地面巡視球形探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種地面巡視球形探測(cè)器，屬于地面移動(dòng)機(jī)器人探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。它包括呈全封閉結(jié)構(gòu)的透明球形薄膜、懸浮機(jī)構(gòu)、探測(cè)頭；上述懸浮機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝有電源，懸浮機(jī)構(gòu)外圈沿圓周方向均勻貼有n片電極板；上述透明球形薄膜的內(nèi)表面噴涂有透明導(dǎo)電薄層，透明導(dǎo)電薄層內(nèi)表面按足球外表面的拼接方式粘貼正五邊形和正六邊形的透明壓電薄膜；透明球形薄膜由于內(nèi)部油液和懸浮機(jī)構(gòu)重力作用，底部變形。本實(shí)用新型利用在電極板與其對(duì)應(yīng)的透明球形薄膜區(qū)域之間形成的局部電場(chǎng)，使設(shè)置在相應(yīng)區(qū)域的透明壓電薄膜在該電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生彎曲作動(dòng)效果，從而驅(qū)動(dòng)透明球形薄膜變形并滾動(dòng)，它可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻采集。
【專利說(shuō)明】地面巡視球形探測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種地面探測(cè)機(jī)器人，具體是一種地面巡視球形探測(cè)器。

【背景技術(shù)】
[0002] 探測(cè)技術(shù)是信息獲取的主要手段之一，面對(duì)各種復(fù)雜、危險(xiǎn)環(huán)境使用傳統(tǒng)偵查的 方式不僅難以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送回指揮部門(mén)，而且無(wú)法確保偵查人員的安全，因此目前急需 一種能夠快速進(jìn)入各種復(fù)雜、危險(xiǎn)環(huán)境并實(shí)時(shí)取得偵查數(shù)據(jù)的探測(cè)器，保證指揮部門(mén)能夠 實(shí)時(shí)全面的掌握偵查現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。
[0003] 傳統(tǒng)的地面探測(cè)器設(shè)置有框架等車(chē)體結(jié)構(gòu)，其行走機(jī)構(gòu)的基本驅(qū)動(dòng)方式采用輪 式、履帶式或輪履復(fù)合式。隨著現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，可以從機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng) 方式上尋求突破，保證地面移動(dòng)機(jī)器人具有良好運(yùn)動(dòng)性能的前提下，降低地面移動(dòng)機(jī)器人 的重量，提高地面移動(dòng)機(jī)器人的越障能力。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型旨在研發(fā)一種地面巡視球形探測(cè)器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)噪音、 小型化、越障能力高、安全性高、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] -種地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于：包括呈全封閉結(jié)構(gòu)的透明球形薄膜，還包 括位于透明球形薄膜內(nèi)處于1/3至1/2高度的油液，還包括懸浮于油液中的懸浮機(jī)構(gòu)，還包 括安裝于懸浮機(jī)構(gòu)上的探測(cè)頭；上述懸浮機(jī)構(gòu)由外圈、上配重塊、下配重塊組成；懸浮機(jī)構(gòu) 內(nèi)安裝有電源，外圈沿圓周方向均勻貼有η片電極板，每片電極板橫跨圓周2 π /n的弧度， 并分別與電源正極的η個(gè)驅(qū)動(dòng)端口連接，相鄰電極板間設(shè)置有絕緣層，η為大于等于4小于 等于16的自然數(shù)；上述透明球形薄膜的內(nèi)表面噴涂有透明導(dǎo)電薄層，透明導(dǎo)電薄層內(nèi)表面 按足球外表面的拼接方式粘貼正五邊形和正六邊形的透明壓電薄膜，且相鄰的兩片透明壓 電薄膜之間具有防止彎曲變形相互影響的安全間隙，透明導(dǎo)電薄層與電源負(fù)極連接；透明 球形薄膜由于內(nèi)部油液和懸浮機(jī)構(gòu)重力作用，底部變形；所述的電極板正好靠近透明球形 薄膜底部變形后曲率最大處。
