[发明专利]一种风驱动联合发电球形探测器

说明书

本发明公开了一种风驱动联合发电球形探测器，包括外球壳、发电管道A、发电管道B、管道连接件、内球壳、压电发电单元；所述外球壳为具有一定柔性的两个半球壳拼合而成，所述内球壳由两个硬质半球壳拼合固定而成，在内外球壳的密闭空腔内，其前后、左右、上下相互垂直的安装六根发电管道B连接内外球壳，每个发电管道B的顶端与其相垂直平面内的四根发电管道B的顶端通过管道连接件连接，组成类八面体结构，所述内球壳的内部空间对称布置若干压电发电单元，发电管道A、发电管道B、压电发电单元共同组成电能采集装置。本发明整体结构装配简单，空间布置合理，能够实现在任意风向下的联合发电。

技术领域

本发明涉及一种风驱动联合发电球形探测器，属于极地探测机器人领域。

背景技术

南极，是地球上最后一个被发现、没有人定居的大陆。但是由于其蕴藏着丰富的矿产资源，对它的勘探就成了趋势所向。南极的自然条件恶劣，寒冷和常年大风的生态环境使得人员无法长期居住，也就无法给探测机器人补充能源。因此考虑使用能够自发电的球形机器人进行探测。

球形机器人相比于传统的轮式、轨道式或足式移动机器人，具有运动效率高、能量损耗小、零转向角和不会倾倒的特性。所有的探测用传感器和控制系统等都安装于球体内部，有效地和外部的环境隔离开来。

球形机器人的驱动方式主要有主动驱动和被动驱动两种。主动驱动式球形机器人是依靠自带能源和球体内部的机械结构、通过改变球体重心的方式驱动球体滚动。这种驱动方式的球形机器人可以实现对运行路径的精确控制，但是需要耗费大量的能量。被动驱动式球形机器人主要是依靠外界的作用力，如风力驱动其运动。这种驱动方式的球形机器人不需要自身提供能源，仅需借助外界能量就能运动，但其缺点也很明显，就是运动不可控，并且受外界环境影响很大。

综合考虑球形机器人的运动特点和南极的生态环境，选用被动式球形机器人，利用南极常年大风，驱动球形机器人运动，实现探测的目的。2012年加州理工学院和美国NASA喷气推进实验室共同研制了一种名为Moball的能量自给的球形机器人。该球形机器人的设计目的是作为一种新型的外星球以及极地探测器，主要驱动方式为风力驱动，内部的安装有多个管道式电磁发电装置，可以将球体滚动中产生的机械能部分转化为电能进行储存或给负载供电，可以实现机器人的能量完全自给。中国发明专利ZL201310558991.0公开了“一种极地长续航风力驱动式球形机器人”，该球形机器人通过内球壳表面的太阳能薄膜将光能转换为电能，但是太阳能转换为电能的装置以及环境要求较高，不适合用作极地探测的能量供给来源。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种风驱动联合发电球形探测器，能够实现在极地常年大风环境下长续航长距离的极地探测。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种风驱动联合发电球形探测器，包括外球壳、发电管道A、发电管道B、管道连接件、内球壳、压电发电单元；所述外球壳为具有一定柔性的两个半球壳拼合而成，所述内球壳由两个硬质半球壳拼合固定而成，在内外球壳的密闭空腔内，其前后、左右、上下相互垂直的安装六根发电管道B连接内外球壳，每个发电管道B的顶端与其相垂直平面内的四根发电管道B的顶端通过管道连接件连接，组成类八面体结构，所述内球壳的内部空间对称布置若干压电发电单元，发电管道A、发电管道B、压电发电单元共同组成电能采集装置。

所述管道连接件的结构是，四根细管道与中心粗管道呈45°十字交叉，四根细管间隔90°布置，其中，中心粗管道固定于发电管道B上，四根细管道用于连接发电管道A。

所述发电管道B包括圆柱形磁体B、线圈B、管道B、磁铁B和端盖；所述圆柱形磁体B由永磁体两端加铁片组成，放置于管道B内部，两个线圈B等距布置在管道B长度的三等分点处，管道B为塑料质透明管道，两端处磁铁B与圆柱形磁体B同极性相对布置，通过端盖固定；球形探测器随风滚动过程中，圆柱形磁体B在管道内往复运动，切割磁感线产生电能，在到达端盖处时，受到磁铁B的斥力，减少对端盖的冲击力。