CN106013149B - 基于gps技术的全自动静力压桩机定位控制*** - Google Patents

基于gps技术的全自动静力压桩机定位控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，包括GPS定位***、压桩机控制计算机和压桩机自走机构；GPS定位***包括GPS基准站和机载GPS，GPS基准站固定于压桩机附近的已知坐标点上，所述机载GPS固定于压桩机机身；压桩机控制计算机连接至机载GPS，通过对机载GPS采集的位置坐标的计算来获得当前压桩机机构的中心坐标并与预定的压桩施工坐标进行比对，根据比对结果对压桩机自走机构进行控制使压桩机移动，直至压桩机机构的中心坐标与施工坐标间的误差小于施工要求；本发明通过载波相位差分技术来获取压桩机的精确位置，能以较高的定位精度使压桩机精确自动定位和水平姿态自动调整。

Description

基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***
技术领域
本发明涉及建设工程领域，尤其是基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***。
背景技术
预制桩基础工程，是利用压桩机将预制桩打入设计规定位置和深度的施工工程。抱压式液压静力压桩机是桩基础施工的关键设备，其工作过程是：控制桩机行走机构，将预制桩精确定位到预定位置；液压夹持机构“抱”住桩身侧面，产生夹持摩擦力，压桩液压机构利用桩机自身重量产生的反作用力，将预制桩压入土中。国内普遍采用的抱压式液压静力压桩机定位均为手动操作模式，桩机机身水平姿态控制和桩机定位控制一般通过光栅传感器、倾角传感器和PLC控制器、比例控制阀等设备，由桩机操作人员手动操作进行桩机的移动和姿态调整，并在现场测量技术人员的指挥引导下，利用光学经纬仪或全站仪人工测量进行桩机定位。桩基施工受地形条件、天气条件的影响大，施工速度较慢。由于机械设备的精度误差、桩机操作人员的操作误差、测量人员的测量误差等原因，往往造成混凝土桩定位精度达不到规范要求，甚至出现漏桩、错桩等重大质量事故，给后续的基础施工造成不良影响。
近年来GPS定位技术在机械领域得以广泛应用，但由于民用GPS的定位误差高达数米，使得目前GPS定位多用于对位置精确度要求不高的领域，当GPS用于压桩机的定位时，必须大幅度提升GPS的定位精度，否则不能满足压桩的桩体定位精度要求。
发明内容
本发明提出基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，通过载波相位差分技术来获取压桩机的精确位置，能以较高的定位精度使压桩机精确自动定位和水平姿态自动调整。
本发明采用以下技术方案。
基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，所述定位控制***包括GPS定位***、压桩机控制计算机和压桩机自走机构，所述压桩机自走机构包括压桩机行走机构驱动器、压桩机水平姿态驱动器、长船行走电液控制阀、短船行走电液控制阀和支腿电液控制阀；所述GPS定位***包括GPS基准站和机载GPS，所述GPS基准站固定于压桩机附近的已知坐标点上，所述机载GPS固定于压桩机机身平台上；所述压桩机控制计算机连接至机载GPS，压桩机控制计算机通过对机载GPS采集的位置精确坐标进行计算得出当前压桩机机构中心坐标并与预定的压桩施工坐标进行比对，压桩机控制计算机根据比对结果对压桩机自走机构进行控制使压桩机移动，直至压桩机机构的中心坐标与预定的压桩施工坐标间的误差小于施工规范的要求。
所述GPS定位***是以载波相位差分技术对GPS基准站、机载GPS采集的位置坐标进行计算，从而获得机载GPS的精确坐标。
所述固定于压桩机机身的机载GPS的数量为三个或以上，各机载GPS的安装位置位于压桩机机身平台的同一高度且不在同一直线上，各机载GPS的安装位置所在平面做为GPS水平基准面使用，压桩机控制计算机根据机载GPS的精确坐标计算出当前GPS水平基准面的倾斜度，并根据倾斜度对对压桩机自走机构进行控制，直至压桩机的水平姿态满足压桩施工要求。
当压桩机控制计算机对压桩机自走机构进行控制时，所述压桩机行走机构驱动器和压桩机水平姿态驱动器根据控制指令驱动长船行走电液控制阀和短船行走电液控制阀，交替驱动压桩机的左右长船前进或后退，驱动压桩机的前后短船左右移动或旋转，使压桩机向指定坐标移动，同时驱动支腿电液控制阀控制压桩机的支腿顶升液压缸升降，使压桩机的水平姿态满足压桩施工要求。
