CN110185452A - 测距角度调整定位机构、定位控制***、方法及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程机械施工定位控制技术领域，特别设计一种用于测距角度调整的定位机构、定位控制***、方法及工程机械，该定位机构包含：用于与工程机械机身固定的敞口壳体，设于壳体内用于输出定位光信号的棱镜；设于壳体内用于驱动棱镜轴转动来调节棱镜旋转的旋转电机。本发明满足测量距离短、测量角度范围受限、粉尘环境及大宽隧道等施工定位场地需求，通过控制器、定位机构和全站仪配合，随工程机械设备车身移动调整棱镜转动角度，保证全站仪测距角度需要，达到角度范围，关闭当前棱镜转动，开启下一个适合随动棱镜，保证全站仪测距连续，避免频繁移站影响测量效率等的情形，大大提高隧道机械设备施工效率和施工质量，具有较强工程应用前景。

Description

测距角度调整定位机构、定位控制***、方法及工程机械

技术领域

本发明属于工程机械施工定位控制技术领域，特别设计一种用于测距角度调整的定位机构、定位控制***、方法及工程机械。

背景技术

现有的隧道机械设备定位***大体归纳为实时定位和非实时定位。实时定位***的常规方案为：利用全站仪对安装在待定位设备上的棱镜进行测量来实现；这种方案的实施需要满足测量距离和测量角度的要求。对于频繁大范围移动或有效检测距离较小的定位场景，需要频繁的移站来满足定位功能需求。为解决上述问题，现有方案中有使用带有伺服马达和目标自动照准功能的全站仪，其自动目标锁定功能可以扩展可测量范围，一定程度上提高工作效率。但对于测量环境受限的情况，以悬臂掘进机为例，直接用于隧道断面掘进，测量环境具有大量粉尘，这就需要全站仪测量距离不能过远，而悬臂掘进机后面其他工序的进行，如拱架安装、初喷等，也限制了全站仪的布置安装。因此，在这种测量距离短、测量角度范围受限、粉尘环境下，尤其大宽隧道就需要解决定位***频繁移站等问题，从而提高工作效率。。

发明内容

为此，本发明提供一种用于测距角度调整的定位机构、定位控制***、方法及工程机械，满足测量距离短、测量角度范围受限、粉尘环境及大宽隧道等施工定位场地需求，适用性强，提高作业施工效率，具有较好的工程应用前景。

按照本发明所提供的设计方案，一种用于测距角度调整的定位机构，包含：

用于与工程机械机身固定的敞口壳体，

设于壳体内用于输出定位光信号的棱镜；

设于壳体内用于驱动棱镜轴转动来调节棱镜旋转的旋转电机。

上述的，还包含设于壳体内棱镜两侧用于限位棱镜旋转角度的限位开关。

进一步地，限位开关通过安装板固定于壳体内，安装板以棱镜轴为中心对称设置有用于调节限位开关安装位置的弧形调节孔。

上述的，所述的敞口壳体包含用于与工程机械固定的底板和后侧板，设于底板两侧并与后侧板固定的两个侧护板，连接两个侧护板和后侧板的顶板；两个侧护板外边缘开设有用于增加光信号收发有效角度范围的扩宽槽。

