专利摘要

本发明公开了一种地面巡视球形探测器及其运动方式，属于地面移动机器人探测技术领域。它包括呈全封闭结构的透明球形薄膜、悬浮机构、探测头；上述悬浮机构内安装有电源，悬浮机构外圈沿圆周方向均匀贴有n片电极板；上述透明球形薄膜的内表面喷涂有透明导电薄层，透明导电薄层内表面按足球外表面的拼接方式粘贴正五边形和正六边形的透明压电薄膜；透明球形薄膜由于内部油液和悬浮机构重力作用，底部变形。本发明利用在电极板与其对应的透明球形薄膜区域之间形成的局部电场，使设置在相应区域的透明压电薄膜在该电场的作用下产生弯曲作动效果，从而驱动透明球形薄膜变形并滚动，它可以在运动过程中进行现场视频采集。

权利要求

1.一种地面巡视球形探测器，其特征在于：

包括呈全封闭结构的透明球形薄膜（9），还包括位于透明球形薄膜（9）内处于1/3至1/2高度的油液（6），还包括悬浮于油液（6）中的悬浮机构（5），还包括安装于悬浮机构（5）上的探测头（12）；

上述悬浮机构（5）由外圈（10）、上配重块（1）、下配重块（3）组成；悬浮机构（5）内安装有电源（2），外圈（10）沿圆周方向均匀贴有n片电极板（4），每片电极板（4）横跨圆周2π/n的弧度，并分别与电源（2）正极的n个驱动端口连接，相邻电极板（4）间设置有绝缘层,n为大于等于4小于等于16的自然数；

上述透明球形薄膜（9）的内表面喷涂有透明导电薄层（8），透明导电薄层（8）内表面按足球外表面的拼接方式粘贴正五边形和正六边形的透明压电薄膜（7），且相邻的两片透明压电薄膜（7）之间具有防止弯曲变形相互影响的安全间隙，透明导电薄层（8）与电源（2）负极连接；

透明球形薄膜（9）由于内部油液（6）和悬浮机构（5）重力作用，底部变形；所述的电极板（4）正好靠近透明球形薄膜（9）底部变形后曲率最大处。

2. 根据权利要求1所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：

上述电极板（4）与透明球形薄膜（9）底部变形后曲率最大处的曲率相等。

3. 根据权利要求1所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：

上述n为偶数。

4. 根据权利要求1所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：

上述悬浮机构（5）由质量轻的非金属材料制成，外形设置为底部空间大，上端空间小的不倒翁形状。

5. 根据权利要求1所述的地面巡视球形探测器的运动方式，其特征在于：

所述的电极板（4）、透明球形薄膜（9）内表面上的透明导电薄层（8）以及油液（6）三部分在地面巡视球形探测器靠近底部区域构成一个电容，当电源（2）正极的驱动端口对第m（1≤m≤n）片电极板（4）供电时，在此电容间形成一个匀强电场；

利用透明压电薄膜（7）在电场作用下产生弯曲作动的特点，当电源（2）对左侧的第m（1≤m≤n）片电极板（4）供电时，在地面巡视球形探测器的左下角区域构成一个匀强电场，使处在该电场中的透明压电薄膜（7）产生弯曲变形，从而迫使左下角区域的透明球形薄膜（9）产生弯曲变形，具体为向右上方弯曲，变形后的透明球形薄膜（9）推动在其内部的油液（6），油液（6）在推力的作用下向右平移，油液（6）作用于透明球形薄膜（9）的右侧，同时使透明球形薄膜（9）右侧产生对应的弯曲变形，具体为向右下方弯曲，因此整个地面巡视球形探测器向右滚动一小段距离；

由于位于电场区域的透明压电薄膜（7）产生了变形，改变了电容间的间隙，从而改变了电场的强度，同时透明球形薄膜（9）被迫向右运动带着该部分的透明压电薄膜（7）运动且离开左下角处的局部电场，因此下一区域的透明压电薄膜（7）将进入该电场中，同时迫使下一区域的透明球形薄膜（9）上的透明导电薄层（8）与电极板（4）重新构成新的电容，相应区域的透明压电薄膜（7）产生弯曲作动，再一次驱动整个地面巡视球形探测器滚动一小段距离，不断重复上述过程，从而迫使地面巡视球形探测器不断向右运动；

