机器人/组件/电源

虽然可能可以使用其他电源，但机器人主要的电力来源是电池和光伏电池。这些可以单独使用或一起使用（对于实际应用，大多数太阳能机器人将需要电池备份）。

光伏电池

光伏电池，也称为太阳能电池，以其在卫星、绿色能源制造和袖珍计算器中的电源用途而闻名。在机器人领域，太阳能电池主要用于BEAM机器人。通常，它们由一个太阳能电池组成，该太阳能电池为电容器充电，一个小电路允许电容器充电至设定的电压水平，然后通过电机放电，使其运动。

对于更大的机器人，太阳能电池可用于为其电池充电。此类机器人必须围绕能源效率进行设计，因为它们几乎没有多余的能量。

电池

电池是大多数机器人设计中必不可少的组成部分。可以使用许多类型的电池。电池可以根据它们是否可充电进行分组。

不可充电的电池通常在其尺寸内提供更大的功率，因此在某些应用中是理想选择。可以使用各种碱性和锂电池。碱性电池便宜得多，足以满足大多数用途，但锂电池提供更好的性能和更长的保质期。

常见的可充电电池包括铅酸、镍镉 (NiCd) 和更新的镍氢 (Ni-MH)。NiCd 和 Ni-MH 电池有常见的尺寸，如 AA，但提供的电压低于碱性电池 (1.2V 而不是 1.5V)。它们也可以在具有专用电源连接器的电池组中找到。这些通常被称为竞速电池组，用于更昂贵的 RC 竞速赛车。如果使用得当，它们可以持续使用一段时间。Ni-MH 电池目前比 NiCd 电池贵，但受记忆效应的影响较小。

铅酸电池相对便宜，并具有相当大的功率，尽管它们相当重，并且在放电低于某个电压时会损坏。这些电池通常用作报警系统和 UPS 的备用电源。

机器人中一个极其常见的问题是“当我打开电机时微控制器重置”问题[1]。当电机打开时，它会短暂地将电池电压拉低到足以重置微控制器的程度。最简单的解决方案[2] [3] [4] [5] 是在独立的电池组上运行微控制器。

电池的历史

电池的第一个证据来自公元前 250 年左右苏美尔遗址的发现。伊拉克巴格达的考古发掘[6]。但最被认为是创造电池的人名叫亚历山德罗·伏特，他在公元 1800 年创造了他的电池，称为伏特堆。伏特堆由锌和铜圆盘组成，金属圆盘之间夹着浸泡在盐水中的纸板。电力的单位伏特以纪念亚历山德罗·伏特而命名[7]。您可以在这里查看电池突破和发展的年表[8]。

电池的工作原理

大多数电池在外部有两个端子，一端是正极，标记为“+”，另一端是负极，标记为“ - ”。一旦负载（任何电子设备、手电筒、时钟等）连接到电池，电路就完成，电子开始从负极流向正极，产生电流。电子将以最快的速度继续流动，直到电池内部的化学反应持续。电池内部发生化学反应，产生电子流动，产生的速度取决于电池的内部电阻。电子从负极流向正极，为化学反应提供能量，如果电池没有连接，则不会发生化学反应。这就是为什么电池（除了锂电池）可以放在架子上一年，仍然有大部分容量可以使用。一旦电池从正极连接到负极，反应就开始了，这解释了为什么人们在口袋里的 9 伏电池碰到硬币或其他金属物体连接两端时会灼伤的原因，使电子在没有电阻的情况下流动，导致电池非常非常热。[9]

选择电池的主要注意事项

- 电池的几何形状。根据机器人的形式，电池的形状可以是一个重要的特征。

- 耐久性。一次性电池或可充电电池

- 容量。电池组的容量以毫安时表示非常重要。它决定了机器人可以在没有重新充电的情况下运行多长时间。

- 初始成本。这是一个重要的参数，但较高的初始成本可以通过更长的预期使用寿命来抵消。

- 环境因素。使用过的电池必须处理，其中一些电池含有有毒物质。[10]

一次性电池类型

• 锌碳电池 - 中等成本 - 用于轻负载应用

• 锌氯电池 - 与锌碳电池类似，但使用寿命略长

• 碱性电池 - 碱性/锰“长寿命”电池，广泛用于轻负载和重负载应用

• 氧化银电池 - 通常用于助听器

• 锂铁二硫化电池 - 通常用于数码相机。有时用于手表和计算机时钟。使用寿命很长（腕表中长达十年），并且能够提供高电流，但价格昂贵。可以在零度以下的温度下运行。

• 锂二氧化硫酰氯电池 - 用于工业应用，包括计算机和电表。其他应用包括为无线燃气和水表供电。这些电池额定电压为 3.6 伏，有 1/2AA、AA、2/3A、A、C、D 和 DD 尺寸。它们价格相对昂贵，但经验证明具有十年的保质期。

• 汞电池 - 以前用于数字手表、无线电通信和便携式电子仪器，由于毒性，仅生产用于专业应用[11]

比较最受欢迎的电池类型的有用链接，包含许多不同的类别[12] [13]

可充电电池

(将讨论两种最受欢迎的可充电电池)

锂离子电池

优点

与相同尺寸的非锂电池相比，这些电池轻得多。由锂（显然）和碳制成。锂元素具有高度反应性，这意味着可以存储大量能量。典型的锂离子电池可以在 1 公斤电池中存储 150 瓦时的电量。镍氢（镍金属氢化物）电池组每公斤可以存储大约 100 瓦时，虽然 60 到 70 瓦时可能更典型。铅酸电池每公斤只能存储 25 瓦时。使用铅酸技术，需要 6 公斤才能存储与 1 公斤锂离子电池相同的能量。巨大的差异！

缺点

一旦创建，它们就开始降解，最多只能持续两到三年，无论是否使用。对高温极其敏感，热量会使电池更快降解。如果锂电池完全放电，它就报废了，需要换一个新的。由于其尺寸和能够数百次放电和充电的能力，它是最昂贵的可充电电池之一。并且，存在很小的可能性它们会发生爆炸（内部短路，电池内部隔膜将正负极隔开，被刺穿）。[14]

碱性电池

正极（正极）由锌粉制成，因为颗粒具有较高的表面积，从而提高了反应速率和电子流。它还有助于限制腐蚀速率。二氧化锰在负极（负极）上以粉末形式使用。氢氧化钾是碱性电池中的电解质。电池内部有一个隔膜，用于隔离正负极之间的电解质。[15]

燃料电池

燃料电池是未来可能替代化学电池（电池）的一种选择。它们通过重新组合氢气和氧气来发电。（商业燃料电池可能会使用甲醇或其他简单的醇而不是氢气）。目前，这些电池非常昂贵，但随着这些电池越来越普遍地用作笔记本电脑电池的替代品，这种情况可能会在不久的将来发生改变。

机械

另一种在机器人中存储能量的方法是机械方法。最著名的方法是发条，通常用于玩具、收音机或时钟。

飞轮是另一种机械储能的例子。一个用来存储动能的重轮。

气压

有些机器人使用气动缸来移动身体。这些机器人可以使用一瓶加压空气，也可以在机身上安装压缩机。只有第一个是电源。第二个电源是为压缩机供电的电池。气动缸可以提供很大的力量，并且对于大型步行者或抓手来说是一个非常好的选择。

化学燃料

模型飞机那里存在小型内燃机。这些发动机可以直接用于为机器人提供动力，用于推进，也可以间接用于驱动交流发电机或直流发电机。设计良好的系统可以为机器人提供很长时间的动力，但建议不要在室内使用这种动力系统。