CN110515397A - 一种机电式自动调平***及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种机电式自动调平***及调平方法，调平***包括控制模块，控制模块连接有不少于3个的用于支撑车载平台的伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端，以及分别为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端供电的电源模块；控制模块还连接有平面度激光测量模块。本发明提供的一种机电式自动调平***及调平方法具有调平速度快，调平精度高，能实现自动、半自动、手动调平的自由切换且操作简单，自动化程度较高，体积较小，可靠性高的优点。

Description

一种机电式自动调平***及调平方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及用于特种车辆等需要精确调平环境的，调平速度快，调平精度高，能实现自动、半自动、手动调平的自由切换且操作简单，具有较高的自动化程度的一种机电式自动调平***及调平方法。

背景技术

很多设备需要调平后才能正常工作，包括雷达车辆，电力线路杆塔，应急通讯车辆，精密光学设备，高端房车等等很多设备调平后安装或使用。现有常见的具有一定承重能力的调平***通常是匹配液压支腿和电子水平仪（倾角传感器）或距离传感器的调平***，这种***在调平时通常采用先人工手动控制初步调平，再通过传感器反馈信号做进一步的二次调平，只能够实现较低精度的调平效果，很难用在要求较高调平精度下使用，实现更高精度的调平是当前的国际难题。这种结构的调平***由于使用液压支腿，因此需要用到完整的液压***，具有较多的管道连接，存在由于管道的污染而其对阀组的损害，存在引起发生爆管的安全问题，并且长时间存放还存在发生油缸内卸的情况；液压支腿本身具有的分辨率较低（控制精度差），并且由于体积较大，一般都是固定安装在需调平的车辆、设备上，一旦出现单一支腿故障，则会导致整个***不能使用，可靠性差；而且在消除虚腿时，通常都是增加额外的开关，如接近开关等来检测支腿的当前位置，增加额外开关来检测虚腿的情况只能检测支腿的接触位置，也就是只是眼观 “不虚“，实则不能形成有效的支撑； 倾角传感器只是传感器位置来预测平台其他各个点的倾斜情况，不能有效的检测出被调平平台的变形情况，实现更有效的调平效果，并且由于倾角传感器的工作原理造成其在不同温度下的精度不同；另外此类***多为有线数据传输，不能使用移动的场合。

因此，为克服以上不足，亟需一种调平速度快，调平精度高，能实现自动、半自动、手动调平的自由切换且操作简单，具有较高的自动化程度，体积较小，可靠性高的机电式自动调平***。

发明内容

本发明为解决现有的车辆、设备用调平***调平精度差，体积较大、操作复杂、对操作人员的操作经验有较高要求，可靠性差的问题，而提供调平速度快，调平精度高，能实现自动、半自动、手动调平的自由切换且操作简单，具有较高的自动化程度，体积较小，可靠性高的一种机电式自动调平***及调平方法。

本发明采用的技术方案是：

一种机电式自动调平***，包括控制模块，所述控制模块连接有不少于3个的用于支撑车载平台的伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端，以及分别为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端供电的电源模块；所述控制模块还连接有平面度激光测量模块，所述平面度激光测量模块包括激光发射器组件和激光接收器组件，所述激光接收器组件通过无线数据传输模块与控制模块连接。

进一步的，所述伺服电动支腿包括固定机架，设置在固定机架上的丝杠升降机、伺服电机、伺服蜗轮蜗杆减速器，用于控制伺服电机动作的伺服驱动器，为伺服电机、伺服驱动器供电的蓄电池及与其相匹配的充电器和逆变器，以及设置在固定机架下方的行走轮；所述丝杠升降机的下方设置有承重盘。

进一步的，所述伺服电动支腿和双轴倾角传感器均通过无线数据传输模块与控制模块连接。

进一步的，所述显示屏为触摸液晶显示屏。

进一步的，所述无线数据传输模块为ZigBee无线数据传输模块。

进一步的，所述控制模块为PLC及其***电路。

进一步的，所述控制终端为有线控制器或无线控制器。

一种机电式自动调平***的调平方法，包括如下步骤：

步骤1）、将伺服电动支腿放置到需要调平的设备下方，将双轴倾角传感器设置到需调平设备的平面上，将平面度激光测量模块中的激光发射器组件和激光接收器组件分别放置到设备平面上的不同的待检测点上；启动电源开关，为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器、控制终端和平面度激光测量模块上电；所述激光接收器组件不少于3个；