所述压桩机控制计算机对压桩机机构的中心坐标的获取、坐标比对及对对压桩机自走机构的控制这三项作业以闭环控制的方式循环进行，直至压桩机构中心坐标定位误差小于施工规范的要求以及压桩机水平姿态满足压桩施工要求。
所述机载GPS与压桩机控制计算机间以数据线相连。
本发明中，以载波相位差分技术对GPS基准站、机载GPS采集的位置坐标进行计算，根据计算结果来消除机载GPS采集的位置坐标的误差，从而获得机载GPS的精确坐标；该设计由于采用了载波相位差分技术，因此能籍由多个GPS站来快速获得较高精度的坐标定位，其精度可达厘米级，而且包括平面坐标和高度坐标，从而能够满足压桩机桩体施工定位的需求，而且该方式能以较快的速度消除GPS的定位误差，从而能使压桩机机构的中心坐标的计算能与压桩机的位置移动保持同步，适合压桩机的移动定位需要。
本发明中，各机载GPS的安装位置所在平面做为GPS水平基准面使用，压桩机控制计算机根据机载GPS的精确坐标计算出当前GPS水平基准面的倾斜度，并根据倾斜度对对压桩机自走机构进行控制；该设计可以在压桩机运动过程动态地评估压桩机的水平姿态且无需人工干预，适合以自动化闭环控制方式来自动控制压桩机的动作。
本发明的定位和自动化控制采用独立的GPS模块、驱动器和控制阀，因此很适合用于对传统抱压式液压静力压桩机进行自动化改造，可大大提高桩机定位精度和速度，保证桩基施工质量，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的控制***结构示意图
附图2是本发明的桩机设备布置示意图
图中：1、压桩机机身；21～22、左右长船；31～34、支腿顶升液压缸；41～42、前后短船；51～54、短船提升液压缸；6、压桩机构；7、压桩机控制计算机；8、吊车；101~103、机载GPS。
具体实施方式
如图1、2所示，基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，其特征在于：所述定位控制***包括GPS定位***、压桩机控制计算机和压桩机自走机构，所述压桩机自走机构包括压桩机行走机构驱动器、压桩机水平姿态驱动器、长船行走电液控制阀、短船行走电液控制阀和支腿电液控制阀；所述GPS定位***包括GPS基准站和机载GPS101、102和103，所述GPS基准站固定于压桩机附近的已知坐标点上，所述机载GPS101、102和103固定于压桩机机身1平台上；所述压桩机控制计算机7连接至机载GPS，压桩机控制计算机通过对机载GPS采集的位置精确坐标进行计算得出当前压桩机机构中心坐标并与预定的压桩施工坐标进行比对，压桩机控制计算机根据比对结果对压桩机自走机构进行控制使压桩机移动，直至压桩机机构的中心坐标与预定的压桩施工坐标间的误差小于施工规范的要求。
所述GPS定位***是以载波相位差分技术对GPS基准站、机载GPS采集的位置坐标进行计算，根据计算结果来消除机载GPS采集的位置坐标的误差，从而获得机载GPS的精确坐标。
所述固定于压桩机机身的机载GPS的数量为三个或以上，各机载GPS101、102和103的安装位置位于压桩机机身平台的同一高度且不在同一直线上，各机载GPS的安装位置所在平面做为GPS水平基准面使用，压桩机控制计算机7根据机载GPS的精确坐标计算出当前GPS水平基准面的倾斜度，并根据倾斜度对对压桩机自走机构进行控制，直至压桩机的水平姿态满足压桩施工要求。
当压桩机控制计算机对压桩机自走机构进行控制时，所述压桩机行走机构驱动器和压桩机水平姿态驱动器根据控制指令驱动长船行走电液控制阀和短船行走电液控制阀，交替驱动压桩机的左右长船21和22前进或后退，驱动压桩机的前后短船41和42左右移动或旋转，使压桩机向指定坐标移动，同时驱动支腿电液控制阀控制压桩机的支腿顶升液压缸升降，使压桩机的水平姿态满足压桩施工要求。
所述压桩机控制计算机对压桩机中心坐标的获取、坐标比对及对对压桩机自走机构的控制这三项作业以闭环控制的方式循环进行，直至压桩机构中心坐标定位误差小于施工规范的要求以及压桩机水平姿态满足压桩施工要求。
所述机载GPS与压桩机控制计算机间以数据线相连。
实施例：
压桩机机身上设有压桩机构6，压桩机控制计算机根据机载GPS采集的精确坐标，此坐标包括平面坐标和高度坐标，根据此坐标计算出压桩机构的中心坐标和压桩机的姿态参数，控制压桩机朝压桩施工地点行进，并使压桩机的水平姿态满足压桩施工要求；当压桩机机构的中心位置到达压桩施工坐标地点的上方，且压桩机机构的中心坐标定位误差小于施工规范的要求、压桩机水平姿态满足压桩施工要求时，定位控制结束，吊车8把混凝土桩吊至施工坐标点，压桩机构6进行压桩作业。

