一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测取样机器人的制作方法

本发明涉及机器人，具体是一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测取样机器人。

背景技术：

依据国家有关法律、法规、工程建设强制性标准和设计文件，对公路、桥梁、建筑、船舶等建设工程实体质量、使用功能等进行测试确定其质量特性。

(1)、在建公路、桥梁、高层建筑内、外立面取样、检测；可采用无损检测，也可以采用部分破损法，以钻芯取样为代表的部分破损法，检测混凝土强度，主要适用如下情况：

1)对试块抗压强度的测试结果有怀疑时。包括两种情况:一种是试块强度很高而结构混凝土质量很差，另一种是试块强度不足而结构质量较好；

2)因材料、施工或养护不良而发生混凝土质量问题时，或因一些特殊原因发生了混凝土质量事故；

3)混凝土遭受冻害、火灾、化学侵蚀或其他损害时。因为采用回弹、超声等非破损方法检测混凝土的前提是混凝土内外质量基本一致，内外质量不一致时会产生较大误差；

(2)、定期检测已建公路、桥梁、高层建筑内、外立面泄漏情况，确定修补必要性；已建高层建筑外观破损、腐蚀、污染情况检测，确定是否必要修补、防腐以及除污；已建异形高层建筑的变形情况检测。

需检测经多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度时，对于与非破损测强曲线技术条件差异较大的，或者使用多年的老混凝土等，为了保证测试结果的准确性，可以在非破损测试结果的基础上，用钻取的芯样强度校核非破损测试强度，这样既可避免大量钻取芯样，又提高了非破损测试精度，充分发挥了各自特长。

现有的建筑机器人的取样存在如下缺点：

(1)目前的建筑物出现渗漏或者破损后，才根据破损部位定位，进而人工探查疑似问题部位，并对该处进行检测和取样，只能是事后处理，不能够实现事前预防。

(2)在建建筑物施工后，成型需要一定的时间，工作人员需要人工取样后回化验室，大部分的位置取样不便。

(3)目前的建筑机器人应用限于远景拍摄，近景拍摄局部部位，无法持续近距离拍摄同一个工作面，也无法对疑似问题部位检测和取样。

(4)建筑物完工投入使用后，因高层建筑外观检查困难，虽然设计师设置了变形和沉降观测点，记录建筑物的情况，还需要人工定期巡视和检查外观，定期监测其变形程度，工作人员的职业危险暴露引发多起高坠事故。

(5)中国在无损检测的基础理论研究和仪器设备开发方面，与先进国家之间仍有较大的差距，特别是在红外、声发射等高新技术检测设备方面更是如此。在与机器人结合方面的应用更无。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测取样机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测取样机器人，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备负责提供行走、负载检测和取样装置的动力，头部布置现场记录摄像头，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有无损检测设备，仿生蚂蚁头部的一对触角作为无损检测设备的前端触头，腹部尾部布置螺旋取样装置，受躯干飞轮储能驱动设备驱动，躯干飞轮储能驱动设备为取样装置提供短时大功率螺旋动力，所述六个腿部的末端均设有足部，所述机器人腿部包括基节、转节、股节、径节、跗节，之间均采用活动连接，所述基节活动连接在所述机器人本体上，所述转节与股节之间固定有所述飞轮及飞轮储能驱动设备。

作为本发明再进一步的优选方案：所述无损检测设备包括超声检测装备。

作为本发明再进一步的优选方案：能够根据软件给出的建筑物设计图，结合输入的目的地计算需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，启动行程，到达位置后开始相应的检测工作。

作为本发明再进一步的优选方案：所述仿生蚂蚁的六个足部和一对触角端均设计有五个爪型的脚趾。

作为本发明再进一步的优选方案：所述五个爪型的脚趾其中两个是锥形的微刺，五个爪型的脚趾中间是吸盘。

作为本发明再进一步的优选方案：所述飞轮储能驱动设备、现场记录摄像头均采用控制模块mcu进行控制。

作为本发明再进一步的优选方案：所述机器人具备无线通信功能，能够与云端数据库进行通讯。

作为本发明再进一步的优选方案：所述螺旋取样装置的设计使用蛰针原理，钻取位置根据取样需求，并与云端数据库中的原设计文件对比，确定螺旋取样装置应在结构或构件受力较小、混凝土强度质量具有代表性部位钻取，避开主筋、预埋件和管线的位置，并避开其他钢筋，用钻芯法和非破损法综合测定强度时，与非破损法取同一侧区，在指定位置钻取芯样，取得芯样后，倒螺旋退回到尾部储存。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明机器人可以在高层外立面等危险情况下提供以钻芯取样为代表的部分破损法检测，从混凝土结构或构件上钻取芯样，带回实验室制备混凝土强度试件，进行规定的化验、检验项目，测定混凝土芯样强度，用于核查和验证建筑物混凝土强度，用所取的式样做该处检查、检验对象质量技术指标的裁定。