优选的，所述扩宽槽为U型结构或C型结构的凹槽。

上述的，所述旋转电机为旋转马达，棱镜轴上设置有失电制动器。

上述的，所述旋转电机为伺服电机。

进一步地，本发明还提供一种隧道设备定位控制***，包含：

用于测量工程机械位置信息的全站仪；

若干上述的定位机构；

设于工程机械上的控制器，用于依据全站仪测距角度和定位机构中限位开关信号来控制旋转电机动作。

上述的***中，所述控制器设于工程机械驾驶室内，与控制器连接的还有功能开关按键；所述功能开关按键包含定位控制模式设置开关按键和棱镜启闭开关按键。

进一步地，本发明还提供一种隧道设备定位控制方法，基于上述的隧道设备定位控制***实现，该实现过程包含如下内容：

根据施工作业需求，将定位机构布设在工程机械各个位置，固定全站仪；设定棱镜旋转范围，并将棱镜设置为镜面与工程机械中线垂直的初始状态；

定位测量开始后，随着工程机械机身移动，确定随动棱镜，控制器调整随动棱镜旋转角度以配合全站仪测距需求，当随动棱镜旋转角度达到预设范围时，控制器控制该随动棱镜关闭，选取其他位置棱镜作为随动棱镜，保证全站仪测距的连续。

进一步地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械上设置有上述的隧道设备定位控制***以实现作业中的位置定位。

本发明的有益效果：

1、本发明中用于测距角度调整的定位机构，结构简单，设计新颖、合理，通过旋转电机驱动敞口壳体内的棱镜旋转角度来配合测距作业，提高测量效率，适用性强，能够适合测量距离短、测量角度范围受限等的隧道定位测距环境。

2、针对现有隧道定位测量环境受限、效率低等情形，通过控制器、定位机构和全站仪的配合，随工程机械设备车身移动来调整棱镜转动角度，保证全站仪测距角度需要，达到角度范围后，关闭当前棱镜转动，开启下一个适合的随动棱镜，保证全站仪测距连续工作，避免频繁移站影响测量效率等的情形，大大提高隧道机械设备施工效率和施工质量，具有较强工程应用前景。

附图说明：

图1为实施例中定位机构结构示意图；

图2为实施例中定位机构壳体示意图；

图3为实施例中图1中B-B剖视示意图；

图4为实施例中图3中棱镜旋转角度示意图；

图5为实施例中图1中A-A剖视示意图；

图6为实施例中定位机构原理框图；

图7为实施例中定位控制***原理框图；

图8为实施例中定位控制流程图。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表棱镜，标号2代表旋转电机，标号3代表限位开关，标号4代表壳体，标号5代表安装把合螺栓，标号6代表弧形调节孔，标号a代表棱镜角度旋转范围，标号7代表棱镜轴，标号8代表安装板。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例，参见图1和2所示，提供一种用于测距角度调整的定位机构，包含：

用于与工程机械机身固定的敞口壳体，

设于壳体内用于输出定位光信号的棱镜；

设于壳体内用于驱动棱镜轴转动来调节棱镜旋转的旋转电机。

通过旋转电机驱动敞口壳体内的棱镜旋转角度来配合测距作业，提高测量效率，适用性强，能够适合测量距离短、测量角度范围受限等的隧道定位测距环境；敞口壳体可通过把合螺栓与机身固定，拆卸组装方便、可靠。

进一步地，本发明实施例中，参见图1所示，还包含设于壳体内棱镜两侧用于限位棱镜旋转角度的限位开关，通过限定棱镜旋转角度以更好地配合测距作业中全站仪的工作。

进一步地，本发明实施例中，参见图3、4和5所示，限位开关通过安装板固定于壳体内，安装板以棱镜轴为中心对称设置有用于调节限位开关安装位置的弧形调节孔。依据不同工程机械的不同定位方案布置及不同位置，根据实际角度需要，可通过调节限位开关安装位置来实现更好配合全站仪的测距作业，使用效果好。

进一步地，本发明实施例中，参见图2所示，敞口壳体包含用于与工程机械固定的底板和后侧板，设于底板两侧并与后侧板固定的两个侧护板，连接两个侧护板和后侧板的顶板；两个侧护板外边缘开设有用于增加光信号收发有效角度范围的扩宽槽。扩宽槽的设计，使得防护壳体的侧护板宽度小于上下护板(即底板和顶板)，增加棱镜旋转时的有效角度，能够更好配合全站仪测距定位，提高测量效率。