在地面巡视球形探测器运动过程中，油液（6）始终在透明球形薄膜（9）内处于水平状态，透明球形薄膜（9）内的悬浮机构（5）为底部空间大，上端空间小的不倒翁的形状，悬浮机构（5）静止的悬浮在油液（6）中，位于透明球形薄膜（9）的球心处，且下配重块（3）的质量大于上配重块（1）的质量，使得悬浮机构（5）的重心靠近底部而不会发生倾倒，即地面球形探测器的运动不影响内部悬浮机构（5）的驱动工作及探测工作，因此安装于悬浮机构（5）上的探测头（12）可以在运动过程中进行视频及图形采集等侦查工作。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种地面探测机器人，具体是一种地面巡视球形探测器及其工作方式。

背景技术

探测技术是信息获取的主要手段之一 ，面对各种复杂、危险环境使用传统侦查的方式不仅难以将实时数据传送回指挥部门，而且无法确保侦查人员的安全，因此目前急需一种能够快速进入各种复杂、危险环境并实时取得侦查数据的探测器，保证指挥部门能够实时全面的掌握侦查现场的具体情况。

传统的地面探测器设置有框架等车体结构，其行走机构的基本驱动方式采用轮式、履带式或轮履复合式。随着现代驱动技术的飞速发展，可以从机器人的行走机构及驱动方式上寻求突破，保证地面移动机器人具有良好运动性能的前提下，降低地面移动机器人的重量，提高地面移动机器人的越障能力。

发明内容

     本发明旨在研发一种地面巡视球形探测器及其工作方式，具有结构简单、成本低、无噪音、小型化、越障能力高、安全性高、机动性能强以及环境适应性强等优点。

一种地面巡视球形探测器，其特征在于：包括呈全封闭结构的透明球形薄膜，还包括位于透明球形薄膜内处于1/3至1/2高度的油液，还包括悬浮于油液中的悬浮机构，还包括安装于悬浮机构上的探测头；上述悬浮机构由外圈、上配重块、下配重块组成；悬浮机构内安装有电源，外圈沿圆周方向均匀贴有n片电极板，每片电极板横跨圆周2π/n的弧度，并分别与电源正极的n个驱动端口连接，相邻电极板间设置有绝缘层,n为大于等于4小于等于16的自然数；上述透明球形薄膜的内表面喷涂有透明导电薄层，透明导电薄层内表面按足球外表面的拼接方式粘贴正五边形和正六边形的透明压电薄膜，且相邻的两片透明压电薄膜之间具有防止弯曲变形相互影响的安全间隙，透明导电薄层与电源负极连接；透明球形薄膜由于内部油液和悬浮机构重力作用，底部变形；所述的电极板正好靠近透明球形薄膜底部变形后曲率最大处。

