基于北斗导航系统下抛石基床自动化整平系统

申请号 CN201610848197.3 申请日 2016-09-22 公开(公告)号 CN106368251A 公开(公告)日 2017-02-01
申请人 中交第二航务工程局有限公司; 发明人 张鸿; 尹应军; 杨秀礼; 程茂林; 夏昊; 徐杰; 张培生; 姚平; 杨阳; 石向星; 马岳鹏; 陈文学;
摘要 本 发明 公开了一种基于北斗 导航系统 的 水 下抛石基床自动化整平系统,包括:整平驳船;长臂挖掘机,长臂挖掘机的行走装置固设在整平驳船上;无人自动化整平控制单元,其包括: 定位 天线、定向天线、车体倾斜 传感器 、动臂倾斜传感器、斗杆臂倾斜传感器、铲斗倾斜传感器、测深仪和 控制器 ,控制器分别与定位天线、定向天线、车体倾斜传感器、动臂倾斜传感器、斗杆臂倾斜传感器、铲斗倾斜传感器和测深仪连接。本发明通过无人自动化整平控制单元使得长臂挖掘机的铲斗的尖部在完成对应的自动化整平施工程序时始终保持在相应的目标三维坐标 位置 处,从而能精准地完成整个作业段整平施工作业。
权利要求

1.一种基于北斗导航系统下抛石基床自动化整平系统,其特征在于,包括:
整平驳船;
长臂挖掘机,所述长臂挖掘机的行走装置固设在所述整平驳船上;
无人自动化整平控制单元,其包括:
定位天线,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标信息;
定向天线,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体的偏转度信息;
车体倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室的后方的机体上,用于获取所述长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息;
动臂倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的动臂上,用于获取所述动臂在竖直方向的倾斜角度信息;
斗杆臂倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂上,用于获取所述斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息;
铲斗倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的铲斗上,用于获取所述铲斗在竖直方向的倾斜角度信息;
测深仪,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂上,用于获取一个施工工位的实际基床高程和平整度信息;
控制器,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室内,所述控制器分别与所述定位天线、所述定向天线、所述车体倾斜传感器、所述动臂倾斜传感器、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器和所述测深仪连接;所述控制器用于接收所述定位天线、所述定向天线、所述车体倾斜传感器、所述动臂倾斜传感器、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器和所述测深仪传送的信息,并控制液压系统的运行。
2.如权利要求1所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,其特征在于,所述整平驳船上设置有绞缆机。
3.如权利要求1所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,其特征在于,所述定位天线和所述定向天线间的间距大于3米。
4.如权利要求1所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,其特征在于,所述整平驳船与所述长臂挖掘机的行走装置间设置有防侧滑装置。
5.如权利要求1所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,其特征在于,所述无人自动化整平控制单元还包括:
操控界面,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室内,所述操控界面与所述控制器连接。
6.一种采用如权利要求5所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统的整平施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将长臂挖掘机的行走装置固设在整平驳船上,然后将整平驳船固定在一个施工工位的目标位置处;
步骤二、通过定位天线和定向天线分别获取长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标值信息和长臂挖掘机的机体的偏转角度信息并传送至控制器,车体倾斜传感器、动臂倾斜传感器、斗杆臂倾斜传感器和铲斗倾斜传感器分别获取长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗在竖直方向的倾斜角度信息并传送至控制器,控制器通过计算得到铲斗的尖部的三维坐标值后,在操控界面设定至少一个挖掘目标点的三维坐标值并传送至控制器,控制器根据铲斗的尖部的三维坐标值和所有挖掘目标点的三维坐标值的差值,进行分层刮铲厚度和层数的设定,同时设定动臂和斗杆臂在竖直方向的倾斜角度、与所有挖掘目标点一一对应的自动化整平施工程序,以及
