專利名稱：極地漫游球形機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉機器人控制領域，特別是涉及一種應用于極地環(huán)境的長時間長距離探測的極地漫游球形機器人。
背景技術：
極地環(huán)境是一個低溫、低光照和強風環(huán)境，為了探索極地環(huán)境，機器人應用受到關注。如何在極地環(huán)境下長時間自主運行的機器人設計研究是一個實現(xiàn)難題，關鍵在于機器人能源的獲取方式和機器人的自主驅(qū)動特性和環(huán)境適應性等指標。目前，球形機器人具有一定的野外適應能力而獲得關注。然而，目前球形機器人的能源獲取和低溫保護等方面存在不足。中國發(fā)明專利ZL200810017895.4公開了“ 一種風力驅(qū)動具有多種運動方式的環(huán)境探測球形機器人”，該機器人完全采用風力驅(qū)動，實現(xiàn)自由涌動，但其運動無法受控，無法實現(xiàn)既定軌跡探測運動等需要，且內(nèi)部系統(tǒng)供電需要額外電源，這樣無法實現(xiàn)長距離長時間野外極地作業(yè)需要。中國發(fā)明專利ZL200810231786.2公開了一種“內(nèi)外驅(qū)動兼?zhèn)涞那蛐螜C器人裝置”，該機器人可以采用風力進行外部驅(qū)動，但其內(nèi)部驅(qū)動的能源則采用太陽能發(fā)電方式，這樣對于極地應用而言，由于日照不足，無法保證很好的內(nèi)部系統(tǒng)供電，且系統(tǒng)額外多了太陽能板等部件，系統(tǒng)復雜且限定了運動機構的運動軌跡，只能進行簡單越障等運動，運動方向單一，無法實現(xiàn)制動和轉向等復雜運動能夠控制。中國實用新型專利ZL 200820032723.X公開了“全向運動球形機器人”，該機器人可以實現(xiàn)全向運動，但是采用內(nèi)部供電方式，當內(nèi)部電源耗盡就無法繼續(xù)運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種在極地低溫強風環(huán)境下長距離長時間自主運行的機器人，以滿足極地探測需要。為達到上述目的，本發(fā)明的構思是:本發(fā)明采用球形機構，能夠比較好的適應極地野外工作環(huán)境，采用兩個高效直流無刷電機作為球形機器人的內(nèi)部驅(qū)動機構，對兩個配重進行獨立驅(qū)動，同時采用了兩套獨立的具有電機驅(qū)動和逆變功能的電路系統(tǒng)，可以實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動等主動控制，并實現(xiàn)機器人在強風風力驅(qū)動情況下配重塊驅(qū)動直流電機采用逆變方式進行發(fā)電，完成風力發(fā)電儲能功能和風力驅(qū)動條件下制動控制的功能；
所采用兩套直流電機驅(qū)動逆變系統(tǒng)獨立工作，可以根據(jù)環(huán)境和控制需要，分別獨立工作在驅(qū)動和逆變等不同組合狀態(tài)，完成靈活的機器人驅(qū)動和節(jié)能控制的有效配合，實現(xiàn)能源利用最大化和滿足長距離極地探測的需要；
采用獨立的保溫系統(tǒng)，有效地結合在機器人內(nèi)部機構構架中，通過獲得電子系統(tǒng)的工作溫度情況判斷來智能控制電阻膜的供電加熱，以確保電子系統(tǒng)能夠正常工作在極地低溫環(huán)境中；
根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案:
一種極地漫游球形機器人，包括:一個球形機器人機構、主控制系統(tǒng)、高性能蓄電池、姿態(tài)傳感系統(tǒng)、任務傳感系統(tǒng)、衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)，其特征在于所述球形機器人機構內(nèi)安裝和固定所述主控制系統(tǒng)、高性能蓄電池、姿態(tài)傳感系統(tǒng)、任務傳感系統(tǒng)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)，所述主控制系統(tǒng)與高性能蓄電池相連，完成系統(tǒng)供電和風驅(qū)動發(fā)電管理功能；所述主控制系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器相連，獲得機器人的當前姿態(tài)信息；所述主控制系統(tǒng)與任務傳感系統(tǒng)相連，獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和全球衛(wèi)星定位信息等；所述主控制系統(tǒng)與衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)相連，實現(xiàn)衛(wèi)星遠程數(shù)據(jù)通訊和遠程控制等功能；所述主控制系統(tǒng)與保溫系統(tǒng)相連，實現(xiàn)機器人系統(tǒng)電子部件和電池的保溫控制，確保系統(tǒng)在低溫環(huán)境下正常運行；所述主控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動等主動控制，并實現(xiàn)在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電儲能和制動等控制。