CN101249849A - 一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人。它涉及机械技术领域，其目的是采用该机器人，可以使其在风力作用下，根据不同地形环境自主选择滚动和漂浮等运动方式，并具有能耗低、成本小的优点。该机器人主要包括半圆形挡板装置、隔膜布板装置、外层气囊、内层气囊、内核球体系统。内核球体系统由内核球体、氢/氦气反应或液氢/氦储存装置、充放气装置、电磁气阀、核心控制板、电源、传感器组及无线收发模块等部件组成，用于检测环境信息且与外界进行无线通信，并控制和实现充放气，使机器人具有纯滚动与漂浮两种运动状态。本发明可用于极地、沙漠等地面环境和行星表面的环境探测，也可用于侦查、娱乐、军事等领域。

Description

一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及非电变量的控制或调节系统中有关陆地、水上运载工具的二维行走的控制装置，具体地说是一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，可用于极地、沙漠等地面环境和行星表面的环境探测，也可用于运输、侦查、娱乐、军事等领域。

背景技术

目前的环境探测机器人几乎都是轮式机器人。轮式机器人虽然具有越障能力强、稳定性高等特点，但是由于自身结构比较复杂，造价都非常昂贵，不利于作群体协同工作；而且受自身携带能源制约，活动范围有限，不利于作大规模、远距离环境探测。

球形机器人是一种具有球形外壳的机器人。球形机器人最大的特点是运动方式特殊，球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性，因此不怕翻倒，与轮子只能在一个方向上滚动不同，它能够在一个平面的任何方向上做滚动运动。同时，在其内部装备各种不同功能的传感器和执行器，就能够使其具有所需的各种智能功能。目前国内现有的球形机器人专利均为内驱动球形机器人，但作为环境探测机器人，必须携带足够的能源、燃料或供能装置，用于驱动内部测控系统和自身运动驱动系统。其中内驱动球形机器人的运动驱动系统，所需的能源占绝大部分。因此，内驱动球形机器人受携带能源的制约，活动范围受限，难以实现远距离大范围环境探测。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有环境探测机器人装置存在的技术问题，提出了一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，使其在风力作用下，根据不同的地形环境自动的选择滚动、弹跳和漂浮等运动方式，并且具有能耗低、成本小的特点，同时还增强了机器人的机动性和环境的适应性，提高了对自然风能的利用率。

实现本发明的技术方案是：该球形机器人是一种可展开结构，其初始为折叠态，呈半圆饼状，易于太空发射、储运和收藏；完全展开的形态是：整体呈球形轮廓。该机器人包括半圆形挡板装置、隔膜布板装置、外层气囊、内层气囊、内核球体系统及有关部件；它是将半圆形挡板装置、隔膜布板装置、外层气囊和内层气囊相联接，通过铰联接在内核球体系统的外部过中轴安装的内核铰联接轴，与内核球体系统进行铰联接方式有机的组合安装而构成。内层气囊中充有氢/氦气体，气囊所受的浮力略小于机器人自身的重力，使球形机器人在探测环境表面受风力驱动做滚动运动。安装在内核球体系统中的核心控制板，根据外界环境条件控制同样安装在内核球体系统的内核球体中的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置和充放气装置，向外层气囊中充、放气，使得机器人具有纯滚动或漂浮两种运动状态。为达到在不同的探测环境实现不同的风力载荷的目的，可以将半圆形挡板装置设计为4块/6块/8块/10块/12块等不同数量的半圆形挡板部件，并将它们均匀配置在内核球体的外部，构成不同结构的球形机器人。本发明图例以六块半圆形挡板部件均匀配置在内核球体的外部的结构进行说明，参见图1、图2所示。

半圆形挡板装置由六块半圆形挡板部件相互之间有序的联接而组成，这些部件均匀地配置在内核球体系统的外围，外形均为半圆环形，各个半圆形挡板部件的外轮廓边缘均在同一球面上，以半圆轴边与内核球体上固连的内核铰联接轴形成同轴转动副。半圆形挡板的外边缘材料为聚四氟乙烯，内部材料为尼龙布。隔膜布板装置包括六块隔膜布板，材料为尼龙布；这些隔膜布板为共面的、均匀分布可折叠的薄扇形板，位于六块半圆形挡板部件的中截面上，且垂直于各个半圆形挡板部件，均匀配置于内核球体系统的外围，并分别与各半圆形挡板部件固联。特别需要指出的是，六块半圆形挡板部件中的一块由小半圆板和半圆环形板拼合而成，小半圆板和半圆环形板分别与两块相邻的隔膜布板固联；相邻的半圆形挡板部件之间分别安装有扭簧，其安装轴线沿各半圆形挡板部件的半圆轴边方向；扭簧由电控爆断开关通过人工指令方式控制其打开。

