一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程检测技术领域，具体涉及一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架。


背景技术：

2.隧道施工过程中，需要对隧道进行衬砌质量检测，常规情况下，工作人员需要手持检测雷达通过专项检测车、脚手架等设备才能检测获得衬砌及衬砌后面等病害信息。该方法存在前期设备投入成本大、需要工作人员的数量多、效率偏低、人为干扰因素大等问题，因此属于行业的技术痛点。因此，空陆两栖爬壁机器人可以提高隧道检测的质量和效率，是一种解决该痛点的有效手段。
3.目前的空陆两栖机器人存在承载能力弱的缺点，无法在搭载较重检测设备的同时，实现飞行和爬行的两种功能，尤其是没有对垂直爬壁状态下的承重能力，因此，亟需通过一种合理的承重框架对这一问题进行解决。


技术实现要素：

4.本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种刚度大、自重轻、承载能力强的空陆两栖机器人框架，以实现检测机器人的隧道壁安全行走，并通过携带的探地雷达传感器进行隧道质量检测，以提高检测的质量和效率。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，包括上机架板和下薄壁机架板，所述上机架板和下薄壁机架板通过连接柱连接在一起形成主框架，主框架上设置有四个用于容纳旋翼的旋翼腔，上机架板上设置有环向连接架、横向连接架和纵向连接架，环向连接架用于连接四个旋翼腔，所述横向连接架和纵向连接架垂直交叉设置，且分别与其中两个相对的旋翼腔连接，所述纵向连接架上设置有用于安装爬行机轮的轮轴。
6.所述环向连接架为矩形框架，其相邻两个边分别与所述横向连接架和纵向连接架平行设置。
7.所述横向连接架和纵向连接架分别包括两根平行设置的连接板。
8.所述上机架板与下机架板正中心内置有用于容纳电路元件的矩形仪器仓。
9.所述上机架板和下薄壁机架板上设置有四个与旋翼腔位置对应的圆形孔。
10.本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
11.本实用新型提供了一种空陆两栖攀爬检测机器人用承载框架，通过优化结构受力，采用双层薄板结构为主体，碳纤维框架受力体系，能够在大幅减轻自重的前提下减轻自重，从而实现飞爬两种工作模式。
附图说明
12.图1为本实用新型实施例提供的承重框架整体结构示意图；
13.图2为主框架在行走模式下的受力弯矩图；
14.图3为主框架在行走模式下的总变形图；
15.图4为机架板在行走模式下的应变图；
16.图5为爬行状态下主框架的受力弯矩图；
17.图6为主框架在爬行状态下的总变形图；
18.图7为机架板在爬行状态下的应力图；
19.图8为主框架在飞行模式下的受力弯矩图；
20.图9为飞行状态下的框架总变形图；
21.图10为飞行状态下的机架板的应力图。
22.图中：1为轮轴，2为纵向连接架，3为上机架板，4为连接柱，5为横向连接架，6为环向连接架，7为下机架板。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1所示，本实施例提供了一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，包括上机架板3和下机架板7，所述上机架板3和下机架板7通过连接柱4连接在一起形成主框架，主框架上设置有四个用于容纳旋翼的旋翼腔，上机架板3上设置有环向连接架6、横向连接架5和纵向连接架2，环向连接架6用于连接四个旋翼腔，所述横向连接架5和纵向连接架2垂直交叉设置，且分别与其中两个相对的旋翼腔连接，所述纵向连接架2上设置有用于安装爬行机轮的轮轴1。
25.具体地，如图1所示，本实施例中，所述环向连接架6为矩形框架，其相邻两个边分别与所述横向连接架5和纵向连接架2平行设置。
26.具体地，如图1所示，所述横向连接架5和纵向连接架2分别包括两根平行设置的连接板。
27.具体地，如图1所示，所述上机架板3与下机架板7正中心内置有用于容纳电路元件的矩形仪器仓。
28.具体地，如图1所示，所述上机架板3和下机架板7上设置有四个与旋翼腔位置对应的圆形孔。连接柱4由轻质高强材料组成，垂直连接上下薄壁机架板，连接点固结。所述多个连接柱4均等高。环向连接架6、横向连接架5和纵向连接架2均由碳纤维柱构成，碳纤维柱为中空柱体。其中，横向连接架5和纵向连接架2为双排十字交叉结构，使得主框架一体式受力。
29.本实施例中，上机架板3和下机架板7由碳纤维板切割而成，特点在于薄壁、刚度大，其荷载作用下应力较小处打孔减重，薄壁机架板含四个圆形孔，用于机翼防护。
30.对本实用新型的机构建立了梁、壳复合有限元分析模型，对各种模式下的工作状态数值模拟如下：
31.1、行走模式：机器人启动后，驱动四轮行进，此时荷载状态为自重，边界条件为四
轮竖向支撑，图2为主框架在行走模式下的受力弯矩图；图3为主框架在行走模式下的总变形图；图4为机架板在行走模式下的应变图；从结果来看，结构在行走模式下受力均匀，总体变形小，符合使用要求。
32.2、爬行模式：爬行模型为机器人起飞后接触检测壁通过四轮推进，此时，机身90
°
翻转，竖向受重力作用，水平向受压力，四轮为固定边界。图5为爬行状态下主框架的受力弯矩图；图6为主框架在爬行状态下的总变形图；图7为机架板在爬行状态下的应力图；从结果来看，机体刚度达到爬行模式下的要求。
33.3、飞行模式：飞行模式下机器人荷载状态为自重，支撑条件为四机翼的向上升力，图8为主框架在飞行模式下的受力弯矩图；图9为飞行状态下的框架总变形图；图10为飞行状态下的机架板的应力图。从结果看，在飞行模式下，承重框架受力合理，变形量符合要求。
34.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。


