CN112129356A - 一种基于球状机器人的智能探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能探测系统，特别是用于地下电力电缆管道等恶劣环境的巡检探测，具体地提供一种基于球状机器人的智能探测系统。所述智能探测系统包括球状机器人和移动终端，所述球状机器人包括机械单元、控制单元和传感器单元，所述移动终端与所述控制单元无线连接，所述控制单元和传感器单元安装在所述机械单元的内部。本发明可以在人类难以到达的复杂环境或人类不便进入的恶劣环境中执行探测任务，具有运动灵活、通过性强、自动平衡不会发生侧翻以及可以抵抗积水和沙尘环境等优势，有助于提高巡检、探测工作的速度和效率，减小故障率，节约时间和人力成本；并且部署方便、操作方便，设备本身生产也较为方便，成本较低。

Description

一种基于球状机器人的智能探测系统

技术领域

本发明涉及智能探测系统，特别是用于地下电力电缆管道等恶劣环境的巡检探测，具体地提供一种基于球状机器人的智能探测系统。

背景技术

为了对人类难以到达的复杂环境或人类不便进入的恶劣环境中执行探测任务，例如地下电力电缆管道的巡检、受灾害区域的探测、用于隧道内环境和施工作业情况的监测等，利用机器人进行这些区域的巡检探测可以实现自动化、节省人工成本且保证人员安全，例如中国专利CN111716323A公开了一种布置在机房天花板的数据机房温度巡检机器人，主要包括机器人本体、第一机器人毛刷、机器人万向轮、第一机器人动力轮、第一可伸缩弹簧温度传感器、红外温度传感器、摄像头、磁吸导轨、天花板、第一机柜等；又例如专利CN111571610A公开了一种配电房自动巡检机器人，包括支撑板、脚轮驱动箱、障碍物探测器、防撞缓冲件、控制器、剪式支架、巡检座、摄像头支柱、摄像头、巡检装置支杆、巡检探测器和升降架，通过四个驱动轮胎可以实现各个方向和高度的巡检探测；这些轮式移动机器人具有如下的缺点：复杂地形通过性较差，不平或软质地面容易打滑，具有侧翻的风险，工作时需要保证轮子着地，难以通过抛投、空投的方式进行部署，探测工作效率较低。目前较为实用的还有一种履带式移动机器人，例如专利CN110253530A一种具有蛇形探测头的巡检智能机器人，包括机体、两个三角履带传动轮、探测底座、若干蛇形运动模块、蛇头探测头，所述三角履带传动轮位于机体侧下方，用于机器人行进运动；这样的履带式移动机器人具有如下的缺点：运动、转弯不够灵活、快速，具有侧翻的风险，工作时需要保证履带着地，难以通过抛投、空投的方式进行部署。

在机器人研究领域，球状机器人(也被叫做球形机器人)是热点之一，这类机器人具有良好的动态和静态平衡性，同时具有很好的密封性，可以行驶在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中，并具有水陆两栖功能，非常适合于在复杂环境或恶劣环境中执行任务，但是由于球状机器人的理论模型复杂，具有非完整约束、欠驱动等特点，想要实现稳定有效的控制较为困难；近20年来，研究方向囊括球状机器人的机械结构设计和优化、动力学模型分析、驱动和控制方式、导航避障策略等，但是大多数研究仅停留在理论或试验阶段，不是以完成探测任务为目的进行设计，系统本身较为复杂，可扩展性低，成本也较高。

发明内容

针对现有技术中的以上缺点，本发明提供一种实用、低成本、易于生产的基于球状机器人的智能探测系统。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于球状机器人的智能探测系统，所述球状机器人包括机械单元、控制单元和传感器单元，其特征在于：所述智能探测系统还包括移动终端，所述移动终端与所述控制单元无线连接，所述移动终端与所述控制单元能够实现双向通信，通过所述控制单元和所述移动终端控制机械单元使所述球状机器人运动以及控制所述传感器单元采集环境信息数据，并将采集到的环境信息数据经过处理后传输至所述移动终端中进行呈现；

