實用快速充氣球形機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實用快速充氣球形機器人。它包括球體、核心處理模塊和信息采集模塊。球體為一個雙層熱塑性聚氨酯彈性球膜，內(nèi)外層球膜通過若干粘貼在外層球膜內(nèi)壁和內(nèi)層球膜外壁上的貼片拉點及拉繩相連接。內(nèi)部有一個充氣支架由互相垂直連接的圓管呈經(jīng)緯交叉的網(wǎng)絡型球體，該充氣支架與所述外層球膜的內(nèi)壁相接觸連接。所述核心處理模塊位于所述球體的球心，通過貼片拉點和拉繩與內(nèi)層球膜連接，核心處理模塊上含有衛(wèi)星通訊模塊。在所述內(nèi)層球膜上有固定一塊圓形隔熱板，改隔熱板周邊通過若干拉條與外層球膜連接，在所述隔熱板上安裝所述信息采集模塊。本發(fā)明充氣速度快，剛性好，能量利用率高。
【專利說明】實用快速充氣球形機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及球形機器人領域，是一種提高柔性球形機器人展開速度的實用快速充氣球形機器人。
【背景技術】
[0002]球形機器人作為一款全封閉的機器人，在科學探索上有著極為特殊的優(yōu)勢。為了探索一些特殊惡劣環(huán)境，如沙丘、雪地、冰縫等，傳統(tǒng)的輪式或者足式機器人會面對各類的問題。
[0003]目前，球形機器人具有一定的野外適應能力而獲得關注。針對地質(zhì)疏松，或者結構不穩(wěn)定的環(huán)境下，球形機器人對地面的壓強相對其他機器人更小。而其中，柔性球形機器人更為突出，相對剛性球形機器人，良好的延展性和輕量使其兼具優(yōu)異的可攜帶性和針對沙丘或雪地的適應性。
[0004]而主動式的球形機器人在能量利用率上較低，往往只能停留在陸地巡航的階段，針對長距離的戶外探索幾乎難以實現(xiàn)。
[0005]國內(nèi)，中國發(fā)明專利ZL200810017895.4公開了 “一種風力驅(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力驅(qū)動，實現(xiàn)自由涌動，但其充氣量巨大，這對于戶外探索極其不利。
[0006]國外，NASA從2004年以來對于被動式球形機器人Tumbleweed的研制從未中斷，在所給出的資料中，提及被動球內(nèi)填充氣體全部依靠氣泵充氣，大大限制了投放選擇范圍，同樣也對自身的能源儲備是個極大的負擔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有的柔性球形機器人整體剛度與充氣速度的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能提高柔性機器人剛度以及充氣速度的實用快速充氣球形機器人。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明的構思是:
本發(fā)明包括雙層球體和充氣支架；充氣支架安裝在外層球膜內(nèi)壁；其中:
1)雙層球體結構的特征在于:內(nèi)部球膜與外部球膜的連接通過熱塑性聚氨酯彈性材料貼片拉點與拉繩連接，在兩層球膜之間填充氣體，構成內(nèi)外兩個獨立氣腔；核心處理模塊位于球心，內(nèi)置控制系統(tǒng)與獨立電源，同樣通過貼片拉點和拉繩與內(nèi)層球膜連接固定；信息采集模塊與衛(wèi)星通訊模塊通過碳素纖維支架與球膜連接固定，使用金屬網(wǎng)對探測設備進行保護；
2)充氣支架:由多組硅膠編織管拼接而成；為避免與拉繩的纏繞，使用熱塑性聚氨酯彈性材料焊接，使其與外層球膜連接；硅膠編織管能在-60°C ?20(TC內(nèi)擁有良好的柔性特征，并且能承受IOKG的壓力。
[0009]根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明采用下屬技術方案:
