摘 要

双向运动型智能隧道检测车是一种工作在电缆隧道中用于检测电缆隧道的检测机器人，主要用于替代现有的人力检测，实现电缆隧道的自动化，降低电缆隧道检测的危险性。由于目前并无成熟的电缆隧道检测产品，因此设计一种双向运动型隧道检测车是有必要的。本论文主要在以下几个方面对双向运动型智能隧道检测车进行设计：

检测车的双向行走机构设计，对检测车越障时的受力进行了分析计算了越障所需的转矩，并依此对行走机构的传动系统和电动机进行设计选型。此外还对行走机构进行了减震设计。

检测车的倾覆性计算，对检测车在制动工况和转弯工况下的倾覆性进行分析计算，验算检测车是否会在运行过程中发生倾覆。并对检测车的车架进行了加工工艺设计和材料选型。

检测车仿真计算，利用Adams对检测车进行了动力学仿真，同时利用Ansys软件验算了检测车车架的强度和刚度，并对检测车车架进行了模态分析，得到了检测车车架的固有频率。

检测车的系统设计，设计了检测车的供电系统和控制系统，其中控制系统设计包括导航系统和行走控制系统两个子系统的设计，实现了检测车自动导航、往返、防碰撞、位移记录的功能

关键词：隧道检测；轮式机器人；检测车

Abstract

Bidirectional tunnel-inspecting car is a kind of inspecting robot which works in cable tunnel. It is mainly used to replace the existing human detection, realize the automation and reduce the risk of cable tunnel detection. At present there is no mature cable tunnel detection product, so it’s necessary to design a bidirectional tunnel-inspecting car. In this thesis, the design of the bidirectional tunnel-inspecting car includes the following aspects.

Inspection-car’s bidirectional walking mechanism design. This thesis analyzed the stress of the robot when it crosses obstacle, calculate the required torque, in turn to design and selection the walking mechanism and motor. And the shock absorber of the walking mechanism has been designed.

The overthrow property calculation of inspection-car. Analysis the overthrow property under damping condition and turning condition, to figure out inspection-car whether will overthrow. Also design the processing process and select the material of the inspection-car frame.

Inspection-car simulation calculation. Inspection-car dynamics simulation is carried out by Adams, check the strength and rigidity of the inspection-car’s frame by Ansys, also do the modal analysis of the inspection-car’s frame and get the natural frequency of the inspection-car’s frame.

Inspection-car’s system design. This paper designs the power supply system and control system which includes navigation system and walking control system of two subsystems. This article also realizes the function of automatic navigation, round trip, anti-collision, displacement-distance of inspection-car.

Key words: Tunnel inspection；Wheel-robot；Inspection-car

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 研究背景介绍 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 本文的主要工作 2

第2章 检测车基本参数及实现方式确定 3

2.1 引言 3

2.2 检测车设计要求 3

2.3检测车技术方案 4

2.3.1检测车的行走方式 4

2.3.2 检测车基本外形尺寸确定 4

2.4检测车转向方式选择与分析 4

第3章 智能隧道检测车机构设计 7

3.1引言 7

3.2 检测车双向行走机构设计 7

3.2.1 检测车的越障力学分析 7

3.2.2 电机的选型 13

3.2.3 行走机构传动系统设计计算 15

3.2.4 行走机构减震设计 17

3.3 检测车倾覆性计算 20

3.3.1 制动工况下的倾覆性计算 20

3.3.2 转弯工况下的倾覆性计算 21

3.4检测车车架工艺设计 23

3.4.1 检测车车架结构工艺 23

3.4.2 检测车车架材料选择 24

第4章 检测车CAE仿真计算 25

4.1 引言 25

4.2 检测车Adams动力学仿真 25

4.3 检测车车架Ansys有限元强度刚度验算 29

4.4 检测车车架Ansys有限元模态分析 33

第5章 智能隧道检测车系统设计 39

5.1 引言 39

5.2 检测车供电系统设计 39

5.3 检测车导航系统设计 41

5.4 检测车行走控制系统设计 44

5.5 检测车控制系统设计 46

第6章 总结与展望 47

6.1 全文总结 47

6.2 经济性分析 47

6.3 展望 47

参考文献 49

附录A 步进电机驱动程序 50

附录B 红外寻迹程序 52

致谢 53

第1章 绪论

1.1 研究背景介绍

随着城市建设步伐的加快，人们越来越注重地上空间的利用和安全，电力供应作为城市建设的重要部分，也越来越多地使用在地下隧道中铺设电缆的形式。由于电力电缆的结构构造的原因，当一条电缆发生故障后，往往会对周围其他电缆产生严重影响，并且由于电缆隧道位于地面以下，当电缆发生故障后，很难发现。同时电缆隧道在制造、铺设及运行的各个阶段都可能产生缺陷。因此电缆隧道的检测对电缆隧道的正常运行有着重要的作用，是电缆隧道维护运行中的重要的一环。现有的电缆隧道检测维护工作主要由人力承担，但由于电缆隧道位于地面以下通风环境差，充斥着一些有害气体^[1]。并且有着火灾的危险^[2]，同时由于电缆隧道构造的原因，当发生事故时非常不利于工作人员的逃亡。因此使用电缆隧道检测车检测电缆隧道将会有巨大的优势。

1.2 研究目的及意义