[发明专利]一种限定旋转方向的风驱动球形机器人探测器

说明书

本发明公开了一种限定旋转方向的风驱动球形机器人探测器，包括外球壳、长管道连接件、短管道连接件、长发电管道、短发电管道、中连件、重物块；所述外球壳为具有一定柔性的两个半球壳经过中连接拼接而成，所述长管道连接件是外球壳和长管道的连接机构，所述短管道连接件是外球壳和短管道的连接机构，所述长发电管道内有磁体沿管道做往复运动，通过线圈发电，所述短发电管道为固定于球体四周的发电管道组合，同样能在球体滚动时发电，并始终与旋转平面平行，所述重物块套在长发电管道上，保证球体滚动平面始终通过长发电管道。本发明整体结构简单，易于装配，空间布置合理，能够使得管道发电体始终与球体旋转平面平行，保证最佳发电效率。

技术领域

本发明涉及一种限定旋转方向的风驱动球形机器人探测器，属于极地探测机器人领域。

背景技术

南极作为人类最后发现的一片大陆，一直以来都是各国探索的重点区域。南极有着丰富的资源，包括220余种矿物。南极地下有着当今世界最大的富铁矿藏，据科学家探测，这部分铁矿足够人类使用200年。但是，南极独特的地理环境给探测研究带来了巨大的挑战。南极的恶劣环境，人类难以长期居住，因此难以对探索机器人进行补给，这样也就需要探索机器人自身能够再生能源。

南极环境恶劣，地势复杂。足式机器人在南极行走时有着极大的倾覆风险。球形机器人无棱角的特点就成为了巨大的优势。球形机器人外球壳将球体内部与周围环境隔离开来，电子器件置于球内，对器件进行保护。球形机器人运动时全方位都可转动，可实现任意转向，具有损耗少、效率高、不会倾倒的特点。

球形机器人研究中动力来源是极重要的问题。机器人的动力分为两类：自带能源的主动驱动和靠外力被动驱动。主动驱动因耗能过大，续航能力不足。研究者更倾向于采用被动驱动。南极有着常年大风的特点，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球形机器人，便是采用风力驱动机器人运动，并在机器人内部设置多个发电管道，利用电磁发电的原理为球体内部电子器件提供能量。

但是球形机器人在随风滚动时，其旋转平面是任意的，这样会影响管道的发电效率，若能限定球形机器人的旋转平面就能提高效率。中国发明专利201510737309.3公开了一种搭载有控制力矩陀螺，并具有原地自转能力的球形机器人，该发明利用驱动机构改变球形机器人的转向，并对机器人运动方向进行控制，但是耗能过大，不适用于极地探索。

发明内容

本发明针对上述存在问题，提出一种限定旋转方向的风驱动球形机器人探测器，使得球形机器人在运动时，内部管道与旋转平面始终（或经过短暂调整）处于平行位置，提高管道发电效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种限定旋转方向的风驱动球形机器人探测器，包括外球壳、长管道连接件、短管道连接件、长发电管道、短发电管道、中连件和重物块；所述外球壳为具有一定柔性的两个半球壳通过中连件拼接而成的球体；所述长管道连接件和短管道连接件是外球壳与发电管道的连接机构，其中内含一定空间用来容纳锂电池；所述长发电管道为发电装置，位于球体中心轴上，两端通过长管道连接件固定在外球壳上，长发电管道外部套着重物块；所述短发电管道也是发电装置，两端通过短管道连接件固定在外球壳上，其以球形机器人外球壳的球心为中心、平行于长发电管道、两两间隔90°安装，共有4组。

所述中连件是一个与外球壳等直径等厚度的圆柱体，采用无缝焊接的方式通过中连件将两个半球壳连接，形成完整的外球壳的球体。