一种仿生行走式隧道衬砌脱空无损检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及土木工程领域中的检测装置，具体涉及一种仿生行走式隧道衬砌脱空无损检测装置。


背景技术：

2.隧道作为一种地下建筑物，能有效降低行车距离和缓解交通拥堵。然而由于隧道工程兼具隐蔽性和复杂性，因此隧道在施工和使用中会存在一定的隐性问题，例如：衬砌开裂、隧道渗漏、衬砌脱空等。其中衬砌脱空对结构的承载能力和使用年限影响最大。而形成衬砌脱空主要原因有：1、混凝土收缩时产生空洞；2、混凝土和易性差；3、混凝土输送泵压力不足等。施工后需要对隧道进行脱空检测，并进行及时处理。传统的脱空检测方法主要为钻芯法，此方法对隧道有一定破坏，同时后期修复起来较为困难，目前均不采用。现代衬砌脱空检测的方法主要有：1、探地雷达法；2、红外线温度场照相法；3、超声检测法等。其中红外线温度场照相法受温度影响较大，而超声检测法检测距离有局限性，目前普遍采用的是探地雷达的方法，其中的检测模块内部控制器向振荡电路发送控制信号，通过振荡电路产生电磁波信号向隧道衬砌发射，电磁波在衬砌脱空处会发生折射和反射，调谐电路接受反射回的电磁波，并进行解调，解调后的电磁波输出至控制器中，解调后的电磁波信号经控制器处理后输至计算机。检测装置的载体通常采用升降式检测车，检测时容易造成交通拥堵，通常需要对隧道进行封闭处理。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种仿生行走式隧道衬砌脱空无损检测装置，以解决采用升降式检测车存在的需操作人员高空作业检测，容易造成交通拥堵的问题。
4.本实用新型采取的技术方案是：包括检测模块、行走驱动模块和天线，其中四个行走驱动模块分别通过转腿伺服电机固定连接在检测模块的两侧，天线安装在检测模块的上表面，且分别与检测模块和行走驱动模块电连接。
5.本实用新型所述检测模块包括轴向伺服电机、仰角伺服电机、信号发射端、仰角转动架、轴向转动架、固定支座、接收端伺服电机、信号接收端、警示灯、蓄电池和本体，其中固定支座与本体的前端固定连接，轴向转动架通过轴向伺服电机与固定支座转动连接，仰角转动架与轴向转动架固定连接，信号发射端通过仰角伺服电机与仰角转动架转动连接，接收端伺服电机与本体后端固定连接，信号接收端与接收端伺服电机的输出端固定连接，警示灯安装在本体的上表面，蓄电池固定连接在本体的下部。
6.本实用新型所述行走驱动模块包括真空负压吸盘、摆腿伺服电机、抬腿伺服电机、转腿伺服电机、腿座、上腿、下腿，其中真空负压吸盘与下腿固定连接，下腿和上腿通过摆腿伺服电机转动连接，上腿与腿座通过抬腿伺服电机转动连接，腿座与转腿伺服电机的输出轴固定连接。
7.本实用新型的优点是结构新颖，检测模块采用探地雷达方式进行检测，适用性强，
相比传统的检测方式，对隧道无任何破坏，通过无线传输将接收回的电磁波信号传输传输至地面计算机中，避免操作人员高空作业，安全性高；采用四足仿生机器人驱动行走，足端通过真空负压吸盘进行吸附，使用地形广，吸附能力强，检测时无需封闭隧道，也无需操作人员高空作业检测，高效便捷。
附图说明
8.图1是本实用新型的结构示意图；
9.图2是本实用新型检测模块的结构示意图；
10.图3是本实用新型行走驱动模块的结构示意图。
具体实施方式
11.如图1所示，包括检测模块1、行走驱动模块2和天线3，其中四个行走驱动模块2分别通过转腿伺服电机204固定连接在检测模块1的两侧，天线3安装在检测模块1的上表面，且分别与检测模块1和行走驱动模块2电连接。