一種實用快速充氣球形機器人，它包括球體、核心處理模塊和一個信息米集模塊。[0010]I)所述球體為一個雙層球膜:有一個熱塑性聚氨酯彈性外層球膜與一個熱塑性聚氨、酯彈性內(nèi)層球膜構成的內(nèi)氣腔中，內(nèi)外層球膜通過若干粘貼在外層球膜內(nèi)壁和內(nèi)層球膜外壁上的熱塑性聚氨酯彈性貼片及拉繩相連接；
2)有一個充氣支架由互相垂直連接的熱塑性聚氨酯彈性圓管呈經(jīng)緯交叉的網(wǎng)絡型球體；該充氣支架與所述外層球膜的內(nèi)壁相接觸連接；
3)所述核心處理模塊位于所述球體的球心，通過熱塑性聚氨酯彈性貼片和拉繩與內(nèi)層球膜連接，核心處理模塊上含有衛(wèi)星通訊模塊；
4)所述內(nèi)層球膜上有固定一塊圓形隔熱板，改隔熱板周邊通過若干熱塑性聚氨酯彈性拉條與外層球膜連接，在所述隔熱板上安裝所述信息采集模塊；
5)所述雙層球膜(1、6)具有良好的柔韌性；其內(nèi)充氣支架能承受至少2倍大氣壓，能在-40° ^80°環(huán)境中具有良好的氣密性。
[0011]6)在充氣過程中，利用高壓充氣泵對充氣支架充氣，在此過程中，充氣支架的結構剛度變化，利用空氣壓差，使兩層球膜間自然吸氣，既節(jié)省了戶外珍貴的能源，也大大減少了充氣時間，同時提高了整球的剛度；在實際投放過程中，只需兩階段的充氣，就可以完成球形機器人的展開過程。
[0012]7)所述核心處理模塊包含核心控制單元，應急電池和溫控系統(tǒng)，用螺釘將其固定在一個容器中，該容器通過貼片拉點與拉繩將其固定在內(nèi)層球膜內(nèi)部。
[0013]8)所述信息采集模塊包含各類傳感器:溫度傳感器，濕度傳感器，氣壓傳感器等；該信息采集模塊通過螺釘或硅膠固定在所述隔溫板上，各傳感器透過金屬網(wǎng)對外收集信
肩、O·[0014]9)所述衛(wèi)星通訊模塊為基于銥星SBD9602模塊開發(fā)的通訊模塊，包含一塊SBD9602模塊，擴展板一塊，銥星車載天線一臺。
[0015]10)所述內(nèi)部核心處理模塊通過貼片拉點與內(nèi)層球膜內(nèi)側貼片拉點連接，保證在球形機器人運動過程中能基本維持在球體中心位置。
[0016]本發(fā)明具有的有益效果是:
1.本發(fā)明的實現(xiàn)柔性球形機器人快速展開，簡化了機器人的投放使用的步驟，同時也為柔性球形機器人提高了剛性，進一步加大了雙層球膜的自儲能能力，有效提高了連續(xù)彈跳的能量利用效率。
[0017]2.針對不同地質(zhì)背景下的環(huán)境，可以通過調(diào)節(jié)充氣支架的內(nèi)部壓強，從而來提高與地面的貼合性。
[0018]本發(fā)明解決了現(xiàn)有充氣球形機器人的缺陷，充氣速度快，剛性好，能量利用率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的整體立體結構剖視圖。
[0021]圖2是本發(fā)明內(nèi)部充氣支架結構圖。
[0022]圖3是剛柔混合的信息采集模塊的縱剖面構造圖。
[0023]圖中1.外層熱塑性聚氨酯彈性球膜，2.信息采集模塊，2a.熱塑性聚氨酯彈性拉條，2b.隔熱板，3.核心處理模塊(含衛(wèi)星通信模塊)，4a.熱塑性聚氨酯彈性貼片拉點，4b.拉繩，5.充氣支架，6.內(nèi)層熱塑性聚氨酯彈性球膜，7.航空接頭，8.傳感器。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]實施例一:
參考圖f圖3，本實用快速充氣球形機器人包括球體、核心處理模塊(3)和一個信息采集模塊(2)。
[0026]I)所述球體為一個雙層球膜(1、6):有一個熱塑性聚氨酯彈性外層球膜(I)與一個熱塑性聚氨、酯彈性內(nèi)層球膜(6)構成的內(nèi)氣腔中，內(nèi)外層球膜(1、6)通過若干粘貼在外層球膜(I)內(nèi)壁和內(nèi)層球膜(6)外壁上的熱塑性聚氨酯彈性貼片(4a)及拉繩(4b)相連接；