外层气囊与内层气囊均为十二瓣，分别位于半圆形挡板部件与隔膜布板部件形成的十二个相同的异形扇状开口腔体内；十二瓣外层气囊、内层气囊的气囊瓣均为扇状体，各层的气囊瓣相互组合分别构成一个球体气囊，气囊瓣扇状体体积为各自构成的球体体积的十二分之一。两层气囊均采用弹性尼龙布材料制成；十二瓣内层气囊的气囊瓣中都预先充满了氢/氦气，而外层气囊在机器人的初始状态是紧贴在内层气囊上的，内层气囊中的氢/氦气气体足够多，使得内层气囊所受的外界空气的浮力，略小于整个装置所受的重力，机器人在此状态下，由外界风力的驱动可做纯滚动运动。

对于十二瓣外层气囊和内层气囊，每一扇瓣之间均有半圆形挡板部件和隔膜布板隔离，在其每两扇瓣之间的半圆形挡板部件上安装有充放气用的聚乙烯塑料管，它是多通路联接管，塑料管一端的两个通路出口分别与内核球体内部的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置、充放气装置封闭联接，另一端三个通路出口的两个通路出口分别与十二瓣外层气囊以及内层气囊封闭联接，剩余的一个通路开口朝向外界环境。塑料管的各通路口联接处均安装有电磁气阀；十二瓣外层气囊和内层气囊上均安装有气嘴，用于联接塑料管。各十二瓣外层气囊通过其两侧分别与半圆形挡板装置粘接联接，各十二瓣内层气囊通过其内侧分别与内核球体外表面粘接联接。氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置和充放气装置的充/放气量，均由核心控制板控制电磁气阀来予以实现。

内核球体系统是一个封闭薄壁空心球体装置，其壳体即内核球体为硬质轻合金材料；其外部过中轴安装有内核铰联接轴，其内部安装有氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置、充放气装置、电磁气阀、核心控制板、电源、传感器组以及无线收发模块，其功能一方面是生成轻质气体并进行充放气工作，另一方面是获取环境信息并与外界进行无线通信。

该机器人构型是一种可展开结构，其初始为折叠状态，它是由半圆形挡板部件相互紧贴而折叠为半圆饼状，外围有包装带紧密捆扎以维持其半圆饼状形态；隔膜布板部件、未充气的十二瓣外层气囊和十二瓣内层气囊则分别折叠压贴于各挡板之间；其中，小半圆板和半圆环形板分别位于此半圆饼状体两相反外表面，此时半圆形挡板部件之间的扭簧均处于压缩状态。当该机器人运送/发射到达某一探测环境开始工作时，通过人工发送指令，控制启动包装带上的电控爆断开关，使其断开包装带；被压缩的扭簧随后则自动弹性伸展，依次拉动半圆形挡板部件围绕内核铰联接轴转动，半圆形挡板部件、隔膜布板部件、十二瓣外层气囊和十二瓣内层气囊从而顺次展开，直到小半圆板和半圆环形板在扭簧作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板外缘与半圆环形板内缘卡位相切，本机器人展开过程完成；同时，触发核心控制板发出指令，打开电磁气阀，将预先压缩的一定量氢/氦气轻质气体通过充放气装置充入内层气囊中，这时形成的外轮廓为工作状态的球形结构；而且，其风载升力和浮力的合力略小于重力，球形机器人在探测环境表面受风力驱动将做滚动运动。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1、本发明与其它类型的机器人相比较，主要依靠外界风力等自然力实现运动，因此耗能小，活动范围大。

2、本发明结构简单，实现成本低，适用于作群体协同工作，并可一次性使用。

3、本发明的外层气囊装置在充放气系统的作用下可选择不同的状态，使得机器人既可以做纯滚动运动，又可以做漂浮飞行运动，这样机器人就不容易受障碍物阻挡，并且避免了群体协同工作时的冗余现象。