[0006] 所述的地面巡視球形探測(cè)器的工作方式，其特征在于：所述的電極板、透明球形薄 膜內(nèi)表面上的透明導(dǎo)電薄層以及油液三部分在地面巡視球形探測(cè)器靠近底部區(qū)域構(gòu)成一 個(gè)電容，當(dāng)電源正極的驅(qū)動(dòng)端口對(duì)第m (1 < m < η)片電極板供電時(shí)，在此電容間形成一 個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)；利用透明壓電薄膜在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生彎曲作動(dòng)的特點(diǎn)，當(dāng)電源對(duì)左側(cè)的第m (1 < m < η)片電極板供電時(shí)，在地面巡視球形探測(cè)器的左下角區(qū)域構(gòu)成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，使 處在該電場(chǎng)中的透明壓電薄膜產(chǎn)生彎曲變形，從而迫使左下角區(qū)域的透明球形薄膜產(chǎn)生彎 曲變形，具體為向右上方彎曲，變形后的透明球形薄膜推動(dòng)在其內(nèi)部的油液，油液在推力的 作用下向右平移，油液作用于透明球形薄膜的右側(cè)，同時(shí)使透明球形薄膜右側(cè)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的 彎曲變形，具體為向右下方彎曲，因此整個(gè)地面巡視球形探測(cè)器向右滾動(dòng)一小段距離；由于 位于電場(chǎng)區(qū)域的透明壓電薄膜產(chǎn)生了變形，改變了電容間的間隙，從而改變了電場(chǎng)的強(qiáng)度， 同時(shí)透明球形薄膜被迫向右運(yùn)動(dòng)帶著該部分的透明壓電薄膜運(yùn)動(dòng)且離開(kāi)左下角處的局部 電場(chǎng)，因此下一區(qū)域的透明壓電薄膜將進(jìn)入該電場(chǎng)中，同時(shí)迫使下一區(qū)域的透明球形薄膜 上的透明導(dǎo)電薄層與電極板重新構(gòu)成新的電容，相應(yīng)區(qū)域的透明壓電薄膜產(chǎn)生彎曲作動(dòng)， 再一次驅(qū)動(dòng)整個(gè)地面巡視球形探測(cè)器滾動(dòng)一小段距離，不斷重復(fù)上述過(guò)程，從而迫使地面 巡視球形探測(cè)器不斷向右運(yùn)動(dòng)；在地面巡視球形探測(cè)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，油液始終在透明球形 薄膜內(nèi)處于水平狀態(tài)，透明球形薄膜內(nèi)的懸浮機(jī)構(gòu)為底部空間大，上端空間小的不倒翁的 形狀，懸浮機(jī)構(gòu)靜止的懸浮在油液中，位于透明球形薄膜的球心處，且下配重塊的質(zhì)量大于 上配重塊的質(zhì)量，使得懸浮機(jī)構(gòu)的重心靠近底部而不會(huì)發(fā)生傾倒，即地面球形探測(cè)器的運(yùn) 動(dòng)不影響內(nèi)部懸浮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)工作及探測(cè)工作，因此安裝于懸浮機(jī)構(gòu)上的探測(cè)頭可以在運(yùn) 動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行視頻及圖形采集等偵查工作。
[0007] 本實(shí)用新型利用透明壓電薄膜在電場(chǎng)作用下的彎曲作動(dòng)效應(yīng)，使與其粘貼在一起 的透明球形薄膜彎曲變形，并在與油液的相互作用下驅(qū)動(dòng)地面巡視球形探測(cè)器運(yùn)動(dòng)，使得 地面巡視球形探測(cè)器無(wú)需前后輪及其支撐結(jié)構(gòu)，不需要電機(jī)、車(chē)體框架等結(jié)構(gòu)，有效的減輕 了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量，使其重量輕、機(jī)動(dòng)靈活、負(fù)重更多、提高了地面巡視球形探測(cè)器的越障 能力；同時(shí)透明壓電薄膜響應(yīng)快，能耗低，可以提高球形運(yùn)動(dòng)的工作時(shí)間和使用壽命。
[0008] 所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于：上述電極板與透明球形薄膜底部變形 后曲率最大處的曲率相等，使得電極板各處與透明球形薄膜內(nèi)表面法向間距相等，保證每 片電極板通電后與透明球形薄膜內(nèi)表面的透明導(dǎo)電薄層構(gòu)成的電容內(nèi)部形成勻強(qiáng)電場(chǎng)。
[0009] 所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于：上述η為偶數(shù)，通過(guò)調(diào)整對(duì)電源正極 不同驅(qū)動(dòng)端口供電，使得球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以左右對(duì)稱的調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，調(diào)整方向的精度為 2 π /η〇
[0010] 所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于：上述懸浮機(jī)構(gòu)由質(zhì)量輕的非金屬材料 制成，外形設(shè)置為底部空間大，上端空間小的不倒翁形狀，使得懸浮裝置在油液中不易傾 倒，保證內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置和探測(cè)頭的正常工作。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是地面巡視球形探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是透明壓電薄膜陣列粘貼示意圖；
[0013] 圖3是懸浮機(jī)構(gòu)外圈及電極板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖4是電極板分區(qū)示意圖；