步骤2）、控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，若不平，控制模块控制伺服电动支腿快速到达平面下方最低位置；

步骤3）、控制模块读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程，并在显示屏中显示；若根据计算得到需调整的伺服电动支腿的行程大于伺服电动支腿的总行程，***停机并在显示屏中显示，并通过蜂鸣器告警，操作人员判断需调整的伺服电动支腿，执行调整后，控制模块再次读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，并在显示屏中显示；

步骤4）、根据控制模块在步骤3）中得出的非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，控制相应伺服电动支腿行走，待所有需调整的伺服电动支腿行走完成后，重复步骤2）、步骤3）的过程，直至根据测量、计算得到的设备平台的水平度不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，进行下一步操作；

步骤5）、控制模块根据激光接收器组件反馈的接收信号，即激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值，控制相应位置的伺服电动支腿再次进行行走，直至激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值≤0.3mm时，控制模块读取各个伺服电动支腿的运行扭矩，当运行扭矩小于额定扭矩的10%时，控制该伺服电动支腿继续动作，至该伺服电动支腿运行扭矩大于额定扭矩的10%为止，用以消除“虚腿”；至此调平步骤完成、结束。

进一步的，所述步骤1）中的显示屏为触摸液晶显示屏，所述控制终端为有线控制器或无线控制器；通过显示屏或控制终端控制各模块的工作状态。

进一步的，所述步骤2）中控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据若不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，直接执行步骤5）的内容。

本发明的有益效果在于：1.本***直接通过测量车载平台的高度差进行测量，显示更加直观，实现了在各种温度情况下更高精度和更加有效的虚腿检测，解决了此类***面临的难题；2. 通过增加和移动激光接收器的位置检测出平台的变形情况，可避免因车载平台变形而影响调平的精度，平台变形量较大时可通过增加激光接收器的数量实现，使***具有较强的扩展性；3.实现精度更高，当前综合精度最高的倾角传感器都在0.005度以下，在50m×50m平台的高度差为4.36mm,使用此测量***实现了0.3mm的调平高度差，即对50m×50m的刚性平台下调平的精度高度差可达到0.3mm，折合调平的角度0.00035°，对调平精度要求高的***来说，实现了质的飞跃；4.之前的***都是通过有线的方式与控制器实现数据交换的，本***实现各个接收器与控制器之间的无线通信，减少了线的束缚，更加方便了移动；5.本***与激光测距有着本质的区别，本***是利用激光的低散射性能，激光测平***包括激光发射器和激光接收器，其中激光发射器本身具有自动调平功能，并作为标准水平面，测出多个接收器与发射器之间的高度差，即为车载平台的高度差，数据处理后，通过执行器实现车载平台的调平；6. 每个伺服电动支腿就是一个独立的小的机电***，每个伺服电动支腿上配置单独的伺服电机,保证了每个伺服电动支腿之间不会相互影响，以达到更加优越的性能，***运行也更加的稳定；另一方面与液压***相比，省去了管道的连接，既减少了由于管道的污染而已其对阀组的损害，又消去所有由爆管引起的安全问题，以及消除长时间存放发生的油缸内卸；其次该伺服电动支腿的本身具有较高的分辨率，通断一次实现伺服电动支腿行进只有0.01mm,小巧方便快捷,易于移动；另外，伺服电动支腿为分离式独立结构，若其中一个损坏，在条件允许的情况下可以更改伺服电动支腿的放置位置，来应急调平（三点确定一个平面），维修也特别方便；为保证***停止后的稳定性，伺服电机抱闸、梯形丝杠和涡轮蜗杆减速器能够自锁等措施，有效地减少了***在停止后所受外力的影响，大大增加了在静止情况下的安全系数。除此之外还有应急人工操作***，预防因无电源，或者动力源损坏而设备无法操作的情况出现。

