CN112663618B - 移动式自动导向底架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动式自动导向底架，底部设置轮式驱动组件，通过轮式驱动组件驱动沿地墙槽段两侧的钢轨上移动；底架每条框架梁处设置两个定位用的导向轮装置，导向轮装置采用电动推杆，自带有电机自控器，通过电动推杆的伸缩带动导向轮往复伸缩；导向轮装置上装有激光测距传感器，用于测量导向轮装置与止口型钢之间的间距；底架的框架梁上设置若干激光测距单元，用于测量已入槽止口型钢、待入槽止口型钢与底架测点位置之间的间距值；激光测距传感器和激光测距单元连接单片机控制系统，由单片机控制系统接收所述激光测距传感器和激光测距单元的数据，处理后的数据并发给导向轮装置的电机自控器，实现导向轮实时精确伸缩，既带动止口型钢实时修正位置。

Description

移动式自动导向底架

技术领域

本发明涉及一种地下连续钢墙，具体为一种在地下深层搅拌泥浆内插放止口型钢的施工过程中使用的导向底架。

背景技术

目前国内城市建设中，深基础工程项目被广泛应用，目前又引入了地下连续钢墙的施工新工艺。

地下连续钢墙相较地下连续墙：即可用纯水泥+钢材的墙体结构、也可用水泥搅拌(泥浆加拌水泥)+钢材的墙体结构，墙体结构灵活多样。但连续钢墙插置的止口型钢是止口连接形式(或称为锁口连接形式)，置放时对型钢的定位精度控制要求高。

虽然采用全站仪、经纬仪等仪器可以人工测量止口型钢的位置数据，再由人工进行定位纠偏，精度可以达到要求，但响应速度慢，难以实现在型钢下放过程中连续和实时的定位纠偏.同时,施工人员数量多。因此，臻待需要一种自动化装置实现上述定位功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于在插放止口型钢过程中能对其位置进行定位并导向纠偏的移动式自动导向底架，以解决止口型钢在下放过程中对其连续定位和实时自动导向纠偏的问题。

为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

一种移动式自动导向底架，包含底架、导向轮装置、激光测距单元、单片机控制系统，所述底架采用框架式结构，底部设置轮式驱动组件，并通过轮式驱动组件驱动沿地墙槽段两侧的钢轨上移动；所述底架的每条框架梁处设置两个定位用的导向轮装置，所述导向轮装置采用电动推杆作为执行机构，自带有电机自控器，通过电动推杆的伸缩带动导向轮往复伸缩；所述导向轮装置上装有激光测距传感器，用于测量导向轮装置与穿过底架中心区域下放入槽的止口型钢之间的间距；所述底架的框架梁上设置若干激光测距单元，用于测量已入槽止口型钢、待入槽止口型钢与底架测点位置之间的间距值；所述激光测距传感器和激光测距单元连接单片机控制系统，由单片机控制系统接收所述激光测距传感器和激光测距单元的数据，通过内置程序计算得出各导向轮的伸缩数据并发给导向轮装置的电机自控器，实现导向轮伸缩的精确值。

进一步，所述底架上的轮式驱动组件采用步进电机驱动钢轮在固定钢轨上移动。

进一步，所述钢轨固定在地墙成槽段两侧的导墙上，平行于地墙成槽段的轴向。

进一步，所述底架上固定八个导向轮装置，矩形布置，每侧边两个。

进一步，所述导向轮装置的电动推杆采用步进电机和丝杠付，丝杠付的螺纹为梯形螺纹，螺距具有满足机械自锁角要求的螺旋升角，使得电动推杆在外负载作用下不会反向回退，从而使电动推杆可以停在任意行程范围内。

进一步，所述导向轮装置中设有导向杆，导向杆与推杆平行，导向杆头部与推杆连接，并装有导向轮；所述导向杆头部装有激光测距传感器，通过测量与止口型钢的间距值，得出导向轮与止口型钢的间距。

进一步，所述电动推杆装有旋转编码器，用来计量电动推杆的丝杠的旋转圈数；电机自控器采用PWM控制型单片机系统，根据旋转编码器的数值精确控制电动推杆的电机的旋转圈数，进而精准控制电动推杆的伸缩量。

