[发明专利]一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人

权利要求书

1.一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于：该球形机器人是一种可展开结构，其初始为折叠态，呈半圆饼状，易于太空发射、储运和收藏；完全展开的形态是：机器人整体呈球形轮廓；该机器人包括半圆形挡板装置(1)、隔膜布板装置(2)、外层气囊(3)、内层气囊(4)和内核球体系统；半圆形挡板装置(1)、隔膜布板装置(2)、外层气囊(3)和内层气囊(4)通过铰联接在内核球体系统的外部过中轴安装的内核铰联接轴(15)上；内层气囊(4)中充有氢/氦气体，内层气囊所受的浮力略小于机器人自身的重力，使球形机器人在探测环境表面受风力驱动做滚动运动；内核球体(5)中的氢/氦气装置(8)是氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置；安装在内核球体系统中的核心控制板(11)，根据外界环境条件控制内核球体(5)中的氢/氦气装置(8)和充放气装置(9)，向外层气囊(3)中充、放气，使得机器人具有纯滚动或漂浮两种运动状态；为达到在不同的探测环境实现不同的风力载荷的目的，半圆形挡板装置(1)可设计为4块、6块、8块、10块或12块，并将它们均匀配置在内核球体(5)的外部，构成不同结构的球形机器人。

2.根据权利要求1所述的风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于，半圆形挡板装置(1)由半圆形挡板部件(1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6)相互之间有序的联接而组成，这些部件均匀地配置在内核球体系统的外围，外形均为半圆环形，各个半圆形挡板部件的外轮廓边缘均在同一球面上，以半圆轴边与内核球体(5)上固连的内核铰联接轴(15)形成同轴转动副；半圆形挡板的外边缘材料为聚四氟乙烯，内部材料为尼龙布；隔膜布板装置(2)包括隔膜布板(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6)，材料为尼龙布；这些隔膜布板为共面的、均匀分布可折叠的薄扇形板，位于半圆形挡板装置(1)的中截面上，且垂直于各个半圆形挡板部件，均匀配置于内核球体系统的外围，并分别与各半圆形挡板部件固联；半圆形挡板部件(1-6)由小半圆板(1-6’)和半圆环形板(1-6”)拼合而成，小半圆板(1-6’)与隔膜布板(2-6)固联，半圆环形板(1-6”)则与隔膜布板(2-5)固联；相邻的半圆形挡板部件之间分别安装有扭簧(16)，其安装轴线沿各半圆形挡板部件的半圆轴边方向；扭簧(16)由电控爆断开关(17)通过人工指令方式控制其打开；

外层气囊(3)与内层气囊(4)均为十二瓣，分别位于半圆形挡板装置(1)与隔膜布板装置(2)形成的十二个相同的异形扇状开口腔体内；十二瓣外层气囊(3)、内层气囊(4)的气囊瓣均为扇状体，各层的气囊瓣相互组合分别构成一个球体气囊，气囊瓣扇状体体积为各自构成的球体体积的十二分之一；两层气囊均采用弹性尼龙布材料制成；十二瓣内层气囊(4)的气囊瓣中都预先充满了氢/氦气，而外层气囊(3)在机器人的初始状态是紧贴在内层气囊(4)上的，内层气囊(4)中的氢/氦气气体足够多，使得内层气囊(4)所受的外界空气的浮力，略小于整个装置所受的重力，机器人在此状态下，由外界风力的驱动可做纯滚动运动；

对于十二瓣外层气囊(3)和内层气囊(4)，在其每两扇瓣之间的半圆形挡板部件上安装有充放气用的聚乙烯塑料管(6)，它是多通路联接管，塑料管(6)一端的两个通路出口分别与内核球体(5)内部的氢/氦气装置(8)和充放气装置(9)封闭联接，另一端三个通路出口的两个通路出口分别与十二瓣外层气囊(3)以及内层气囊(4)封闭联接，剩余的一个通路开口朝向外界环境；塑料管(6)的各通路口联接处均安装有电磁气阀(10)；十二瓣外层气囊(3)和内层气囊(4)上均安装有气嘴(7)，用于联接塑料管(6)；各十二瓣外层气囊(3)通过其两侧分别与半圆形挡板装置(1)粘接联接，各十二瓣内层气囊(4)通过其内侧分别与内核球体(5)外表面粘接联接；氢/氦气装置(8)和充放气装置(9)的充/放气量，均由核心控制板(11)控制电磁气阀(10)来予以实现；

内核球体系统是一个封闭薄壁空心球体装置，其壳体即内核球体(5)为硬质轻合金材料；其外部过中轴安装有内核铰联接轴(15)，其内部安装有氢/氦气装置(8)、充放气装置(9)、电磁气阀(10)、核心控制板(11)、电源(12)、传感器组(13)以及无线收发模块(14)，其功能一方面是生成轻质气体并进行充放气工作，另一方面是获取环境信息并与外界进行无线通信。

3.根据权利要求2所述的风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于，该机器人构型是一种可展开结构，其初始为折叠状态，它是由半圆形挡板装置(1)折叠为半圆饼状，外围有包装带(18)紧密捆扎以维持其半圆饼状形态；隔膜布板装置(2)、未充气的十二瓣外层气囊(3)和十二瓣内层气囊(4)则分别折叠压贴于各挡板之间；其中，小半圆板(1-6，)和半圆环形板(1-6”)分别位于此半圆饼状体两相反外表面，此时扭簧(16)均处于压缩状态；当该机器人运送/发射到达某一探测环境开始工作时，通过人工发送指令，控制启动包装带(18)上的电控爆断开关(17)，使其断开包装带(18)；被压缩的扭簧(16)随后则自动弹性伸展，拉动半圆形挡板装置(1)围绕内核铰联接轴(15)转动展开，隔膜布板装置(2)、十二瓣外层气囊(3)和十二瓣内层气囊(4)从而顺次展开，直到小半圆板(1-6’)和半圆环形板(1-6”)在扭簧(16)作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板(1-6’)外缘与半圆环形板(1-6”)内缘卡位相切，本机器人展开过程完成；同时，触发核心控制板(11)发出指令，打开电磁气阀(10)，将预先压缩的一定量氢/氦气轻质气体通过充放气装置(9)充入内层气囊(4)中，这时形成的外轮廓为工作状态的球形结构；而且，其风载升力和浮力的合力略小于重力，球形机器人在探测环境表面受风力驱动将做滚动运动。