障礙物運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明在低落差地面上運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明在高落差地面上運(yùn)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
[0018]實(shí)施例一:
參見圖1，本極地長續(xù)航風(fēng)力驅(qū)動(dòng)式球形機(jī)器人，包括一個(gè)雙層柔性氣囊球殼(I)、太陽能薄膜(3)和一個(gè)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(gè)拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼(I)形成了一個(gè)獨(dú)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(gè)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(gè)支撐管(5)與一個(gè)相應(yīng)的彈簧減震裝置
(4)相連；機(jī)器人通過風(fēng)力被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨(dú)立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時(shí)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(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)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(jī)器人的剛性結(jié)構(gòu)。
[0020]實(shí)施例三:
本實(shí)施例與實(shí)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(dòng)式球形機(jī)器人，包括一個(gè)雙層柔性氣囊球殼(I)、若干個(gè)拉繩(2)、太陽能薄膜(3)、一個(gè)內(nèi)部剛性球殼(6 )、四個(gè)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(jī)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(gè)拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼結(jié)構(gòu)(I)形成了一個(gè)獨(dú)立氣腔，獨(dú)立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時(shí)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(shí)施例四:本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:機(jī)器人通過風(fēng)能被動(dòng)驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)器人通過極地充足的風(fēng)能進(jìn)行被動(dòng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)，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(shí)時(shí)掌握球形機(jī)器人的位姿信息，采集極地不同地方的氣候參數(shù)。同時(shí)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(shí)現(xiàn)機(jī)器人長續(xù)航長距離的探測工作。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨(dú)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(jī)器人的使用壽命，使機(jī)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(dòng)式球形機(jī)器人，包括一個(gè)雙層柔性氣囊球殼(I)、太陽能薄膜(3)和一個(gè)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(gè)拉繩(2)進(jìn)行連接，雙層球殼(I)形成了一個(gè)獨(dú)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(gè)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(gè)支撐管(5)與一個(gè)相應(yīng)的彈簧減震裝置(4)相連；機(jī)器人通過風(fēng)力被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，雙層柔性氣囊球殼(I)形成的獨(dú)立氣腔在與外部環(huán)境相互作用時(shí)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(dòng)式球形機(jī)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(dòng)式球形機(jī)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(jī)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(dòng)式球形機(jī)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(dòng)式球形機(jī)器人，其特征在于:機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到外部環(huán)境相互作用較大時(shí)，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(dòng)式球形機(jī)器人，其特征在于:機(jī)器人通過太陽能薄膜(3)進(jìn)行能源的獲取和儲存，實(shí)現(xiàn)機(jī)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)