所述机械单元包括球壳和位于所述球壳内部的上层板、中层板、下层板、两个电机、两个驱动轮、两个从动轮、至少一个第一螺丝、至少一个弹簧、至少两个第二螺丝、至少两个第三螺丝、电池、无线充电模块、两个配重块，所述传感器单元固定在所述上层板的上表面，两个从动轮分别安装在所述上层板的两侧面，每个第一螺丝的顶端固定在所述上层板的下表面，每个第一螺丝的底端穿过所述控制单元与每个弹簧的顶端固定连接，每个弹簧的底端固定在所述中层板的上表面，所述控制单元通过所述至少两个第二螺丝固定在所述中层板的上表面，两个电机固定在所述中层板的下表面，两个驱动轮分别安装在所述两个电机上，所述机械单元中仅两个驱动轮和两个从动轮与所述球壳的内表面接触，所述下层板通过所述至少两个第三螺丝固定在所述中层板的下表面，所述电池固定在所述下层板的上表面，所述无线充电模块固定在所述下层板的上表面，两个配重块固定在所述下层板的上表面。

优选地，两个电机均位于所述球壳的球心下方。

优选地，两个驱动轮与所述球壳的内表面接触的两个接触点之间的距离大于任一接触点与同侧的电机的最远端之间的距离至少2倍。

优选地，两个驱动轮和两个从动轮上与所述球壳的内表面接触的表面具有与所述球壳相同的曲率半径。

优选地，所述两个从动轮与所述上层板的两侧面之间和/或所述两个驱动轮与所述两个电机之间还设置有缓冲弹簧，所述两个驱动轮与所述球壳的内表面接触的表面还设置有防滑材料层。

优选地，所述球壳由两个空心结构的半球组成，两个空心结构的半球通过卡扣或者粘胶连接在一起实现密封结构，所述球壳的材料为透明亚克力，所述透明亚克力的可见光透过率大于或等于92%。

优选地，所述控制单元包括微控制器、电机驱动电路、编码器、充电管理电路、稳压电路、无线通信模块和电压采样电路，所述微控制器与所述电机驱动电路、编码器、充电管理电路、稳压电路、无线通信模块、电压采样电路相连接，所述微控制器运行相应的控制程序，所述电机驱动电路接收来自所述微控制器的信号以向所述两个电机提供足够的电压电流，所述编码器用于感应所述两个电机的转动并输出脉冲，经过滤波后输出至所述微控制器中，所述充电管理电路与所述电池、所述无线充电模块相连接，能够将来自于所述无线充电模块的电压降至合适的电压以向所述电池充电，所述稳压电路与所述电池、所述编码器、所述无线通信模块相连接，所述无线通信模块与所述移动终端无线连接，所述电压采样电路与所述电池相连接，用于将所述电池的电压按比例转换至合适的电压输送至所述微控制器中。

更优选地，所述微控制器为STM32F1系列微控制器，所述电机驱动电路为H桥电路，所述编码器为霍尔正交编码器，所述充电管理电路包括TP4057芯片，所述无线通信模块为低功耗蓝牙模块，所述无线通信模块通过异步串口与所述微控制器进行通信，所述无线通信模块通过电磁波与所述移动终端进行通信。

更优选地，所述微控制器运行的控制程序包括硬件驱动程序、实时操作系统、遥控通信协议栈、电机控制程序、姿态控制程序、电池电量处理程序以及传感器数据处理程序；硬件驱动程序负责初始化和操作相应的硬件，并提供相应的程序接口以供上传程序调用；实时操作系统负责调度不同程序的运行，并提供通讯接口；遥控通信协议栈负责处理与所述移动终端的通讯，接收来自所述移动终端的控制数据，通知相应程序进行处理，发送所述移动终端请求的数据内容；电机控制程序负责根据输入参数控制两个电机的转速；姿态控制程序根据姿态传感器的姿态测量结果，向电机控制程序输出控制信息以调整所述球状机器人的姿态；电池电量处理程序负责获取并处理电池电压数据，当电压较低时通知其他程序以进行相应处理；传感器数据处理程序负责读取和处理用于获取环境信息的传感器的数据并通过遥控通信协议栈发送至所述移动终端。

