专利名称：一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人的制作方法
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。
技术背景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，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。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同样安装在内核球体系统的内核球体中的氢/氦气反应 装置或液态氢/氦储存装置和充放气装置，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，可以将半圆形挡板装置设计为4块/6块/8块/10块/12块等不同数量 的半圆形挡板部件，并将它们均匀配置在内核球体的外部，构成不同结构的球 形机爭人。本发明图例以六块半圆形挡板部件均,配置在内核球体的外部的结 构进—说明，参见图l、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。特别需要指出的是，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。对于十二瓣外层气囊和内层气囊，每一扇瓣之间均有半圆形挡板部件和隔 膜布板隔离，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，它是多通路联接管，塑料管一端的两个通路出口分别与内核球体内部 的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置、充放气装置封闭联接，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以及内层气囊封闭联接，剩余 的一个通路开口朝向外界环境。塑料管的各通路口联接处均安装有电磁气阀； 十二瓣外层气囊和内层气囊上均安装有气嘴，用于联接塑料管。各十二瓣外层 气囊通过其两侧分别与半圆形挡板装置粘接联接，各十二瓣内层气囊通过其内 侧分别与内核球体外表面粘接联接。氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置和 充放气装置的充/放气量，均由核心控制板控制电磁气阀来予以实现。内核球体系统是一个封闭薄壁空心球体装置，其壳体即内核球体为硬质轻 合金材料；其外部过中轴安装有内核铰联接轴，其内部安装有氢/氦气反应装置 或液态氢/氦储-存装置、充放气装置、电磁气阀、核心控制板、电源、传感器组 以及无线收发^块，其功能一方面是生成轻质气体并进行^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。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 部件相互紧贴而折叠为半圆饼状，外围有包装带紧密捆扎以维持其半圆饼状形 态；隔膜布板部件、未充气的十二瓣外层气囊和十二瓣内层气囊则分别折叠压 贴于各挡板之间；其中，小半圆板和半圆环形板分别位于此半圆饼状体两相反 外表面，此时半圆形挡板部件之间的扭簧均处于压縮状态。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，控制启动包装带上的 电控爆断开关，使其断开包装带；被压縮的扭簧随后则自动弹性伸展，依次拉 动半圆形挡板部件围绕内核铰联接轴转动，半圆形挡板部件、隔膜布板部件、 十二瓣外层气囊和十二瓣内层气囊从而顺次展开，直到小半圆板和半圆环形板 在扭簧作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板外缘与半圆环形板内缘卡位 相切，本机器人展开过程完成；同时，触发核心控制板发出指令，打开电磁气 阀，将预先压縮的一定量氢/氦气轻质气体通过充放气装置充入内层气囊中，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。 本发明与现有技术相比具有如下的优点1、 本发明与其它类型的机器人相比较，主要依靠外界风力等自然力实现 运动，因此耗能小，活动范围大。2、 本发明结构简单，实现成本低，适用于作群体协同工作，并可一次性 使用。3、 本发明的外层气囊装置在充放气系统的作用下可选择不同的状态，使 得机器人既可以做纯滚动运动，又可以做漂浮飞行运动，这样机器人就不容易 受障碍物阻挡，并且避免了群体协同工作时的冗余现象。4、 本发明中设计了合理的半圆形挡板组合结构，提高了机器人的风载能 力、抗冲击能力和使用性能。5、 本发明可根据不同用途制作成不同尺寸大小的机器人，形成系列化； 其制造和装配简单，成本低廉。由于本发明具有上述的优点，因此具有广泛的推广应用价值。在工业应用 上，可作为探索仪器搭载平台用来对沙漠、河流、沟渠、极地等特殊环境进行 探索；在军事应用上，可用它搭载侦察装置进行侦査，若搭载武器，可完成特 殊的战斗任务。在宇宙探测领域，可以用于未来火星等星体环境探测，并且可 以一次性使用进行群体f同工作。
图1是本发明的工作状态结构组成示意图 图2是本发明的展开过程原理示意图具体实施方式
在机器人研究过程中，将多种运动方式进行综合，是实现扩展机器人运动 范围、提高其自适应能力的主要途径。对于风力装置，除环境因素外，作用在 该装置上的风力与其形状和主要尺寸有关。因此，可通过改变该装置的外部结 构形状以调整作用在其O:的风载，自然界中的鸟类就是通过改变翅膀形状调整 所受的风载以实现不同的飞行运动。据此，本发明提出了一个风力驱动多形态 球形机器人的构型设计，该机器人可以通过自动改变自身形状以调整所受的空 气动力，实现多种运动方式。本发明就是根据上述的设计思想进行设计实现的。参照图1和图2，图l是本发明的工作状态结构组成示意图，图2是本发 明的展幵过程原理示意图，为了观察和叙述更加清晰，其中图2(a) (c)画出了 不含外层气囊3、内层气囊4的结构展开过程示意图。该机器人主要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、内核球体系统共五大部分。内核球体系统由内核球体5、内核铰联接 轴15、氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置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等部件组成，起 着检测环境信息、调整结构及姿态并与外界进行无线通信的作用。机器人外轮廓呈球形，半圆形挡板装置1由多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5上固连的内核铰联接轴15形成同轴转动副。为达到在具体的探测环 境实现不同的风力载荷的目的，可以将多块半圆形挡板部件设计为4±央/6块/8块/10块/12块均匀配置在内核球体外部的多种方式。