附图说明

图1为本发明机器人结构示意图。

图2为本发明机器人运动流程图。

图3为本发明机器人云端数据库的管理示意图

图4为本发明机器人电路设计示意图

图5为本发明机器人控制原理框图

图6为本发明机器人本体控制原理图

图7为本发明机器人腿部控制原理图

图8为本发明机器人尾部控制原理图

图9为本发明机器人触角控制原理图

图10为本发明机器人唇基上颚控制原理图

图中：1-触角、2-摄像头、3-存储器、4-飞轮储能驱动设备、5-跗节、6-径节、7-股节、8-转节、9-无损检测设备、10-螺旋取样装置、11-基节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测取样机器人，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备，共7个飞轮驱动装置，其中躯干部分使用一个大的驱动设备，六个腿部设置六个小的驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备负责提供行走、负载检测和取样装置的动力，头部布置现场记录摄像头2，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有无损检测设备，仿生蚂蚁头部的一对触角作为无损检测设备的前端触头，腹部尾部布置螺旋取样装置，受躯干飞轮储能驱动设备驱动，躯干飞轮储能驱动设备为取样装置提供短时大功率螺旋动力，所述六个腿部的末端均设有足部。

所述无损检测设备9包括超声检测装备。所述机器人能够根据软件给出的建筑物设计图，结合输入的目的地计算需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，启动行程，到达位置后开始相应的检测工作。所述仿生蚂蚁的六个足部和一对触角端均设计有五个爪型的脚趾。所述五个爪型的脚趾其中两个是锥形的微刺，五个爪型的脚趾中间是吸盘。所述飞轮储能驱动设备、现场记录摄像头均采用控制模块mcu进行控制。所述机器人具备无线通信功能，能够与云端数据库进行通讯。

所述螺旋取样装置10的设计使用蛰针原理，钻取位置根据取样需求，并与云端数据库中的原设计文件对比，确定螺旋取样装置应在结构或构件受力较小、混凝土强度质量具有代表性部位钻取，避开主筋、预埋件和管线的位置，并避开其他钢筋，用钻芯法和非破损法综合测定强度时，与非破损法取同一侧区，在指定位置钻取芯样，取得芯样后，倒螺旋退回到尾部储存。

图1为本发明一个具体实施例的结构图，机器人采用仿生模拟蚂蚁的身体结构，保持身体敏捷平衡移动的同时尽可能在最小的身体容积产生大功率动力,因此在躯干和六个腿部设置了飞轮储能驱动设备4。躯干上的飞轮储能驱动设备4主要为取样装置提供短时大功率螺旋动力，六个腿部的飞轮储能驱动设备4主要负责提供行走、负载检测和取样装置的动力。所述机器人腿部包括基节11、转节8、股节7、径节6、跗节5，之间均采用活动连接，所述基节11活动连接在所述机器人本体上，所述转节8与股节7之间固定有所述飞轮及飞轮储能驱动设备4。

机器人材质大部分采用碳纤维，减轻重量；取样装置选用高端合金材料。

机器人由飞轮储能驱动设备4驱动，使用了高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术，技术成熟、功率密度高、充放电次数无限、寿命长以及无污染等优势。

头部主要布置现场记录摄像头2，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，扫描摄录范围广；高空有异物或者混凝土水泥坠落时，能够在检测到后即时采取行动，短时间内爆发出极大的驱动力驱使机器人避开坠落的物体。

腹部中心主要布置躯干飞轮储能驱动设备4，外周布置有无损检测设备9，如超声检测(ut)装备，蚂蚁头部的一对触角1作为超声检测的前端触头。

腹部尾部主要布置螺旋取样装置10，受躯干飞轮储能驱动设备驱动，尾部螺旋取样装置10的设计使用了蛰针原理，钻取位置根据取样需求，并与数据库中的原设计文件对比，确定螺旋取样装置应在结构或构件受力较小、混凝土强度质量具有代表性部位钻取：避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋；用钻芯法和非破损法综合测定强度时，与非破损法取同一侧区。在指定位置钻取芯样，取得芯样后，倒螺旋退回到尾部储存。待返回实验室后，化验人员取出芯样。