2)有一個充氣支架(5)由互相垂直連接的熱塑性聚氨酯彈性圓管呈經(jīng)緯交叉的網(wǎng)絡型球體；該充氣支架(5)與所述外層球膜(I)的內(nèi)壁相接觸連接；
3)所述核心處理模塊(3)位于所述球體的球心，通過熱塑性聚氨酯彈性貼片(4a)和拉繩(4b)與內(nèi)層球膜(6)連接，核心處理模塊(3)上含有衛(wèi)星通訊模塊；
4)在所述內(nèi)層球膜(6)上有固定一塊圓形隔熱板(2b)，改隔熱板(2b)周邊通過若干熱塑性聚氨酯彈性拉條(2a)與外層球膜連接，在所述隔熱板上安裝所述信息采集模塊(2)。
[0027]實施例二: 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
I)所述雙層球膜(1、6)具有良好的柔韌性；其內(nèi)充氣支架(5)能承受至少2倍大氣壓，能在-40° ^80°環(huán)境中具有良好的氣密性。
[0028]2)在充氣過程中，利用高壓充氣泵對充氣支架(5)充氣，在此過程中，充氣支架的結構剛度變化，利用空氣壓差，使兩層球膜間自然吸氣，既節(jié)省了戶外珍貴的能源，也大大減少了充氣時間，同時提高了整球的剛度；在實際投放過程中，只需兩階段的充氣，就可以完成球形機器人的展開過程。
[0029]3)所述核心處理模塊(3)包含核心控制單元，應急電池和溫控系統(tǒng)，用螺釘將其固定在一個容器中，該容器通過貼片拉點與拉繩將其固定在內(nèi)層球膜(6)內(nèi)部。
[0030]4)所述信息采集模塊(2)包含各類傳感器(8):溫度傳感器，濕度傳感器，氣壓傳感器等；該信息采集模塊(2)通過螺釘或硅膠固定在所述隔溫板(2b)上，各傳感器透過金屬網(wǎng)對外收集信息。
[0031]5)所述衛(wèi)星通訊模塊為基于銥星SBD9602模塊開發(fā)的通訊模塊，包含一塊SBD9602模塊，擴展板一塊，銥星車載天線一臺。
[0032]6)所述內(nèi)部核心處理模塊(3)通過貼片拉點(4a)與內(nèi)層球膜(6)內(nèi)側貼片拉點(4a )連接，保證在球形機器人運動過程中能基本維持在球體中心位置。
[0033]實施例三:
如圖f圖3所示，本實用快速充氣球形機器人包含柔性雙層球膜與耐高壓充氣支架
(5)以及核心處理模塊(3)；
I)如圖1所示，球體內(nèi)部包含兩個氣腔:包括由熱塑性聚氨酯彈性外層球膜(I)與熱塑性聚氨酯彈性內(nèi)層球膜(6)組成的外氣腔，由熱塑性聚氨酯彈性內(nèi)層球膜(6)與隔熱板(2b)組成的內(nèi)氣腔，其中外氣腔由若干貼片拉點(4a)以及拉繩(4b)鏈接。傳感器(8)通過螺紋安裝在隔熱板(2b)上通過6條熱塑性聚氨酯彈性拉條(2A)與雙層球膜(1、6)固定，同時使傳感器(8)達到緩震與防止內(nèi)部熱量干擾的作用；
2)如圖1所示，內(nèi)部核心處理模塊(3)通過6對貼片拉點(4a)和拉繩(4b)，固定在內(nèi)層球膜(6)中央，每兩個相鄰貼片拉點(4a)之間間隔相等，在安裝時加以預緊力，保證核心處理模塊(3)的固定介于一個類彈簧阻尼的緩震器中；
3)如圖2所示，充氣支架(5)組件:包括硅膠編織管，單向閥，若干三通、四通氣管接頭，硅膠編織管通過拉條(2a)焊接沿經(jīng)緯方向固定在熱塑性聚氨酯彈性外層球膜(I)的內(nèi)側，在經(jīng)緯交接的地方由三通或四通氣管接頭連通，充氣頭與單向閥相連，固定在充氣嘴的內(nèi)側；
4)如圖3所示，所述的傳感器(8)通過螺紋連接固定在隔熱板(2b)，并通過航空接頭
(7)與內(nèi)部核心處理模塊(3)連接；
本發(fā)明的工作過程如下:
本球體結構可實現(xiàn)野外球體的快速展開。
[0034]球體的雙層氣腔結構讓球體在野外工作時提供良好的緩震能力。固定在內(nèi)層球膜