本发明图例以六块半圆形 挡板部件l-l l-6均匀配置在内核球体5的外部的结构方式进行说明，参见图 1、图2所示。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-l 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，位于半圆形挡板部件l-l l-6中截面上，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 固接。这种结构可以有效地利用外部风能，同时具有重量轻、弹性好的优点。 特别需要指出的是，半圆形挡板f!H牛1-6由小半圆板1-6'和半圆环形板l-6"f 合而成，小半圆板1-6'与隔膜布|^2-6固联，半圆环形板l-6"则与隔膜布板2-5 固联。相邻的半圆形挡板部件l-l l-6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部件l-l l-6 与隔膜布板2-l 2-6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。而且，内层气囊4的轮廓尺寸小于多块半圆形挡板部件 l-l l-6边缘球形轮廓尺寸，机器人在此状态下，由外界风力的驱动，以半圆 形挡板部件l-l l-6边缘与地面点接触做纯滚动运动。对于十二瓣外层气囊3和内层气囊4,每一扇瓣之间均有半圆形挡板部件 l-l l-6和隔膜布板2-l 2-6隔离，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，为多通路联接管，塑料管6—端的两个通路 出口分别与内核球体5内部的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8、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，剩余一个通路出口开口朝向外界环境。塑料管 6的各通路口联接处均安装有电磁气阔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/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置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IO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/氦气反 应装置或液态氢/氦储存装置8、充/放气装置9、电磁气阀IO、核心控制板ll、 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。 本发明实施例的具体实施过程为考虑到太空发射或易于储运、收藏等因素，本机器人构型是一种可展开结 构，其初始折叠态示意图见图2(a)。半圆形挡板部件l-l l-6相互紧贴为半圆 饼状，外围有包装带18紧密捆扎以维持^半圆饼状形态。隔膜布板2-l 2-6、 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l-6"分别位于此半圆饼状体两相反外表 面，此时半圆形挡板部件1-1 1-6之间的扭簧16均处于压縮状态。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。被压縮的扭簧16随后则自 动弹性伸展，依次拉动半圆形挡板部件l-l l-6围绕内核铰联接轴15转动， 半圆形挡板部件l-l l-6、隔膜布板2-l 2-6、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l-6"在扭簧16作用 下拼合到位，即两者共面，且小半圆板.l-6'外缘与半圆环形板l-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指令，打开电磁气阀 10，将预先压縮的一定量氢/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。具体展 开过程示意图参见图2(a) (d)。在该球形机器人进行探测工作时，核心控制板11实时读取传感器组13的 数据，获取本地环境信息，并通过无线收发模块14将检测到的信息发送到外 界接收服务器，以便人工下达指令。另一方面，核心控制板11将通过传感器 组13获取自身的运动状态，当机器人在探测环境表面需要在某一方向改变所 受的风力以调整其位位置姿态时，核心控制板11通过自动控制充/放气装置9 对十二瓣外层气囊3进行不均衡充放外部环境气体，改变自身形状，以调整机 器人所受的空气动力，从而在探测环境中实现沿预定的方向滚动运动。运动机器人可以根据环境状态选择自身的漂浮运动状态，当遇到较大的障 碍物或者机器人需要做大范围、远距离探测时，通过人工指令发送到核心控制外部环境信息反馈到核心控制板11;再由核心控 制板11向充/放气装置9发送指令，将外层气囊3中的气体向外部环境排出； 最后核心控制板11向氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8发送指令，启动 该装置生成气态氢/氦气，同时打开电磁气阀10,通过塑料管6与固联在外层 气囊3上的气嘴7，将生成的氢/氦气充入十二瓣外层气囊3。当外层气囊3充 入氢/氦气体时，机器人所受的浮力将逐渐增加。由于内层气囊4所受的浮力略 小于机器人整体所受的重力，外层气囊3中只需充入少量氢/氦气体即可使其总 浮力大于总重力。当机器人总浮力大于总重力时，球形机器人则离开探测环境 表面，'，外界风力作用下沿着一定的方向做漂浮飞，运动，以越过障碍物或到 达预定'探测地点。机器人在此过程中的外观形态参见图2(d) (f)。在该机器人以漂浮飞行状态运动时，可以通过控制氢/氦气反应装置或液态 氢/氦储存装置8和充/放气装置9，对十二瓣外层气囊3进行不均衡充放氢/氦 气体，机器人的外形可变化成为十二瓣异形气囊的异形外观结构或椭球体，来 调整飘浮运动的高度、姿态和运动方向。机器人做漂浮运动时的外观形态参见 图2(g) (i)。在越过障碍物或是需要做某处地面的详细探测时，核心控制板11将控制 充/放气装置9将外层气囊3中的气体放出，机器人将缓慢降落地面，外层气囊 3体积随之弹性收縮，重新紧贴于内层气囊4之上，半圆形挡板装置l外边缘 与地面点接触，在风力驱动下恢复纯滚动运动。该构型中，内层气囊4一旦充气完毕，其形状体积将不会再发生变化。外 层气囊3的体积通过充/放气装置9可自动改变。另外，可以分别控制十二瓣外 层气囊3的充放气量，这样可任意的改变气囊球体的外部形状，以产生不同的 风动力，得到不同的飘浮飞行姿态。在该机器人探测过程中，飘浮飞行运动是机器人使用较少的一种运动方 式，仅在遇到地面运动方式难以翻越的障碍物或者群体探测出现"拥挤"问题 时才使用，因此，其自身携带的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8生成 氢/氦气体的不可逆性缺陷的体现不是很明显。我们初步计算结果表明在地球 环境中，总重20kg、直径3m的这种球形机器人可实现上述各种运动方式。这 种构型集成了充气球结构和箱形风筝结构的优点，并实现了新的运动功能。通 过对这种构型设计的运动分析及仿真研究，可为其最优设计参数的确定提供依 据。.这种风力驱动多形态环境探测球形机器人结构简单、能耗小、成本低，可 用于地球上的沙漠、火山、极地等特殊环境和月球、火星等行星环境的远距离 大范围探测。