技术特征：
1.一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，其特征在于，包括上机架板（3）和下机架板（7），所述上机架板（3）和下机架板（7）通过连接柱（4）连接在一起形成主框架，主框架上设置有四个用于容纳旋翼的旋翼腔，上机架板（3）上设置有环向连接架（6）、横向连接架（5）和纵向连接架（2），环向连接架（6）用于连接四个旋翼腔，所述横向连接架（5）和纵向连接架（2）垂直交叉设置，且分别与其中两个相对的旋翼腔连接，所述纵向连接架（2）上设置有用于安装爬行机轮的轮轴（1）。2.根据权利要求1所述的一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，其特征在于，所述环向连接架（6）为矩形框架，其相邻两个边分别与所述横向连接架（5）和纵向连接架（2）平行设置。3.根据权利要求1所述的一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，其特征在于，所述横向连接架（5）和纵向连接架（2）分别包括两根平行设置的连接板。4.根据权利要求1所述的一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，其特征在于，所述上机架板（3）与下机架板（7）正中心内置有用于容纳电路元件的矩形仪器仓。5.根据权利要求1所述的一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，其特征在于，所述上机架板（3）和下机架板（7）上设置有四个与旋翼腔位置对应的圆形孔。

技术总结
本实用新型属于隧道工程检测技术领域，具体涉及一种隧道工程检测用空陆两栖机器人承载框架，包括上机架板和下薄壁机架板，所述上机架板和下薄壁机架板通过连接柱连接在一起形成主框架，主框架上设置有四个用于容纳旋翼的旋翼腔，上机架板上设置有环向连接架、横向连接架和纵向连接架，环向连接架用于连接四个旋翼腔，所述横向连接架和纵向连接架垂直交叉设置，且分别与其中两个相对的旋翼腔连接，所述纵向连接架上设置有用于安装爬行机轮的轮轴。本实用新型采用双层薄板结构为主体，碳纤维框架受力体系，能够在大幅减轻自重的前提下减轻自重，且结构稳定。且结构稳定。且结构稳定。


技术研发人员：王可心 芦晓鹏 郭向楠 胡建辉 李金文 廖羽
受保护的技术使用者：中铁十二局集团第二工程有限公司
技术研发日：2021.06.28
技术公布日：2021/12/11