[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

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及非电变量的控制或调节系统中有关陆地、水上运载工具的二维行走的控制装置，具体地说是一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，可用于极地、沙漠等地面环境和行星表面的环境探测，也可用于运输、侦查、娱乐、军事等领域。

背景技术

目前的环境探测机器人几乎都是轮式机器人。轮式机器人虽然具有越障能力强、稳定性高等特点，但是由于自身结构比较复杂，造价都非常昂贵，不利于作群体协同工作；而且受自身携带能源制约，活动范围有限，不利于作大规模、远距离环境探测。

球形机器人是一种具有球形外壳的机器人。球形机器人最大的特点是运动方式特殊，球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性，因此不怕翻倒，与轮子只能在一个方向上滚动不同，它能够在一个平面的任何方向上做滚动运动。同时，在其内部装备各种不同功能的传感器和执行器，就能够使其具有所需的各种智能功能。目前国内现有的球形机器人专利均为内驱动球形机器人，但作为环境探测机器人，必须携带足够的能源、燃料或供能装置，用于驱动内部测控系统和自身运动驱动系统。其中内驱动球形机器人的运动驱动系统，所需的能源占绝大部分。因此，内驱动球形机器人受携带能源的制约，活动范围受限，难以实现远距离大范围环境探测。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有环境探测机器人装置存在的技术问题，提出了一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，使其在风力作用下，根据不同的地形环境自动的选择滚动、弹跳和漂浮等运动方式，并且具有能耗低、成本小的特点，同时还增强了机器人的机动性和环境的适应性，提高了对自然风能的利用率。

实现本发明的技术方案是：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、隔膜布板装置、外层气囊、内层气囊、内核球体系统及有关部件；它是将半圆形挡板装置、隔膜布板装置、外层气囊和内层气囊相联接，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，与内核球体系统进行铰联接方式有机的组合安装而构成。内层气囊中充有氢/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。内核球体中的氢/氦气装置是氢/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，根据外界环境条件控制内核球体中的氢/氦气装置和充放气装置，向外层气囊中充、放气，使得机器人具有纯滚动和漂浮两种运动状态。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的外部，构成不同结构的球形机器人。本发明图例以六块半圆形挡板部件均匀配置在内核球体的外部的结构进行说明，参见图1、图2所示。

半圆形挡板装置由六块半圆形挡板部件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上固连的内核铰联接轴形成同轴转动副。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。隔膜布板装置包括六块隔膜布板，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，位于六块半圆形挡板部件的中截面上，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。其中，六块半圆形挡板部件中的一块由小半圆板和半圆环形板拼合而成，小半圆板和半圆环形板分别与两块相邻的隔膜布板固联；相邻的半圆形挡板部件之间分别安装有扭簧，其安装轴线沿各半圆形挡板部件的半圆轴边方向；扭簧由电控爆断开关通过人工指令方式控制其打开。

外层气囊与内层气囊均为十二瓣，分别位于半圆形挡板部件与隔膜布板部件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、内层气囊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；十二瓣内层气囊的气囊瓣中都预先充满了氢/氦气，而外层气囊在机器人的初始状态是紧贴在内层气囊上的，内层气囊中的氢/氦气气体足够多，使得内层气囊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。