所述的地面巡视球形探测器的工作方式，其特征在于：所述的电极板、透明球形薄膜内表面上的透明导电薄层以及油液三部分在地面巡视球形探测器靠近底部区域构成一个电容，当电源正极的驱动端口对第m（1≤m≤n）片电极板供电时，在此电容间形成一个匀强电场；利用透明压电薄膜在电场作用下产生弯曲作动的特点，当电源对左侧的第m（1≤m≤n）片电极板供电时，在地面巡视球形探测器的左下角区域构成一个匀强电场，使处在该电场中的透明压电薄膜产生弯曲变形，从而迫使左下角区域的透明球形薄膜产生弯曲变形，具体为向右上方弯曲，变形后的透明球形薄膜推动在其内部的油液，油液在推力的作用下向右平移，油液作用于透明球形薄膜的右侧，同时使透明球形薄膜右侧产生对应的弯曲变形，具体为向右下方弯曲，因此整个地面巡视球形探测器向右滚动一小段距离；由于位于电场区域的透明压电薄膜产生了变形，改变了电容间的间隙，从而改变了电场的强度，同时透明球形薄膜被迫向右运动带着该部分的透明压电薄膜运动且离开左下角处的局部电场，因此下一区域的透明压电薄膜将进入该电场中，同时迫使下一区域的透明球形薄膜上的透明导电薄层与电极板重新构成新的电容，相应区域的透明压电薄膜产生弯曲作动，再一次驱动整个地面巡视球形探测器滚动一小段距离，不断重复上述过程，从而迫使地面巡视球形探测器不断向右运动；在地面巡视球形探测器运动过程中，油液始终在透明球形薄膜内处于水平状态，透明球形薄膜内的悬浮机构为底部空间大，上端空间小的不倒翁的形状，悬浮机构静止的悬浮在油液中，位于透明球形薄膜的球心处，且下配重块的质量大于上配重块的质量，使得悬浮机构的重心靠近底部而不会发生倾倒，即地面球形探测器的运动不影响内部悬浮机构的驱动工作及探测工作，因此安装于悬浮机构上的探测头可以在运动过程中进行视频及图形采集等侦查工作。

本发明利用透明压电薄膜在电场作用下的弯曲作动效应，使与其粘贴在一起的透明球形薄膜弯曲变形，并在与油液的相互作用下驱动地面巡视球形探测器运动，使得地面巡视球形探测器无需前后轮及其支撑结构，不需要电机、车体框架等结构，有效的减轻了运动机构的重量，使其重量轻、机动灵活、负重更多、提高了地面巡视球形探测器的越障能力；同时透明压电薄膜响应快，能耗低，可以提高球形运动的工作时间和使用寿命。

所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：上述电极板与透明球形薄膜底部变形后曲率最大处的曲率相等，使得电极板各处与透明球形薄膜内表面法向间距相等，保证每片电极板通电后与透明球形薄膜内表面的透明导电薄层构成的电容内部形成匀强电场。

所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：上述n为偶数，通过调整对电源正极不同驱动端口供电，使得球形运动机构可以左右对称的调整运动方向，调整方向的精度为2π/n。

所述的地面巡视球形探测器，其特征在于：上述悬浮机构由质量轻的非金属材料制成，外形设置为底部空间大，上端空间小的不倒翁形状，使得悬浮装置在油液中不易倾倒，保证内部驱动装置和探测头的正常工作。

附图说明

图1是地面巡视球形探测器结构示意图；

图2是透明压电薄膜阵列粘贴示意图；

图3是悬浮机构外圈及电极板结构示意图；

图4是电极板分区示意图；

图5是电源及上、下配重块的正视图；

图6是电源及上、下配重块的剖视图；

图7是悬浮机构结构示意图；

图8是透明球形薄膜内注入油液置于地面变形后的剖视图；

图9是透明球形薄膜运动原理图；

图10是地面巡视球形探测器运动示意图；

    其中1-上配重块，2-电源，3-下配重块，4-电极板，5-悬浮机构，6-油液，7-透明压电薄膜，8-透明导电薄层，9-透明球形薄膜，10-外圈，11-螺栓，12-探测头。

