Несмотря на то что аккумуляторная батарея, казалось бы. представляет собой удобное устройство для использования в каче­стве основного источника питания в подвижном роботе, следует иметь в виду, что здесь может возникнуть множество трудностей, число которых никоим образом не уменьшается, когда батарея используется в домашней обстановке. Например, электролит аккумуляторной батареи может представлять определенную опас­ность, хотя сейчас имеются полностью закрытые батареи, собран­ные, например, из герметичных никель-кадмиевых аккумулятор­ных элементов.

Аккумуляторная батарея робота должна регулярно заряжать­ся. Процесс заряда можно представить себе как «питание» робота, и по аналогии с человеком или любым животным здесь существует оптимальная величина заряда — не слишком маленькая и не слишком большая. Поэтому важно максимально автоматизировать операцию заряда и обеспечить роботу, насколько это возможно, наблюдение и контроль за своим собственным зарядом.

Первоначальный заряд аккумуляторной батареи наиболее важен, и поэтому желательно производить его на заводе-изгото- вителе. В начале очередного заряда его скорость может устанав­ливаться довольно высокой; типичное значение силы зарядного тока составляет 7% от емкости батареи в ампер-часах (т. е. 7 А для батареи на 100 А-ч). Тем не менее, если на заряд отводится больше времени, скорость следует уменьшить, но в любом случае она должна уменьшаться по ходу заряда.

В процессе заряда батареи напряжение на ней будет постепен­но нарастать, и следует управлять зарядом путем уменьшения зарядного тока до тех пор, пока напряжение не достигнет уста­новленного значения. Существуют различные методы управления процессом заряда, каждый из которых имеет своих сторонников. Быть может, лучше всего запросить рекомендаций у изготови­телей аккумуляторной батареи, которые при выпуске большой партии изделий больше других несут потери в случае применения неудачного способа заряда.

Один из последних методов управления скоростью заряда со­стоит в использовании контроля газа, выделяющегося при катали­тической рекомбинации водорода и кислорода. Сам факт образова­ния таких газов из-за возможности взрыва представляет опас­ность в домашней обстановке.

Общие требования к аккумуляторной батарее, предназнача­ющейся для робота, очень близки к требованиям, предъявляемым при использовании ее в любом другом подвижном устройстве. Это большой срок службы, незначительность ухудшения свойств батареи, когда она не работает, высокая механическая прочность и способность противостоять вибрациям и ударам, а также эффек­там, возникающим при создании слишком большого заряда. Для многих конкретных применений важной характеристикой акку­муляторной батареи является возможность работы в широком диапазоне температур. В общем случае требуется также мини­мизация массы, габаритов и стоимости. Ясно, что идеальная акку­муляторная батарея еще не создана, но работы по ее созданию чрезвычайно важны для всего будущего робототехники.

Иногда для оптимального использования основного оборудо­вания от робота будет требоваться работа в течение 24 ч ежедневно за исключением коротких перерывов для текущего осмотра и технического обслуживания. В таких случаях батареи питания должны быть сменными и легко заменяемыми.

5.4. БЫСТРЫЙ ЗАРЯД АККУМУЛЯТОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ [8, 9, 10]

В дальнейшем для некоторых применений роботов понадобится быстрый заряд электрических аккумуляторных элементов. Это требование особенно существенно на начальном этапе производ­ства роботов, пока они еще относительно дороги и обладают по­этому ограниченным энергоресурсом. Можно, конечно, заменять аккумуляторные элементы робота таким образом, что он будет продолжать работать, даже если один комплект элементов заря — 94 жается. Однако результаты некоторых недавних работ по быстро­му заряду аккумуляторных элементов показали, что совершенно необязательно заменять разряженные аккумуляторные элементы в тех случаях, когда есть возможность сделать короткий перерыв для «заправки» робота.

Когда батарея полностью заряжена, начинается выделение газа. При этом можно обнаруживать возникающее увеличение давления газа и использовать его для управления процессом за­ряда. Подобным же образом можно использовать увеличение тем­пературы элемента. Другие методы контроля основаны на изме­рении напряжения на клеммах элемента или на применении довольно дорогостоящего кулонметра.

В одном из успешно применявшихся методов используется вольт-амперная характеристика зарядного устройства. Это уст­ройство позволяет производить заряд зарядным током силой 35 Is (где /3 равно номинальной электрической емкости, делен­ной на 10 ч), пока напряжение не достигнет некоторой максималь­ной величины. Затем заряд продолжается меньшим зарядным током силой IJ5 до тех пор, пока напряжение не упадет до не­которой минимальной величины, после чего он производится с более высокой скоростью. Такой способ позволяет осуществить заряд всего лишь за 20 мин вместо обычных 14 ч.