上述主控制系統(tǒng)，包含微處理控制器、兩個直流無刷電機、兩套直流無刷電機驅(qū)動和逆變電路，用于實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動等主動控制，實現(xiàn)全方位移動，并實現(xiàn)在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電儲能和制動等控制。上述球形機器人機構采用對稱球形結構，完成機器人支架和本體外蓋保護等功能，內(nèi)部安裝和固定各種系統(tǒng)，該機構包括螺釘、左右兩個電機固定板、左右兩個直流無刷電機、左右兩個電機輔助安裝板、螺母、左右兩個聯(lián)軸器、左右兩個轉軸、左右兩個配重支架、左右兩個軸承、左右兩個軸承座、左右兩個內(nèi)框支承架、高性能蓄電池、電阻膜、絕緣填充材料、控制系統(tǒng)、上下兩個半球殼、上下兩個內(nèi)框輔助板、任務系統(tǒng)、肋板和通訊系統(tǒng)；所述上半球殼和所述下半球殼相連，并通過螺釘固定；所述上內(nèi)框輔助板和所述上半球殼相連，并通過所述螺釘固定；所述下內(nèi)框輔助板和所述下半球殼相連，并通過所述螺釘固定；所述內(nèi)框支撐架與所述上內(nèi)框輔助板相連，并通過所述螺釘和所述螺母固定；所述內(nèi)框支撐架與所述下內(nèi)框輔助板相連，并通過所述螺釘和所述螺母固定；所述左直流無刷電機穿過所述內(nèi)框支撐架與所述左電機輔助安裝板相連，并由所述電機固定板和所述螺釘固定；所述左電機輔助安裝板與所述內(nèi)框支承架相連，并由所述螺釘和所述螺母固定；所述左電機和所述左轉軸相連，并由所述左聯(lián)軸器固定；所述左配重支架穿過所述左轉軸并由所述螺釘固定；所述左轉軸配合所述左軸承與所述左軸承座相連；所述左軸承座與所述內(nèi)框相連，并由所述螺釘固定；所述右電機穿過所述內(nèi)框與所述右電機輔助安裝板相連，并由所述右電機固定板和所述螺釘固定；所述右電機輔助安裝板與所述內(nèi)框支承架相連，并由所述螺釘和所述螺母固定；所述右電機和所述右轉軸相連，并由所述右聯(lián)軸器固定；所述右配重支架穿過所述右轉軸并由所述螺釘固定；所述右轉軸配合所述軸承與所右述軸承座相連；所述右軸承座與所述內(nèi)框支承架相連，并由所述螺釘固定；所述左配重支架內(nèi)裝入包裹所述電阻膜的所述電池，并在兩者之間填充所述絕緣材料；所述右配重支架內(nèi)裝入包裹所述電阻膜的所述控制系統(tǒng)，并在兩者之間填充所述絕緣材料；所述任務系統(tǒng)安裝在所述上半球殼頂端；所述通訊系統(tǒng)安裝在所述下半球殼底端。上述主控制系統(tǒng)的結構:一個微處理器經(jīng)左右兩個驅(qū)動隔離電路分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路、連接左右兩個電流檢測電路、經(jīng)左右兩個位置傳感電路連接左右兩個直流無刷電機、連接電源狀態(tài)檢測電路、保溫控制系統(tǒng)、復位電路和接口轉換電路，所述左右兩個檢測電路和左右兩個直流無刷電機分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路，所述接口轉換電路連接姿態(tài)傳感系統(tǒng)、任務傳感系統(tǒng)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)；所述主控制系統(tǒng)用于控制直流無刷電機，實現(xiàn)機器人的驅(qū)動、制動和轉向等控制，在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電控制。上述任務傳感系統(tǒng)包含攝像器、全球定位系統(tǒng)和溫濕度傳感器等，用于獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和全球衛(wèi)星定位信息等。上述保溫系統(tǒng)包括電阻膜、絕緣填充材料和電子溫度傳感器，通過獲得電子系統(tǒng)的工作溫度情況判斷來控制電阻膜的供電加熱，以確保電子系統(tǒng)能夠正常工作在極地低溫環(huán)境中。上述衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)，用于實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控和遠程數(shù)據(jù)通訊，并可以實現(xiàn)機器人遠程控制的功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著進步:本發(fā)明采用兩套獨立驅(qū)動逆變電路在微處理器的控制下可以實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動等主動控制，實現(xiàn)全方位移動，并能實現(xiàn)機器人在強風風力驅(qū)動情況下進行發(fā)電儲能和風力驅(qū)動條件下制動控制的功能，具有驅(qū)動和儲能同步，實現(xiàn)能源利用最大化，結合保溫系統(tǒng)，滿足極地強風低溫環(huán)境下長距離自主運行的需要。


