多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及探測(cè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人是風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人，通過(guò)多個(gè)翼帆受風(fēng)產(chǎn)生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在冰雪面上移動(dòng)來(lái)完成極地探測(cè)，其活動(dòng)范圍廣，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)。
[0003]查閱現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有極地探測(cè)機(jī)器人包括履帶式極地冰雪面移動(dòng)機(jī)器人、球形機(jī)器人、低空固定翼飛行機(jī)器人，但大部分都是采用電池或燃料發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，受制于機(jī)器人所攜帶的電池或燃料的數(shù)量限制，這些探測(cè)機(jī)器人的活動(dòng)范圍還是非常有限，尚不能實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間、大范圍(方圓數(shù)百公里)續(xù)航，因而仍不能滿足南極科考所需大時(shí)空續(xù)航能力的要求。
在南極，風(fēng)力資源十分豐富，具有分布范圍廣、平均風(fēng)速高(最大風(fēng)速能達(dá)160km/h)等特點(diǎn)。如果采用南極自然環(huán)境中，可以說(shuō)是“取之不盡，用之不竭”的風(fēng)能作為驅(qū)動(dòng)能源，機(jī)器人的活動(dòng)將不再受能源因素的制約，從而大大擴(kuò)大活動(dòng)范圍和活動(dòng)時(shí)間，甚至可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在冰蓋中的“無(wú)限”續(xù)航探測(cè)。
[0004]查閱現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有利用風(fēng)能的方式主要為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，但現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)一般只適用于4m/s?16m/s的風(fēng)速范圍(當(dāng)風(fēng)速過(guò)高時(shí)，通常采取制動(dòng)措施)、其轉(zhuǎn)換效率一般不到30%，而在南極平均風(fēng)速高，20m/s?30m/s屬于常見(jiàn)風(fēng)速，越往南極內(nèi)陸深入風(fēng)越大，并且由于南極環(huán)境惡劣，機(jī)器人所需驅(qū)動(dòng)功率往往是正常所需功率的5?10倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在缺陷，提供一種多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人，以滿足翼帆受風(fēng)直接驅(qū)動(dòng)、多個(gè)翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)、翼帆攻角反饋控制、框架式支撐的流線型外殼結(jié)構(gòu)多項(xiàng)技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單，自身負(fù)載小，運(yùn)動(dòng)范圍廣，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
設(shè)計(jì)一個(gè)安裝有多個(gè)翼帆的四輪移動(dòng)機(jī)器人，機(jī)架是由框架式的船身和前端弧形的船殼組成的船體，船身采用鋁型材連接而成。機(jī)器人由多個(gè)翼帆提供驅(qū)動(dòng)力，前輪轉(zhuǎn)向。翼帆通過(guò)反向安裝的軸承座與船體連接，翼帆可相對(duì)于船體繞各其沿Z向的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)向風(fēng)速儀安裝于機(jī)器人頂端，實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人所處環(huán)境的風(fēng)向風(fēng)速信息，反饋給控制系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)多個(gè)翼帆攻角的閉環(huán)控制。翼帆間通過(guò)同步帶實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而為保證各翼帆相對(duì)于船體的位置相同，其安裝結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有初始安裝定位板。為保證翼帆間相對(duì)位置準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)底端、中部和頂端定位板，使翼帆在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生偏移，提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的最佳驅(qū)動(dòng)力，各定位板均固定安裝于船體上并通過(guò)定位軸使定位板上的翼帆安裝孔同軸。
[0007]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案: 一種多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人，它包括一個(gè)船體、一個(gè)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、一個(gè)翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、三個(gè)翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)、三塊翼帆、一塊底端翼帆定位板、一塊中部翼帆定位板和一塊頂端翼帆定位板和一個(gè)風(fēng)向風(fēng)速儀。所述前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，用螺釘和T型螺母固定安裝于所述船體上，通過(guò)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)所述前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人繞軸線Z的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。所述翼帆通過(guò)環(huán)形螺釘組分別固定于所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)，所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)采用鍵和軸用擋圈與所述翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)安裝于所述船體，通過(guò)所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)小帶輪，實(shí)現(xiàn)所述翼帆相對(duì)于所述船體的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所述底端翼帆定位板和中部翼帆定位板用T型螺母和法蘭螺母與所述船體固定連接，所述頂端翼帆定位板通過(guò)軸承座與所述翼帆構(gòu)成軸線Z方向上的固定連接，所述風(fēng)向風(fēng)速儀固定安裝于所述頂端翼帆定位板。
[0008]所述船體由一個(gè)船身和一個(gè)船殼以螺釘旋配而成；根據(jù)所述翼型的“品”字型分布特點(diǎn)，所述船身是由鋁型材搭建的“十”字型框架式結(jié)構(gòu)，所述船殼前端采用弧形結(jié)構(gòu)。
[0009]所述翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是:一個(gè)小帶輪通過(guò)一條短同步帶連接一個(gè)大帶輪，所述大帶輪與一個(gè)小帶輪同軸安裝，所述小帶輪通過(guò)一條長(zhǎng)同步帶連接兩個(gè)小帶輪；所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述小帶輪，實(shí)現(xiàn)所述大帶輪和小帶輪的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即所述翼帆間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；靠近所述伺服電機(jī)相連的所述小帶輪的所述短同步帶外側(cè)安裝有一個(gè)張緊隋輪，在靠近所述大帶輪的所述長(zhǎng)同步帶外側(cè)安裝有兩個(gè)張緊隋輪。