优选地，所述移动终端包括连接按钮、虚拟摇杆、操作按钮和显示数据区域，所述连接按钮用于进行连接设备的搜索，点击目标设备后实现无线连接；所述虚拟摇杆用于控制所述球状机器人的前进或后退以及转向的速度，所述操作按钮用于切换操作还是返航模式，以及控制所述球状机器人的姿态传感器进行校准；所述显示数据区域用于显示所述球状机器人发送的数据。

本发明所述的基于球状机器人的智能探测系统可以在人类难以到达的复杂环境或人类不便进入的恶劣环境中执行探测任务，具有运动灵活、通过性强、自动平衡不会发生侧翻以及可以抵抗积水和沙尘环境等优势，有助于提高巡检、探测工作的速度和效率，减小故障率，节约时间和人力成本；并且部署方便、操作方便，设备本身生产也较为方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明所述的球状机器人的结构示意图；

图2为本发明所述的控制单元的控制框图；

图3为本发明所述的移动终端的界面示意图；

图4为本发明所述的微控制器运行的控制程序的软件框架图；

图5为本发明所述的控制程序的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。

本发明所述的基于球状机器人的智能探测系统，所述球状机器人包括机械单元1、控制单元2和传感器单元3，其特征在于：所述智能探测系统还包括移动终端4，所述移动终端4与所述控制单元2无线连接，所述控制单元2和传感器单元3安装在所述机械单元1的内部，所述移动终端4与所述控制单元2能够实现双向通信，通过所述控制单元2和所述移动终端4控制机械单元1使所述球状机器人运动以及控制所述传感器单元3采集环境信息数据，并将采集到的环境信息数据经过处理后传输至所述移动终端4中进行呈现，以实现探测功能。本发明所述的基于球状机器人的智能探测系统可以在人类难以到达的复杂环境或人类不便进入的恶劣环境中执行探测任务，具有运动灵活、通过性强、自动平衡不会发生侧翻以及可以抵抗积水和沙尘环境等优势，有助于提高巡检、探测工作的速度和效率，减小故障率，节约时间和人力成本；并且部署方便、操作方便，设备本身生产也较为方便，成本较低。

如图1所示，所述机械单元1包括球壳11和位于所述球壳11内部的上层板12、中层板13、下层板14、两个电机15、两个驱动轮16、两个从动轮17、至少一个第一螺丝18、至少一个弹簧19、至少两个第二螺丝20、至少两个第三螺丝21、电池22、无线充电模块23、两个配重块24，所述传感器单元3固定在所述上层板12的上表面，两个从动轮17分别安装在所述上层板12的两侧面，每个第一螺丝18的顶端固定在所述上层板12的下表面；每个第一螺丝18的底端穿过所述控制单元2与每个弹簧19的顶端固定连接，每个弹簧19的底端固定在所述中层板13的上表面，所述弹簧19用于柔性地连接所述上层板12与所述中层板13，使上下部分尽可能地分开，从而迫使所述驱动轮16和所述从动轮17顶住球壳1的内表面，以提供足够的摩擦力，同时防止球壳内部晃动；所述控制单元2通过所述至少两个第二螺丝20固定在所述中层板13的上表面，两个电机15固定在所述中层板13的下表面，两个电机15均位于所述球壳11的球心下方；两个驱动轮16分别安装在所述两个电机15上，所述机械单元1中仅两个驱动轮16和两个从动轮17与所述球壳11的内表面接触，两个驱动轮16与所述球壳11的内表面接触的两个接触点之间的距离大于任一接触点与同侧的电机15的最远端之间的距离至少2倍，保证两个电机15之间留有少许空隙；两个驱动轮16的平均速度为所述球状机器人前进或后退的速度，两个驱动轮16的速度差除以两个驱动轮16之间的距离为所述球状机器人的旋转角速度，两个从动轮17的转速为所述机械单元1的相对速度，用于保持所述机械单元1不发生晃动；优选地，两个驱动轮16和两个从动轮17上与所述球壳11的内表面接触的表面具有与所述球壳11相同的曲率半径，以保证足够的接触面积，防止打滑；所述下层板14通过所述至少两个第三螺丝21固定在所述中层板13的下表面，所述电池22固定在所述下层板14的上表面，所述无线充电模块23固定在所述下层板14的上表面，且位于所述电池22的正下方，两个配重块24固定在所述下层板14的上表面，所述配重块24用于调整重心，重量和重心位置会影响运动性能，例如最大静止起步爬坡能力，重量可以根据安装空间及通过性要求选型，具体安装后还要考虑位置分布，材料要求尽量密度大。