进一步，单个激光测距单元采用多排布激光测距传感器，分成上下三层，每层一个激光测距传感器。下层第一激光测距传感器测量与已插放止口型钢的间距值，标定已插放止口型钢的位置；中层第二激光测距传感器测量与待插放止口型钢的间距值；上层第三激光测距传感器测量与待插放止口型钢的可能的倾斜间距值；测量数据发送给单片机控制系统。

进一步，八个激光测距单元呈矩形平面布置在底架的四个角，单侧边放置两个；单个激光测距单元位于底架的导向轮装置安装位内侧。

进一步，所述单片机控制系统接收八个激光测距单元的测距数据，由内置程序进行计算；根据激光测距单元中第一激光测距传感器的测距数计算止口型钢的理想方位，并标定为基准；根据激光测距单元中的第二光测距传感器的测距数计算出止口型钢的实时位置；根据激光测距单元中的第三激光测距传感器的测距数计算上节型钢的方位变化；所述单片机伺服控制系统将这些数据与标定的基准数据比较，计算出偏差值，再计算各导向轮的实时位置，并发送到各导向轮装置；与此同时，所述导向轮装置的激光测距传感器测量导向轮与止口型钢的间距值，反馈给单片机伺服控制系统用来修正本体误差，构成闭环伺服控制，使导向轮始终能够保持在设定的定位位置，保证下放止口型钢处在设定位置内。

本发明的有益效果在于：

通过测量已插放型钢的位置自动导向待插放型钢至精确的拼接定位位置，此过程为实时导向纠偏过程，无需直接人工参与。同时，监控下放型钢的实时偏差随时导向纠偏。

附图说明

图1是本发明的移动式自动导向底架的俯视示意图；

图2是本发明的移动式自动导向底架的正面示意图；

图3是导向轮装置结构示意图；

图4是激光测距单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图4所示，本发明的移动式自动导向底架，包含底架1、行走轮2、刹车固定器3、导向轮装置4、激光测距单元5、单片机伺服控制单元6等。

底架1采用框架式结构，底部设置轮式驱动组件(包括行走轮2和刹车固定器3)，沿地墙槽段两侧的钢轨上移动。止口型钢穿过架1中心区域下放入槽。在底架1的每条框架梁处设置2个定位用的导向轮装置4，导向轮装置4采用电动推杆作为执行机构，自带有电机自控器，通过电动推杆的伸缩带动导向轮往复伸缩。导向轮装置4装有激光测距传感器，测量导向轮装置4与止口型钢的间距。底架1的框架梁上设置若干激光测距单元5，用于测量已入槽止口型钢、待入槽止口型钢与底架1测点位置之间的间距值。由SMT32单片机控制系统接收这系列数据，通过内置程序计算得出各导向轮的伸缩数据并发给导向轮装置4的电机的自控器，然后转化成电机的旋转数据实现导向轮伸缩的精确值。SMT32单片机控制系统具有单片机伺服控制单元6。

底架1采用钢轨轮式驱动，优选步进电机驱动钢轮在固定钢轨上移动。钢轨固定在地墙成槽段两侧的导墙上，平行于地墙成槽段的轴向。

底架1上固定8个导向轮装置，矩形布置，每侧边2个。导向轮装置4的动力采用电动推杆，其动力优选步进电机。电动推杆采用丝杠付，优选梯形螺纹，并且选用的螺距使螺旋升角满足机械自锁角的要求，使得推杆在外负载作用下不会反向回退。推杆可以停在任意行程范围内。电动推杆装有旋转编码器，用来计量丝杠的旋转圈数(编码数)；电机自控器采用PWM控制型单片机系统(MCU)，据此数值精确控制电机的旋转圈数，进而精准控制推杆的伸缩量。

如图3所示，导向轮装置4带有导向杆4-2，其与推杆4-3平行；导向杆头部与推杆4-3连接，并装有导向轮4-4，导向杆头部装有激光测距传感器9，通过测量与止口型钢的间距值，得出导向轮4-4与止口型钢的间距。

如图4所示，单个激光测距单元5采用多排布激光测距传感器，分成上下3层，每层一个激光测距传感器。下层第一激光测距传感器5-1测量与已插放止口型钢的间距值，标定已插放止口型钢的位置；中层第二激光测距传感器5-2测量与待插放止口型钢的间距值；上层第三激光测距传感器5-3测量与待插放止口型钢的可能的倾斜间距值。测量数据发送给单片机控制系统。平面布置8个该单元，呈矩形布置在四个角，单侧边放置2个。单个单元位于底架的导向轮装置安装位内侧。