步骤三、控制长臂挖掘机的液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,将铲斗的尖部的位置调整至一个挖掘目标点的上方后,开始施工,施工过程中,无人自动化整平控制单元实时获取长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标值信息、长臂挖掘机的机体的偏转角度信息、长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗在竖直方向的倾斜角度信息并传送至控制器,控制器通过计算得到铲斗的尖部的实时三维坐标值后,通过比对铲斗的尖部的实时三维坐标值与控制器中设定的铲斗的尖部的三维坐标值的差值后,控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,对铲斗的尖部的位置进行实时调整,完成与所述一个挖掘目标点对应的自动化整平施工程序,即完成所述一个挖掘目标点的整平施工;
步骤四、当挖掘目标点的数量为至少两个时,在完成所述一个挖掘目标点的整平施工后,按与所述一个挖掘目标点相同的整平施工方法,一个接一个地进行其他挖掘目标点的整平施工,直至完成一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工;
步骤五、当所述一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工完成后,控制器控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,使铲斗的尖部高于基床高程1-2m,之后控制器控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂运动,通过测深仪获取所述一个施工工位的实际基床高程和平整度信息并传送至控制器,控制器通过比对所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器中设定的基床高程和平整度,若两者存在差别,则重复步骤三到步骤四;
步骤六、当所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器中设定的基床高程和平整度无差别后,结束所述一个施工工位的施工作业,接着将整平驳船移动到下一个施工工位,重复上述步骤一到步骤五,完成整个作业段整平施工。

说明书全文

基于北斗导航系统下抛石基床自动化整平系统

技术领域

[0001] 本发明涉及水工工程施工应用领域,具体涉及一种基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统。

背景技术

[0002] 水下抛石基床整平是水工工程中非常重要的环节。抛石基床是用石抛填的基床,为使基床顶标高符合设计要求,以及便于平稳安装上部预制构件,基床顶面需按设计要求进行细平或极细平,抛石基床的整平精度直接影响着预制构件着床的最终成型精度。
[0003] 抛石基床整平的传统施工工艺主要采用导轨刮道法,在基床的整平范围内安设导轨,潜水员于水下用轨作刮道,推动刮道在导轨顶面滑动,以刮道底为准进行整平。传统施工方法中需要潜水员长时间潜水作业,施工险较大;水下能见度低,基床整平精度依赖于人工操作,整平精度得不到保证。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,本发明基于北斗导航系统,通过无人自动化整平控制单元获取长臂挖掘机的铲斗的尖部的实时三维坐标值并与控制器中设定的铲斗的尖部的三维坐标值,即目标三维坐标值进行比对,分析出差值,并精确控制液压系统中的各个油缸伸缩,从而使铲斗的尖部在完成对应的自动化整平施工程序时始终保持在相应的目标三维坐标位置处,从而能精准地完成整个作业段整平施工作业。
[0005] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,包括:
[0006] 整平驳船;
[0007] 长臂挖掘机,所述长臂挖掘机的行走装置固设在所述整平驳船上;
[0008] 无人自动化整平控制单元,其包括:
[0009] 定位天线,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标信息;
[0010] 定向天线,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体的偏转度信息;
[0011] 车体倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室的后方的机体上,用于获取所述长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息;
[0012] 动臂倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的动臂上,用于获取所述动臂在竖直方向的倾斜角度信息;