附图说明

图1是本发明提供的一种机电式自动调平***的***结构示意图；

图2是本发明提供的一种机电式自动调平***中伺服电动支腿的***图；

图3是本发明提供的一种机电式自动调平***的调平方法的流程图。

图中：1、固定机架；2、伺服电机；3、伺服蜗轮蜗杆减速器；4、丝杠升降机；5、伺服驱动器；6、蓄电池；7、充电器；8、逆变器；9、行走轮；10、承重盘。

具体实施方式

本发明的核心是提供用于卡车驾驶室液压翻转***的电磁阀换向电动泵4装置。

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明：

如图1~2所示，一种机电式自动调平***，包括控制模块，控制模块连接有6个的用于支撑车载平台的伺服电动支腿、1个双轴倾角传感器、1个显示屏、1个蜂鸣器和1个控制终端，以及分别为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端供电的电源模块，伺服电动支腿和双轴倾角传感器均通过无线数据传输模块与控制模块连接；控制模块还连接有平面度激光测量模块，平面度激光测量模块包括1个激光发射器组件和不少于3个激光接收器组件，激光接收器组件通过无线数据传输模块与控制模块连接。

其中，伺服电动支腿包括固定机架1，设置在固定机架1上的丝杠升降机4、伺服电机2、伺服蜗轮蜗杆减速器3，用于控制伺服电机2动作的伺服驱动器5，为伺服电机2、伺服驱动器5供电的蓄电池6及与其相匹配的充电器7和逆变器8，以及设置在固定机架1下方的行走轮9，在丝杠升降机4的下方设置有承重盘10，由于***要求伺服电动支腿具有自动锁紧、解锁的功能，因此选用抱闸电机，伺服电动支腿通过ZigBee无线数据传输模块与控制模块连接，在伺服电动支腿的固定机架1上设置有ZigBee无线数据传输模块的无线接收器，该无线接收器与伺服驱动器5电连接；显示屏为触摸液晶显示屏；连接激光接收器组件与控制模块的无线数据传输模块为ZigBee无线数据传输模块；控制模块为PLC及其***电路；控制终端为有线控制器或无线控制器；与各组件相连接的、为其供电的电源模块相应选择为220V/380V AC组件或是可充电蓄电池。

主要***模块的选择：在本实施例中，作为控制模块的可编程控制器（PLC）选用西门子S7-1200系列的1215C DC/DC/DC；双轴倾角传感器选用辉格sst300；平面度激光测量模块选用Status Pro公司生产的激光测量***ProLevel v2,包括激光发射器组件T330和激光接收器组件R310。

***技术指标：

1、***电源：220V /380V AC

2、电机设计额定功率1.5KW （每条伺服电动支腿）

3、六个伺服电动支腿同时动作时最大功率为9Kw

5、单个伺服电动支腿设计载荷：20 t，行程：150mm

6、伺服电动支腿与总控通讯方式：profinet（上位机可选择连接rs485和开关量控制）

7、调平范围：±10°

8、调平时间：3 min

9、***调平精度：0.01度，检测点高度差0.3mm（3×20m范围内）

10、环境要求：

湿度：5％RH~100％RH（25℃）

大气负载：550hPa~1060hPa

工作温度：0~70℃

具有防雨、防潮、防沙尘、防腐蚀措施；

11、电控***满足GB/T17626.2-1998，GB/T17626.3-1998，GB/T17626.9-1998，GB/T17626.8-1998 电磁兼容试验和测量技术有关标准

12、海拔不高于6000m，其中电机高于1000m后，每增加100m，功率下降1.5%

13、电控箱整体防护等级IP65，传感器防护等级IP67。

本***还具有一下安全技术措施：

1、防停电***

使用过程中，一旦发生停电情况时，伺服电动支腿会停止动作，并且有效锁死，彻底保证安全。但为了避免停电时伺服电动支腿举重不落情况，运用手动手柄摇动，实现停电锁死后转动收回；

2、紧急停车***

***出现故障或是需要紧急停车的情况，本着安全第一的原则，在设备上设置紧急停车的蘑菇头按钮，均可紧急控制***停车，直接控制其总机电源，确保万无一失；

3、防下降***

本***为6个伺服电动支腿，每个电动支腿配备是具有刹车抱闸功能的伺服电机，保证***静止情况下不会运动。另外***因长时间的静止存放时，梯形丝杠和涡轮蜗杆减速器能够自锁，保证***的抗震性能；