进一步地，本发明实施例中，参见图2所示，扩宽槽为U型结构或C型结构的凹槽。根据实际使用情况，也可设计为其他侧护板宽度小于上下护板的形状结构，以获取较好的棱镜旋转有效角度。

进一步地，本发明实施例中，旋转电机为旋转马达，棱镜轴上设置有失电制动器。利用失电制动器断电时能够实现快速停车和准确定位，来精确控制棱镜轴转动角度，以达到更好的测量精确度。

进一步地，本发明实施例中，旋转电机还可采用伺服电机。同样地，利用伺服电机将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象的控制精度，来精确控制棱镜轴转动角度，以达到更好的测量精确度。

进一步地，参见图6和7所示，本发明实施例还提供一种隧道设备定位控制***，包含：

用于测量工程机械位置信息的全站仪；

若干上述实施例中的定位机构；

设于工程机械上的控制器，用于依据全站仪测距角度和定位机构中限位开关信号来控制旋转电机动作。

针对现有隧道定位测量环境受限、效率低等情形，通过控制器、定位机构和全站仪的配合，随工程机械设备车身移动来调整棱镜转动角度，保证全站仪测距角度需要，达到角度范围后，关闭当前棱镜转动，开启下一个适合的随动棱镜，保证全站仪测距连续工作，避免频繁移站影响测量效率等的情形，大大提高隧道机械设备施工效率和施工质量。

进一步地，控制器设于工程机械驾驶室内，与控制器连接的还有功能开关按键；所述功能开关按键包含定位控制模式设置开关按键和棱镜启闭开关按键。控制器可利用工程机械电控***中工控机或主控器来实现设备定位的控制功能，利用工程机械中电控手柄和/或液压阀组，将控制器和各个功能开关按键进行连接配合，以实现工程机械测量定位控制方式中左右同侧、左右异侧的模式控制，及棱镜旋转启闭的控制功能，操作方便、快捷。

进一步地，参见图7和8所示，本发明实施例中还提供一种隧道设备定位控制方法，基于上述实施例中的隧道设备定位控制***实现，该实现过程包含如下内容：

根据施工作业需求，将定位机构布设在工程机械各个位置，固定全站仪；设定棱镜旋转范围，并将棱镜设置为镜面与工程机械中线垂直的初始状态；

定位测量开始后，随着工程机械机身移动，确定随动棱镜，控制器调整随动棱镜旋转角度以配合全站仪测距需求，当随动棱镜旋转角度达到预设范围时，控制器控制该随动棱镜关闭，选取其他位置棱镜作为随动棱镜，保证全站仪测距的连续。

进一步地，本发明实施例中还提供一种工程机械，该工程机械上设置有上述的隧道设备定位控制***以实现作业中的位置定位。

为验证本发明技术方案的有效性，下面以大断面隧道为例进行说明：为了获得最佳的测量角度，保证全站仪测量连续性，避免频繁移站，以大断面隧道为例，大断面即隧道宽度远大于设备宽度，定位控制的具体实施过程如下：

1.以隧道中轴线为界限，以全站仪布置于隧道左侧，工程机械设备同时位于左侧为例：主控器发送控制命令关闭工程机械设备左侧和右侧棱镜，开启后部和驾驶室顶部棱镜。

2.棱镜开启时位于零位，即镜面与设备中线垂直。

3.工程机型设备正常工作，当使用电控手柄操作设备转向时，主控器接收手柄转向角度信号，根据设置的比例系数α，输出控制信号控制开启的棱镜旋转。具体为，工程机械设备前进、后退操作棱镜角度保持不变，左转时，棱镜按照预定比例左转(俯视顺时针)，右转时，棱镜按照预定比例右转(俯视逆时针)，当棱镜旋转触发旋转限位传感器时，主控器发送控制命令关闭该棱镜，即从棱镜零位旋转180度，棱镜镜面转向防护壳体后护板，避免测量干扰，同时达到保护棱镜的目的。