[0013] 斗杆臂倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂上,用于获取所述斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息;
[0014] 铲斗倾斜传感器,其设置在所述长臂挖掘机的铲斗上,用于获取所述铲斗在竖直方向的倾斜角度信息;
[0015] 测深仪,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂上,用于获取一个施工工位的实际基床高程和平整度信息;
[0016] 控制器,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室内,所述控制器分别与所述定位天线、所述定向天线、所述车体倾斜传感器、所述动臂倾斜传感器、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器和所述测深仪连接;所述控制器用于接收所述定位天线、所述定向天线、所述车体倾斜传感器、所述动臂倾斜传感器、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器和所述测深仪传送的信息,并控制液压系统的运行。
[0017] 优选的是,所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述整平驳船上设置有绞缆机。
[0018] 优选的是,所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述定位天线和所述定向天线间的间距大于3米。
[0019] 优选的是,所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述整平驳船与所述长臂挖掘机的行走装置间设置有防侧滑装置。
[0020] 优选的是,所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述无人自动化整平控制单元还包括:
[0021] 操控界面,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室内,所述操控界面与所述控制器连接。
[0022] 一种采用基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统的整平施工方法,包括以下步骤:
[0023] 步骤一、将长臂挖掘机的行走装置固设在整平驳船上,然后将整平驳船固定在一个施工工位的目标位置处;
[0024] 步骤二、通过定位天线和定向天线分别获取长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标值信息和长臂挖掘机的机体的偏转角度信息并传送至控制器,车体倾斜传感器、动臂倾斜传感器、斗杆臂倾斜传感器和铲斗倾斜传感器分别获取长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗在竖直方向的倾斜角度信息并传送至控制器,控制器通过计算得到铲斗的尖部的三维坐标值后,在操控界面设定至少一个挖掘目标点的三维坐标值并传送至控制器,控制器根据铲斗的尖部的三维坐标值和所有挖掘目标点的三维坐标值的差值,进行分层刮铲厚度和层数的设定,同时设定动臂和斗杆臂在竖直方向的倾斜角度、与所有挖掘目标点一一对应的自动化整平施工程序,以及
[0025] 步骤三、控制长臂挖掘机的液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,将铲斗的尖部的位置调整至一个挖掘目标点的上方后,开始施工,施工过程中,无人自动化整平控制单元实时获取长臂挖掘机的机体在北斗导航系统中的三维坐标值信息、长臂挖掘机的机体的偏转角度信息、长臂挖掘机的机体在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗在竖直方向的倾斜角度信息并传送至控制器,控制器通过计算得到铲斗的尖部的实时三维坐标值
后,通过比对铲斗的尖部的实时三维坐标值与控制器中设定的铲斗的尖部的三维坐标值的差值后,控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,对铲斗的尖部的位置进行实时调整,完成与所述一个挖掘目标点对应的自动化整平施工程序,即完成所述一个挖掘目标点的整平施工;
[0026] 步骤四、当挖掘目标点的数量为至少两个时,在完成所述一个挖掘目标点的整平施工后,按与所述一个挖掘目标点相同的整平施工方法,一个接一个地进行其他挖掘目标点的整平施工,直至完成一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工;
[0027] 步骤五、当所述一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工完成后,控制器控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂、斗杆臂和铲斗运动,使铲斗的尖部高于基床高程1-2m,之后控制器控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂运动,通过测深仪获取所述一个施工工位的实际基床高程和平整度信息并传送至控制器,控制器通过比对所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器中设定的基床高程和平整度,若两者存在差别,则重复步骤三到步骤四;