对于机器人定点检测和取样来说，它会先根据软件给出的建筑物设计图，结合输入的目的地计算需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，启动行程，到达位置后开始相应的检测工作。

单个机器人的运动轨迹是一系列离散的三角步态足部运动，接触面对建筑物的破坏程度较小，可以在可能到达的各种坡度地面上、陡坡或者建筑物外立面选择最优的支撑点，对复杂地形的适应性强。

机器人的腿部具有18个部件(每个腿部都具有径节6、股节8、转节8，一共6个腿部)，从机械结构设计通过多个部件的协调，腿部协调运动灵活的同时，可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置，因此不易翻倒稳定性更高。

控制模块mcu控制算法需要做到机器人本体、六条腿部、两个触角、复眼摄像头、尾部螺旋取样装置以及腹部无损检测设备的统一算法设计，实现机器人静止、行走、爬坡、立面攀登、悬挂等多种体位；实现现场拍照和摄录、无损检测以及钻取芯样等多种功能；此外还需要增加传感器模块，协助机器人确定体位决策。

机器人六个足部和两个触角端均设计有五个爪型的脚趾，其中两个是锥形的微刺，有助于抓住像混凝土等粗糙的表面；五个爪型的脚趾中间是吸盘，有助于吸住在玻璃以及光滑的壁面上，防止掉落。

本发明机器人检测的数据均存在数据库的指定位置，根据工作需要，实际记录可以与原方案比对，致力于避免因为缺少记录或文字、图片记录不准确等所导致的争执。

云端管理系统进行数据还原，采集、储存，比对以及进一步分析，所得出的所有数据入库备查。

本发明机器人可以在高层外立面等危险情况下提供以钻芯取样为代表的部分破损法检测，从混凝土结构或构件上钻取芯样，带回实验室制备混凝土强度试件，进行规定的化验、检验项目，测定混凝土芯样强度，用于核查和验证建筑物混凝土强度，用所取的式样做该处检查、检验对象质量技术指标的裁定。

本发明的取样方式包括：

定点取样：在指定部位，根据检验目的分一处或者几处采样。

随机取样：在任意部位，分几处采样。

双倍取样：在随机取样进行化验、检验不合格时，对于同批检验、化验对象，进行双倍取样，再做复试。

本发明云端基于人工智能的计算机软件，为管理人员提供建设质量的即时反馈。

本发明具备异常信息即时反馈功能，无损检测后回传数据到后台管理系统，后台管理系统会根据施工现场数据与原设计方案数据对比，检查施工和安装是否体现了设计意图和所需质量，若发现异常安装建设信息，系统立刻反馈报警；此时，操作员人工选择也可以设置自动模式启动部分破损检测。

无损检测后回传数据到后台管理系统，后台管理系统会与标准或者原设计方案数据对比，检查已建高层建筑各外部界面外观破损、腐蚀、污染情况的泄漏情况，确定修补、防腐以及除污必要性；确定已建异形高层建筑的变形情况。还可以根据检测结果确定最后的维修方案

综上所述，本发明具备如下显著的进步：

(1)、加强了在建工程的过程质量管理，可以实现超高建筑以及隐蔽工程的检测和取样，提升建造施工安装的安全生产水平，实现了技防，避免大型建筑出现安全事故；基于海量大数据的分析应用，推动建筑施工向安全、高质、高效发展。

(2)、已建高层建筑外观检查困难，虽然设计师设置了变形和沉降观测点记录建筑物的情况，机器人按照设计要求定期巡检外观，定期监测其变形程度，定期检测外观，工作人员可以在安全地带通过机器人回传到数据远距离查看各个部位的情况，降低了高坠危险；

(3)、定期巡检和检测，可以从源头预防及早发现以及预防建筑物出现渗漏或者破损，给企业节约了大量金钱。

(4)、大数据库的建立可以实现检测数据的实时化采集、取样数据储存，实现了建造全过程追踪；建筑物全生命周期数据库，业主以及业主工程师可以在线监测，事后也可以调用数据库对施工问题进行复查、核对和监督等。

(5)、建筑施工企业可以借助于检测机器人系统实现更深入细致的运营管控。

与传统施工方式相比，减少投入施工检测和监理人员。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。