機器人/元件/電源

雖然可能可以使用其他電源，但機器人主要的電力來源是電池和光伏電池。這些可以單獨使用或一起使用（對於實際應用，大多數太陽能機器人將需要電池備份）。

光伏電池

光伏電池，也稱為太陽能電池，以其在衛星、綠色能源製造和袖珍計算器中的電源用途而聞名。在機器人領域，太陽能電池主要用於BEAM機器人。通常，它們由一個太陽能電池組成，該太陽能電池為電容器充電，一個小電路允許電容器充電至設定的電壓水平，然後透過電機放電，使其運動。

對於更大的機器人，太陽能電池可用於為其電池充電。此類機器人必須圍繞能源效率進行設計，因為它們幾乎沒有多餘的能量。

電池

電池是大多數機器人設計中必不可少的組成部分。可以使用許多型別的電池。電池可以根據它們是否可充電進行分組。

不可充電的電池通常在其尺寸內提供更大的功率，因此在某些應用中是理想選擇。可以使用各種鹼性和鋰電池。鹼性電池便宜得多，足以滿足大多數用途，但鋰電池提供更好的效能和更長的保質期。

常見的可充電電池包括鉛酸、鎳鎘 (NiCd) 和更新的鎳氫 (Ni-MH)。NiCd 和 Ni-MH 電池有常見的尺寸，如 AA，但提供的電壓低於鹼性電池 (1.2V 而不是 1.5V)。它們也可以在具有專用電源聯結器的電池組中找到。這些通常被稱為競速電池組，用於更昂貴的 RC 競速賽車。如果使用得當，它們可以持續使用一段時間。Ni-MH 電池目前比 NiCd 電池貴，但受記憶效應的影響較小。

鉛酸電池相對便宜，並具有相當大的功率，儘管它們相當重，並且在放電低於某個電壓時會損壞。這些電池通常用作報警系統和 UPS 的備用電源。

機器人中一個極其常見的問題是“當我開啟電機時微控制器重置”問題[1]。當電機開啟時，它會短暫地將電池電壓拉低到足以重置微控制器的程度。最簡單的解決方案[2] [3] [4] [5] 是在獨立的電池組上執行微控制器。

電池的歷史

電池的第一個證據來自公元前 250 年左右蘇美爾遺址的發現。伊拉克巴格達的考古發掘[6]。但最被認為是創造電池的人名叫亞歷山德羅·伏特，他在公元 1800 年創造了他的電池，稱為伏特堆。伏特堆由鋅和銅圓盤組成，金屬圓盤之間夾著浸泡在鹽水中的紙板。電力的單位伏特以紀念亞歷山德羅·伏特而命名[7]。您可以在這裡檢視電池突破和發展的年表[8]。

電池的工作原理

大多數電池在外部有兩個端子，一端是正極，標記為“+”，另一端是負極，標記為“ - ”。一旦負載（任何電子裝置、手電筒、時鐘等）連線到電池，電路就完成，電子開始從負極流向正極，產生電流。電子將以最快的速度繼續流動，直到電池內部的化學反應持續。電池內部發生化學反應，產生電子流動，產生的速度取決於電池的內部電阻。電子從負極流向正極，為化學反應提供能量，如果電池沒有連線，則不會發生化學反應。這就是為什麼電池（除了鋰電池）可以放在架子上一年，仍然有大部分容量可以使用。一旦電池從正極連線到負極，反應就開始了，這解釋了為什麼人們在口袋裡的 9 伏電池碰到硬幣或其他金屬物體連線兩端時會灼傷的原因，使電子在沒有電阻的情況下流動，導致電池非常非常熱。[9]

選擇電池的主要注意事項

- 電池的幾何形狀。根據機器人的形式，電池的形狀可以是一個重要的特徵。

- 耐久性。一次性電池或可充電電池

- 容量。電池組的容量以毫安時表示非常重要。它決定了機器人可以在沒有重新充電的情況下執行多長時間。

- 初始成本。這是一個重要的引數，但較高的初始成本可以透過更長的預期使用壽命來抵消。

- 環境因素。使用過的電池必須處理，其中一些電池含有有毒物質。[10]