[0028] 步骤六、当所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器中设定的基床高程和平整度无差别后,结束所述一个施工工位的施工作业,接着将整平驳船移动到下一个施工工位,重复上述步骤一到步骤五,完成整个作业段整平施工。
[0029] 本发明至少包括以下有益效果:
[0030] 本发明的控制器配置于长臂挖掘机的驾驶室里,控制器可以采集多种空间姿态传感器的数据,计算出铲斗的尖部的实时三维坐标值后与目标三维坐标值进行比对,分析出两者的差值,并精确控制液压系统中的各个油缸伸缩,使铲斗的尖部在完成对应的自动化整平施工程序时始终保持在相应的目标三维坐标位置,从而能精准地完成整个作业段整平施工作业。
[0031] 本发明中的水下抛石基床自动化整平系统将最先进的北斗导航系统的RTK测量技术与多种空间姿态传感器技术相结合,水下抛石基床自动化整平系统搭载的无人自动化整平控制单元可以通过CAN总线得到长臂挖掘机的空间姿态信息及铲斗的尖部的实时三维坐标值与目标三维坐标值的差值,然后通过芯、限流比例阀实现对主阀、主的控制,主阀节流、主泵容积调速,实现对液压系统中各油缸的精确控制,达到在一个施工工位内进行无人自动化整平施工的目的,从而能精准地完成整个作业段整平施工整作业。
[0032] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明
[0033] 图1为本发明所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统的结构示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0035] 在本发明的描述中,术语“横向方向”、“竖直方向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0036] 如图1所示,本发明提供一种基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统,包括:
[0037] 整平驳船100;
[0038] 长臂挖掘机110,所述长臂挖掘机的行走装置固设在所述整平驳船100上;
[0039] 无人自动化整平控制单元120,其包括:
[0040] 定位天线121,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重111的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体112在北斗导航系统中的三维坐标信息;
[0041] 定向天线122,其竖直设置在所述长臂挖掘机的配重111的顶部,用于获取所述长臂挖掘机的机体112的偏转角度信息,具体的,测量的偏转角度为所述长臂挖掘机的机体112与行走装置在水平面上的夹角;
[0042] 车体倾斜传感器123,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室113的后方的机体112上,用于获取所述长臂挖掘机的机体112在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息;
[0043] 动臂倾斜传感器124,其设置在所述长臂挖掘机的动臂114上,用于获取所述动臂114在竖直方向的倾斜角度信息;
[0044] 斗杆臂倾斜传感器125,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂115上,用于获取所述斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息;
[0045] 铲斗倾斜传感器126,其设置在所述长臂挖掘机的铲斗116上,用于获取所述铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息;
[0046] 测深仪127,其设置在所述长臂挖掘机的斗杆臂115上,用于获取一个施工工位的实际基床高程和平整度信息;
[0047] 控制器128,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室113内,所述控制器128分别与所述定位天线121、所述定向天线122、所述车体倾斜传感器123、所述动臂倾斜传感器124、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器126和所述测深仪127连接;所述控制器128用于接收所述定位天线121、所述定向天线122、所述车体倾斜传感器123、所述动臂倾斜传感器124、所述斗杆臂倾斜传感器、所述铲斗倾斜传感器126和所述测深仪127传送的信息,并控制液压系统的运行;所述控制器128可以汇集多种空间姿态传感器的数据,计算出铲斗116的尖部的实时三维坐标值并与目标三维坐标值进行比对,分析出两者的差值并精确控制液压系统中的各个油缸伸缩,从而使铲斗116的尖部在完成对应的自动整平施工程序时始终保持在相应的目标三维坐标位置;无人自动化整平控制单元120可以控制长臂挖掘机在一定子步长度和宽度范围内实现自动化整平施工,在不需要人工干预的前提下,无人自动化整平控制单元120能自动监测到铲斗116的尖部的实时位置,自动与目标位置进行对比,并能适时调整到目标的位置,完成整平施工。