4、本发明中设计了合理的半圆形挡板组合结构，提高了机器人的风载能力、抗冲击能力和使用性能。

5、本发明可根据不同用途制作成不同尺寸大小的机器人，形成系列化；其制造和装配简单，成本低廉。

由于本发明具有上述的优点，因此具有广泛的推广应用价值。在工业应用上，可作为探索仪器搭载平台用来对沙漠、河流、沟渠、极地等特殊环境进行探索；在军事应用上，可用它搭载侦察装置进行侦查，若搭载武器，可完成特殊的战斗任务。在宇宙探测领域，可以用于未来火星等星体环境探测，并且可以一次性使用进行群体协同工作。

附图说明

图1是本发明的工作状态结构组成示意图

图2是本发明的展开过程原理示意图

具体实施方式

在机器人研究过程中，将多种运动方式进行综合，是实现扩展机器人运动范围、提高其自适应能力的主要途径。对于风力装置，除环境因素外，作用在该装置上的风力与其形状和主要尺寸有关。因此，可通过改变该装置的外部结构形状以调整作用在其上的风载，自然界中的鸟类就是通过改变翅膀形状调整所受的风载以实现不同的飞行运动。据此，本发明提出了一个风力驱动多形态球形机器人的构型设计，该机器人可以通过自动改变自身形状以调整所受的空气动力，实现多种运动方式。本发明就是根据上述的设计思想进行设计实现的。

参照图1和图2，图1是本发明的工作状态结构组成示意图，图2是本发明的展开过程原理示意图，为了观察和叙述更加清晰，其中图2(a)～(c)画出了不含外层气囊3、内层气囊4的结构展开过程示意图。

该机器人主要包括半圆形挡板装置1、隔膜布板装置2、外层气囊3、内层气囊4、内核球体系统共五大部分。内核球体系统由内核球体5、内核铰联接轴15、氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8、充/放气装置9、电磁气阀10、核心控制板11、电源12、传感器组13以及无线收发模块14等部件组成，起着检测环境信息、调整结构及姿态并与外界进行无线通信的作用。

机器人外轮廓呈球形，半圆形挡板装置1由多块半圆形挡板部件相互之间有序的联接而组成，这些部件均匀地配置在内核球体系统的外围，外形均为半圆环形，各个半圆形挡板部件的外轮廓边缘均在同一球面上，以半圆轴边与内核球体5上固连的内核铰联接轴15形成同轴转动副。为达到在具体的探测环境实现不同的风力载荷的目的，可以将多块半圆形挡板部件设计为4块/6块/8块/10块/12块均匀配置在内核球体外部的多种方式。本发明图例以六块半圆形挡板部件1-1～1-6均匀配置在内核球体5的外部的结构方式进行说明，参见图1、图2所示。

半圆形挡板的外边缘材料为聚四氟乙烯，内部材料为尼龙布。隔膜布板装置2包括隔膜布板2-1～2-6，材料为尼龙布。这些隔膜布板为共面的、均匀分布可折叠的薄扇形板，位于半圆形挡板部件1-1～1-6中截面上，垂直于各个半圆形挡板部件，均匀配置于内核球体系统的外围，并分别与各半圆形挡板部件固接。这种结构可以有效地利用外部风能，同时具有重量轻、弹性好的优点。特别需要指出的是，半圆形挡板部件1-6由小半圆板1-6’和半圆环形板1-6”拼合而成，小半圆板1-6’与隔膜布板2-6固联，半圆环形板1-6”则与隔膜布板2-5固联。相邻的半圆形挡板部件1-1～1-6之间分别安装有扭簧16，其安装轴线沿各半圆形挡板部件的半圆轴边方向。扭簧16由电控爆断开关17通过人工指令方式控制其打开。

外层气囊3与内层气囊4均为十二瓣，分别位于半圆形挡板部件1-1～1-6与隔膜布板2-1～2-6形成的十二个相同的异形扇状开口腔体内。十二瓣外层气囊3、内层气囊4的气囊瓣均为扇状体，各层的气囊瓣相互组合分别构成一个球体气囊，气囊瓣扇状体体积为各自构成的球体体积的十二分之一。两层气囊均采用弹性尼龙布材料制成。十二瓣内层气囊4的气囊瓣中都预先充满了氢/氦气，而外层气囊3在机器人的初始状态是紧贴在内层气囊4上的，内层气囊4中的氢/氦气气体足够多，使得内层气囊4所受的外界空气的浮力，略小于整个装置所受的重力。而且，内层气囊4的轮廓尺寸小于多块半圆形挡板部件1-1～1-6边缘球形轮廓尺寸，机器人在此状态下，由外界风力的驱动，以半圆形挡板部件1-1～1-6边缘与地面点接触做纯滚动运动。