优选地，所述两个从动轮17与所述上层板12的两侧面之间和/或所述两个驱动轮16与所述两个电机15之间还设置有缓冲弹簧(未示出)，所述缓冲弹簧既可以保证所述两个驱动轮16、所述两个从动轮17与所述球壳11的内表面接触时因内部其他部件歪斜而产生额外的摩擦力，又可以使得自动适应因为制造误差或者磨损带来的间隙。同时，优选所述两个驱动轮16与所述球壳11的内表面接触的表面还设置有防滑材料层，例如橡胶层，以进一步防止打滑，保证所述球状机器人的运动。其中，所述两个电机15优选为直流减速电机。

其中，所述球壳11由两个空心结构的半球组成，两个空心结构的半球通过卡扣或者粘胶等方式连接在一起实现密封结构，所述密封结构能够抵抗积水和沙尘环境等，从而满足在复杂环境或恶劣环境中工作的要求，而且可以实现空降、抛投等方式进行部署和运送到指定的工作区域附近。优选地，所述球壳11的材料选用透明亚克力(PMMA)，具有较高的可见光透过率、较高的表面硬度以及耐磨性、耐燃性、耐候性和耐化学腐蚀性好，适合复杂环境和恶劣环境的使用；更优选所述透明亚克力的可见光透过率大于或等于92%，更有利于配合相关传感器对环境信息的采集。

如图2所示，所述控制单元2包括微控制器201、电机驱动电路202、编码器203、充电管理电路204、稳压电路205、无线通信模块206和电压采样电路(未示出)；其中，所述微控制器201与所述电机驱动电路202、编码器203、充电管理电路204、稳压电路205、无线通信模块206、电压采样电路相连接，所述微控制器201运行相应的控制程序，作为控制中枢控制与之相连的各个模块；所述电机驱动电路202接收来自所述微控制器201的信号，向所述两个电机15提供足够的电压电流以驱动所述两个电机15；所述编码器203用于感应所述两个电机15的转动并输出脉冲，经过滤波后输出至所述微控制器201中；所述充电管理电路204与所述电池22、所述无线充电模块23相连接，能够将来自于所述无线充电模块23的电压降至合适的电压以向所述电池22充电，并提供充满断电、充满指示、过热保护等功能；所述稳压电路205与所述电池22、所述编码器203、所述无线通信模块206相连接，用于将所述电池22输出的4.2V电压降至3.3V以提供给需要的电路或模块；所述无线通信模块206与所述移动终端4无线连接，通过电磁波与所述移动终端4进行双向通信，将数据包在所述移动终端4和所述微控制器201之间传输；所述电压采样电路与所述电池22相连接，用于将所述电池22的电压按比例转换至合适的电压输送至所述微控制器201中，以便获取所述电池22的电量。

优选地，所述微控制器201选用STM32F1系列微控制器，所述电机驱动电路202为H桥电路，所述编码器203选用霍尔正交编码器，所述充电管理电路204包括TP4057芯片；所述无线通信模块206选用低功耗蓝牙(BLE)模块BLE103，所述无线通信模块206通过异步串口(UART)与所述微控制器201进行通信，所述无线通信模块206通过电磁波与所述移动终端4进行通信，若选用其他适合长距离通讯但是无法直接与所述移动终端4进行连接的无线协议的无线通信模块时，应增设一网关设备，其兼容该种无线协议以及蓝牙协议(或者Wi-Fi协议等无线协议)，作用是负责将该无线通信模块收发的数据包转换为蓝牙协议等，向所述移动终端4进行转发，以此来兼容所述移动终端4。

