本申请提供了一种车轮可变形的工程结构振动监测机器人,包括车身、加速度测量元件、车轮可变换机构和旋转关节机构;加速度测量元件安装在车身内部的底面;车轮可变换机构包括外轮毂、内轮毂和多个轮胎分块,内轮毂与外轮毂转动连接,多个轮胎分块沿外轮毂的圆周方向均匀设置;内轮毂和外轮毂相对转动,能带动轮胎分块摆动,使多个轮胎分块聚拢和分散,分别形成车轮结构和腿结构;旋转关节机构的自由端与车轮可变换机构连接,旋转关节机构能利用自身的旋转带动车轮可变换机构摆动,使车轮可变换机构与地面接触或分离。本申请中,通过设置车轮可变换机构,机器人能智能地切换运动模式,适应不平整路面,并且能够攀爬楼梯,扩大了机器人的使用场景。
背景技术
工程结构,如房屋、桥梁、铁路、公路、水工、海工、港口和地下工程等,在运营过程中由于环境侵蚀、自然灾害、长期损伤积累、复杂荷载和材料老化等因素,结构性能会逐渐劣化甚至失效,从而严重缩短其使用寿命。在这些工程结构服役期间,尤其在经历地震、台风、爆炸等灾害性事件后,了解结构的健康状态、及时发现结构隐蔽部位的病害,并判断是否需要对建筑物结构进行维修和养护,是非常重要的。然而,传统的工程结构健康状态检测方法主要依赖人工检测,通过检查梁、板、柱等主要构件来识别损伤。这种方法存在效率低、漏检、需要大量人力、数据难以信息化以及严重依赖工程师经验等问题。
近年来,机器人和计算机科学的前沿技术在结构健康检、监测中的应用受到广泛关注,用于结构健康检、监测的机器人是解决硬件问题和与用户沟通方式问题的有效手段。针对传统人工检测方法费时费力的问题,越来越多的智能设备或者机器人被应用到高层建筑结构的健康状态检、监测工程应用中。
(1)智能巡检机器人
现有的智能巡检机器人在保持结构完整性的前提下,实现了广泛覆盖、高灵活性和高效率的非接触式结构健康监测。这些机器人通常搭载了多种传感器,并采用了先进的非接触式的检测技术,使其能够在不同类型的工程结构中应用。例如,搭载摄像机的巡检机器人可以利用视觉检测和计算机视觉技术对结构表面进行实时监测,识别和记录裂缝、腐蚀和变形等缺陷。此外,这些机器人还可以结合图像处理算法,自动分析并量化缺陷的严重程度,生成可视化的检测报告。
然而,现有的巡检机器人受到自身工作原理的限制,对路面的平整性要求过高,爬坡和越障能力较差,无法适应崎岖路面、楼梯以及高空环境的巡检任务,这些限制使得现有巡检机器人难以在一些复杂的工程环境中进行有效检测,特别是在桥梁、隧道和高层建筑等具有特殊地形或高空结构的场景中。此外,由于机器人搭载的传感器覆盖范围有限,无法全面监测大型或复杂结构的所有关键部位,特别是结构的内部和隐蔽部分。这些问题限制了巡检机器人的检测全面性和精确性。
(2)无人机
无人机因其空间灵活性强,可以轻松进入检测人员难以到达或危险的区域,尤其是高空或者受损严重的建筑物。在执行建筑结构的巡检任务时,无人机能够快速覆盖大面积区域,显著提高检测效率,尤其适用于大规模工程结构如桥梁和高层建筑的监测。此外,无人机也可以搭载多种传感器设备,包括高分辨率摄像机、红外热成像仪、激光雷达等,能够提供多种类型的监测数据,以实现更全面、范围更广的结构健康评估。
然而,无人机对强风、暴雨、雪天等恶劣天气条件极其敏感,且对GPS信号依赖较强。无人机在执行巡检任务时,易收到风荷载的影响,可能导致其飞行不够平稳,进而影响振动响应数据的采集精度,不利于结构的振动监测和健康状态的评估。此外,飞行安全也是一个重要考虑因素,在城市等人口密集区域进行飞行时,需要严格遵守相关法规,避免对公众安全造成威胁。
实现思路