单片机伺服控制单元6接收8个激光测距单元的测距数据，由内置程序进行计算。根据激光测距单元第1激光测距传感器的测距数计算止口型钢的理想方位，并标定为基准；根据激光测距单元第2光测距传感器的测距数计算出止口型钢的实时位置；根据激光测距单元第3激光测距传感器的测距数计算上节型钢的方位变化。单片机伺服控制系统将这些数据与标定的基准数据比较，计算出偏差值，再计算各导向轮的实时位置，并发送到各导向轮装置。与此同时，导向轮装置的激光测距传感器测量导向轮与止口型钢的间距值，反馈给单片机伺服控制系统用来修正本体误差，构成闭环伺服控制，使导向轮始终能够保持在设定的定位位置，保证下放止口型钢处在设定位置内。此过程随型钢下放随时调整。

在止口型钢插置过程中，首根止口型钢的插置定位与垂直精度控制相当重要，会影响之后止口型钢的插置的形态,进而影响整个工程的施工质量与进度控制。

首根止口型钢7(多节止口型钢连接构成整体)下放时：

首先，本移动式自动导向架自行移动到预设第一工位，停车后，启动刹车固定器3，底架1固定在预设工位的钢轨上。

然后，起重设备将首根止口型钢7的第1节下放至导向轮高度处，暂停下放。

然后，单片机伺服控制单元6根据预先输入的止口型钢的外形尺寸计算各导向轮应伸出到达的位置(即刚刚接触型钢表面，无接触压力)的行程值，发送给导向轮装置4自带的电机自控器；电机自控器解算成电机转动圈数值，电机转动使推杆从零位伸出，电机转动规定圈数后停转，导向轮停在触及型钢表面的位置，不加力，使型钢处于下放定位的规定位置。

然后，在四周导向轮装置4的定位导向作用下，首根止口型钢第一节继续下放，使止口型钢能够按施工要求放置在地下钢墙的规定位置。

然后，导向轮回缩至零位。接续下放首根止口型钢组第二节至导向轮高度处，8个激光测距单元5的第1激光测距传感器测量止口型钢第一节的实际位置，重新校正并标定型钢的定位位置；激光测距单元5的第三测距传感器测量止口型钢第二节的位置。测量值发送到单片机伺服控制单元6，比较第二节和第一节的偏差值，包括平移偏差和扭转偏差，计算出8个导向轮装置4的导向轮伸缩修正量，8个导向轮装置4的导向轮触及第二根型钢表面，带动型钢移动至新的定位位置，使首根止口型钢第二节移至与第一节能对接的位置。

然后，下放止口型钢并对接两根止口型钢。之后再继续下放型钢组，8个激光测距单元5的第2激光测距传感器测量止口型钢第2节的实时测距值，与激光测距单元5的第1激光测距传感器的前次标定值比较，由单片机伺服控制单元6计算两者的实时偏差值，发信给8个导向轮装置4的自带的电机自控器，实时调节各导向轮到修正位置，引导型钢下放。

然后，依次下放止口型钢的其他节段。

第二根止口型钢8(多节止口型钢连接构成整体)下放时：

完成首根止口型钢的下放过程后，本移动式自动导向架的导向轮装置4的导向轮回缩至零位，松开刹车固定器3，启动行走轮2，移动至第2根型钢组下放工位，停车并启动刹车固定器3，底架1固定在第2工位处。

移动的距离通过远离第1根止口型钢一侧的激光测距单元5测量与第1根型钢的间距值获得，单片机伺服控制单元6对照预先设置的止口型钢的锁扣间距值计算相应移动距离，控制行走轮2到达该设定值后停车，刹车固定器3工作固定底架1。

激光测距单元5再次测距，单片机伺服控制单元6计算获取的测距值，重新校正并设定第2根止口型钢的待插方位，并标定为此次定位基准。

然后，开始下放第2根止口型钢的第1分节，激光测距单元5的第2激光测距传感器测量其实时测距值。单片机伺服控制单元6计算其与上述设定的的理论待插方位的偏差值，计算得到导向轮装置4的导向轮的新的定位位置，将数据分别发送给各导向轮装置4，导向轮移至新的设定位置，引导第2根止口型钢第1分节至与第1根型钢组对接的位置，下放型钢，两者的雌雄止口对接，使两根型钢组构成一体。