4、智能检测***

很多故障都是由于使用已出现故障的设备造成的；本***在开机的同时会检测各个重要部件是否出现故障，是否在允许的环境中运行，并通过触摸屏给出提示和报警，保证***使用即是安全可靠的；

5、报警与提示

***运行时力量较大，需操作人员及在场的人员注意力高度集中，***运行时需发出报警声音，以提示在场人员提高注意力。

如图3所示，采用如上机电式自动调平***的调平方法，包括如下步骤：

步骤1）、将伺服电动支腿放置到需要调平的设备下方，将双轴倾角传感器设置到需调平设备的平面上，将平面度激光测量模块中的激光发射器组件和激光接收器组件分别放置到设备平面上的不同的待检测点上；启动电源开关，为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器、控制终端和平面度激光测量模块上电；所述激光接收器组件不少于3个；其中显示屏为触摸液晶显示屏，控制终端为有线控制器或无线控制器；通过显示屏或控制终端控制各模块的工作状态；

步骤2）、控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，若不平，控制模块控制伺服电动支腿快速到达平面下方最低位置；控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据若不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，直接执行步骤5的内容；

步骤3）、控制模块读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程，并在显示屏中显示；若根据计算得到需调整的伺服电动支腿的行程大于伺服电动支腿的总行程，***停机并在显示屏中显示，并通过蜂鸣器告警，操作人员判断需调整的伺服电动支腿，执行调整后，控制模块再次读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，并在显示屏中显示；

步骤4）、根据控制模块在步骤3）中得出的非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，控制相应伺服电动支腿行走，待所有需调整的伺服电动支腿行走完成后，重复步骤2）、步骤3）的过程，直至根据测量、计算得到的设备平台的水平度不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，进行下一步操作；

步骤5）、控制模块根据激光接收器组件反馈的接收信号，即激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值，控制相应位置的伺服电动支腿再次进行行走，直至激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值≤0.3mm时，控制模块读取各个伺服电动支腿的运行扭矩，当支腿的扭矩大于之前设定值认定为该支腿着地即消除虚腿，在本实施例中设定该值为额定扭矩的10%，即当运行扭矩小于额定扭矩的10%时，认为该伺服电动支腿处于“虚腿”状态，则控制该伺服电动支腿继续动作，至该伺服电动支腿运行扭矩大于额定扭矩的10%为止，用以消除“虚腿”；至此调平步骤完成、结束。

如上所述的机电式自动调平***通过以PLC为控制器、高精度双轴倾角传感器作为反馈元件，控制6个伺服电机支腿，首先判断出平面所在状态,通过控制6个伺服电动支腿，粗调模式率先到达所调平面，并且保证四个伺服电动支腿有效支撑。快速反应避免平面继续倾斜;然后通过细调的三角函数计算出其他伺服电动支腿,与最高的伺服电动支腿相差的距离(假设平面为刚性);然后伺服电动支腿为执行元件, 伺服电动支腿同步举升通过平面的三角函数算出的距离,都举升到位后采用二次调平的模拟人工的控制模式,消除平台变形对计算的距离的影响；采用上述一种机电自动调平***，能够使***达到0.05度以内，20000mm×20000mm的平台垂直高差在20mm以内；再通过平面度激光测量***进行修正，此***激光主要包括激光发射器和激光接收器组成，激光接收器可以将接受到的信号，转换为与发射器的高度差数值（精度为0.01mm），带数字显示和RS485通讯或蓝牙输出。将激光发射器放置于平面上一个检测点，将激光接收器放置于平面上的另外的待检测点上，然后根据几个点的高度差值传送给控制器后，让伺服电动支腿进行第二次行走，使其精度控制在0.3mm以内，完成整个的自动调平过程。若初始状态下，设备平面的平整度不超过激光接收器的高差显示范围时（80mm）,不用经过上述粗调的过程，直接进入精调，实现调平；也可以进行半自动化的控制，将显示的高差数值输入到触摸屏中，进行行走伺服机构，达到其调平的目的。该***调平速度快，调平精度高，能实现自动，半自动，手动调平的自由切换且操作简单，自动时操作一键完成，具有较高的自动化程度.半自动化模式操作简单易懂，手动操作高度可靠。因此具有集成化程度高，专业性强，调平精度高，操作简单易学,载荷范围宽（1-60吨），在移动工作时，携带和安装方便的优点。

