一种车辆车底检查车的制作方法

本发明涉及安检领域，具体涉及一种车辆车底检查车。

背景技术：

工业革命是人类的一大进步，最主要体现在社会生产力的巨大飞跃，它使手工工厂过渡到大机器生产的工厂，效率得到了提高，经济也蓬勃发展。其实机器贯穿着整个人类发展的历史长河，但近代意义上的“机器”，是在西方工业革命后诞生的。我国虽未搭上工业革命的列车，但建国后首先建立了较为完善的工业体系，奠定了工业化道路的基石。自改变经济发展政策以来，我国的发展速度像火箭一般，尤其在经济方面，短时间总量就挤到了世界第二，国民生活档次提高。这点从汽车行业就能看出来，在汽车的产量和消费数量上，我国占据世界第一的位置，汽车由原来的奢侈品进入到寻常百姓家，极大的方便了人们的出行，但交通堵塞的问题也越来越突出，除了注意驾驶安全问题，如何提高关卡处的通行速度也能起到一定的缓解作用。

尤其在关口或者边境处，每个国家一般都会对过往的货车等大型车辆进行检查，防止走私、恐怖主义等事件。如果是工作人员来完成任务的话，首先他得躺在一辆平板车上，再由别人将车推进去才能执行工作，浪费了时间和人力，效率还低下。这时人们便想到了代替品，设计了一些车底检查检测车，通过推动把手将检测车移动至车底，从而达到检查目的，但是由于一些大型车辆长度长，检测面积大，造成工作人员来回奔波，影响检测效率。

也有一些采用模拟汽车车辆的形态，采用四轮结构检测车，通过遥控器控制的方式实现无绳化操作，从回跑动的操作模式变为原地遥控的方式，大大提高操作便利性，但是四轮检测车具有四个“脚”，每个“脚”均需要配备可以进行180度的旋转的车轮，这些车轮不仅可以让机器人在低矮、狭小的空间里来去自如，还可以让机器人实现“零距离转弯”和“任意方向平移”，但四轮结构使检测车的转弯速度慢，耗能大，造价成本高等，不利于使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种车辆车底检查车，具备轻巧、灵活、快速、成本低等特点，便于规模化使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车辆车底检查车，包括车架和安装在车架上的三个车轮，三个车轮均匀分布设置在同一圆周上，所述车轮的轮轴朝向同一圆周的径向方向设置，每个车轮均与对应的驱动器连接，所述车架上还安装有用于检查的车底检测系统；

所述车轮包括两个平行设置的轮毂，所述轮毂的外周边上均匀设置有多个安装槽，所述安装槽内设置有从动轮，所述从动轮的安装轴与安装槽的两个内壁连接，两个轮毂上相邻的两个从动轮错位设置。

进一步的，所述从动轮为纺锤型结构。

进一步的，所述轮毂包括三个重叠设置的安装板，中间的一个安装板位于安装槽的内壁处设置有轴槽，所述安装轴端部设置在轴槽内，三个所述安装板通过螺钉固定为一体。

进一步的，所述车轮的轮轴通过联轴器与驱动器连接，所述车轮的轮轴通过轴承与车架连接。

进一步的，所述驱动器为电机。

进一步的，所述电机根据功率和转速进行选择；

电机的功率由以下公式计算：

其中，ηt指机械效率，g指检测车总重力，f指行驶阻力系数，ua指检测车车速，单位为km/h，cd指空气阻力系，a指检测车的迎风面积，a＝车宽×车高；

通过功率的计算公式得到理论功率值；

电机的转速由以下公式计算：

其中，v为检测车行走速度，d为车轮直径；

通过转速的计算公式得到理论转动速度；

以理论功率值和理论转动速度为参考值，选择功率大于理论功率值以及转速大于理论转动速度的电机，得到电机的真实功率p和真实转速n。

进一步的，所述联轴器与电机的输出轴之间以及联轴器与车轮的轮轴之间均设置有平键，平键的强度由以下公式计算：

其中，d’为平键的宽，h为平键的高，l平键的长，t为电机的扭矩，并且计算公式为

通过平键的强度计算公式得到实际强度值，将实际强度值与许用挤压应力进行比较，如果小于输出轴或轮轴的许用挤压应力，则符合要求，否则不符合要求。

进一步的，对车轮的轮轴进行强度校核，由以下公式计算：

其中，σca为轮轴的应力，m为轮轴所受弯矩，t′为轮轴所受扭矩，w为轮轴的抗弯系数，通过计算得到轮轴的实际应力值，将实际应力值与标准应力值比较，当实际应力值小于标准应力值，则强度够，否则即强度不够。