(6)的核心處理模塊(3)，通過多組拉繩(4b)的緩沖進一步降低外部沖擊對電子器件的損傷。但在戶外工作時，機器人投入工作所花費的時間受約于充氣的時長，為解決這個問題，本發(fā)明加入了高壓充氣支架(5)，使其在對高壓充氣管充氣時，利用熱塑性聚氨酯彈性薄膜的結構變形，外氣腔形成負壓，利用自然吸氣，大大減少了充氣的時間與充氣所耗費的能量。另一方面，高壓充氣支架(5)進一步提高了球形機器人的剛性，在收到外界沖擊載荷的過程中，為保護內(nèi)部系統(tǒng)提供了多重保障。由于內(nèi)外氣腔是相對獨立且密封的，進而保證在機器人使用過程中有良好的安全保障。同時在一些低溫環(huán)境中，隔熱板(2b)能將儀器散發(fā)的熱量與傳感器(8)隔離，避免產(chǎn)生干擾誤差。
[0035]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落在本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.本發(fā)明公開了一種實用快速充氣球形機器人。它包括球體、核心處理模塊(3)和一個信息采集模塊(2)，其特征在于: 1)所述球體為一個雙層球膜(1、6):有一個熱塑性聚氨酯彈性外層球膜(I)與一個熱塑性聚氨、酯彈性內(nèi)層球膜(6)構成的內(nèi)氣腔中，內(nèi)外層球膜(1、6)通過若干粘貼在外層球膜(I)內(nèi)壁和內(nèi)層球膜(6)外壁上的熱塑性聚氨酯彈性貼片(4a)及拉繩(4b)相連接； 2)有一個充氣支架(5)由互相垂直連接的熱塑性聚氨酯彈性圓管呈經(jīng)緯交叉的網(wǎng)絡型球體；該充氣支架(5)與所述外層球膜(I)的內(nèi)壁相接觸連接； 3)所述核心處理模塊(3)位于所述球體的球心，通過熱塑性聚氨酯彈性貼片(4a)和拉繩(4b)與內(nèi)層球膜(6)連接，核心處理模塊(3)上含有衛(wèi)星通訊模塊； 4)在所述內(nèi)層球膜(6)上有固定一塊圓形隔熱板(2b)，改隔熱板(2b)周邊通過若干熱塑性聚氨酯彈性拉條(2a)與外層球膜連接，在所述隔熱板上安裝所述信息采集模塊(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的實用快速充氣球形機器人，其特征在于:所述雙層球膜(1、6)具有良好的柔韌性；其內(nèi)充氣支架(5)能承受至少2倍大氣壓，能在-40° ^80°環(huán)境中具有良好的氣密性。
3.根據(jù)權利要求1所述的實用快速充氣球形機器人，其特征在于:在充氣過程中，利用高壓充氣泵對充氣支架(5)充氣，在此過程中，充氣支架的結構剛度變化，利用空氣壓差，使兩層球膜間自然吸氣，既節(jié)省了戶外珍貴的能源，也大大減少了充氣時間，同時提高了整球的剛度；在實際投放過程中，只需兩階段的充氣，就可以完成球形機器人的展開過程。
4.根據(jù)權利要求1所述的實用快速充氣球形機器人，其特征在于:所述核心處理模塊(3)包含核心控制單元，應急電池和溫控系統(tǒng)，用螺釘將其固定在一個容器中，該容器通過貼片拉點與拉繩將其固定在內(nèi)層球膜(6)內(nèi)部。
5.根據(jù)權利要求1所述的實用快速充氣球形機器人，其特征在于:所述信息采集模塊(2)包含各類傳感器(8):溫度傳感器，濕度傳感器，氣壓傳感器等；該信息采集模塊(2)通過螺釘或硅膠固定在所述隔溫板(2b)上，各傳感器透過金屬網(wǎng)對外收集信息。
6.根據(jù)權利要求1所述的實用快速充氣球形機器人，其特征在于:所述衛(wèi)星通訊模塊為基于銥星SBD9602模塊開發(fā)的通訊模塊,包含一塊SBD9602模塊,擴展板一塊，銥星車載天線一臺。
7.根據(jù)權利要求1所述的快速充氣球形機器人，其特征在于:所述內(nèi)部核心處理模塊(3)通過貼片拉點(4a)與內(nèi)層球膜(6)內(nèi)側貼片拉點(4a)連接，保證在球形機器人運動過程中能基本維持在球體中心位置。
【文檔編號】B62D57/00GK103587600SQ201310559139
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】羅均, 姚駿峰, 鄒旭東, 馮凱, 祝川 申請人:上海大學