圖1是本發(fā)明一個實施例的框圖。圖2是圖1示例中球形機器人機構的結構示意圖。圖3是圖2中A-A處剖視放大圖)。圖4是圖1示例中主控制系統(tǒng)的電路結構框圖。圖5是圖1示例中主控制系統(tǒng)的程序流程框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:如圖1所示，本極地漫游球形機器人包括一個球形機器人機構(101)、主控制系統(tǒng)(102)、高性能蓄電池(17)、姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)、衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)和保溫系統(tǒng)(107)，其特征在于所述球形機器人機構(101)內(nèi)安裝和固定所述主控制系統(tǒng)(102)、高性能蓄電池(103)、姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)，所述王控制系統(tǒng)(102)與聞性能畜電池(17)相連，完成系統(tǒng)供電和風驅(qū)動發(fā)電管理功能；所述主控制系統(tǒng)(102)與姿態(tài)傳感器(104)相連，獲得機器人的當前姿態(tài)信息；所述主控制系統(tǒng)(102)與任務傳感系統(tǒng)(105)相連，獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和全球衛(wèi)星定位信息等；所述主控制系統(tǒng)(102)與衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)相連，實現(xiàn)衛(wèi)星遠程數(shù)據(jù)通訊和遠程控制等功能；所述主控制系統(tǒng)(102)與保溫系統(tǒng)(107)相連，實現(xiàn)機器人系統(tǒng)電子部件(20)和電池(17)的保溫控制，確保系統(tǒng)在低溫環(huán)境下正常運行；所述主控制系統(tǒng)(102)用于實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動等主動控制，實現(xiàn)全方位移動，并實現(xiàn)在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電和制動等控制。實施例二:本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:參見圖2,球形機器人機構
(101)采用對稱球形結構，完成機器人支架和本體外蓋保護等功能，內(nèi)部安裝和固定各種系統(tǒng)(102、103、104、105 和 106)，該機構包括螺釘(la、lb、lc、ld、2a、2b、5a、5b、10a、10b、13a、13b、13c、13d、14、22)、左右兩個電機固定板(3a、3b)、左右兩個直流無刷電機(4a、4b)、左右兩個電機輔助安裝板(6a、6b)、螺母(7a、7b、25a、25b、25c、25d)、左右聯(lián)軸器(8a、8b)、左右轉軸(9a、9b)、左右配重支架(11a、lib)、左右軸承(12a、12b)、左右軸承座(15a、15b)、內(nèi)框支承架(16)、高性能蓄電池(17)、電阻膜(18)、絕緣填充材料(19)、電子系統(tǒng)(20)、上下兩個半球殼(21、23)、上下兩個內(nèi)框輔助板(24a、24b)、任務系統(tǒng)(26)、肋板(27)和通訊系統(tǒng)(28);所述上半球殼(21)和所述下半球殼(23)相連，并通過螺釘(22)固定；所述上內(nèi)框輔助板(24a)和所述上半球殼(21)相連，并通過所述螺釘(la、lb)固定；所述下內(nèi)框輔助板(24b)和所述下半球殼(23)相連，并通過所述螺釘(lc、ld)固定；所述內(nèi)框支撐架(16)與所述上內(nèi)框輔助板(24a)相連，并通過所述螺釘(13a、13b)和所述螺母(25a、25b)固定；所述內(nèi)框支撐架(16)與所述下內(nèi)框輔助板(24b)相連，并通過所述螺釘(13c、13d)和所述螺母(25c、25d)固定；所述左直流無刷電機(4a)穿過所述內(nèi)框支撐架(16)與所述左電機輔助安裝板(6a)相連，并由所述左電機固定板(3a)和所述螺釘(2a)固定