进一步的，三个电机沿顺时针方向分别为第一输出部、第二输出部和第三输出部，第一输出部的输出轴轴向为前进方向；

当需要原地旋转时，第一输出部、第二输出部和第三输出部同向转动输出动力；

当需要前进时，第一输出部停止输出，第二输出部沿顺时针方向输出动力，第三输出部沿逆时针方向输出动力；

当需要后退时，第一输出部停止输出，第二输出部沿逆时针方向输出动力，第三输出部沿顺时针方向输出动力；

当需要斜向移动时，在斜向方向两侧的电机输出动力，其中一个沿逆时针方向，另一个沿顺时针方向。

本发明的有益效果：

本检查车采用三个车轮，并且采用了对称120°分布设计，较比现有三轮结构前后布局更为灵活，也更容易进行控制。并且由于三轮对称分布，构成等边三角形，使得检测车的结构更加稳定，运行时振动小。三轮结构较比四轮结构具有减重效果，有效提高检测车运载能力和续航能力。

三个车轮设计使得检测车具有三个自由度，能够实现斜向运动、原地旋转以及一般检测车额前进后退能力，并且检测车的路线为折线行驶，相比于一般检测车，其更加灵活，最终通过减少路径的转换缩短行程时间来提高检查效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的检测车车底结构示意图；

图3是本发明的轮毂部分结构示意图；

图4是本发明图3中的爆炸示意图；

图5是本发明的原地转圈行进示意图；

图6是本发明的前进行进示意图；

图7是本发明的后退行进示意图；

图8是本发明的斜向行进示意图。

图中标号说明：1、车架；2、车轮；3、驱动器；4、轮毂；5、安装槽；6、从动轮；7、安装轴；8、安装板；9、轴槽；10、轮轴；11、联轴器；12、轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1至图4所示，本发明的车辆车底检查车的一实施例，包括车架1和安装在车架上的三个车轮2，三个车轮均匀分布设置在同一圆周上，每个车轮均与对应的驱动器3连接，即三个驱动器，驱动器输出动力，使得车轮转动，车轮的轮轴轴向方向朝向同一圆周的径向方向，与同一圆周相切且车轮表面与径向方向垂直，三个车轮的移动方向即不相同，移动方向与与同一圆周相切。

其中，驱动器可以为电机，车轮的轮轴10通过联轴器11与驱动器连接，车轮的轮轴通过轴承12与车架连接，电机输出通过联轴器直接输出驱动车轮转动。

按照运动方式，本检测车具有四种移动方式：

第一种运动方式为检测车原地旋转，三个电机沿顺时针方向分别为第一输出部、第二输出部和第三输出部，第一输出部的输出轴轴向为前进方向，因此，第一输出部相对应的车轮转动移动方向的力为fa，第二输出部相对应的车轮转动移动方向的力为fb，第一输出部相对应的车轮转动移动方向的力为fc；

当需要原地旋转时，第一输出部、第二输出部和第三输出部同向转动输出动力，即三个电机一起转动，均为顺时针方向旋转，这三个力分别为：fa，fb，fc方向如图5所示，对fb和fc进行正交分解：

则方向向左；

方向向上；

方向向左；

方向向下。

因为检测车是一个整体，且电机一样，则三个力一样大。fa和fb垂直方向的力大小相等，方向相反，互相抵消，换成检测车则是不能前进和后退；而fc是水平方向上的力，方向向右，fa和fc水平方向上的分力只和与fa一样大，方向相反。在一个等边三角形中，一个力作用于一点，另一个大小相等，方向相反的力作用于一边，且检测车不可能在垂直方向上有动作，便在原地开始旋转，进行方向的调整。

第二种运动方式为检测车前进，所有条件不改变，因为是智能检测车，自然会有信号控制检测车的动作，实际上就是控制检测车的电机转动。现在控制第一输出部不起动，第二输出部顺时针转，第三输出部逆时针转，参照图6所示，图中fa消失，对fb和fc进行正交分解：

则方向向左；

方向向上；

方向向右；

方向向上。

此时，fb和fc水平方向和垂直方向上的分力大小相等，但水平方向相反，垂直方向相同，则水平方向上的力互相抵消，只留下两个垂直向上的分力，因为第一输出部是静止的，故两个分力作用于检测车，合力垂直向上，最终表现为推动第一输出部对应的车轮，检测车向前移动。