Claims (4)

1.基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，其特征在于：所述定位控制***包括GPS定位***、压桩机控制计算机和压桩机自走机构，所述压桩机自走机构包括压桩机行走机构驱动器、压桩机水平姿态驱动器、长船行走电液控制阀、短船行走电液控制阀和支腿电液控制阀；所述GPS定位***包括GPS基准站和机载GPS，所述GPS基准站固定于压桩机附近的已知坐标点上，所述机载GPS固定于压桩机机身平台上；所述压桩机控制计算机连接至机载GPS，压桩机控制计算机通过对机载GPS采集的位置精确坐标进行计算得出当前压桩机机构中心坐标并与预定的压桩施工坐标进行比对，压桩机控制计算机根据比对结果对压桩机自走机构进行控制使压桩机移动，直至压桩机机构的中心坐标与预定的压桩施工坐标间的误差小于施工规范的要求；
所述GPS定位***是以载波相位差分技术对GPS基准站、机载GPS采集的位置坐标进行计算，从而获得机载GPS的精确坐标；
所述固定于压桩机机身的机载GPS的数量为三个或以上，各机载GPS的安装位置位于压桩机机身平台的同一高度且不在同一直线上，各机载GPS的安装位置所在平面做为GPS水平基准面使用，压桩机控制计算机根据机载GPS的精确坐标计算出当前GPS水平基准面的倾斜度，并根据倾斜度对压桩机自走机构进行控制，直至压桩机的水平姿态满足压桩施工要求；
各机载GPS环绕压桩机上的压桩机构设置。
2.根据权利要求1所述的基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，其特征在于：当压桩机控制计算机对压桩机自走机构进行控制时，所述压桩机行走机构驱动器和压桩机水平姿态驱动器根据控制指令驱动长船行走电液控制阀和短船行走电液控制阀，交替驱动压桩机的左右长船前进或后退，驱动压桩机的前后短船左右移动或旋转，使压桩机向指定坐标移动，同时驱动支腿电液控制阀控制压桩机的支腿顶升液压缸升降，使压桩机的水平姿态满足压桩施工要求。
3.根据权利要求1所述的基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，其特征在于：所述压桩机控制计算机对压桩机机构的中心坐标的获取、坐标比对及对压桩机自走机构的控制这三项作业以闭环控制的方式循环进行，直至压桩机机构中心坐标定位误差小于施工规范的要求以及压桩机水平姿态满足压桩施工要求。
4.根据权利要求1所述的基于GPS技术的全自动静力压桩机定位控制***，其特征在于：所述机载GPS与压桩机控制计算机间以数据线相连。
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