[發明專利]多翼帆極地探測機器人

有效

• 申請號: 201510335920.3
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN104889993B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 謝少榮;馮凱;陳繼清;羅均;吳翔;程啟興
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及探測機器人領域，特別是一種多翼帆極地探測機器人。

背景技術

多翼帆極地探測機器人是風力直接驅動的移動機器人，通過多個翼帆受風產生機器人運動的驅動力，實現機器人在冰雪面上移動來完成極地探測，其活動范圍廣，續航時間長。

查閱現有國內外文獻發現，現有極地探測機器人包括履帶式極地冰雪面移動機器人、球形機器人、低空固定翼飛行機器人，但大部分都是采用電池或燃料發動機來提供動力，受制于機器人所攜帶的電池或燃料的數量限制，這些探測機器人的活動范圍還是非常有限，尚不能實現較長時間、大范圍（方圓數百公里）續航，因而仍不能滿足南極科考所需大時空續航能力的要求。??????

在南極，風力資源十分豐富，具有分布范圍廣、平均風速高（最大風速能達160km/h）等特點。如果采用南極自然環境中，可以說是“取之不盡，用之不竭”的風能作為驅動能源，機器人的活動將不再受能源因素的制約，從而大大擴大活動范圍和活動時間，甚至可以實現機器人在冰蓋中的“無限”續航探測。

查閱現有國內外文獻發現,現有利用風能的方式主要為風力發電技術，但現有風力發電技術一般只適用于4m/s～16m/s的風速范圍（當風速過高時，通常采取制動措施）、其轉換效率一般不到30%，而在南極平均風速高，20m/s～30m/s屬于常見風速，越往南極內陸深入風越大，并且由于南極環境惡劣，機器人所需驅動功率往往是正常所需功率的5～10倍。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在缺陷，提供一種多翼帆極地探測機器人，以滿足翼帆受風直接驅動、多個翼帆同步轉動、翼帆攻角反饋控制、框架式支撐的流線型外殼結構多項技術要求，結構緊湊，控制簡單，自身負載小，運動范圍廣，續航時間長。

為實現上述目的，本發明的構思是：

設計一個安裝有多個翼帆的四輪移動機器人，機架是由框架式的船身和前端弧形的船殼組成的船體，船身采用鋁型材連接而成。機器人由多個翼帆提供驅動力，前輪轉向。翼帆通過反向安裝的軸承座與船體連接，翼帆可相對于船體繞各其沿Z向的軸線轉動。風向風速儀安裝于機器人頂端，實時獲取機器人所處環境的風向風速信息，反饋給控制系統后實現多個翼帆攻角的閉環控制。翼帆間通過同步帶實現同步轉動，而為保證各翼帆相對于船體的位置相同，其安裝結構中設計有初始安裝定位板。為保證翼帆間相對位置準確，設計底端、中部和頂端定位板，使翼帆在機器人運動過程中不會發生偏移，提供機器人運動的最佳驅動力，各定位板均固定安裝于船體上并通過定位軸使定位板上的翼帆安裝孔同軸。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種多翼帆極地探測機器人，它包括一個船體、一個前輪轉向機構、一個翼帆同步轉動機構、三個翼帆轉動安裝機構、三塊翼帆、一塊底端翼帆定位板、一塊中部翼帆定位板和一塊頂端翼帆定位板和一個風向風速儀。所述前輪轉向機構是一個平行四邊形機構，用螺釘和T型螺母固定安裝于所述船體上，通過舵機驅動所述前輪轉向機構，實現多翼帆極地探測機器人繞軸線Z的轉向運動。所述翼帆通過環形螺釘組分別固定于所述翼帆轉動安裝機構，所述翼帆轉動安裝機構采用鍵和軸用擋圈與所述翼帆同步轉動機構連接，所述翼帆轉動安裝機構安裝于所述船體，通過所述伺服電機驅動一個小帶輪，實現所述翼帆相對于所述船體的同步轉動。所述底端翼帆定位板和中部翼帆定位板用T型螺母和法蘭螺母與所述船體固定連接，所述頂端翼帆定位板通過軸承座與所述翼帆構成軸線Z方向上的固定連接，所述風向風速儀固定安裝于所述頂端翼帆定位板。

所述船體由一個船身和一個船殼以螺釘旋配而成；根據所述翼型的“品”字型分布特點，所述船身是由鋁型材搭建的“十”字型框架式結構，所述船殼前端采用弧形結構。

所述翼帆同步轉動機構是：一個小帶輪通過一條短同步帶連接一個大帶輪，所述大帶輪與一個小帶輪同軸安裝，所述小帶輪通過一條長同步帶連接兩個小帶輪；所述伺服電機驅動所述小帶輪，實現所述大帶輪和小帶輪的同步轉動，即所述翼帆間的同步轉動；靠近所述伺服電機相連的所述小帶輪的所述短同步帶外側安裝有一個張緊隋輪，在靠近所述大帶輪的所述長同步帶外側安裝有兩個張緊隋輪。