[0048] 本方案中所采用的车体倾斜传感器123、动臂倾斜传感器124、斗杆臂倾斜传感器和铲斗倾斜传感器126均为倾角传感器,把MCU、MEMS加速度计、模数转换电路和通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面,可以直接输出角度等倾斜数据;一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以测量其加速度,如果初速度已知,就可以通过积分算出线速度,进而可以计算出直线位移,所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器,当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有加速度,重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。
[0049] 所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述整平驳船100上设置有绞缆机。
[0050] 本方案中整平驳船100上设置的绞缆机可设置在整平泊船的船首、船尾或中部,可以通过绞缆将整平驳船100的位置固定,同时绞缆机可以自动调整绞缆张力,根据潮汐的涨落和整平驳船100的吃水变化,相应的调节绞缆的松紧,保证各根绞缆受力均匀。
[0051] 所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述定位天线121和所述定向天线122间的间距大于3米。
[0052] 本方案中定位天线121和定向天线122均沿竖直方向设置,且二者之间的距离越大测量的结果越准确。
[0053] 所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述整平驳船100与所述长臂挖掘机的行走装置间设置有防侧滑装置。
[0054] 本方案中防侧滑装置主要是将长臂挖掘机的行走装置和整平驳船100固定住,使其在整平施工过程中保持相对静止,所述防侧滑装置可以为位于长臂挖掘机的行走装置两侧的沿水平方向的凸起(通过凸起限制行走装置在水平方向的移动),或者在整平驳船100上设置与长臂挖掘机履带相匹配的凹槽用来固定长臂挖掘机,即将履带置于凹槽中。
[0055] 所述的基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统中,所述无人自动化整平控制单元120还包括:
[0056] 操控界面,其设置在所述长臂挖掘机的驾驶室113内,所述操控界面与所述控制器128连接。
[0057] 一种采用基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统的整平施工方法,包括以下步骤:
[0058] 步骤一、将长臂挖掘机110的行走装置固设在整平驳船100上,然后将整平驳船100固定在一个施工工位的目标位置处;开始一个施工工位的整平施工。
[0059] 步骤二、通过定位天线121和定向天线122分别获取长臂挖掘机的机体112在北斗导航系统中的三维坐标值信息和长臂挖掘机的机体112的偏转角度信息,并将长臂挖掘机的机体112在北斗导航系统中的三维坐标值信息和长臂挖掘机的机体112的偏转角度信息
传送至控制器128,车体倾斜传感器123、动臂倾斜传感器124、斗杆臂倾斜传感器和铲斗倾斜传感器126分别获取长臂挖掘机的机体112在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂
114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息,并将长臂挖掘机的机体112在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息传送至控制器128,由于机体112、动臂114、斗杆臂115和铲斗116的尺寸均已知,控制器128根据机体112的三维坐标、动臂114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息以及机体
112、动臂114、斗杆臂115和铲斗116的尺寸计算得到铲斗116的尖部的三维坐标值后,在操控界面设定至少一个挖掘目标点的三维坐标值,并将至少一个挖掘目标点的三维坐标值传送至控制器128,控制器128根据铲斗116的尖部的三维坐标值和所有挖掘目标点的三维坐标值的差值,进行分层刮铲厚度和层数的设定,所述刮铲厚度为需整平土层的厚度,所述层数为对需整平土层的刮铲次数,同时设定动臂114和斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度、与所有挖掘目标点一一对应的自动化整平施工程序(即一个挖掘目标点对应一个自动化整平施工程序),以及