具体实施方式

    下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明： 

一种地面巡视球形探测器,包括透明球形薄膜、透明导电薄层、透明压电薄膜、油液、悬浮机构、电源、上配重块、下配重块、电极板、外圈、探测头和螺栓，结构示意图如图1所示。所述的透明球形薄膜的内表面喷涂有透明导电薄层，透明导电薄层内表面按足球外表面的拼接方式粘贴正五边形和正六边形的透明压电薄膜，且相邻的两片透明压电薄膜之间具有防止弯曲变形相互影响的安全间隙，透明导电薄层与电源负极连接，其具体布置方式如图2所示；所述的透明球形薄膜内注入1/3至1/2高度的油液，以保证悬浮机构静止悬浮在油液中，并且使得电极板靠近透明球形薄膜变形后底部曲率最大处，使得整个悬浮装置位于透明球形薄膜球心处；电源设置在上、下配重块之间，并通过三组螺栓固定，在电源上设置有功能装置，包括控制器、传感器、信号接收器和发射器；悬浮机构由质量轻的非金属材料制成，外形设置为底部空间大，上端空间小的不倒翁形状，底部设置有三个通孔用于螺栓固定，在连接处设置有三个密封圈防止油液渗入到悬浮机构内，外圈设置有电极板分区，如图3所示；所述的电极板共n片，圆周阵列设置在悬浮机构外圈，其中每片电极板宽度为2π/n弧长，并且n片电极板分别与电源正极的n个驱动端口连接，相邻电极板间设置有绝缘层，在电源电路的控制下，能够实现2π/n角度的方向调整，电极板在悬浮机构外圈的具体分区方式如图4所示；所述的电源及上、下配重块通过三组螺栓固定在悬浮机构内，并且下配重块比上配重块质量大，使得整个悬浮机构的重心靠近底部，如图5和图6所示；所述的悬浮机构包括外圈、电源、上配重块、下配重块、电极板、螺栓和探测头，其中电源、上配重块、下配重块通过三组螺栓与悬浮机构固定连接，探测头与上配重块上端通过螺纹连接固定在悬浮机构上，如图7所示；所述的透明球形薄膜内部注入1/3至1/2高度的油液，透明球形薄膜由于内部油液和悬浮机构的重力作用，底部变形，如图8所示；所述的电极板正好靠近透明球形薄膜底部变形后曲率最大处。

当地面巡视球形探测器通过信号接收器接收到指挥部门的命令开始工作时，所述的电极板、透明球形薄膜内表面上的透明导电薄层以及油液三部分在靠近底部区域构成一个电容，电源正极的驱动端口对左侧第m（1≤m≤n）片电极板供电时，在球形运动机构的左下角区域构成一个匀强电场透明压电薄膜处在匀强电场中；利用透明压电薄膜在电场作用下的弯曲作动效应，使处在该电场中的透明压电薄膜产生弯曲变形，从而迫使左下角区域的透明球形薄膜产生弯曲变形，具体为向右上方弯曲，变形后的透明球形薄膜推动在其内部的油液，油液在推力的作用下向右平移，油液作用于透明球形薄膜的右侧，同时使透明球形薄膜右侧产生对应的弯曲变形，具体为向右下方弯曲，因此整个球形运动机构向右滚动一小段距离；由于位于电场区域的透明压电薄膜产生了变形，改变了电容间的间隙，从而改变了电场的强度，同时透明球形薄膜被迫向右运动带着该部分的透明压电薄膜运动且离开左下角处的局部电场，因此下一区域的透明压电薄膜将进入该电场中，同时迫使下一区域的透明球形薄膜上的透明导电薄层与电极板重新构成新的电容，如图9所示，相应区域的透明压电薄膜产生弯曲作动，再一次驱动整个球形运动机构滚动一小段距离，不断重复上述过程，从而迫使球形运动机构不断向右运动；其具体运动过程如图10所示；在地面巡视球形探测器运动过程中，油液始终在透明球形薄膜内处于水平状态，透明球形薄膜内的悬浮机构为底部空间大，上端空间小的不倒翁的形状，悬浮机构静止的悬浮在油液中，位于透明球形薄膜的球心处，且下配重块的质量大于上配重块的质量，使得悬浮机构的重心靠近底部而不会发生倾倒，即地面球形探测器的运动不影响内部悬浮机构的驱动工作及探测工作，因此安装于悬浮机构上的探测头可以在运动过程中进行视频及图形采集等侦查工作；根据运动过程中探测头捕捉到的地面环境，通过传感器以及控制器调整电源输出电信号以调控球形运动机构的运动速度；经探测头捕捉发现前方有不可跨越的困难障碍物时，可以控制调整电源正极对不同驱动端口的电极板供电以调控地面巡视球形探测器的运动方向，由于电极板分为n片圆周阵列在悬浮机构的外圈，所以可以实现2π/n的小角度的运动方向的改变，实现对球形运动机构的灵活控制，大大提高其躲避障碍物的能力和越障能力。 

地面巡视球形探测器及其工作方式专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。