一次性電池型別

• 鋅碳電池 - 中等成本 - 用於輕負載應用

• 鋅氯電池 - 與鋅碳電池類似，但使用壽命略長

• 鹼性電池 - 鹼性/錳“長壽命”電池，廣泛用於輕負載和重負載應用

• 氧化銀電池 - 通常用於助聽器

• 鋰鐵二硫化電池 - 通常用於數碼相機。有時用於手錶和計算機時鐘。使用壽命很長（腕錶中長達十年），並且能夠提供高電流，但價格昂貴。可以在零度以下的溫度下執行。

• 鋰二氧化硫醯氯電池 - 用於工業應用，包括計算機和電錶。其他應用包括為無線燃氣和水錶供電。這些電池額定電壓為 3.6 伏，有 1/2AA、AA、2/3A、A、C、D 和 DD 尺寸。它們價格相對昂貴，但經驗證明具有十年的保質期。

• 汞電池 - 以前用於數字手錶、無線電通訊和行動式電子儀器，由於毒性，僅生產用於專業應用[11]

比較最受歡迎的電池型別的有用連結，包含許多不同的類別[12] [13]

可充電電池

(將討論兩種最受歡迎的可充電電池)

鋰離子電池

優點

與相同尺寸的非鋰電池相比，這些電池輕得多。由鋰（顯然）和碳製成。鋰元素具有高度反應性，這意味著可以儲存大量能量。典型的鋰離子電池可以在 1 公斤電池中儲存 150 瓦時的電量。鎳氫（鎳金屬氫化物）電池組每公斤可以儲存大約 100 瓦時，雖然 60 到 70 瓦時可能更典型。鉛酸電池每公斤只能儲存 25 瓦時。使用鉛酸技術，需要 6 公斤才能儲存與 1 公斤鋰離子電池相同的能量。巨大的差異！

缺點

一旦建立，它們就開始降解，最多隻能持續兩到三年，無論是否使用。對高溫極其敏感，熱量會使電池更快降解。如果鋰電池完全放電，它就報廢了，需要換一個新的。由於其尺寸和能夠數百次放電和充電的能力，它是最昂貴的可充電電池之一。並且，存在很小的可能性它們會發生爆炸（內部短路，電池內部隔膜將正負極隔開，被刺穿）。[14]

鹼性電池

正極（正極）由鋅粉製成，因為顆粒具有較高的表面積，從而提高了反應速率和電子流。它還有助於限制腐蝕速率。二氧化錳在負極（負極）上以粉末形式使用。氫氧化鉀是鹼性電池中的電解質。電池內部有一個隔膜，用於隔離正負極之間的電解質。[15]

燃料電池

燃料電池是未來可能替代化學電池（電池）的一種選擇。它們透過重新組合氫氣和氧氣來發電。（商業燃料電池可能會使用甲醇或其他簡單的醇而不是氫氣）。目前，這些電池非常昂貴，但隨著這些電池越來越普遍地用作筆記型電腦電池的替代品，這種情況可能會在不久的將來發生改變。

機械

另一種在機器人中儲存能量的方法是機械方法。最著名的方法是發條，通常用於玩具、收音機或時鐘。

飛輪是另一種機械儲能的例子。一個用來儲存動能的重輪。

氣壓

有些機器人使用氣動缸來移動身體。這些機器人可以使用一瓶加壓空氣，也可以在機身上安裝壓縮機。只有第一個是電源。第二個電源是為壓縮機供電的電池。氣動缸可以提供很大的力量，並且對於大型步行者或抓手來說是一個非常好的選擇。

化學燃料

模型飛機那裡存在小型內燃機。這些發動機可以直接用於為機器人提供動力，用於推進，也可以間接用於驅動交流發電機或直流發電機。設計良好的系統可以為機器人提供很長時間的動力，但建議不要在室內使用這種動力系統。