；所述左電機輔助安裝板(6a)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(5a)和所述螺母(7a)固定；所述左電機(4a)和所述左轉軸(9a)相連，并由所述左聯(lián)軸器(8a)固定；所述左配重支架(Ila)穿過所述左轉軸(9a)并由所述螺釘(IOa)固定；所述左轉軸(9a)配合所述左軸承(12a)與所述左軸承座(15a)相連；所述左軸承座(15a)與所述內(nèi)框(16)相連，并由所述螺釘(14a)固定；所述右電機(4b)穿過所述內(nèi)框(16)與所述右電機輔助安裝板(6b)相連，并由所述右電機固定板(3b)和所述螺釘(2b)固定；所述右電機輔助安裝板(6b)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(5b)和所述螺母(7b)固定；所述右電機(4b)和所述右轉軸(9b)相連，并由所述右聯(lián)軸器(8b)固定；所述右配重支架(Ilb)穿過所述右轉軸(9b)并由所述螺釘(IOb)固定；所述右轉軸(9b)配合所述右軸承(12b)與所述右軸承座(15b)相連；所述右軸承座(15b)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(14b)固定；所述左配重支架(Ila)內(nèi)裝入包裹所述電阻膜(18)的所述電池(17)，并在兩者之間填充所述絕緣材料(19);所述右配重支架(Ilb)內(nèi)裝入包裹所述電阻膜(18)的所述電子系統(tǒng)(20)，并在兩者之間填充所述絕緣材料(19);所述任務系統(tǒng)(26)安裝在所述上半球殼(21)頂端；所述通訊系統(tǒng)(28)安裝在所述下半球殼(23 )底端。
實施例三:本實施例與實施例二基本相同，特別之處在于:參見圖3，所述主控制系統(tǒng)
(102)的結構:一個微處理器(301)經(jīng)左右兩個驅(qū)動隔離電路(303a、303b)分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)、連接左右兩個電流檢測電路(304a、304b)、經(jīng)左右兩個位置傳感電路(305a、305b)連接左右兩個直流無刷電機(4a、4b)、連接電源狀態(tài)檢測電路(306 )、保溫控制系統(tǒng)(107 )、復位電路(307 )和接口轉換電路(308 )，所述左右兩個檢測電路(304a、304b)和左右兩個直流無刷電機(4a、4b)分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)，所述接口轉換電路(308)連接姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106);所述主控制系統(tǒng)(102)用于控制直流無刷電機，實現(xiàn)機器人的驅(qū)動、制動和轉向等控制，在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電控制。
所述微處理器(301)采用美國TI公司的TMS320F28035微處理器，內(nèi)含模擬-數(shù)字轉換器，可實現(xiàn)姿態(tài)角信息的模數(shù)轉換，獲得姿態(tài)角數(shù)值，具有PWM脈寬調(diào)制輸出控制功能、eCAN增強CAN總線和eQEP增強計數(shù)器等功能。所述微處理器(301)的PWM控制輸出信號分別與所述驅(qū)動隔離電路(303a、303b)的控制輸入信號相連；所述微處理器(301)的ADC模數(shù)轉換輸入分別與所述電流檢測電路(304a、304b)、所述電源狀態(tài)檢測電路(306)和所述保溫系統(tǒng)(107)等相連；所述微處理器(301)的eQEP計數(shù)器輸入分別與所述位置傳感電路(305a、305b)相連；所述微處理器(301)與所述接口轉換電路(308)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和總線電平轉換等功能；所述微處理器(301)的復位信號XRS與上電復位電路(307)相連。所述驅(qū)動逆變橋電路(302a)分別與所述高性能蓄電池(17)、所述驅(qū)動隔離電路(303a)和所述直流無刷電機(4a)相連，所述驅(qū)動逆變橋電路(302a)內(nèi)包括7個IGBT大功率管(VOa、Via、V2a、V3a、V4a、V5a 和 V6a)和與之配對的二極管(DOa、Dla、D2a、D3a、D4a、D5a和D6a)，其中六個IGBT大功率管(Via、V2a、V3a、V4a、V5a和V6a)和與之配對的二極管(Dla、D2a、D3a、D4a、D5a和D6a)組合完成了驅(qū)動逆變橋，根據(jù)對這六個功率管的不同控制時序可以實現(xiàn)所述直流無刷電機(4a)的驅(qū)動和逆變發(fā)電兩種功能；功率管VOa與二極管DOa用于實現(xiàn)電池的輸出供電和電池充電控制，可以完成在緊急情況和電池儲存電量不足情況下下關閉電池輸出等功能，可以有效完成所述驅(qū)動逆變橋電路(302a)、所述驅(qū)動逆變橋電路(302b)和所述高性能蓄電池(17)之間并聯(lián)隔離作用。