对于十二瓣外层气囊3和内层气囊4，每一扇瓣之间均有半圆形挡板部件1-1～1-6和隔膜布板2-1～2-6隔离，在其每两扇瓣之间的半圆形挡板部件上安装有充放气用的聚乙烯塑料管6，为多通路联接管，塑料管6一端的两个通路出口分别与内核球体5内部的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8、充/放气装置9封闭联接，另一端三个通路出口的两个通路出口分别与十二瓣外层气囊3以及内层气囊4封闭联接，剩余一个通路出口开口朝向外界环境。塑料管6的各通路口联接处均安装有电磁气阀10。十二瓣外层气囊3和内层气囊4上均安装有气嘴7，用于联接塑料管6。各十二瓣外层气囊3通过其两侧分别与半圆形挡板装置1粘接联接，各十二瓣内层气囊4通过其内侧分别与内核球体5外表面粘接联接。氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8和充/放气装置9的充/放气量，均由核心控制板11控制电磁气阀10来予以实现。

内核球体系统是一个封闭薄壁空心球体装置，其壳体即内核球体5为硬质轻合金材料。其外部过中轴安装有内核铰联接轴15，其内部安装有氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8、充/放气装置9、电磁气阀10、核心控制板11、电源12、传感器组13以及无线收发模块14，其功能一方面是生成轻质气体并进行充、放气工作，另一方面是获取环境信息并与外界进行无线通信。

本发明实施例的具体实施过程为：

考虑到太空发射或易于储运、收藏等因素，本机器人构型是一种可展开结构，其初始折叠态示意图见图2(a)。半圆形挡板部件1-1～1-6相互紧贴为半圆饼状，外围有包装带18紧密捆扎以维持其半圆饼状形态。隔膜布板2-1～2-6、未充气的十二瓣外层气囊3和十二瓣内层气囊4则分别折叠压贴于各挡板之间。其中，小半圆板1-6’和半圆环形板1-6”分别位于此半圆饼状体两相反外表面，此时半圆形挡板部件1-1～1-6之间的扭簧16均处于压缩状态。当该机器人运送/发射到达某一探测环境开始工作时，通过人工发送指令，控制启动包装带18上的电控爆断开关17，使其断开包装带18。被压缩的扭簧16随后则自动弹性伸展，依次拉动半圆形挡板部件1-1～1-6围绕内核铰联接轴15转动，半圆形挡板部件1-1～1-6、隔膜布板2-1～2-6、十二瓣外层气囊3和十二瓣内层气囊4从而顺次展开，直到小半圆板1-6’和半圆环形板1-6”在扭簧16作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板1-6’外缘与半圆环形板1-6”内缘卡位相切，本机器人展开过程完成。同时，触发核心控制板11指令，打开电磁气阀10，将预先压缩的一定量氢/氦气轻质气体通过充、放气装置9充入内层气囊4中，这时形成的外轮廓为工作状态的球形结构。而且，其风载升力和浮力的合力略小于重力，球形机器人在探测环境表面受风力驱动将做滚动运动。具体展开过程示意图参见图2(a)～(d)。

在该球形机器人进行探测工作时，核心控制板11实时读取传感器组13的数据，获取本地环境信息，并通过无线收发模块14将检测到的信息发送到外界接收服务器，以便人工下达指令。另一方面，核心控制板11将通过传感器组13获取自身的运动状态，当机器人在探测环境表面需要在某一方向改变所受的风力以调整其位位置姿态时，核心控制板11通过自动控制充/放气装置9对十二瓣外层气囊3进行不均衡充放外部环境气体，改变自身形状，以调整机器人所受的空气动力，从而在探测环境中实现沿预定的方向滚动运动。

运动机器人可以根据环境状态选择自身的漂浮运动状态，当遇到较大的障碍物或者机器人需要做大范围、远距离探测时，通过人工指令发送到核心控制板11或是传感器组13检测的外部环境信息反馈到核心控制板11；再由核心控制板11向充/放气装置9发送指令，将外层气囊3中的气体向外部环境排出；最后核心控制板11向氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8发送指令，启动该装置生成气态氢/氦气，同时打开电磁气阀10，通过塑料管6与固联在外层气囊3上的气嘴7，将生成的氢/氦气充入十二瓣外层气囊3。当外层气囊3充入氢/氦气体时，机器人所受的浮力将逐渐增加。由于内层气囊4所受的浮力略小于机器人整体所受的重力，外层气囊3中只需充入少量氢/氦气体即可使其总浮力大于总重力。当机器人总浮力大于总重力时，球形机器人则离开探测环境表面，在外界风力作用下沿着一定的方向做漂浮飞行运动，以越过障碍物或到达预定探测地点。机器人在此过程中的外观形态参见图2(d)～(f)。

