一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人。該機(jī)器人主要包括一個(gè)柔性球殼、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置和太陽(yáng)能電池薄膜，所述透明柔性球殼通過(guò)充氣口進(jìn)行充氣，密封拉鏈處進(jìn)行內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的安裝；所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置包括導(dǎo)向絲杠、直線步進(jìn)電機(jī)、低溫電池配重、控制系統(tǒng)裝置和端部聯(lián)接裝置，導(dǎo)向絲杠通過(guò)端部聯(lián)接裝置與柔性球殼固定，直線步進(jìn)電機(jī)和低溫電池配重可以沿導(dǎo)向絲杠移動(dòng)驅(qū)動(dòng)球殼運(yùn)動(dòng)；所述太陽(yáng)能電池薄膜貼合在柔性球殼內(nèi)表面進(jìn)行能量的采集，為低溫電池配重不斷充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間正常工作。本發(fā)明通過(guò)風(fēng)力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，遇到困境時(shí)通過(guò)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、易于裝配、能耗低的特點(diǎn)，且對(duì)球殼內(nèi)部空間占用率少，有利于機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其他附加功能，可廣泛應(yīng)用于南極環(huán)境下的科考工作。
【專利說(shuō)明】—種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明隸屬于特種機(jī)器人領(lǐng)域，涉及的是一種機(jī)器人，具體涉及是一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，依靠風(fēng)力和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可用于南極大陸未知環(huán)境的環(huán)境偵查，也可以用于娛樂、軍事、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和功能拓展性。
【背景技術(shù)】
[0002]南極科考在國(guó)家政治領(lǐng)土、軍事戰(zhàn)略、能源安全、氣候環(huán)境等方面具有重要的戰(zhàn)略意義，目前許多國(guó)家都已經(jīng)開始對(duì)南極地區(qū)進(jìn)行探索研究，但是由于物資保障、交通工具、天氣惡劣等原因的限制，科考范圍只集中于靠近海岸的地區(qū)，南極大部分的地方還未被考察過(guò)。
[0003]智能機(jī)器人的應(yīng)用大大提高了南極科考的工作效率，擴(kuò)展了科考人員的活動(dòng)范圍，也減少了科考人員外出活動(dòng)的危險(xiǎn)性。但是大部分的機(jī)器人都是采用電池或燃料發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，這就大大限制機(jī)器人活動(dòng)范圍，并且可能造成污染問(wèn)題，影響南極脆弱的外部環(huán)境。在南極有著豐富的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源，如果對(duì)之加以利用，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在南極“無(wú)限”續(xù)航漫游。
[0004]球形機(jī)器人在許多國(guó)家的科研領(lǐng)域目前還是一個(gè)較新的概念，而且與輪式和足式機(jī)器人相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，所以研究球形機(jī)器人具有很高的應(yīng)用價(jià)值。球形機(jī)器人是一種具有球形外殼的機(jī)器人。球形機(jī)器人最大的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)方式特殊，球形的外殼將使機(jī)器人能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性，因此不怕翻倒，與輪子只能在一個(gè)方向上滾動(dòng)不同，它能夠在一個(gè)平面的任何方向上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在其內(nèi)部裝備各種不同功能的傳感器和執(zhí)行器，就能夠使機(jī)器人具有所需的各種智能功能。
[0005]經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的專利文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的球形機(jī)器人基本上都是通過(guò)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，如戰(zhàn)強(qiáng)的“BHQ-2”，孫漢旭的“BYQ-1II”和哈工大的“HIT”均是通過(guò)2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生偏心力矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。這些球形機(jī)器人雖然可以實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，但用于環(huán)境探測(cè)時(shí)，必須攜帶充足的供電供能裝置為機(jī)器人提供動(dòng)力。但對(duì)于南極環(huán)境時(shí)，基本上條件就不允許能為機(jī)器人提供足夠充足的能源，一旦球形機(jī)器人內(nèi)部能源耗盡，無(wú)法得到能源補(bǔ)給，機(jī)器人將失去繼續(xù)科考的作用。同時(shí)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)式球形機(jī)器人由于內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的重量很大，不僅消耗的能源更多，而且大大限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能和活動(dòng)范圍，難以實(shí)現(xiàn)南極環(huán)境下長(zhǎng)距離的環(huán)境探測(cè)工作。
[0006]國(guó)外的NASA和JPL致力于火星探測(cè)工作而研制了完全風(fēng)驅(qū)式球形機(jī)器人，如Tumbleweed Rover, Hamster-Ball和Tumble-Cup等。完全風(fēng)驅(qū)式球形機(jī)器人雖然解決了能源供給問(wèn)題，但機(jī)器人運(yùn)動(dòng)完全依賴風(fēng)力作用，運(yùn)動(dòng)完全不可控制，當(dāng)機(jī)器人陷入困境時(shí)，不能自主脫困，在實(shí)際應(yīng)用中難以得到推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、易于裝配，能耗低，且對(duì)球體內(nèi)部空間占用率少等特點(diǎn)。通過(guò)外界風(fēng)力驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人陷入困境，如遇到無(wú)法越過(guò)的障礙或是卡在溝渠中時(shí)，可以通過(guò)改變內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置位置調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以越過(guò)或避開障礙，達(dá)到擺脫困境的目的。
[0008]為了達(dá)到上述要求，本發(fā)明的構(gòu)思是:
本發(fā)明通過(guò)完全對(duì)稱布置內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置，避免球形機(jī)器人的初始狀態(tài)不平衡問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)使用柔性球殼增加機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)性；球形機(jī)器人通過(guò)外界風(fēng)力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，避免耗能大問(wèn)題，并且通過(guò)太陽(yáng)能電池薄膜進(jìn)行電池充電，使機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)南極長(zhǎng)距離的探測(cè)工作；球形機(jī)器人可以通過(guò)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置改變機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有一定的自主性。
[0009]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人。該機(jī)器人主要包括一個(gè)柔性球殼、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置和太陽(yáng)能電池薄膜，所述透明柔性球殼通過(guò)其上的充氣口進(jìn)行充氣，并通過(guò)其上的密封拉鏈處進(jìn)行內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的安裝；所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置包括導(dǎo)向絲杠、直線步進(jìn)電機(jī)、低溫電池配重、控制系統(tǒng)裝置和端部聯(lián)接裝置，導(dǎo)向絲杠通過(guò)端部聯(lián)接裝置與柔性球殼固定，直線步進(jìn)電機(jī)套配在導(dǎo)向絲杠上而可以沿導(dǎo)向絲杠移動(dòng)驅(qū)動(dòng)球殼運(yùn)動(dòng)；所述太陽(yáng)能電池薄膜貼合在柔性球殼內(nèi)表面進(jìn)行能量的采集，為低溫電池配重不斷充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間正常工作。所述外部剛性球殼選擇透明材料，有利于觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且外形美觀。同時(shí)外部剛性球殼兩端開口，通過(guò)緊定螺釘與兩個(gè)支承圓盤固定連接。
[0010]所述柔性球殼選擇透明材料，有利于太陽(yáng)能電池薄膜高效率轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能；同時(shí)在柔性球殼的外表面粘連許多小凸點(diǎn)，可以增加機(jī)器人抓地力，避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
[0011 ] 所述端部聯(lián)接裝置由端部固定凸臺(tái)和端部連接板組成，端部固定凸臺(tái)與柔性球殼內(nèi)表面粘合固連；端部連接板通過(guò)螺栓與端部固定凸臺(tái)連接。
[0012]所述導(dǎo)向絲杠沿球形機(jī)器人最大直徑方向布置，并與端部聯(lián)接裝置同緊固螺母進(jìn)行連接。
[0013]所述低溫電池配重和控制系統(tǒng)裝置通過(guò)折彎鈑金件與直線步進(jìn)電機(jī)固連，隨電機(jī)的運(yùn)動(dòng)而相應(yīng)改變位置。太陽(yáng)能電池薄膜電連接低溫電池配重，而低溫電池配重經(jīng)控制系統(tǒng)裝置電連接直線步進(jìn)電機(jī)。
[0014]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)本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人質(zhì)量輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，裝配方便，易于實(shí)現(xiàn)，且外型美觀；
(2)本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人無(wú)任何體積大機(jī)械裝置，大大減少了機(jī)器人球殼內(nèi)部的空間占有率，提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性和功能拓展性；
(3)本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人通過(guò)外界風(fēng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的主要運(yùn)動(dòng)，耗能較少，活動(dòng)范圍大；
(4)本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人在遇到困境時(shí)，通過(guò)改變內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置位置調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以越過(guò)或避開障礙，達(dá)到擺脫困境的目的，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性倉(cāng)泛;
(5)本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人可以通過(guò)太陽(yáng)能電池薄膜進(jìn)行電池充電，不斷為機(jī)器人提供能源，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的長(zhǎng)距離長(zhǎng)時(shí)間科考工作?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的越障示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的避障示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的越溝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例一:
參見圖1，本混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，包括一個(gè)柔性球殼(I)、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置和太陽(yáng)能電池薄膜(2)，其特征在于:所述透明柔性球殼(I)通過(guò)充氣口(10)進(jìn)行充氣，密封拉鏈(9)處進(jìn)行內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的安裝；所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置包括導(dǎo)向絲杠(7)、直線步進(jìn)電機(jī)(5)、低溫電池配重(8)、控制系統(tǒng)裝置(4)和端部聯(lián)接裝置(3)，導(dǎo)向絲杠(7)通過(guò)端部聯(lián)接裝置(3)與柔性球殼(I)固定，直線步進(jìn)電機(jī)(5)套配在導(dǎo)向絲杠(7)上而可以沿導(dǎo)向絲杠(7 )移動(dòng)驅(qū)動(dòng)球殼(I)運(yùn)動(dòng)；所述低溫電池配重(8 )和控制系統(tǒng)裝置(4 )通過(guò)一個(gè)折彎鈑金件(6 )與直線步進(jìn)電機(jī)(5 )固連；太陽(yáng)能電池薄膜(2 )電連接低溫電池配重(8 )，而低溫電池配重(8 )經(jīng)控制系統(tǒng)裝置(4 )電連接直線步進(jìn)電機(jī)(5 );所述太陽(yáng)能電池薄膜(2 )貼合在柔性球殼(I)內(nèi)表面進(jìn)行能量的采集，為低溫電池配重(8)不斷充電而向直線步進(jìn)電機(jī)(5)供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間正常工作。