所述驅(qū)動逆變橋電路(302b)分別與所述高性能蓄電池(17)、所述驅(qū)動隔離電路(303b)和所述直流無刷電機(4b)相連，所述驅(qū)動逆變橋電路(302b)內(nèi)包括7個IGBT大功率管(VOb、Vlb、V2b、V3b、V4b、V5b 和 V6b)和與之配對的二極管(DOb、Dlb、D2b、D3b、D4b、D5b和D6b)，其中六個IGBT大功率管(Vlb、V2b、V3b、V4b、V5b和V6b)和與之配對的二極管(DIb、D2b、D3b、D4b、D5b和D6b)組合完成了驅(qū)動逆變橋，根據(jù)對這六個功率管的不同控制時序可以實現(xiàn)所述直流無刷電機(4b)的驅(qū)動和逆變發(fā)電兩種功能；功率管VOb與二極管DOb用于實現(xiàn)電池的輸出供電和電池充電控制，可以完成在緊急情況和電池儲存電量不足情況下下關閉電池輸出等功能，可以有效完成所述驅(qū)動逆變橋電路(302a)、所述驅(qū)動逆變橋電路(302b)和所述高性能蓄電池(17)之間并聯(lián)隔離作用。所述驅(qū)動隔離電路(303a、303b)分別與所述驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)，實現(xiàn)所述驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)中IGBT功率管的控制驅(qū)動和隔離。所述電流檢測電路(304a、304b)用于實現(xiàn)電機驅(qū)動線上電流檢測功能，以作為故障診斷等功用。所述位置傳感電路(305a、305b)米用霍爾兀件布局于直流無刷電機中，用于實現(xiàn)電機轉動位置的檢測。所述接口轉換電路(308)與所述姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、所述任務傳感系統(tǒng)(105)、所述衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和總線電平轉換等功能。所述姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)采用MicroStrain公司的3DM-GX3姿態(tài)傳感系統(tǒng),用于獲得機器人六自由度的速度、加速信息和全球GPS定位信息等，為機器人控制系統(tǒng)提供姿態(tài)參考。所述任務傳感系統(tǒng)(105)包括施克激光掃描儀LMS221和便攜式氣象站W(wǎng)XT-520等，同于實現(xiàn)機器人所處環(huán)境的溫度、濕度和四周環(huán)境障礙物信息等。所述衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)采用GPRS、銥星雙模通訊GPS終端RF8800L，用于實現(xiàn)全球GPS衛(wèi)星定位、GPRS數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信，完成遠程數(shù)據(jù)通訊和遠程控制等功倉泛。所述保溫系統(tǒng)(107)包括電阻膜(18)、絕緣填充材料(19)和電子溫度傳感器，通過獲得電子系統(tǒng)的工作溫度情況判斷來控制電阻膜(18)的供電加熱，以確保電子系統(tǒng)能夠正常工作在極地低溫環(huán)境中，其中所述電子溫度傳感器采用DS18b20實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集，與所述微處理器(301)相連提供溫度數(shù)據(jù)。
整個控制流程如圖4所示。具體過程如下:
(a)設備初始化；
(b)獲得當前溫度、濕度、姿態(tài)、周邊環(huán)境信息和GPS信息；
(c)判斷系統(tǒng)工作溫度是否偏低，如果偏低則控制電阻膜供電實現(xiàn)電子系統(tǒng)加熱；
Cd)判斷是否接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如果有，則進行遠程數(shù)據(jù)交換和遠程控制；
Ce)判斷是否達到信息發(fā)送定時，如果是，則發(fā)送當前溫度等信息；
(f)判斷是否到達逆變定時，如果是，則控制電機驅(qū)動橋全部關閉，讀取一段時間的姿態(tài)信息，通過速度和加速度信息進行風力預計算和判斷，并進行電容量計算；
(g)判斷當前風力是否足夠驅(qū)動機器人，則運行風力驅(qū)動模式和電機逆變發(fā)電；
(h)在風力不足情況下，如果電力足夠，則運行電力驅(qū)動模式，否則待機，進入電力發(fā)電模式；
(i)前方障礙物判斷，如果存在風險，則運行避障模式；
(j)自身狀態(tài)監(jiān)測，判斷是否存在故障，如果有，則通過衛(wèi)星發(fā)送當前信息和故障信
