机器人/组件/电源

虽然可能可以使用其他电源，但机器人最主要的电源是电池和光伏电池。它们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，以其用作卫星电源、绿色能源生产和袖珍计算器的电源而闻名。在机器人领域，太阳能电池主要用于 BEAM 机器人。通常它们包括一个为电容器充电的太阳能电池和一个小电路，该电路允许电容器充电到设定的电压水平，然后通过电机放电，使其运动。

对于大型机器人，太阳能电池可以用来为其电池充电。这种机器人必须围绕能量效率进行设计，因为它们几乎没有剩余能量。

电池

电池是大多数机器人设计中必不可少的组成部分。可以使用多种类型的电池。电池可以根据是否可充电进行分组。

不可充电的电池通常在其尺寸上提供更大的功率，因此在某些应用中是理想的选择。可以使用各种类型的碱性和锂电池。碱性电池便宜得多，足以满足大多数用途，但锂电池性能更好，保质期更长。

常见的可充电电池包括铅酸、镍镉 (NiCd) 和更新的镍金属氢化物 (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）。它们也可以在带有专用电源连接器的电池组中找到。这些通常被称为竞赛电池组，用于更昂贵的 RC 竞赛车。如果使用得当，它们会持续一段时间。Ni-MH 电池目前比 NiCd 贵，但受记忆效应的影响较小。

铅酸电池相对便宜，并携带相当大的功率，尽管它们很重，并且当它们放电到一定电压以下时会损坏。这些电池通常用作报警系统和 UPS 的备用电源。

机器人中一个非常常见的问题是“当我打开电机时，微控制器复位”问题[1]。当电机打开时，它会短暂地将电池电压拉低到足以使微控制器复位。最简单的解决方案[2] [3] [4] [5] 是让微控制器使用一组单独的电池。

电池的历史

电池最早的证据来自大约公元前 250 年在苏美尔遗址中的发现。伊拉克巴格达的考古发掘 [6]。但最被认为是电池发明者的是亚历山德罗·伏特，他在公元 1800 年创造了他的电池，称为伏特电堆。伏特电堆由锌和铜圆盘构成，圆盘之间夹着浸泡在盐水中的纸板。电力的单位伏特以亚历山德罗·伏特的名字命名 [7]。这里可以看到电池突破和发展的简要时间线 [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。电子将尽可能快地流动，直到电池内部的化学反应持续。电池内部正在发生化学反应，产生电子流动，生产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（除锂电池外）可以放在架子上一年，仍然有大部分容量可以使用的原因。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 伏电池与硬币或其他金属物体接触时会感到灼伤，因为电池短路，电子在没有电阻的情况下流动，使其非常非常热。[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，电池的形状可能是一个重要的特征。

- 耐用性。一次性（不可充电）或二次（可充电）

- 容量。电池组的容量以毫安时为单位，这一点很重要。它决定了机器人需要充电之前能够运行多长时间。

- 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寿命来抵消。

- 环境因素。用过的电池必须进行处理，其中一些电池含有有毒物质。[10]

主要（不可充电）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。超长寿命（在手表中可达十年）并且能够提供大电流，但价格昂贵。可在零度以下温度下工作。

• 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。电池额定电压为 3.6 伏，有 1/2AA、AA、2/3A、A、C、D 和 DD 尺寸。它们相对昂贵，但经过验证的保质期为十年。

• 汞电池 - 以前用于电子手表、无线电通信和便携式电子仪器，由于毒性问题，只生产用于专业应用 [11]

有用的链接，比较了最流行的电池类型，涵盖了许多不同的类别 [12] [13]

二次（可充电）

(将讨论两种最流行的二次电池)

锂离子电池

优点

这些电池比相同尺寸的非锂电池轻得多。由锂（显然）和碳制成。锂元素反应性很强，这意味着可以存储大量的能量。一块典型的锂离子电池可以在 1 公斤电池中存储 150 瓦时的电能。一块 NiMH（镍金属氢化物）电池组可以存储大约 100 瓦时的电能，尽管 60 到 70 瓦时可能更典型。铅酸电池每公斤只能存储 25 瓦时的电能。使用铅酸技术，需要 6 公斤才能存储 1 公斤锂离子电池所能处理的相同能量。巨大的差异！

缺点

锂电池从制造之日起就开始衰退，最多只能使用两三年，无论使用与否。它们对高温极其敏感，高温会加速电池的衰退。如果锂电池完全放电，它就会损坏，需要更换新的。由于尺寸和数百次充放电能力，它是最昂贵的可充电电池之一。而且，它们存在很小的可能性会爆炸（内部短路，电池内部隔膜损坏，导致正负极接触）。[14]

碱性电池

正极由锌粉制成，因为锌颗粒具有较高的表面积，从而提高了反应速度和电子流量。它还有助于限制腐蚀速度。二氧化锰在粉末形式下用于负极。碱性电池的电解质是氢氧化钾。电池内部有隔膜，用于将电解质与正负极隔开。[15]

燃料电池

燃料电池有可能取代化学电池（电池）。它们通过氢气和氧气的重组来发电。（商用燃料电池可能会使用甲醇或其他简单醇，而不是氢气）。目前，这些电池非常昂贵，但这在未来可能会改变，因为这些电池将越来越普遍地用作笔记本电脑电池的替代品。

机械

另一种在机器人中储存能量的方式是机械手段。最著名的方法是发条，常用于玩具、收音机或钟表。

另一个机械储能的例子是飞轮。一个用来储存动能的重轮。

气压

一些机器人使用气动缸来移动身体。这些机器人可以使用一个加压空气瓶或安装一个压缩机。只有第一个是电源。后者的电源是为压缩机供电的电池。气动缸可以提供非常大的力，对于大型步行器或抓取器来说，气动缸可能是一个非常好的选择。

化学燃料

模型飞机中存在小型内燃机。这些发动机可以直接为机器人提供动力，用于推进，也可以通过驱动发电机或发电机间接为机器人提供动力。一个设计良好的系统可以为机器人提供很长时间的动力，但不建议在室内使用这种动力系统。