在该机器人以漂浮飞行状态运动时，可以通过控制氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8和充/放气装置9，对十二瓣外层气囊3进行不均衡充放氢/氦气体，机器人的外形可变化成为十二瓣异形气囊的异形外观结构或椭球体，来调整飘浮运动的高度、姿态和运动方向。机器人做漂浮运动时的外观形态参见图2(g)～(i)。

在越过障碍物或是需要做某处地面的详细探测时，核心控制板11将控制充/放气装置9将外层气囊3中的气体放出，机器人将缓慢降落地面，外层气囊3体积随之弹性收缩，重新紧贴于内层气囊4之上，半圆形挡板装置1外边缘与地面点接触，在风力驱动下恢复纯滚动运动。

该构型中，内层气囊4一旦充气完毕，其形状体积将不会再发生变化。外层气囊3的体积通过充/放气装置9可自动改变。另外，可以分别控制十二瓣外层气囊3的充放气量，这样可任意的改变气囊球体的外部形状，以产生不同的风动力，得到不同的飘浮飞行姿态。

在该机器人探测过程中，飘浮飞行运动是机器人使用较少的一种运动方式，仅在遇到地面运动方式难以翻越的障碍物或者群体探测出现“拥挤”问题时才使用，因此，其自身携带的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置8生成氢/氦气体的不可逆性缺陷的体现不是很明显。我们初步计算结果表明：在地球环境中，总重20kg、直径3m的这种球形机器人可实现上述各种运动方式。这种构型集成了充气球结构和箱形风筝结构的优点，并实现了新的运动功能。通过对这种构型设计的运动分析及仿真研究，可为其最优设计参数的确定提供依据。这种风力驱动多形态环境探测球形机器人结构简单、能耗小、成本低，可用于地球上的沙漠、火山、极地等特殊环境和月球、火星等行星环境的远距离大范围探测。

Claims (3)

1、一种风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于：该球形机器人是一种可展开结构，其初始为折叠态，呈半圆饼状，易于太空发射、储运和收藏；完全展开的形态是：整体呈球形轮廓；该机器人包括半圆形挡板装置(1)、隔膜布板装置(2)、外层气囊(3)、内层气囊(4)、内核球体系统及有关部件；它是将半圆形挡板装置(1)、隔膜布板装置(2)、外层气囊(3)和内层气囊(4)相联接，通过铰联接在内核球体系统的外部过中轴安装的内核铰联接轴(15)，与内核球体系统进行铰联接方式有机的组合安装而构成；内层气囊(4)中充有氢/氦气体，气囊所受的浮力略小于机器人自身的重力，使球形机器人在探测环境表面受风力驱动做滚动运动；安装在内核球体系统中的核心控制板(11)，根据外界环境条件控制同样安装在内核球体系统的内核球体(5)中的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(8)和充放气装置(9)，向外层气囊(3)中充、放气，使得机器人具有纯滚动或漂浮两种运动状态；为达到在不同的探测环境实现不同的风力载荷的目的，可以将半圆形挡板装置(1)设计为4块/6块/8块/10块/12块等不同数量的半圆形挡板部件，并将它们均匀配置在内核球体(5)的外部，构成不同的结构的球形机器人。

2、根据权利要求1所述的风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于，半圆形挡板装置(1)由半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)相互之间有序的联接而组成，这些部件均匀地配置在内核球体系统的外围，外形均为半圆环形，各个半圆形挡板部件的外轮廓边缘均在同一球面上，以半圆轴边与内核球体(5)上固连的内核铰联接轴(15)形成同轴转动副；半圆形挡板的外边缘材料为聚四氟乙烯，内部材料为尼龙布；隔膜布板装置(2)包括隔膜布板(2-1)～(2-6)，材料为尼龙布；这些隔膜布板为共面的、均匀分布可折叠的薄扇形板，位于半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)的中截面上，且垂直于各个半圆形挡板部件，均匀配置于内核球体系统的外围，并分别与各半圆形挡板部件固联；特别需要指出的是，半圆形挡板部件(1-6)由小半圆板(1-6’)和半圆环形板(1-6”)拼合而成，小半圆板(1-6’)与隔膜布板(2-6)固联，半圆环形板(1-6”)则与隔膜布板(2-5)固联；相邻的半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)之间分别安装有扭簧(16)，其安装轴线沿各半圆形挡板部件的半圆轴边方向；扭簧(16)由电控爆断开关(17)通过人工指令方式控制其打开；