息；
(k)返回(b)運行。以上通過具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種極地漫游球形機器人，包括:一個球形機器人機構(101)、主控制系統(tǒng)(102)、高性能蓄電池(17)、姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)、衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)和保溫系統(tǒng)(107)，其特征在于所述球形機器人機構(101)內(nèi)安裝和固定所述主控制系統(tǒng)(102)、高性能蓄電池(103)、姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)，所述主控制系統(tǒng)(102)與高性能蓄電池(17)相連，完成系統(tǒng)供電和風驅(qū)動發(fā)電管理功能；所述主控制系統(tǒng)(102)與姿態(tài)傳感器(104)相連，獲得機器人的當前姿態(tài)信息；所述主控制系統(tǒng)(102)與任務傳感系統(tǒng)(105)相連，獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和環(huán)境障礙物信息；所述主控制系統(tǒng)(102)與衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106)相連，實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位信息獲取和衛(wèi)星遠程數(shù)據(jù)通訊和遠程控制等功能；所述主控制系統(tǒng)(102)與保溫系統(tǒng)(107)相連，實現(xiàn)機器人系統(tǒng)電子部件(102、104、105)和電池(17)的保溫控制，確保系統(tǒng)在低溫環(huán)境下正常運行；所述主控制系統(tǒng)(102)用于實現(xiàn)機器人的前后驅(qū)動、差動轉向和制動的主動控制，實現(xiàn)全方位移動，并實現(xiàn)在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電和制動的控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的極地漫游球形機器人，其特征在于所述球形機器人機構(101)采用對稱球形結構，完成機器人支架和本體外蓋保護功能，內(nèi)部安裝和固定各種系統(tǒng)(102、103、104、105 和 106)，該機構包括螺釘(la、lb、lc、ld、2a、2b、5a、5b、10a、10b、13a、13b、13c、13d、14、22)、左右兩個電機固定板(3a、3b)、左右兩個直流無刷電機(4a、4b)、左右兩個電機輔助安裝板(6a、6b)、螺母(7a、7b、25a、25b、25c、25d)、左右聯(lián)軸器(8a、8b)、左右轉軸(9a、9b)、左右配重支架(11a、lib)、左右軸承(12a、12b)、左右軸承座(15a、15b)、內(nèi)框支承架(16)、高性能蓄電池(17)、電阻膜(18)、絕緣填充材料(19)、電子系統(tǒng)(20)、上下兩個半球殼(21、23)、上下兩個內(nèi)框輔助板(24a、24b)、任務系統(tǒng)(26)、肋板(27)和通訊系統(tǒng)(28);所述上半球殼(21)和所述下半球殼(23)相連，并通過螺釘(22)固定；所述上內(nèi)框輔助板(24a)和所述上半球殼(21)相連，并通過所述螺釘(la、lb)固定；所述下內(nèi)框輔助板(24b)和所述下半球殼(23)相連，并通過所述螺釘(lc、ld)固定；所述內(nèi)框支撐架(16)與所述上內(nèi)框輔助板(24a)相連，并通過所述螺釘(13a、13b)和所述螺母(25a、25b)固定；所述內(nèi)框支撐架(16)與所述下 內(nèi)框輔助板(24b)相連，并通過所述螺釘(13c、13d)和所述螺母(25c、25d)固定；所述左直流無刷電機(4a)穿過所述內(nèi)框支撐架(16 )與所述左電機輔助安裝板(6a)相連，并由所述左電機固定板(3a)和所述螺釘(2a)固定；所述左電機輔助安裝板(6a)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(5a)和所述螺母(7a)固定；所述左電機(4a)和所述左轉軸(9a)相連，并由所述左聯(lián)軸器(8a)固定；所述左配重支架(I