之后的止口型钢分节的下放过程中自动导向，流程如前述。通过测量并计算上下两节型钢的定位偏距值，实时控制导向轮的伸缩，带动待下放型钢移动到与已下放型钢对接的位置，然后引导型钢下放过程中保持在之前标定位置内，两两型钢间的雌雄止口满足对接要求，达到施工精度要求。

Claims (5)

1.一种移动式自动导向底架，包含底架、导向轮装置、激光测距单元、单片机控制系统，其特征在于：所述底架采用框架式结构，底部设置轮式驱动组件，并通过轮式驱动组件驱动沿地墙槽段两侧的钢轨上移动；所述底架的每条框架梁处设置两个定位用的导向轮装置，所述导向轮装置采用电动推杆作为执行机构，自带有电机自控器，通过电动推杆的伸缩带动导向轮往复伸缩；所述导向轮装置上装有激光测距传感器，用于测量导向轮装置与穿过底架中心区域下放入槽的止口型钢之间的间距；所述底架的框架梁上设置若干激光测距单元，用于测量已入槽止口型钢、待入槽止口型钢与底架测点位置之间的间距值；所述激光测距传感器和激光测距单元连接单片机控制系统，由单片机控制系统接收所述激光测距传感器和激光测距单元的数据，通过内置程序计算得出各导向轮的伸缩数据并发给导向轮装置的电机自控器，实现导向轮实时精确伸缩，即带动止口型钢实时修正位置；所述底架上的轮式驱动组件采用步进电机驱动钢轮在固定钢轨上移动；所述导向轮装置中设有导向杆，导向杆与电动推杆平行，导向杆头部与电动推杆连接，并装有导向轮；所述导向杆头部装有激光测距传感器，通过测量与止口型钢的间距值，得出导向轮与止口型钢的间距；所述导向轮装置的电动推杆采用步进电机和丝杠付，丝杠付的螺纹为梯形螺纹，螺距具有满足机械自锁角要求的螺旋升角，使得电动推杆在外负载作用下不会反向回退，从而使电动推杆可以停在任意行程范围内；所述电动推杆装有旋转编码器，用来计量电动推杆的丝杠的旋转圈数；电机自控器采用PWM控制型单片机系统，根据旋转编码器的数值精确控制电动推杆的电机的旋转圈数，进而精准控制电动推杆的伸缩量；单个激光测距单元采用多排布激光测距传感器，分成上下三层，每层一个激光测距传感器，下层第一激光测距传感器测量与已入槽止口型钢的间距值，标定已入槽止口型钢的位置；中层第二激光测距传感器测量与待入槽止口型钢的间距值；上层第三激光测距传感器测量与待入槽止口型钢的可能的倾斜间距值；测量数据发送给单片机控制系统。

2.根据权利要求1所述的移动式自动导向底架，其特征在于：所述钢轨固定在地墙槽段两侧的导墙上，平行于地墙槽段的轴向。

3.根据权利要求1所述的移动式自动导向底架，其特征在于：所述底架上固定八个导向轮装置，矩形布置，每侧边两个。

4.根据权利要求1所述的移动式自动导向底架，其特征在于：八个激光测距单元呈矩形平面布置在底架的四个角，单侧边放置两个；单个激光测距单元位于底架的导向轮装置安装位内侧。

5.根据权利要求4所述的移动式自动导向底架，其特征在于：所述单片机控制系统接收八个激光测距单元的测距数据，由内置程序进行计算；根据激光测距单元中第一激光测距传感器的测距数计算止口型钢的理想方位，并标定为基准；根据激光测距单元中的第二激光测距传感器的测距数计算出止口型钢的实时位置；根据激光测距单元中的第三激光测距传感器的测距数计算上节型钢的方位变化；所述单片机控制系统将这些数据与标定的基准数据比较，计算出偏差值，再计算各导向轮的实时位置，并发送到各导向轮装置；与此同时，所述导向轮装置的激光测距传感器测量导向轮与止口型钢的间距值，反馈给单片机控制系统用来修正本体误差，构成闭环伺服控制，使导向轮始终能够保持在设定的定位位置，实时修正下放止口型钢处在设定位置内。

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