[發明專利]一種風驅動聯合發電球形探測器

有效

• 申請號: 201711087687.7
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107834901B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 翟宇毅;張萌;何宜瑞;劉韻佳;靳紹華;丁仔航
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02;G01V9/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明公開了一種風驅動聯合發電球形探測器，包括外球殼、發電管道A、發電管道B、管道連接件、內球殼、壓電發電單元；所述外球殼為具有一定柔性的兩個半球殼拼合而成，所述內球殼由兩個硬質半球殼拼合固定而成，在內外球殼的密閉空腔內，其前后、左右、上下相互垂直的安裝六根發電管道B連接內外球殼，每個發電管道B的頂端與其相垂直平面內的四根發電管道B的頂端通過管道連接件連接，組成類八面體結構，所述內球殼的內部空間對稱布置若干壓電發電單元，發電管道A、發電管道B、壓電發電單元共同組成電能采集裝置。本發明整體結構裝配簡單，空間布置合理，能夠實現在任意風向下的聯合發電。

技術領域

本發明涉及一種風驅動聯合發電球形探測器，屬于極地探測機器人領域。

背景技術

南極，是地球上最后一個被發現、沒有人定居的大陸。但是由于其蘊藏著豐富的礦產資源，對它的勘探就成了趨勢所向。南極的自然條件惡劣，寒冷和常年大風的生態環境使得人員無法長期居住，也就無法給探測機器人補充能源。因此考慮使用能夠自發電的球形機器人進行探測。

球形機器人相比于傳統的輪式、軌道式或足式移動機器人，具有運動效率高、能量損耗小、零轉向角和不會傾倒的特性。所有的探測用傳感器和控制系統等都安裝于球體內部，有效地和外部的環境隔離開來。

球形機器人的驅動方式主要有主動驅動和被動驅動兩種。主動驅動式球形機器人是依靠自帶能源和球體內部的機械結構、通過改變球體重心的方式驅動球體滾動。這種驅動方式的球形機器人可以實現對運行路徑的精確控制，但是需要耗費大量的能量。被動驅動式球形機器人主要是依靠外界的作用力，如風力驅動其運動。這種驅動方式的球形機器人不需要自身提供能源，僅需借助外界能量就能運動，但其缺點也很明顯，就是運動不可控，并且受外界環境影響很大。

綜合考慮球形機器人的運動特點和南極的生態環境，選用被動式球形機器人，利用南極常年大風，驅動球形機器人運動，實現探測的目的。2012年加州理工學院和美國NASA噴氣推進實驗室共同研制了一種名為Moball的能量自給的球形機器人。該球形機器人的設計目的是作為一種新型的外星球以及極地探測器，主要驅動方式為風力驅動，內部的安裝有多個管道式電磁發電裝置，可以將球體滾動中產生的機械能部分轉化為電能進行儲存或給負載供電，可以實現機器人的能量完全自給。中國發明專利ZL201310558991.0公開了“一種極地長續航風力驅動式球形機器人”，該球形機器人通過內球殼表面的太陽能薄膜將光能轉換為電能，但是太陽能轉換為電能的裝置以及環境要求較高，不適合用作極地探測的能量供給來源。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種風驅動聯合發電球形探測器，能夠實現在極地常年大風環境下長續航長距離的極地探測。

為了實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種風驅動聯合發電球形探測器，包括外球殼、發電管道A、發電管道B、管道連接件、內球殼、壓電發電單元；所述外球殼為具有一定柔性的兩個半球殼拼合而成，所述內球殼由兩個硬質半球殼拼合固定而成，在內外球殼的密閉空腔內，其前后、左右、上下相互垂直的安裝六根發電管道B連接內外球殼，每個發電管道B的頂端與其相垂直平面內的四根發電管道B的頂端通過管道連接件連接，組成類八面體結構，所述內球殼的內部空間對稱布置若干壓電發電單元，發電管道A、發電管道B、壓電發電單元共同組成電能采集裝置。

所述管道連接件的結構是，四根細管道與中心粗管道呈45°十字交叉，四根細管間隔90°布置，其中，中心粗管道固定于發電管道B上，四根細管道用于連接發電管道A。

所述發電管道B包括圓柱形磁體B、線圈B、管道B、磁鐵B和端蓋；所述圓柱形磁體B由永磁體兩端加鐵片組成，放置于管道B內部，兩個線圈B等距布置在管道B長度的三等分點處，管道B為塑料質透明管道，兩端處磁鐵B與圓柱形磁體B同極性相對布置，通過端蓋固定；球形探測器隨風滾動過程中，圓柱形磁體B在管道內往復運動，切割磁感線產生電能，在到達端蓋處時，受到磁鐵B的斥力，減少對端蓋的沖擊力。