Ia)穿過所述左轉軸(9a)并由所述螺釘(IOa)固定；所述左轉軸(9a)配合所述左軸承(12a)與所述左軸承座(15a)相連；所述左軸承座(15a)與所述內(nèi)框(16)相連，并由所述螺釘(14a)固定；所述右電機(4b)穿過所述內(nèi)框(16)與所述右電機輔助安裝板(6b)相連，并由所述右電機固定板(3b)和所述螺釘(2b)固定；所述右電機輔助安裝板(6b)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(5b)和所述螺母(7b)固定；所述右電機(4b)和所述右轉軸(9b)相連，并由所述右聯(lián)軸器(8b)固定；所述右配重支架(Ilb)穿過所述右轉軸(9b)并由所述螺釘(IOb)固定；所述右轉軸(9b)配合所述右軸承(12b)與所述右軸承座(15b)相連；所述右軸承座(15b)與所述內(nèi)框支承架(16)相連，并由所述螺釘(14b)固定；所述左配重支架(Ila)內(nèi)裝入包裹所述電阻膜(18)的所述電池(17)，并在兩者之間填充所述絕緣材料(19);所述右配重支架(Ilb)內(nèi)裝入包裹所述電阻膜(18)的所述電子系統(tǒng)(20)，并在兩者之間填充所述絕緣材料(19);所述任務系統(tǒng)(26)安裝在所述上半球殼(21)頂端；所述通訊系統(tǒng)(28)安裝在所述下半球殼(23 )底端。
3.根據(jù)權利要求2所述的極地漫游球形機器人，其特征在于所述電子系統(tǒng)(20)為主控制系統(tǒng)(102)、任務傳感系統(tǒng)(105)和姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)的電子部件的合成。
4.根據(jù)權利要求1所述的極地漫游球形機器人，其特征在于所述主控制系統(tǒng)(102)的結構:一個微處理器(301)經(jīng)左右兩個驅(qū)動隔離電路(303a、303b)分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)、連接左右兩個電流檢測電路(304a、304b)、經(jīng)左右兩個位置傳感電路(305a、305b )連接左右兩個直流無刷電機(4a、4b)、連接電源狀態(tài)檢測電路(306 )、保溫控制系統(tǒng)(107)、復位電路(307)和接口轉換電路(308)，所述左右兩個檢測電路(304a、304b)和左右兩個直流無刷電機(4a、4b)分別連接左右兩個驅(qū)動逆變橋電路(302a、302b)，所述接口轉換電路(308)連接姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)、任務傳感系統(tǒng)(105)和衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)(106);所述主控制系統(tǒng)(102)用于控制直流無刷電機，實現(xiàn)機器人的驅(qū)動、制動和轉向等控制，在風力驅(qū)動條件下實現(xiàn)逆變發(fā)電控制。
5.根據(jù)權利要求1所述的極地 漫游球形機器人，其特征在于所述姿態(tài)傳感系統(tǒng)(104)獲得當前機器人的運動能夠姿態(tài)信息和加速度信息，以便于判斷當前機器人所處環(huán)境的風力驅(qū)動情況和自身電機驅(qū)動情況。
6.根據(jù)權利要求1所述的極地漫游球形機器人，其特征在于所述任務傳感系統(tǒng)(105)用于獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和全球衛(wèi)星定位信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極地漫游球形機器人。它包括一個球形機器人機構、主控制系統(tǒng)、高性能蓄電池、姿態(tài)傳感系統(tǒng)、任務傳感系統(tǒng)、衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)與高性能蓄電池相連，完成系統(tǒng)供電和風驅(qū)動發(fā)電管理功能，主控制系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器相連，獲得機器人的當前姿態(tài)信息，主控制系統(tǒng)與任務傳感系統(tǒng)相連，獲得當前環(huán)境的溫度濕度信息和環(huán)境障礙物信息等，主控制系統(tǒng)與衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)相連，實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位信息獲取和衛(wèi)星遠程數(shù)據(jù)通訊和遠程控制等功能，主控制系統(tǒng)與保溫系統(tǒng)相連，實現(xiàn)機器人電子部件和電池的保溫控制，確保系統(tǒng)在提問環(huán)境下正常運行。本漫游球形機器人可廣泛適用于極地環(huán)境等條件下環(huán)境探測應用。
文檔編號B64G1/16GK103144783SQ20131008886
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者唐智杰, 羅均, 謝少榮, 沈佳麗, 姚俊峰 申請人:上海大學