機器人/元件/電源

雖然可能可以使用其他電源，但機器人最主要的電源是電池和光伏電池。它們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，以其用作衛星電源、綠色能源生產和袖珍計算器的電源而聞名。在機器人領域，太陽能電池主要用於 BEAM 機器人。通常它們包括一個為電容器充電的太陽能電池和一個小電路，該電路允許電容器充電到設定的電壓水平，然後透過電機放電，使其運動。

對於大型機器人，太陽能電池可以用來為其電池充電。這種機器人必須圍繞能量效率進行設計，因為它們幾乎沒有剩餘能量。

電池

電池是大多數機器人設計中必不可少的組成部分。可以使用多種型別的電池。電池可以根據是否可充電進行分組。

不可充電的電池通常在其尺寸上提供更大的功率，因此在某些應用中是理想的選擇。可以使用各種型別的鹼性和鋰電池。鹼性電池便宜得多，足以滿足大多數用途，但鋰電池效能更好，保質期更長。

常見的可充電電池包括鉛酸、鎳鎘 (NiCd) 和更新的鎳金屬氫化物 (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）。它們也可以在帶有專用電源聯結器的電池組中找到。這些通常被稱為競賽電池組，用於更昂貴的 RC 競賽車。如果使用得當，它們會持續一段時間。Ni-MH 電池目前比 NiCd 貴，但受記憶效應的影響較小。

鉛酸電池相對便宜，並攜帶相當大的功率，儘管它們很重，並且當它們放電到一定電壓以下時會損壞。這些電池通常用作報警系統和 UPS 的備用電源。

機器人中一個非常常見的問題是“當我開啟電機時，微控制器復位”問題[1]。當電機開啟時，它會短暫地將電池電壓拉低到足以使微控制器復位。最簡單的解決方案[2] [3] [4] [5] 是讓微控制器使用一組單獨的電池。

電池的歷史

電池最早的證據來自大約公元前 250 年在蘇美爾遺址中的發現。伊拉克巴格達的考古發掘 [6]。但最被認為是電池發明者的是亞歷山德羅·伏特，他在公元 1800 年創造了他的電池，稱為伏特電堆。伏特電堆由鋅和銅圓盤構成，圓盤之間夾著浸泡在鹽水中的紙板。電力的單位伏特以亞歷山德羅·伏特的名字命名 [7]。這裡可以看到電池突破和發展的簡要時間線 [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。電子將盡可能快地流動，直到電池內部的化學反應持續。電池內部正在發生化學反應，產生電子流動，生產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（除鋰電池外）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 伏電池與硬幣或其他金屬物體接觸時會感到灼傷，因為電池短路，電子在沒有電阻的情況下流動，使其非常非常熱。[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，電池的形狀可能是一個重要的特徵。

- 耐用性。一次性（不可充電）或二次（可充電）

- 容量。電池組的容量以毫安時為單位，這一點很重要。它決定了機器人需要充電之前能夠執行多長時間。

- 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壽命來抵消。

- 環境因素。用過的電池必須進行處理，其中一些電池含有有毒物質。[10]

主要（不可充電）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。超長壽命（在手錶中可達十年）並且能夠提供大電流，但價格昂貴。可在零度以下溫度下工作。

• 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。電池額定電壓為 3.6 伏，有 1/2AA、AA、2/3A、A、C、D 和 DD 尺寸。它們相對昂貴，但經過驗證的保質期為十年。

• 汞電池 - 以前用於電子手錶、無線電通訊和行動式電子儀器，由於毒性問題，只生產用於專業應用 [11]

有用的連結，比較了最流行的電池型別，涵蓋了許多不同的類別 [12] [13]

二次（可充電）

(將討論兩種最流行的二次電池)

鋰離子電池

優點

這些電池比相同尺寸的非鋰電池輕得多。由鋰（顯然）和碳製成。鋰元素反應性很強，這意味著可以儲存大量的能量。一塊典型的鋰離子電池可以在 1 公斤電池中儲存 150 瓦時的電能。一塊 NiMH（鎳金屬氫化物）電池組可以儲存大約 100 瓦時的電能，儘管 60 到 70 瓦時可能更典型。鉛酸電池每公斤只能儲存 25 瓦時的電能。使用鉛酸技術，需要 6 公斤才能儲存 1 公斤鋰離子電池所能處理的相同能量。巨大的差異！

缺點

鋰電池從製造之日起就開始衰退，最多隻能使用兩三年，無論使用與否。它們對高溫極其敏感，高溫會加速電池的衰退。如果鋰電池完全放電，它就會損壞，需要更換新的。由於尺寸和數百次充放電能力，它是最昂貴的可充電電池之一。而且，它們存在很小的可能性會爆炸（內部短路，電池內部隔膜損壞，導致正負極接觸）。[14]

鹼性電池

正極由鋅粉製成，因為鋅顆粒具有較高的表面積，從而提高了反應速度和電子流量。它還有助於限制腐蝕速度。二氧化錳在粉末形式下用於負極。鹼性電池的電解質是氫氧化鉀。電池內部有隔膜，用於將電解質與正負極隔開。[15]

燃料電池

燃料電池有可能取代化學電池（電池）。它們透過氫氣和氧氣的重組來發電。（商用燃料電池可能會使用甲醇或其他簡單醇，而不是氫氣）。目前，這些電池非常昂貴，但這在未來可能會改變，因為這些電池將越來越普遍地用作筆記型電腦電池的替代品。

機械

另一種在機器人中儲存能量的方式是機械手段。最著名的方法是發條，常用於玩具、收音機或鐘錶。

另一個機械儲能的例子是飛輪。一個用來儲存動能的重輪。

氣壓

一些機器人使用氣動缸來移動身體。這些機器人可以使用一個加壓空氣瓶或安裝一個壓縮機。只有第一個是電源。後者的電源是為壓縮機供電的電池。氣動缸可以提供非常大的力，對於大型步行器或抓取器來說，氣動缸可能是一個非常好的選擇。

化學燃料

模型飛機中存在小型內燃機。這些發動機可以直接為機器人提供動力，用於推進，也可以透過驅動發電機或發電機間接為機器人提供動力。一個設計良好的系統可以為機器人提供很長時間的動力，但不建議在室內使用這種動力系統。