微型地下蛇行自盾構(gòu)探測(cè)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)工程、工程勘察、星球表面探測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微型地下蛇行自盾構(gòu)探測(cè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)和前蘇聯(lián)是星球探測(cè)機(jī)器人研究的先驅(qū)國(guó)，在20世紀(jì)60年代末期便開始了月球表面的探測(cè)任務(wù)，隨后，美國(guó)又陸續(xù)對(duì)火星展開了一系列的探測(cè)任務(wù)。我國(guó)于2013年成功向月球發(fā)射“嫦娥三號(hào)”登月探測(cè)器，并在月球表面實(shí)現(xiàn)軟著陸。日本、歐空局等國(guó)家或組織都根據(jù)自己的探測(cè)計(jì)劃，紛紛投入巨資，研制各種星球探測(cè)機(jī)器人。這些探測(cè)機(jī)器人都有一定的變形能力，在著陸后會(huì)根據(jù)地形環(huán)境自動(dòng)從閉合狀態(tài)自動(dòng)展開至工作狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)外星球探測(cè)主要采用“車型”探測(cè)機(jī)器人進(jìn)行表層行駛探測(cè)，其行駛機(jī)構(gòu)大致分為輪式、腿式和履帶式3種。被探測(cè)星球淺表層土體結(jié)構(gòu)往往是研究星球古氣候與未來(lái)資源開發(fā)的關(guān)鍵，而目前“車型”探測(cè)機(jī)器人僅能對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)，無(wú)法深入地下。
[0003]綜上所述，目前尚無(wú)一款能夠在星球表面實(shí)現(xiàn)地下網(wǎng)絡(luò)探測(cè)的微型地下蛇行自盾構(gòu)機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述技術(shù)缺陷而提供的微型地下蛇行自盾構(gòu)探測(cè)機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]—種微型地下蛇行自盾構(gòu)探測(cè)機(jī)器人，其特征在于，包括蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人與地表輔助機(jī)器人；
[0007]所述的蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)為:包括骨架、兩端設(shè)有的盾構(gòu)刀頭2、陀螺儀
3、攝像頭6、照明裝置7、微型可伸縮機(jī)械手8、環(huán)向3D打印噴頭4、電磁探頭5、壓力傳感器9、溫度傳感器10、電池裝置11、數(shù)據(jù)發(fā)射裝置12、電源裝置，其中:所述骨架由一系列的單元機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，每個(gè)單元機(jī)構(gòu)由外殼保護(hù)，分為中央單元機(jī)構(gòu)和兩側(cè)的六自由度并聯(lián)單元機(jī)構(gòu)(所述六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已屬于現(xiàn)有技術(shù))，如此通過多個(gè)單元機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)實(shí)現(xiàn)地下多自由度蛇行運(yùn)動(dòng)；所述中央單元機(jī)構(gòu)，殼體側(cè)壁設(shè)計(jì)有凹槽，用于安裝環(huán)向3D打印噴頭4，向周圍土體噴射粘合劑提高土的強(qiáng)度和自穩(wěn)性；所述中央單元機(jī)構(gòu)還設(shè)置有電磁探頭5、壓力傳感器9、溫度傳感器10、電池裝置11、數(shù)據(jù)發(fā)射裝置12 ;自身搭載電磁探頭5，可對(duì)淺表層結(jié)構(gòu)進(jìn)行輔助探測(cè)；所述電池裝置設(shè)置于骨架中央機(jī)構(gòu)單元內(nèi)部，電池裝置設(shè)有磁環(huán)用來(lái)接收地表輔助機(jī)器人發(fā)射的電磁波來(lái)充電；電池裝置11分別與盾構(gòu)刀頭2、陀螺儀3、攝像頭6、照明裝置7、微型可伸縮機(jī)械手8、環(huán)向3D打印噴頭4、電磁探頭5、壓力傳感器9、溫度傳感器10、數(shù)據(jù)發(fā)射裝置12連接為它們供電；所述中央單元機(jī)構(gòu)的側(cè)壁還安裝有壓力傳感器9和溫度傳感器10，測(cè)量盾構(gòu)阻力及淺表層地溫。
[0008]所述陀螺儀安裝于六自由度并聯(lián)單元機(jī)構(gòu)內(nèi)，可以為蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人提供導(dǎo)向服務(wù)；在兩端的六自由度并聯(lián)單元機(jī)構(gòu)均設(shè)有盾構(gòu)刀頭2用于切削土壤，當(dāng)遇到障礙物無(wú)法前進(jìn)時(shí)，機(jī)器人可以轉(zhuǎn)換前進(jìn)方向，在地下自由前進(jìn)與倒退，切削廢土從前進(jìn)端刀頭進(jìn)入機(jī)器人內(nèi)部并從尾端排出；
[0009]在兩端盾構(gòu)刀頭2中間安裝有攝像頭6、照明裝置7和微型可伸縮機(jī)械手8，通過攝影測(cè)量分析土壤顆粒與孔隙結(jié)構(gòu)，微型可伸縮機(jī)械手可以進(jìn)行樣品采集及原位測(cè)試；
[0010]所述的地表輔助機(jī)器人采用車型探測(cè)機(jī)器人，包括地表行車17，還包括安裝于所述地表行車的太陽(yáng)能電池板13、電磁供電裝置14、數(shù)據(jù)接收裝置15、數(shù)據(jù)發(fā)射裝置16，所述太陽(yáng)能電池板13與電磁供電裝置14的輸入端連接，所述電磁供電裝置14能量輸出端又與電池裝置連接，所述數(shù)據(jù)接收裝置15與數(shù)據(jù)發(fā)射裝置12連接；地表輔助機(jī)器人跟隨蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人在地表做同步運(yùn)動(dòng)，自身搭載的太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能發(fā)電并利用電磁波向蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人無(wú)線輸電，接收蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)并發(fā)送給空間中轉(zhuǎn)站。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化，所述的地表輔助機(jī)器人在配合蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人的同時(shí)自身也可對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)、采樣。