[0021]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:所述柔性球殼(I)選擇透明材料，有利于太陽(yáng)能電池薄膜(2)高效率轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能；同時(shí)在柔性球殼(I)的外表面粘連許多小凸點(diǎn)，可以增加機(jī)器人抓地力，避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。所述端部聯(lián)接裝置(3)由端部固定凸臺(tái)(3-A)和端部連接板(3-B)組成，端部固定凸臺(tái)(3-A)與柔性球殼(I)內(nèi)表面粘合固連；端部連接板(3-B)通過(guò)螺栓與端部固定凸臺(tái)(3-A)連接。
[0022]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
參見圖f圖4，本混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，通常情況下，機(jī)器人依靠外界風(fēng)力作用進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，此時(shí)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置不工作且位于球心處。當(dāng)球形機(jī)器人陷入困境，如遇到無(wú)法越過(guò)的障礙或是卡在溝渠中時(shí)，可以通過(guò)改變內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置位置調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以越過(guò)或避開障礙，達(dá)到擺脫困境的目的。
[0023]本機(jī)器人質(zhì)量輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，裝配方便，易于實(shí)現(xiàn)，且外型美觀；機(jī)器人無(wú)任何體積大機(jī)械裝置，大大減少了機(jī)器人球殼內(nèi)部的空間占有率，提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性和功能拓展性；機(jī)器人通過(guò)太陽(yáng)能電池薄膜(2)進(jìn)行電池充電，不斷為機(jī)器人提供能源，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的長(zhǎng)距離長(zhǎng)時(shí)間科考工作。
[0024]本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，質(zhì)量輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，裝配方便，易于實(shí)現(xiàn)，且外型美觀；本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人無(wú)任何體積大機(jī)械裝置，大大減少了機(jī)器人球殼內(nèi)部的空間占有率，提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性和功能拓展性；本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人通過(guò)外界風(fēng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的主要運(yùn)動(dòng)，耗能較少，活動(dòng)范圍大；本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人在遇到困境時(shí)，通過(guò)改變內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置位置調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以越過(guò)或避開障礙，達(dá)到擺脫困境的目的，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能；本發(fā)明混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人可以通過(guò)太陽(yáng)能電池薄膜(2)進(jìn)行電池充電，不斷為機(jī)器人提供能源，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的長(zhǎng)距離長(zhǎng)時(shí)間科考工作，可廣泛用于南極環(huán)境下的科考工作，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，包括一個(gè)柔性球殼(I)、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置和太陽(yáng)能電池薄膜(2)，其特征在于:所述透明柔性球殼(I)通過(guò)其上的一個(gè)充氣口(10)進(jìn)行充氣，并通過(guò)其上的一個(gè)密封拉鏈(9)處進(jìn)行所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的安裝；所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置包括導(dǎo)向絲杠(7)、直線步進(jìn)電機(jī)(5)、低溫電池配重(8)、控制系統(tǒng)裝置(4)和端部聯(lián)接裝置(3 )，所述導(dǎo)向絲杠(7 )通過(guò)兩個(gè)端部聯(lián)接裝置(3 )與柔性球殼(I)固定連接，直線步進(jìn)電機(jī)(5 )套配在導(dǎo)向絲杠(7 )上而可沿導(dǎo)向絲杠(7 )移動(dòng)驅(qū)動(dòng)球殼(I)運(yùn)動(dòng)；所述低溫電池配重(8)和控制系統(tǒng)裝置(4)通過(guò)一個(gè)折彎鈑金件(6)與直線步進(jìn)電機(jī)(5)固連；太陽(yáng)能電池薄膜(2)電連接低溫電池配重(8)，而低溫電池配重(8)經(jīng)控制系統(tǒng)裝置(4)電連接直線步進(jìn)電機(jī)(5);所述太陽(yáng)能電池薄膜(2)貼合在柔性球殼(I)內(nèi)表面進(jìn)行能量的采集，為低溫電池配重(8)不斷充電而向直線步進(jìn)電機(jī)(5)供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間正常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，其特征在于:所述柔性球殼(I)選擇透明材料，有利于太陽(yáng)能電池薄膜(2)高效率轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，其特征在于:所述柔性球殼(I)外表面粘連許多小凸點(diǎn)，增加機(jī)器人抓地力，避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)型南極科考球形機(jī)器人，其特征在于:所述端部聯(lián)接裝置(3)由端部固定凸臺(tái)(3-A)和端部連接板(3-B)組成,端部固定凸臺(tái)(3-A)與柔性球殼(I)內(nèi)表面粘合固連；端部連接板(3-B)通過(guò)螺栓與端部固定凸臺(tái)(3-A)連接。
【文檔編號(hào)】B62D57/02GK103991486SQ201410223705
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】羅均, 鄒旭東, 馬捷, 姚駿峰, 謝少榮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)