[发明专利]一种均衡发电球形机器人

说明书

本发明公开了一种均衡发电球形机器人。其整体结构仿蒲公英设计，它包括双层球体结构、电能采集装置。所述双层球体，包括硬质的内层球形壳体和可充气的外层球形壳体组成，在内外球形壳体之间空腔中安装电能采集装置。所述电能收集装置包括主管道和末梢分支管道组成，主管道底端与内层球体外壁相连，末梢分支管道与外层球体相连，发电管道支撑内外球壳。在随球体滚动过程中，将动能转化为电能利用。18根发电管道成空间高度对称结构布置，实现全向运动均衡发电的目的。遇到障碍物限制运动情况，末梢分支管道利用微振动发电。发电管道产生电能供给通讯、科考设备。本发明可实现在任意风向下的均衡发电，能源利用率高，适用于极地强风环境下的探测应用。

技术领域

本发明涉及一种具有全方位的均衡发电球形机器人，是一种可以运用于极地科考探测的球形机器人。属于移动机器人开发的领域。

背景技术

南极被人们称为第七大陆，是地球上最后一个被发现、唯一没有土著人居住的大陆。但是在这天寒地冻之下,却有着极其重要的考察意义。南极地区的矿产资源极为丰富，蕴藏的矿物有220余种。面对如此丰富的资源，人类必然需要进行勘探，研究，以便将来对它们的使用。但是，南极地区的生态环境又极其恶劣，研究人员直接对未知领域地区进行科考有非常大的危险。因此，研究人员提出了机器人代替人类对南极未知领域的勘探，目前在南极实现科考、勘探任务的机器人有多种如履带式、轮式和球形机器人等。由于南极的持续强风的特点，球形机器人因其独特的球体结构外形，在运动过程中不存在倾倒问题，当与障碍物或其他运动机构发生碰撞时，具有较强的自我恢复能力，而且所有零部件都封装在球壳内，因此其内部部件可以得到球壳的保护，同时球形结构使得机器人内部布置紧凑，节省空间。在南极科考发挥了重大作用。

目前的关于球形机器人的能源获得方式与续航能力一直是困扰研究人员的主要问题，目前球形机器人的能源获得方式主要可分为两类，第一类是携带蓄电池提供，其特点是可以提供给对电能高消耗的主动驱动机构工作，适用于具有主动驱动式的球形机器人，但蓄电池电能一旦消耗完，就必须进行人工更换后才能继续工作，这就大大限制了球形机器人的工作科考范围。

另一类能源获得方式是再生能源，主要是利用环境能量转化成可利用的电能，目前主要有风力和太阳能两种，利用太阳能需安装太阳能板或是太阳能薄膜，但基于球形机器人的特殊结构，安装困难且能源利用率低，实用价值并不大。而风力是利用球形机器人在风驱动下滚动过程中动能转化成电能，实现能源的再生。

1999年起至今，美国航空航天局NASA都在致力于研究适用于火星探测的球形机器人Tumbleweed，它采用存风力驱动，这是一种大型的，靠风力吹动的充气式球体，内置蓄电池供能但摒弃了主动驱动机构，同时在球体内部携带有各种检测仪器等载荷。由于整个球体是充气式的，运输时可以放气，将体积减小到极小的程度，非常便于携带。整个机器人结构简单轻便，为研究工作者在大面积区域内进行数据采集工作提供了有效而简便的方法。在格陵兰岛，风滚草巡游者完成了独自穿越130多公里长的冰原的探测工作。全程由内置蓄电池为传感器供能，通过卫星网络传回了沿途的温度和压力的可靠数据。

2010年加拿大多伦多大学提出了一种单摆式电能采集球形机器人，它在强风环境下利用随风自由滚动，同时带动固定在球壳的主轴随球转动，主轴转动带动发电机齿轮转动，将动能转换成电能储存在蓄电池中。同时在低风环境下，可以利用蓄电池电能驱动电机，通过移动单摆重物来改变重心实现主动控制驱动。

为实现大范围、长时间对未知地区科考，能源再生问题亟待解决，提出一种适合球形机器人特殊结构，同时契合南极恶劣环境的能源采集和有效利用是未来研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种在极地强风环境下实现全方位的运动均衡发电球形机器人。该机器人可进行全方向风力驱动，利用球形机器人滚动的动能转化电能同时在任意风向作用下都能具有发电能力，保证电能再生的持续性与稳定性。