第三种运动方式为检测车后退，所有条件依旧不改变，现在控制第一输出部不起动，第二输出部逆时针转，第三输出部顺时针转，图中fa消失，对fb和fc进行正交分解：

则方向向右；

方向向下；

方向向左；

方向向下。

此时，fb和fc水平方向和垂直方向上的分力大小相等，但水平方向相反，垂直方向相同，则水平方向上的力互相抵消，只留下两个垂直向下的分力，因为第一输出部是静止的，故两个分力作用于检测车，合力垂直向下，最终表现为拉动第一输出部对应的车轮，检测车向后移动。

第四种运动方式为检测车斜向移动，所有条件依旧不改变，现在控制第二输出部不起动，第一输出部逆时针转，第三输出部顺时针转，图中fb消失，fa和fc进行正交分解，其与上述分解一致，从而配合形成向右前方形式的效果，达到斜向移动目的；当然通过配合，还可以进行其他角度的斜向移动效果。

较比现有的各种智能检测车，虽然它能到达二维里任何一个地方，但它其中的路径变换会很多，导致路程变远，浪费时间。而本检测车的路线都是有直线和圆弧构成的，具有三个自由度，能够实现斜向运动，还能原地旋转，并有一般检测车前进后退的能力；它的运动路线其实是折线，相比于一般检测车更加灵活，最终通过减少路径的转换缩短行程时间来提高检查效率。

在车架上还安装有用于检查的车底检测系统，通过检测车带着车底检测系统移动实现车底检查。

由于检测车是斜向运动，并且车轮均不朝向同一方向运动，因此车轮设计为包括两个平行设置的轮毂4，轮毂的外周边上均匀设置有多个安装槽5，安装槽内设置有从动轮6，从动轮的安装轴7与安装槽的两个内壁连接，两个轮毂上相邻的两个从动轮错位设置。车轮依靠从动轮来进行移动，通过安装这种轮子，不仅能使检测车能够原地旋转，也能使检测车向各个方向行走。上述的双层排布则是将两个一样的轮组错开一定角度再通过螺栓连接成一个整体，这种结构使车轮整体变宽，与地面接触面积增大，增加了检测车的稳定性，相比单层排布还有一个好处，双层排布增加了从动轮的数量，减少了死区，不会出现磕磕绊绊的情况，有利于改变方向。

并且结构简单，灵活快速，方便行走，改进空间大，很好的解决了移动路径复杂的问题。

上述车轮采用45号钢材质，45号钢里面比例较大的是合金，质量较大，使检测车无论静止还是移动都比较平稳，还有一个优势是45号钢在生活中应用较多，获取较方便。从动轮为纺锤型结构，纺锤型结构的从动轮两边是嵌在里面的，只有中间一部分与地面接触，接触面积小，滚动起来较快，如果遇到路面上的小坑时，在速度相同的情况下，圆柱体的从动轮可能会卡在坑里，而纺锤型结构的从动轮可能会利用自身结构的优势越过小坑。而从动轮材质采用橡胶。其中轮毂包括三个重叠设置的安装板8，中间的一个安装板位于安装槽的内壁处设置有轴槽9，安装轴端部设置在轴槽内，三个安装板通过螺钉固定为一体，通过轴槽可以对安装轴端部的轴向以及上下两个方向进行限位，而左右两侧的安装板则对安装轴的左右两侧进行限位，通过层叠达到固定效果，组装方便快速。

根据上述的设计结构，还提供一种检测车零部件选择方法，在组装前将合适的部件进行选择，省去或者降低整车制备后的质量稳定性检测繁琐度。

首先对电机进行选型与计算，检测车是用来对大型车辆车底进行检查的，所以检测车的速度要求不需要太高且较小，所以预设检测车的行走速度为1m/s，即1000mm/s；检测车的结构大多由金属制成，故质量预设为30千克。

知道了检测车的行走速度和车轮直径后，根据公式便能算得检测车的转速为：

其中，v为检测车行走速度，d为车轮直径；

因为检测车车轮与电机之间是通过轴连接的，所以电机的转速等于车轮的转速，则电机转速等于检测车转速，即得到理论转动速度；

有了检测车的质量，便能计算出它的自重，检测车的重力为：

g＝mg＝30×10＝300n

要选择具体的电机，得知道检测车所需功率，通过预设了检测车的质量，并通过以下公式计算：

其中，ηt指机械效率，取值0.92，g指检测车总重力，f指行驶阻力系数，取值0.015，ua指检测车车速，单位为km/h，cd指空气阻力系，取值0.5，a指检测车的迎风面积，a＝车宽×车高，其中车宽设计为800mm，车高设计为300mm，则迎风面积为：a＝800×300＝240000mm²＝0.24m²；