[0060] 步骤三、控制长臂挖掘机的液压系统运行,使液压系统驱动动臂114、斗杆臂115和铲斗116运动,将铲斗116的尖部的位置调整至一个挖掘目标点的上方后,开始施工,施工过程中,无人自动化整平控制单元120实时获取长臂挖掘机的机体112在北斗导航系统中的三维坐标值信息、长臂挖掘机的机体112的偏转角度信息、长臂挖掘机的机体112在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息并将长臂挖掘机的机体112在北斗导航系统中的三维坐标值信息、长臂挖掘机的机体112的偏转角度信息、长臂挖掘机的机体
112在竖直方向和水平方向的倾斜角度信息、动臂114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂
115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息传送至控制器128,控制器128根据机体112的三维坐标、动臂114在竖直方向的倾斜角度信息、斗杆臂115在竖直方向的倾斜角度信息和铲斗116在竖直方向的倾斜角度信息以及机体112、动臂114、斗杆臂115和铲斗116的尺寸计算得到铲斗116的尖部的实时三维坐标值后,通过比对铲斗116的尖部的实时三维坐标值与控制器128中设定的铲斗116的尖部的三维坐标值(目标三维坐标值)的差值后,控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂114、斗杆臂115和铲斗116运动,对铲斗116的尖部的位置进行实时调整,完成与所述一个挖掘目标点对应的自动化整平施工程序,即完成所述一个挖掘目标点的整平施工;
[0061] 步骤四、当挖掘目标点的数量为至少两个时,在完成所述一个挖掘目标点的整平施工后,按与所述一个挖掘目标点相同的整平施工方法,之后一个接一个地进行其他挖掘目标点的整平施工,直至完成一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工;进行下一个挖掘目标点的整平施工,即将步骤三中的一个挖掘目标点换成下一个挖掘目标点,施工方法相同。
[0062] 步骤五、当所述一个施工工位的所有挖掘目标点的整平施工完成后,控制器128控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂114、斗杆臂115和铲斗116运动,使铲斗116的尖部高于基床高程1-2m,之后控制器128控制液压系统运行,使液压系统驱动动臂114运动,通过测深仪127获取所述一个施工工位的实际基床高程和平整度信息并传送至控制器128,控制器128通过比对所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器128中设定的基床高程
和平整度,若两者存在差别,即判定此次整平施工不合格,则重复步骤三到步骤四,即重新按照对应的自动化整平施工程序实施一遍;
[0063] 步骤六、当所述一个施工工位的实际基床高程和平整度与控制器128中设定的基床高程和平整度无差别后,结束所述一个施工工位的施工作业,接着将整平驳船100移动到下一个施工工位,重复上述步骤一到步骤五,完成整个作业段整平施工。
[0064] 一个施工工位内至少有一个挖掘目标点,设定一个挖掘目标点,在施工过程中,无人自动化整平控制单元控制长臂挖掘机对该挖掘目标点的规定子步长度和宽度范围内的平面进行挖掘,所以在施工过程中,对某一个挖掘目标点的整平施工指完成该点规定子步长度和宽度范围内的自动化整平施工
[0065] 一种采用基于北斗导航系统的水下抛石基床自动化整平系统的整平施工方法,包括以下步骤:
[0066] 步骤1:整平驳船100通过绞缆机移船定位,到达整平作业水域的施工工位;
[0067] 步骤2:在操控界面上选择自动挖掘模式并按下“初始坐标定位”按钮后,选择初始挖掘目标点,并将初始挖掘目标点的三维坐标发送至控制器128,无人自动化整平控制单元120中挖掘目标点的设置数目和边界上相邻点间距(即相邻整平区域的搭接宽度)设置为开放的可变量;
[0068] 步骤3:无人自动化整平控制单元120根据铲斗的尖部的三维坐标值(基床抛石高程的实际坐标值)和所有挖掘目标点的三维坐标值的差值自动进行分层刮铲厚度和层数的设定;
[0069] 步骤4:以上设定完成后,无人自动化整平控制单元120通过粗定位将动臂114提起至设定倾角,随后斗杆臂115卸载至设定倾角,同步通过回转定位水平坐标。随后经过精调位,根据目标坐标与实际坐标位置进行二次精确定位将铲斗116的尖部调整至预定坐标点;
[0070] 步骤5:在已规划的路径内不需要人工干预的前提下,无人自动化整平控制单元120能自动检测到铲斗116的尖部的位置,自动与目标位置进行对比并能适时调整到目标的位置,完成规定子步长度和宽度范围内的自动化整平施工;
[0071] 步骤6:在完成一个施工工位内的整平施工后,提升动臂114、斗杆臂115,使铲斗116尖高于基床高程1-2m。转动动臂114,通过安装在斗杆臂115上的测深仪127,测量已整平区域的高程和平整度,若出现不合格的现象,需对已整平的区域重新整平一次;
[0072] 步骤7:基床整平检测合格后,结束该区域的施工作业。将整平驳船100绞缆移位,进入下一个施工工位施工,重复上述步骤即可完成整个作业段整平作业。移船过程中系统软件可以显示整平船下一船位的理论平面位置、移船后的实际平面位置。
[0073] 尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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