[0012]本發(fā)明的使用:蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人在星球表面選定盾構(gòu)下穿地點(diǎn)后開啟前進(jìn)方向盾構(gòu)刀頭切削土體前進(jìn)，切削廢土從前進(jìn)方向尾端排出。蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人在前進(jìn)過程中由內(nèi)部陀螺儀實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向并通過一系列串聯(lián)而成的小型六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)方向。前進(jìn)過程中環(huán)向3D打印噴頭向周圍土體噴射粘合劑提高土的強(qiáng)度和自穩(wěn)性，蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人脫出后形成高強(qiáng)度盾殼。行進(jìn)過程中蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人自身搭載電磁探頭，可對(duì)淺表層結(jié)構(gòu)進(jìn)行輔助探測(cè)，兩端盾構(gòu)刀頭中間安裝有攝像頭、照明裝置和微型可伸縮機(jī)械手，通過攝影測(cè)量分析土壤顆粒與孔隙結(jié)構(gòu)，微型可伸縮機(jī)械手可以進(jìn)行樣品采集及原位測(cè)試，蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人側(cè)壁還安裝有壓力傳感器和溫度傳感器，測(cè)量盾構(gòu)阻力及淺表層地溫。地表輔助機(jī)器人跟隨蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人在地表做同步運(yùn)動(dòng)，自身搭載的太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能發(fā)電并利用電磁波向蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人無(wú)線輸電，接收蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)并發(fā)送給空間中轉(zhuǎn)站，地表輔助機(jī)器人在配合蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人的同時(shí)自身也可對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)、采樣。
[0013]本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果:
[0014]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)星球淺表層網(wǎng)絡(luò)探測(cè)，彌補(bǔ)已有方法只能進(jìn)行表面探測(cè)的不足，能夠?yàn)楣こ痰刭|(zhì)、工程勘察、星球表面探測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域提供較為完整的探測(cè)淺表層土壤結(jié)構(gòu)，獲得地下巖土體基本物理力學(xué)參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的地表輔助機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖1中，I為小型六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，2為盾構(gòu)刀頭，3為陀螺儀，4為環(huán)向3D打印噴頭，5為電磁探頭，6為攝像頭，7為照明裝置，8為微型可伸縮機(jī)械手，9為壓力傳感器，10為溫度傳感器，11為電池裝置，12為數(shù)據(jù)發(fā)射裝置；
[0018]圖2中，13為太陽(yáng)能電池板，14為電磁供電裝置，15為數(shù)據(jù)接收裝置，16為數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，17為地表行車。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例
[0021]具體實(shí)施例中，如圖1所示，所述的蛻皮蛇盾構(gòu)機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)為:包括骨架、兩端設(shè)有的盾構(gòu)刀頭2、陀螺儀3、攝像頭6、照明裝置7、微型可伸縮機(jī)械手8、環(huán)向3D打印噴頭
4、電磁探頭5、壓力傳感器9、溫度傳感器10、電池裝置11、數(shù)據(jù)發(fā)射裝置12、電源裝置，其中:所述骨架由一系列的單元機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，每個(gè)單元機(jī)構(gòu)由外殼保護(hù)，分為中央單元機(jī)構(gòu)和兩側(cè)的六自由度并聯(lián)單元機(jī)構(gòu)(所述六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已屬于現(xiàn)有技術(shù))，如此通過多個(gè)單元機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)實(shí)現(xiàn)地下多自由度蛇行運(yùn)動(dòng)；所述中央單元機(jī)構(gòu)，殼體側(cè)壁設(shè)計(jì)有凹槽，用于安裝環(huán)向3D打印噴頭4，向周圍土體噴射粘合劑提高土的強(qiáng)度和自穩(wěn)性；所述中央單元機(jī)構(gòu)還設(shè)置有電磁探頭5、壓力傳感器9、溫度傳感器10、