将这些数据量代入公式，得检测车的功率为：

即得到理论功率值；

以理论功率值和理论转动速度为参考值，选择功率大于理论功率值以及转速大于理论转动速度的电机，得到电机的真实功率p和真实转速n；

通过查阅资料，最终选择的电机参数如下：

型号：6d300-24gn-18s/6gn20k

额定功率0.3kw

额定电压24v额定转速1800r/min

绝缘等级f

防护等级ip54

冷却方式自然风冷。

接着由于联轴器与电机的输出轴之间以及联轴器与车轮的轮轴之间均设置有平键，平键在电机输出时起到关键的力传递，因此平键也需要选择，平键结构简单，对中性好，应用范围广，适合用在有负载、冲击的场合。选择a型普通平键，当平键的轴径30mm时，平键的规格为8×7。参照普通平键的长度系列，最终取键长l＝20mm，接下来对其进行强度验算，强度由以下公式计算：

其中，d’为平键的宽，h为平键的高，l平键的长，t为电机的扭矩，并且计算公式为将电机参数代入求得，

由于平键的宽、高、长都已确定，将各数据代入强度计算公式得，

将算出的结果与许用挤压应力[σp]进行比较，如果小于许用挤压应力，则符合要求，否则不符合要求。许用挤压应力与轴的材料有关，而轴的材质是45号钢，静载荷时[σp]的值为125-150，轻微冲击时值为100-120，冲击时为60-90。σf远小于许用挤压应力的值，所以平键的强度是足够的。

与联轴器连接的车轮的轮轴也需要设计，根据实际使用情况，判断检测车使用实心圆轴，首先对周的直径进行选择计算，计算公式为：

公式里c为一个系数，与材质有关，本次采用的是45号钢，得其范围在126-103；

p为轴传递的功率；

n为轴的转速；

因为要想算得最小的直径，故c取最大值，将各数值代入得：

通过比较，根号那部分算出来的值是小于0.1的，故d的设计只需要大于12.6就能满足要求，在这基础上根据具体情况便能将轴设计出来。

接着对轮轴的受力进行分析，因为轮轴由电机直接带动，所以轮轴上的转矩为，

作用在轴上的力为ft，fr为径向力，fa为轴向力，则

fr＝fttan30°＝212×tan30°＝60n

接下来计算支撑反力，在水平面上：

在垂直面上：r1v＝r2v＝ft/2＝53n

总支承反力为：

由于在切断面mh＝0mpa

因此，mv＝fr·l3＝60×13＝780n·mm

总弯矩即为：

随后对车轮的轮轴进行强度校核，由以下公式计算：

其中，σca为轮轴的应力(mpa)，m为轮轴所受弯矩(n·mm)，t′为轮轴所受扭矩n·mm)，w为轮轴的抗弯系数(mm³)，取α＝0.6，通过计算得到轮轴的实际应力值为0.46mpa，

将实际应力值与标准应力值[σ-1]比较，当实际应力值小于标准应力值，则强度够，否则即强度不够。

最后由于轮轴通过轴承固定，因此轴承也承受负载，也需要进行选择，轴承受到的是径向负载还是轴向负载，因此可以通过两个轴承组成一个整体，让它们分别承受对应的两个方向的负载，从而达到工作要求。

通过分析工作条件及轴的各段直径后，选择了两个内径45，外径82的轴承，查手册得该轴承型号为dac45820037，c＝17600；

首先计算轴承的径向负载fr1，fr2

上面求出了轮轴的支撑力r1＝60.4n，r2＝61.4n

所以轴承的径向负载为：

fr1＝r1＝60.4n

fr2＝r2＝61.4n

接下来计算轴承的当量动负载p1，p2

当量动负载的计算公式为：

p＝fp(xfr+yfa)

因为轴只受到径向负载，所以p＝fpfr，其中fp为负载系数，值为1；

因此

p1＝fpfr1＝1×120.7＝60.4n

p2＝fpfr2＝1×122.9＝61.4n

最后计算轴承的大致额定寿命lh，因为p1＜p2，所以以p2来计算，计算公式为：

其中ε为寿命指数，因为用的是滚子轴承，取n为轴承转速(r/min)，所以

从而得出结论，该轴承满足工作需求。

上述方法主要对检测车的驱动机构电机进行了选型，设计了轴并对键进行了计算，对轴的强度进行了校核，并计算了轴承的寿命，从而保证了检测车工作过程中的稳定和安全。并且由于计算分析完整，对于检测车选型组装具有完整的参考价值，能够快速的组成成合格的成品。

在一实施例中，以第一个车轮为前进方向的车轮，该车轮与上述的车轮一致，其余两个用麦克纳姆轮，在检测车前进后退时，两个麦克纳姆轮在切向方向上磨损小，能够有效的减少对车轮的损坏。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。