权利要求
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)、内核球体系统及有关部件；它是将半圆形挡板装置(1)、隔膜布板装置(2)、外层气囊(3)和内层气囊(4)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(15)，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(4)中充有氢/氦气体，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；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同样安装在内核球体系统的内核球体(5)中的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(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，可以将半圆形挡板装置(1)设计为4块/6块/8块/10块/12块等不同数量的半圆形挡板部件，并将它们均匀配置在内核球体(5)的外部，构成不同的结构的球形机器人。
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) (1-6) 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) (2-6),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，位于半圆形挡板部件(1-1) (1-6)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；特别需要指出的是，半圆形挡板部件(1-6)由小半 圆板(l-6')和半圆环形板(l-6")拼合而成，小半圆板(l-6')与隔膜布板(2-6)固联，半圆环形板(l-6")则与隔膜布板(2-5)固联；相邻的半圆形 挡板部件(1-1) (1-6)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部件 (1-1) (1-6)与隔膜布板(2-1) (2-6)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f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^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)，每一扇瓣之间均有半圆形挡 板部件(1-1) (1-6)和隔膜布板(2-1) (2-6)隔离，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) —端的两个通路出口分别与内核球体(5)内部的氢/氦气 反应装置或液态氢/氦储存装置(8)、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/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(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 /氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(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，该机器人构型是一种可展开结构，其初始为折叠状态， 它是由半圆形挡板部件(1-1) (1-6)相互紧贴而折叠为半圆饼状，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(2-1) (2-6)、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(l-6')和半圆环形板(l-6")分别位于此半圆饼 状体两相反外表面，此时半圆形挡板部件(1-1) (1-6)之间的扭簧(16) 均处于压縮状态；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);被压縮的扭簧(16)随后则自动弹性伸展，依次拉动半圆形挡板 部件(1-1) (1-6)围绕内核铰联接轴(15)转动，半圆形挡板部件(1-1) (1-6)、隔膜布板(2-1) (2-6)、十二lf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(l-6')和半圆环形板(l-6")在扭簧(16) 作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板(l-6')外缘与半圆环形板(l-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)，将预先压縮的一定量氢/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。
全文摘要
本发明公开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。它涉及机械技术领域，其目的是采用该机器人，可以使其在风力作用下，根据不同地形环境自主选择滚动和漂浮等运动方式，并具有能耗低、成本小的优点。该机器人主要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。内核球体系统由内核球体、氢/氦气反应或液氢/氦储存装置、充放气装置、电磁气阀、核心控制板、电源、传感器组及无线收发模块等部件组成，用于检测环境信息且与外界进行无线通信，并控制和实现充放气，使机器人具有纯滚动与漂浮两种运动状态。本发明可用于极地、沙漠等地面环境和行星表面的环境探测，也可用于侦查、娱乐、军事等领域。
文档编号B62D57/00GK101249849SQ20081001789
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者宇 刘, 卓 张, 张家友, 徐慧娟, 李团结, 李孟健, 李晓锋, 敏 杨, 盖萌萌 申请人:西安电子科技大学