其中，所述传感器单元3与所述微控制器201连接，具体可以包括环境信息传感器31、姿态传感器32等，所述环境信息传感器31用于获取环境中的传感信息并发送至所述微控制器201中，例如采用所述环境信息传感器31用于地下电力电缆管道的巡检，能够及时发现因老化而发生局部放电的电力电缆并发出警告，从而保证配电系统安全运行；所述姿态传感器32用于获取所述机械单元1的球壳11内部的姿态信息并发送至所述微控制器201中，所述姿态传感器32优选为九轴姿态传感器MPU9250；所述环境信息传感器31可以举例为温度传感器，能够获取环境中的温度信息等。

在本发明中，所述移动终端4可以举例为智能手机、平板电脑、笔记本、工业级掌上电脑等，通过蜂窝移动通信技术(例如3G、4G、5G)、蓝牙(bluetooth)、无线局域网技术(例如Wi-Fi)等通信方式与所述控制单元2无线连接，实现所述移动终端4与所述球状机器人之间的双向数据传输，从而通过所述移动终端4控制所述球状机器人前进、后退、转弯或根据路径记录返航，并且可以通过所述移动终端4查看所述球状机器人上的多个传感器3采集到的数据，例如数值数据、图像数据、声音数据、视频数据等。

如图3所示，所述移动终端4能够显示由所述球状机器人发送的数据和给所述球状机器人下达指令控制所述球状机器运动，所述移动终端4包括连接按钮41、虚拟摇杆42、操作按钮43和显示数据区域44等，所述连接按钮41可以举例为蓝牙按钮，用于进行蓝牙设备等连接设备的搜索，点击目标设备后实现无线连接；所述虚拟摇杆42用于控制所述球状机器人的前进或后退以及转向的速度，用所述虚拟摇杆42偏移摇杆原点的程度来表征速度值的大小；所述操作按钮43用于切换操作还是返航模式，以及控制所述球状机器人进行所述姿态传感器32校准；所述显示数据区域44用于显示所述球状机器人发送的数据，例如温度数据、速度数据、距离数据等；当然，所述移动终端4还应包括解析MSP协议所需要的代码。

如图4所示，所述微控制器201运行的控制程序包括硬件驱动程序、实时操作系统、遥控通信协议栈、电机控制程序、姿态控制程序、电池电量处理程序以及传感器数据处理程序等；其中，硬件驱动程序负责初始化和操作相应的硬件，并提供相应的程序接口以供上传程序调用，所述硬件驱动程序基于但不限于ST公司的HAL库开发；实时操作系统负责调度不同程序的运行，并提供一些通讯接口如消息队列、消息邮箱，所述实时操作系统选用开源实时操作系统FreeRTOS；遥控通信协议栈负责处理与所述移动终端4的通讯，接收来自所述移动终端4的控制数据，通知相应程序进行处理，发送所述移动终端4请求的数据内容；电机控制程序负责根据输入参数控制两个电机15的转速；姿态控制程序根据姿态传感器32的姿态测量结果，向电机控制程序输出控制信息以调整所述球状机器人的姿态；电池电量处理程序负责获取并处理电池电压数据，当电压较低时通知其他程序以进行相应处理；传感器数据处理程序负责读取和处理用于获取环境信息的传感器的数据并通过遥控通信协议栈发送至所述移动终端4，例如读取所述环境信息传感器31的数据后，进行滤波，并交由所述遥控通信协议栈以发送至所述移动终端4。