[0015] 圖5是電源及上、下配重塊的正視圖；
[0016] 圖6是電源及上、下配重塊的剖視圖；
[0017] 圖7是懸浮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖8是透明球形薄膜內(nèi)注入油液置于地面變形后的剖視圖；
[0019] 圖9是透明球形薄膜運(yùn)動(dòng)原理圖；
[0020] 圖10是地面巡視球形探測(cè)器運(yùn)動(dòng)示意圖；
[0021] 其中1-上配重塊，2-電源，3-下配重塊，4-電極板，5-懸浮機(jī)構(gòu)，6-油液，7-透明 壓電薄膜，8-透明導(dǎo)電薄層，9-透明球形薄膜，10-外圈，11-螺栓，12-探測(cè)頭。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0023] -種地面巡視球形探測(cè)器，包括透明球形薄膜、透明導(dǎo)電薄層、透明壓電薄膜、油 液、懸浮機(jī)構(gòu)、電源、上配重塊、下配重塊、電極板、外圈、探測(cè)頭和螺栓，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。所述的透明球形薄膜的內(nèi)表面噴涂有透明導(dǎo)電薄層，透明導(dǎo)電薄層內(nèi)表面按足球外 表面的拼接方式粘貼正五邊形和正六邊形的透明壓電薄膜，且相鄰的兩片透明壓電薄膜之 間具有防止彎曲變形相互影響的安全間隙，透明導(dǎo)電薄層與電源負(fù)極連接，其具體布置方 式如圖2所示；所述的透明球形薄膜內(nèi)注入1/3至1/2高度的油液，以保證懸浮機(jī)構(gòu)靜止懸 浮在油液中，并且使得電極板靠近透明球形薄膜變形后底部曲率最大處，使得整個(gè)懸浮裝 置位于透明球形薄膜球心處；電源設(shè)置在上、下配重塊之間，并通過(guò)三組螺栓固定，在電源 上設(shè)置有功能裝置，包括控制器、傳感器、信號(hào)接收器和發(fā)射器；懸浮機(jī)構(gòu)由質(zhì)量輕的非金 屬材料制成，外形設(shè)置為底部空間大，上端空間小的不倒翁形狀，底部設(shè)置有三個(gè)通孔用于 螺栓固定，在連接處設(shè)置有三個(gè)密封圈防止油液滲入到懸浮機(jī)構(gòu)內(nèi)，外圈設(shè)置有電極板分 區(qū)，如圖3所示；所述的電極板共η片，圓周陣列設(shè)置在懸浮機(jī)構(gòu)外圈，其中每片電極板寬度 為2 π /η弧長(zhǎng)，并且η片電極板分別與電源正極的η個(gè)驅(qū)動(dòng)端口連接，相鄰電極板間設(shè)置有 絕緣層，在電源電路的控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)2 π /η角度的方向調(diào)整，電極板在懸浮機(jī)構(gòu)外圈的 具體分區(qū)方式如圖4所示；所述的電源及上、下配重塊通過(guò)三組螺栓固定在懸浮機(jī)構(gòu)內(nèi)，并 且下配重塊比上配重塊質(zhì)量大，使得整個(gè)懸浮機(jī)構(gòu)的重心靠近底部，如圖5和圖6所示；所 述的懸浮機(jī)構(gòu)包括外圈、電源、上配重塊、下配重塊、電極板、螺栓和探測(cè)頭，其中電源、上配 重塊、下配重塊通過(guò)三組螺栓與懸浮機(jī)構(gòu)固定連接，探測(cè)頭與上配重塊上端通過(guò)螺紋連接 固定在懸浮機(jī)構(gòu)上，如圖7所示；所述的透明球形薄膜內(nèi)部注入1/3至1/2高度的油液，透 明球形薄膜由于內(nèi)部油液和懸浮機(jī)構(gòu)的重力作用，底部變形，如圖8所示；所述的電極板正 好靠近透明球形薄膜底部變形后曲率最大處。
[0024] 當(dāng)?shù)孛嫜惨暻蛐翁綔y(cè)器通過(guò)信號(hào)接收器接收到指揮部門(mén)的命令開(kāi)始工作時(shí)，所述 的電極板、透明球形薄膜內(nèi)表面上的透明導(dǎo)電薄層以及油液三部分在靠近底部區(qū)域構(gòu)成一 個(gè)電容，電源正極的驅(qū)動(dòng)端口對(duì)左側(cè)第η)片電極板供電時(shí)，在球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的左 下角區(qū)域構(gòu)成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)透明壓電薄膜處在勻強(qiáng)電場(chǎng)中；利用透明壓電薄膜在電場(chǎng)作用 下的彎曲作動(dòng)效應(yīng)，使處在該電場(chǎng)中的透明壓電薄膜產(chǎn)生彎曲變形，從而迫使左下角區(qū)域 的透明球形薄膜產(chǎn)生彎曲變形，具體為向右上方彎曲，變形后的透明球形薄膜推動(dòng)在其內(nèi) 部的油液，油液在推力的作用下向右平移，油液作用于透明球形薄膜的右側(cè)，同時(shí)使透明球 形薄膜右側(cè)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的彎曲變形，具體為向右下方彎曲，因此整個(gè)球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)向右滾動(dòng) 一小段距離；由于位于電場(chǎng)區(qū)域的透明壓電薄膜產(chǎn)生了變形，改變了電容間的間隙，從而改 變了電場(chǎng)的強(qiáng)度，同時(shí)透明球形薄膜被迫向右運(yùn)動(dòng)帶著該部分的透明壓電薄膜運(yùn)動(dòng)且離開(kāi) 