4.关闭上述角度超限棱镜后，同时开启工程机械侧方棱镜，具体为：机械设备向右转动时开启右侧棱镜，向左转动时开启左侧棱镜。

5.继续按照上述步骤执行定位测量。

6.当全站仪判断棱镜测量信号丢失时，开启工程机械设备后部棱镜进行定位测量操作。

实际测量作业中，全站仪和定位机构布设位置根据作业环境进行设定。棱镜的布局方式，可分为后部棱镜，左侧棱镜、右侧棱镜及驾驶室顶棱镜；可通过开关直接设置工程机械设备上棱镜的开启和关闭。当全站仪和工程机械位于隧道的不同侧时，以全站仪布置于左侧，工程机械设备位于隧道中心右侧时，定位测量的控制不同点在于首先启用设备侧方的棱镜，依次根据测量角度需要开启或关闭后部棱镜。其余位置下的测量控制不在赘述。其中，可变角度棱镜可以根据实际工况，不采用限位传感器，完全根据旋转马达的旋转角度数据判断是否关闭该棱镜的条件；在某些工况和工程机械设备中，使用设备转向信号来判断存在一定的误差，比如车轮或履带打滑，针对这种情况，可利用全站仪测量数据上传至主控器，定位测量数据中包含全站仪与棱镜之间的距离和角度信息，主控器根据距离和角度信息来判断是否关闭或开启棱镜。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，包含：

用于与工程机械机身固定的敞口壳体，

设于壳体内用于输出定位光信号的棱镜；

设于壳体内用于驱动棱镜轴转动来调节棱镜旋转的旋转电机。

2.根据权利要求1所述的用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，还包含设于壳体内棱镜两侧用于限位棱镜旋转角度的限位开关；进一步地，限位开关通过安装板固定于壳体内，安装板以棱镜轴为中心对称设置有用于调节限位开关安装位置的弧形调节孔。

3.根据权利要求1所述的用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，所述的敞口壳体包含用于与工程机械固定的底板和后侧板，设于底板两侧并与后侧板固定的两个侧护板，连接两个侧护板和后侧板的顶板；两个侧护板外边缘开设有用于增加光信号收发有效角度范围的扩宽槽。

4.根据权利要求3所述的用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，所述扩宽槽为U型结构或C型结构的凹槽。

5.根据权利要求1所述的用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，所述旋转电机为旋转马达，棱镜轴上设置有失电制动器。

6.根据权利要求1所述的用于测距角度调整的定位机构，其特征在于，所述旋转电机为伺服电机。

7.一种隧道设备定位控制***，其特征在于，包含：

用于测量工程机械位置信息的全站仪；

若干权利要求1～6任一项所述的定位机构；

设于工程机械上的控制器，用于依据全站仪测距角度和定位机构中限位开关信号来控制旋转电机动作。

8.根据权利要求7所述的隧道设备定位控制***，其特征在于，所述控制器设于工程机械驾驶室内，与控制器连接的还有功能开关按键；所述功能开关按键包含定位控制模式设置开关按键和棱镜启闭开关按键。

9.一种隧道设备定位控制方法，其特征在于，基于权利要求7所述的隧道设备定位控制***实现，该实现过程包含如下内容：

根据施工作业需求，将定位机构布设在工程机械各个位置，固定全站仪；设定棱镜旋转范围，并将棱镜设置为镜面与工程机械中线垂直的初始状态；

定位测量开始后，随着工程机械机身移动，确定随动棱镜，控制器调整随动棱镜旋转角度以配合全站仪测距需求，当随动棱镜旋转角度达到预设范围时，控制器控制该随动棱镜关闭，选取其他位置棱镜作为随动棱镜，保证全站仪测距的连续。

10.一种工程机械，其特征在于，该工程机械上设置有权利要求7所述的隧道设备定位控制***以实现作业中的位置定位。