12.如图2所示，所述检测模块1包括轴向伺服电机101、仰角伺服电机102、信号发射端103、仰角转动架104、轴向转动架105、固定支座106、接收端伺服电机107、信号接收端108、警示灯109、蓄电池110和本体111，其中固定支座106与本体111的前端固定连接，轴向转动架105通过轴向伺服电机101与固定支座106转动连接，仰角转动架104与轴向转动架105固定连接，信号发射端103通过仰角伺服电机102与仰角转动架104转动连接，接收端伺服电机107与本体111后端固定连接，信号接收端108与接收端伺服电机107的输出端固定连接，警示灯109安装在本体111的上表面，蓄电池110固定连接在本体111的下部。
13.如图3所示，所述行走驱动模块2包括真空负压吸盘201、摆腿伺服电机202、抬腿伺服电机203、转腿伺服电机204、腿座205、上腿206、下腿207，其中真空负压吸盘201与下腿207固定连接，下腿207和上腿206通过摆腿伺服电机202转动连接，上腿206与腿座205通过抬腿伺服电机203转动连接，腿座205与转腿伺服电机204的输出轴固定连接。
14.工作原理
15.检测模块1采用探地雷达技术对隧道进行脱空监测，使用时，通过外部控制手柄4对检测模块1和行走驱动模块2进行实时控制，天线3接收控制手柄4发出的控制信号，远程控制轴向伺服电机101和仰角伺服电机102的运动，使轴向伺服电机101带动轴向转动架105转动，控制信号发射端103的轴向转动，使仰角伺服电机102带动仰角转动架104的转动，控制信号发射端103的仰角转动，信号发射端103向隧道衬砌发射电磁波信号，电磁波在衬砌脱空处会发生折射和反射，操作控制手柄4远程控制接收端伺服电机107的运动，使其带动信号接收端108转动接受反射回的电磁波，检测模块1将接受的反射电磁波解调后，通过天线4传输至地面计算机5，由地面计算机5对接收的反射电磁波信号进行处理，通过分析处理后的反射电磁波信号的波形，时间，振幅宽度等判别脱空，因隧道衬砌脱空处和衬砌的介电常数和导电率不同，电磁波在差异接触面会发生反射和折射，实现对隧道衬砌的检测；
16.行走驱动模块2采用四足仿生驱动方式在隧道墙壁上行走，控制手柄4对检测模块1和行走驱动模块2进行实时控制，由蓄电池110向行走驱动模块2供电，当行走驱动模块2电量不足时，警示灯109开始闪烁报警，
17.其中吸附方式：将行走驱动模块2四条驱动腿的足端真空负压吸盘201同时开启，实现行走驱动模块2在隧道表面上吸附固定；当在不规则表面上吸附时，通过调整每条驱动腿的摆腿伺服电机202、抬腿伺服电机203、转腿伺服电机204，改变每条腿抬起高度、转动角度和足端位置，以紧密吸附在不规则隧道表上。
18.行走方式：当行走驱动模块2向前移动时，首先使后方两条驱动腿的足端真空负压吸盘201功能开启，前方两条驱动腿的足端真空负压吸盘201功能关闭，然后控制前方两条驱动腿的抬腿伺服电机203运动，使前方两条腿抬起，控制前方两条驱动腿的转腿伺服电机204运动，使前端两腿向前转动，控制前方两条驱动腿的抬腿伺服电机203运动，使前端两腿落下，再将前方两条驱动腿的足端真空负压吸盘201功能开启，后方两条驱动腿的足端真空负压吸盘201功能关闭，控制后方两条驱动腿的各个伺服电机重复上述相同动作；当行走驱动模块2向其他方向移动时，与前进方式相同，只需更改每条驱动腿的真空负压吸盘201和腿部各伺服电机启动顺序，即可更改行走驱动模块2移动方向。
19.以上所述仅为本实用新型的优选实例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。