Claims (10)

1.一种机电式自动调平***，包括控制模块，所述控制模块连接有不少于3个的用于支撑车载平台的伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端，以及分别为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器和控制终端供电的电源模块；其特征在于：所述控制模块还连接有平面度激光测量模块，所述平面度激光测量模块包括激光发射器组件和激光接收器组件，所述激光接收器组件通过无线数据传输模块与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述伺服电动支腿包括固定机架，设置在固定机架上的丝杠升降机、伺服电机、伺服蜗轮蜗杆减速器，用于控制伺服电机动作的伺服驱动器，为伺服电机、伺服驱动器供电的蓄电池及与其相匹配的充电器和逆变器，以及设置在固定机架下方的行走轮；所述丝杠升降机的下方设置有承重盘。

3.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述伺服电动支腿和双轴倾角传感器均通过无线数据传输模块与控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述显示屏为触摸液晶显示屏。

5.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述无线数据传输模块为ZigBee无线数据传输模块。

6.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述控制模块为PLC及其***电路。

7.根据权利要求1所述的机电式自动调平***，其特征在于：所述控制终端为有线控制器或无线控制器。

8.一种采用权利要求1~7中任一所述的机电式自动调平***的调平方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）、将伺服电动支腿放置到需要调平的设备下方，将双轴倾角传感器设置到需调平设备的平面上，将平面度激光测量模块中的激光发射器组件和激光接收器组件分别放置到设备平面上的不同的待检测点上；启动电源开关，为控制模块、伺服电动支腿、双轴倾角传感器、显示屏、蜂鸣器、控制终端和平面度激光测量模块上电；所述激光接收器组件不少于3个；

步骤2）、控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，若不平，控制模块控制伺服电动支腿快速到达平面下方最低位置；

步骤3）、控制模块读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程，并在显示屏中显示；若根据计算得到需调整的伺服电动支腿的行程大于伺服电动支腿的总行程，***停机并在显示屏中显示，并通过蜂鸣器告警，操作人员判断需调整的伺服电动支腿，执行调整后，控制模块再次读取双轴倾角传感器测得的平整度数据，判断设备是否水平，读取每条伺服电动支腿的行程数据，判断出设备平面的最高点位，以最高点位基准，结合双轴倾角传感器的数据，根据三角函数计算出非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，并在显示屏中显示；

步骤4）、根据控制模块在步骤3）中得出的非最高点位的每条伺服电动支腿的行程数据，控制相应伺服电动支腿行走，待所有需调整的伺服电动支腿行走完成后，重复步骤2）、步骤3）的过程，直至根据测量、计算得到的设备平台的水平度不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，进行下一步操作；

步骤5）、控制模块根据激光接收器组件反馈的接收信号，即激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值，控制相应位置的伺服电动支腿再次进行行走，直至激光发射器组件和激光接收器组件所在的不同待检测点的高差数值≤0.3mm时，控制模块读取各个伺服电动支腿的运行扭矩，当运行扭矩小于额定扭矩的10%时，控制该伺服电动支腿继续动作，至该伺服电动支腿运行扭矩大于额定扭矩的10%为止，用以消除“虚腿”；至此调平步骤完成、结束。

9.根据权利要求8所述的机电式自动调平***的调平方法，其特征在于：所述步骤1）中的显示屏为触摸液晶显示屏，所述控制终端为有线控制器或无线控制器；通过显示屏或控制终端控制各模块的工作状态。

10.根据权利要求8所述的机电式自动调平***的调平方法，其特征在于：所述步骤2）中控制模块读取双轴倾角传感器测得的平整度数据若不超过激光接收器的高差显示范围时，即≤80mm，直接执行步骤5）的内容。