如图5所示，三个关键程序：遥控通信协议栈、姿态控制程序、电机控制程序的大致流程为：

所述遥控通信协议栈采用MSP协议，MSP协议是一种常用的遥控协议，支持遥控器端与机器人端的双向通信，报文长度可变，其报文包括报头、数据长度、命令码、数据内容、校验码这几部分；遥控通信协议栈负责处理与所述移动终端4的通讯，接收来自所述移动终端4的控制数据，按照格式要求对数据进行解析，并根据不同的命令码通知相应程序对接收到的数据进行处理，用到的命令码有如下几种情况：速度控制指令，写入机器人行进速度指令消息队列中，待往电机控制程序发送；校准指令，通知电机控制程序改变运行模式；返航指令，通知姿态控制程序校准姿态传感器；数据显示请求命令，则从对应的消息邮箱中接收所需的环境信息等数据，按照协议生成相应的报文，通过UART发送至无线通信模块206再传输至所述移动终端4；速度控制命令，接收到后将前进及旋转速度通过消息队列发送至电机控制程序中；

所述姿态控制程序读取姿态传感器32的姿态测量结果，获得当前所述机械单元1内部的三轴加速度、三轴角加速度以及三轴地磁强度信息，并且通过内部带有的硬件计算单元对九轴原始数据进行初步处理，得到关于偏航角Yaw，俯仰角Pitch，横滚角Roll的四元数形式数据，姿态控制程序读取其中的部分数据，转换出欧拉角形式的俯仰角与偏航角速度；另一方面，执行两路PID控制算法，其中一路以0作为设定量，俯仰角作为当前量，输出量为电机转速，以此来抑制所述机械单元1内部的摆动；另一路以遥控端设定的角速度为设定量，由姿态传感器32得到的偏航角速度作为当前量，输出量为电机转速，以此来控制所述球状机器人的转向以及抑制所述机械单元1内部的异常旋转；

电机控制程序负责根据输入参数控制两个电机15的转速，所述电机转速的控制采用PID控制算法，PID控制算法是一种对设定量与当前量之间的误差进行比例、积分、微分运算并作为控制输出的算法；具体地，设定值为来自所述移动终端4的速度控制数据以及来自姿态控制程序的输出量，当前量为通过编码器采集到的两个电机15的实际转速，输出量为电机供电的PWM信号占空比；另外，利用采集到的编码器脉冲，计算出所述球状机器人的运行速度和距离，通过发送至消息邮箱中并最终传送至所述移动终端4进行呈现，方便观察所述球状机器人的运行状态；所述球状机器人的返航功能主要也在该程序中实现，操作模式下接收所述移动终端4的速度控制指令，同时将速度信息记录入栈中，返航模式下则仅从栈中取出速度记录并按此控制两个电机15的转速，不再接受所述移动终端4的速度控制指令；此外，所述电机控制程序还提供当电池电量低或者所述所述姿态控制程序获取的俯仰角过大时关闭电机的保护措施。

以上内容是对本发明所述的基于球状机器人的智能探测系统作出的进一步详细说明，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域普通技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于球状机器人的智能探测系统，所述球状机器人包括机械单元、控制单元和传感器单元，其特征在于：所述智能探测系统还包括移动终端，所述移动终端与所述控制单元无线连接，所述移动终端与所述控制单元能够实现双向通信，通过所述控制单元和所述移动终端控制机械单元使所述球状机器人运动以及控制所述传感器单元采集环境信息数据，并将采集到的环境信息数据经过处理后传输至所述移动终端中进行呈现；

所述机械单元包括球壳和位于所述球壳内部的上层板、中层板、下层板、两个电机、两个驱动轮、两个从动轮、至少一个第一螺丝、至少一个弹簧、至少两个第二螺丝、至少两个第三螺丝、电池、无线充电模块、两个配重块，所述传感器单元固定在所述上层板的上表面，两个从动轮分别安装在所述上层板的两侧面，每个第一螺丝的顶端固定在所述上层板的下表面，每个第一螺丝的底端穿过所述控制单元与每个弹簧的顶端固定连接，每个弹簧的底端固定在所述中层板的上表面，所述控制单元通过所述至少两个第二螺丝固定在所述中层板的上表面，两个电机固定在所述中层板的下表面，两个驱动轮分别安装在所述两个电机上，所述机械单元中仅两个驱动轮和两个从动轮与所述球壳的内表面接触，所述下层板通过所述至少两个第三螺丝固定在所述中层板的下表面，所述电池固定在所述下层板的上表面，所述无线充电模块固定在所述下层板的上表面，两个配重块固定在所述下层板的上表面。