外层气囊(3)与内层气囊(4)均为十二瓣，分别位于半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)与隔膜布板(2-1)～(2-6)形成的十二个相同的异形扇状开口腔体内；十二瓣外层气囊(3)、内层气囊(4)的气囊瓣均为扇状体，各层的气囊瓣相互组合分别构成一个球体气囊，气囊瓣扇状体体积为各自构成的球体体积的十二分之一；两层气囊均采用弹性尼龙布材料制成；十二瓣内层气囊(4)的气囊瓣中都预先充满了氢/氦气，而外层气囊(3)在机器人的初始状态是紧贴在内层气囊(4)上的，内层气囊(4)中的氢/氦气气体足够多，使得内层气囊(4)所受的外界空气的浮力，略小于整个装置所受的重力，机器人在此状态下，由外界风力的驱动可做纯滚动运动；

对于十二瓣外层气囊(3)和内层气囊(4)，每一扇瓣之间均有半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)和隔膜布板(2-1)～(2-6)隔离，在其每两扇瓣之间的半圆形挡板部件上安装有充放气用的聚乙烯塑料管(6)，它是多通路联接管，塑料管(6)一端的两个通路出口分别与内核球体(5)内部的氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(8)、充放气装置(9)封闭联接，另一端三个通路出口的两个通路出口分别与十二瓣外层气囊(3)以及内层气囊(4)封闭联接，剩余的一个通路开口朝向外界环境；塑料管(6)的各通路口联接处均安装有电磁气阀(10)；十二瓣外层气囊(3)和内层气囊(4)上均安装有气嘴(7)，用于联接塑料管(6)；各十二瓣外层气囊(3)通过其两侧分别与半圆形挡板装置(1)粘接联接，各十二瓣内层气囊(4)通过其内侧分别与内核球体(5)外表面粘接联接；氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(8)和充放气装置(9)的充/放气量，均由核心控制板(11)控制电磁气阀(10)来予以实现；

内核球体系统是一个封闭薄壁空心球体装置，其壳体即内核球体(5)为硬质轻合金材料；其外部过中轴安装有内核铰联接轴(15)，其内部安装有氢/氦气反应装置或液态氢/氦储存装置(8)、充放气装置(9)、电磁气阀(10)、核心控制板(11)、电源(12)、传感器组(13)以及无线收发模块(14)，其功能一方面是生成轻质气体并进行充放气工作，另一方面是获取环境信息并与外界进行无线通信。

3、根据权利要求1所述的风力驱动具有多种运动方式的环境探测球形机器人，其特征在于，该机器人构型是一种可展开结构，其初始为折叠状态，它是由半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)相互紧贴而折叠为半圆饼状，外围有包装带(18)紧密捆扎以维持其半圆饼状形态；隔膜布板(2-1)～(2-6)、未充气的十二瓣外层气囊(3)和十二瓣内层气囊(4)则分别折叠压贴于各挡板之间；其中，小半圆板(1-6’)和半圆环形板(1-6”)分别位于此半圆饼状体两相反外表面，此时半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)之间的扭簧(16)均处于压缩状态；当该机器人运送/发射到达某一探测环境开始工作时，通过人工发送指令，控制启动包装带(18)上的电控爆断开关(17)，使其断开包装带(18)；被压缩的扭簧(16)随后则自动弹性伸展，依次拉动半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)围绕内核铰联接轴(15)转动，半圆形挡板部件(1-1)～(1-6)、隔膜布板(2-1)～(2-6)、十二瓣外层气囊(3)和十二瓣内层气囊(4)从而顺次展开，直到小半圆板(1-6’)和半圆环形板(1-6”)在扭簧(16)作用下拼合到位，即两者共面，且小半圆板(1-6’)外缘与半圆环形板(1-6”)内缘卡位相切，本机器人展开过程完成；同时，触发核心控制板(11)发出指令，打开电磁气阀(10)，将预先压缩的一定量氢/氦气轻质气体通过充放气装置(9)充入内层气囊(4)中，这时形成的外轮廓为工作状态的球形结构；而且，其风载升力和浮力的合力略小于重力，球形机器人在探测环境表面受风力驱动将做滚动运动。

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