[0010]所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)是:一個(gè)FL005軸承座固定安裝于所述中部翼帆定位板，一個(gè)FL004軸承座固定安裝于一個(gè)FL004安裝板，所述FL004安裝板與所述船身固定連接；一個(gè)主軸采用反向安裝方式與所述FL005軸承座和所述FL004軸承座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，一個(gè)主軸延長(zhǎng)軸通過(guò)螺釘與所述主軸固定連接，一個(gè)翼帆初始安裝定位板與所述螺釘頭軸孔配合后插入所述底端翼帆定位板，保證翼帆相對(duì)于所述船體的初始位置相同。
[0011]兩根定位板相對(duì)定位軸連接所述底端翼帆定位板、FL004安裝板和中部翼帆定位板；一根線管連接所述中部翼帆定位板和所述頂端翼帆定位板，所述風(fēng)向風(fēng)速儀的數(shù)據(jù)線穿過(guò)所述線管接至控制系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人由風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)，多個(gè)翼帆受風(fēng)產(chǎn)生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，動(dòng)力源充足，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍廣，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)。
[0013]2、本發(fā)明多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人的翼帆通過(guò)同步帶傳動(dòng)，翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)，可避免復(fù)雜的翼帆間相對(duì)位置變化造成的空氣動(dòng)力特性影響，控制簡(jiǎn)單，便于獲得有效驅(qū)動(dòng)力；并且通過(guò)翼帆初始安裝定位板使多個(gè)翼帆間的初始位置相同，同步運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，翼帆間的位置同步準(zhǔn)確。
[0014]3、本發(fā)明多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人通過(guò)風(fēng)向風(fēng)速儀實(shí)時(shí)獲取環(huán)境風(fēng)信息，反饋至控制系統(tǒng)使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)攻角，構(gòu)成翼帆攻角調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制，以保證提供最大的驅(qū)動(dòng)力且不會(huì)使機(jī)器人發(fā)生傾覆，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
[0015]4、本發(fā)明多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人的多個(gè)翼帆相對(duì)位置通過(guò)底端翼帆定位板、中部翼帆定位板和頂端翼帆定位板確定，翼帆間的位置不易發(fā)生改變，能夠保持最大驅(qū)動(dòng)力的最佳間距，機(jī)器人控制策略的有效性長(zhǎng)。
[0016]5、本發(fā)明多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人的機(jī)架由鋁型材的框架式結(jié)構(gòu)和弧形殼體組成，結(jié)構(gòu)緊湊而輕便，自身負(fù)載小，前進(jìn)阻力小，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，啟動(dòng)風(fēng)速小。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1中A區(qū)的局部放大圖。
[0019]圖3是圖1中仰視圖。
[0020]圖4是圖2的主視圖。
[0021]圖5是圖4的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參考圖1?圖3，本多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人，它包括一個(gè)船體1、一個(gè)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I1、一個(gè)翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)IV、三個(gè)翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)IIIA、IIIB、IIIC、三塊翼帆1_A、1_B、1-C、一塊底端翼帆定位板7、一塊中部翼帆定位板8和一塊頂端翼帆定位板3和一個(gè)風(fēng)向風(fēng)速儀4。所述前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)II是一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，用螺釘和T型螺母固定安裝于所述船體I上，通過(guò)所述舵機(jī)5驅(qū)動(dòng)所述前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)II，實(shí)現(xiàn)多翼帆極地探測(cè)機(jī)器人繞軸線Z的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。所述翼帆1-A、1-B、1-C通過(guò)環(huán)形螺釘組分別固定于所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)IIIA、IIIB、IIIC，所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)IIIA、IIIB、IIIC采用鍵和軸用擋圈與所述翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)IV連接，所述翼帆轉(zhuǎn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)IIIA、IIIB、IIIC安裝于所述船體I，通過(guò)所述伺服電機(jī)6驅(qū)動(dòng)一個(gè)小帶輪IV-4-D，實(shí)現(xiàn)所述翼帆1-A、1-B、1-C相對(duì)于所述船體I的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所述底端翼帆定位板7和中部翼帆定位板8用T型螺母和法蘭螺母與所述船體I固定連接，所述頂端翼帆定位板3通過(guò)軸承座與所述翼帆1-A、1-B、1-C構(gòu)成軸線Z方向上的固定連接，所述風(fēng)向風(fēng)速儀4固定安裝于所述頂端翼帆定位板3。
[0023]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:
所述船體I由一個(gè)船身1-1和一個(gè)船殼1-2以螺釘旋配而成；根據(jù)所述翼型1-A、1-B、1-C的“品”字型分布特點(diǎn)，所述船身1-1是由鋁型材搭建的“十”字型框架式結(jié)構(gòu)，所述船殼1-2前端采用弧形結(jié)構(gòu)。
[0024]所述翼帆同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)IV是:一個(gè)小帶輪IV-4-D通過(guò)一條短同步帶IV_5連接一個(gè)大帶輪IV-1，所述大帶輪IV-1與一個(gè)小帶輪IV-4-B同軸安裝，所述小帶輪IV-4-B通過(guò)一條長(zhǎng)同步帶IV-3連接兩個(gè)小帶輪IV-4-A、IV-4-C ;所述伺服電機(jī)6驅(qū)動(dòng)所述小帶輪IV-4-D，實(shí)現(xiàn)所述大帶輪IV-1和小帶輪IV-4-A、IV_4_B、IV-4-C的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即