2.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：两个电机均位于所述球壳的球心下方。

3.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：两个驱动轮与所述球壳的内表面接触的两个接触点之间的距离大于任一接触点与同侧的电机的最远端之间的距离至少2倍。

4.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：两个驱动轮和两个从动轮上与所述球壳的内表面接触的表面具有与所述球壳相同的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：所述两个从动轮与所述上层板的两侧面之间和/或所述两个驱动轮与所述两个电机之间还设置有缓冲弹簧，所述两个驱动轮与所述球壳的内表面接触的表面还设置有防滑材料层。

6.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：所述球壳由两个空心结构的半球组成，两个空心结构的半球通过卡扣或者粘胶连接在一起实现密封结构，所述球壳的材料为透明亚克力，所述透明亚克力的可见光透过率大于或等于92%。

7.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：所述控制单元包括微控制器、电机驱动电路、编码器、充电管理电路、稳压电路、无线通信模块和电压采样电路，所述微控制器与所述电机驱动电路、编码器、充电管理电路、稳压电路、无线通信模块、电压采样电路相连接，所述微控制器运行相应的控制程序，所述电机驱动电路接收来自所述微控制器的信号以向所述两个电机提供足够的电压电流，所述编码器用于感应所述两个电机的转动并输出脉冲，经过滤波后输出至所述微控制器中，所述充电管理电路与所述电池、所述无线充电模块相连接，能够将来自于所述无线充电模块的电压降至合适的电压以向所述电池充电，所述稳压电路与所述电池、所述编码器、所述无线通信模块相连接，所述无线通信模块与所述移动终端无线连接，所述电压采样电路与所述电池相连接，用于将所述电池的电压按比例转换至合适的电压输送至所述微控制器中。

8.根据权利要求7所述的智能探测系统，其特征在于：所述微控制器为STM32F1系列微控制器，所述电机驱动电路为H桥电路，所述编码器为霍尔正交编码器，所述充电管理电路包括TP4057芯片，所述无线通信模块为低功耗蓝牙模块，所述无线通信模块通过异步串口与所述微控制器进行通信，所述无线通信模块通过电磁波与所述移动终端进行通信。

9.根据权利要求7所述的智能探测系统，其特征在于：所述微控制器运行的控制程序包括硬件驱动程序、实时操作系统、遥控通信协议栈、电机控制程序、姿态控制程序、电池电量处理程序以及传感器数据处理程序；硬件驱动程序负责初始化和操作相应的硬件，并提供相应的程序接口以供上传程序调用；实时操作系统负责调度不同程序的运行，并提供通讯接口；遥控通信协议栈负责处理与所述移动终端的通讯，接收来自所述移动终端的控制数据，通知相应程序进行处理，发送所述移动终端请求的数据内容；电机控制程序负责根据输入参数控制两个电机的转速；姿态控制程序根据姿态传感器的姿态测量结果，向电机控制程序输出控制信息以调整所述球状机器人的姿态；电池电量处理程序负责获取并处理电池电压数据，当电压较低时通知其他程序以进行相应处理；传感器数据处理程序负责读取和处理用于获取环境信息的传感器的数据并通过遥控通信协议栈发送至所述移动终端。

10.根据权利要求1所述的智能探测系统，其特征在于：所述移动终端包括连接按钮、虚拟摇杆、操作按钮和显示数据区域，所述连接按钮用于进行连接设备的搜索，点击目标设备后实现无线连接；所述虚拟摇杆用于控制所述球状机器人的前进或后退以及转向的速度，所述操作按钮用于切换操作还是返航模式，以及控制所述球状机器人的姿态传感器进行校准；所述显示数据区域用于显示所述球状机器人发送的数据。

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