左下角處的局部電場(chǎng)，因此下一區(qū)域的透明壓電薄膜將進(jìn)入該電場(chǎng)中，同時(shí)迫使下一區(qū)域 的透明球形薄膜上的透明導(dǎo)電薄層與電極板重新構(gòu)成新的電容，如圖9所示，相應(yīng)區(qū)域的 透明壓電薄膜產(chǎn)生彎曲作動(dòng)，再一次驅(qū)動(dòng)整個(gè)球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滾動(dòng)一小段距離，不斷重復(fù)上 述過(guò)程，從而迫使球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不斷向右運(yùn)動(dòng)；其具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖10所示；在地面巡視 球形探測(cè)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，油液始終在透明球形薄膜內(nèi)處于水平狀態(tài)，透明球形薄膜內(nèi)的懸 浮機(jī)構(gòu)為底部空間大，上端空間小的不倒翁的形狀，懸浮機(jī)構(gòu)靜止的懸浮在油液中，位于透 明球形薄膜的球心處，且下配重塊的質(zhì)量大于上配重塊的質(zhì)量，使得懸浮機(jī)構(gòu)的重心靠近 底部而不會(huì)發(fā)生傾倒，即地面球形探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)不影響內(nèi)部懸浮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)工作及探測(cè)工 作，因此安裝于懸浮機(jī)構(gòu)上的探測(cè)頭可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行視頻及圖形采集等偵查工作； 根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中探測(cè)頭捕捉到的地面環(huán)境，通過(guò)傳感器以及控制器調(diào)整電源輸出電信號(hào)以 調(diào)控球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度；經(jīng)探測(cè)頭捕捉發(fā)現(xiàn)前方有不可跨越的困難障礙物時(shí)，可以 控制調(diào)整電源正極對(duì)不同驅(qū)動(dòng)端口的電極板供電以調(diào)控地面巡視球形探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)方向， 由于電極板分為η片圓周陣列在懸浮機(jī)構(gòu)的外圈，所以可以實(shí)現(xiàn)2 π /n的小角度的運(yùn)動(dòng)方 向的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的靈活控制，大大提高其躲避障礙物的能力和越障能力。
【權(quán)利要求】
1. 一種地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于： 包括呈全封閉結(jié)構(gòu)的透明球形薄膜（9)，還包括位于透明球形薄膜（9)內(nèi)處于1/3至 1/2高度的油液（6)，還包括懸浮于油液（6)中的懸浮機(jī)構(gòu)（5)，還包括安裝于懸浮機(jī)構(gòu)（5) 上的探測(cè)頭（12); 上述懸浮機(jī)構(gòu)（5 )由外圈（10 )、上配重塊（1)、下配重塊（3 )組成；懸浮機(jī)構(gòu)（5 )內(nèi)安裝 有電源（2)，外圈（10)沿圓周方向均勻貼有η片電極板（4)，每片電極板（4)橫跨圓周2 π / η的弧度，并分別與電源（2)正極的η個(gè)驅(qū)動(dòng)端口連接，相鄰電極板（4)間設(shè)置有絕緣層，η 為大于等于4小于等于16的自然數(shù)； 上述透明球形薄膜（9)的內(nèi)表面噴涂有透明導(dǎo)電薄層（8)，透明導(dǎo)電薄層（8)內(nèi)表面按 足球外表面的拼接方式粘貼正五邊形和正六邊形的透明壓電薄膜（7)，且相鄰的兩片透明 壓電薄膜（7)之間具有防止彎曲變形相互影響的安全間隙，透明導(dǎo)電薄層（8)與電源（2)負(fù) 極連接； 透明球形薄膜（9)由于內(nèi)部油液（6)和懸浮機(jī)構(gòu)（5)重力作用，底部變形；所述的電極 板（4 )正好靠近透明球形薄膜（9 )底部變形后曲率最大處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于： 上述電極板（4)與透明球形薄膜（9)底部變形后曲率最大處的曲率相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于： 上述η為偶數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面巡視球形探測(cè)器，其特征在于： 上述懸浮機(jī)構(gòu)（5)由質(zhì)量輕的非金屬材料制成，外形設(shè)置為底部空間大，上端空間小的 不倒翁形狀。
【文檔編號(hào)】B62D57/00GK203888918SQ201420180675
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】舒承有, 黃翀, 王亮, 金家楣, 季瑞南 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)