CN102587373A - 基于视觉导向的桩上爬行平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉导向的桩上爬行平台，包括机架、前导轨、后导轨、中间组支撑腿垫板、前组支撑腿、中间组支撑腿、后组支撑腿和视觉控制系统，中间组支撑腿通过中间组支撑腿垫板与机架固定，前/后导轨与机架铰接，前/后组支撑腿与前/后导轨滑动配合，且前/后组支撑腿和中间组支撑腿之间通过左前/后水平气缸和右前/后水平气缸连接；视觉控制系统包括相机、图像处理装置和气缸定位器，相机固定在机架上，气缸定位器安装气缸上。本发明提供的基于视觉导向的桩上爬行平台，能够适应桩体在一定范围内出现间距不等、高低不平和倾斜等复杂情况；且整个装置无需与地面、水面接触，对工作环境要求简单。

Description

基于视觉导向的桩上爬行平台

技术领域

本发明提供一种打桩机的移动平台，尤其涉及一种基于视觉导向的桩上爬行平台，属于施工过程中的打桩领域。

背景技术

在堤坝抢险以及沼泽、浅水等地形条件下的工程施工过程中，经常需要进行打桩，传统意义上的打桩机大都采用轮式或履带式行走机构对其进行移动，或者直接将打桩机放置在船上进行施工。由于打桩设备笨重，打桩机的移动十分困难，并且整个移动过程也很固定，打桩效率低，对施工环境要求非常苛刻，打桩成本高；同时在实际施工过程中，由于事先不知道水下的地形，无法预知其对打桩精度的影响，打桩机打出的桩难免会出现间距不等、高低不平以及偏斜等非理想化的情况。因此传统的打桩机移动方式难以适用于沼泽、浅水等复杂环境下的打桩要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够使打桩机移动范围广、且动作灵活可靠的基于视觉导向的桩上爬行平台，解决在桩一定范围内出现间距不等、高低不平以及偏斜等情况下打桩机移动困难的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于视觉导向的桩上爬行平台，包括机架、前导轨、后导轨、中间组支撑腿垫板、前组支撑腿、中间组支撑腿、后组支撑腿和视觉控制系统，所述中间组支撑腿通过中间组支撑腿垫板与机架固定；所述前导轨的上侧面与机架的下侧面铰接，所述后导轨的上侧面与机架的下侧面铰接；所述前组支撑腿与前导轨滑动配合，且前组支撑腿和中间组支撑腿之间通过位于左右两侧的左前水平气缸和右前水平气缸连接；所述后组支撑腿与后导轨滑动配合，且后组支撑腿和中间组支撑腿之间通过位于左右两侧的左后水平气缸和右后水平气缸连接；所述视觉控制系统包括相机、图像处理装置和气缸定位器，所述图像处理装置的输入端与相机连接、输出端与气缸定位器连接，相机固定在机架上，在左前水平气缸、右前水平气缸、左后水平气缸和右后水平气缸上均安装有气缸定位器；所述相机用于采集桩位置数据，并将采集数据发送给图像处理装置；所述图像处理装置对接受到的数据进行计算分析，并产生控制命令发送给气缸定位器；所述气缸定位器根据接受到的控制命令驱动左前水平气缸、右前水平气缸、左后水平气缸和右后水平气缸运动。

由于采用前/导轨与机架的铰接配合，使得前/导轨能相对机架做转动；由于前/后组支撑腿与前/后导轨滑动配合，使得前/后组支撑腿能相对前/后导轨滑动；这样通过左前/后水平气缸和右前/后水平气缸，不仅能够控制前/后组支撑腿在一定范围内前进，同时能够控制前/后组支撑腿在一定范围内转动；通过控制前组支撑腿、中间组支撑腿和后组支撑腿的沿目的方向交替运动即可实现机架在桩上的爬行。该方案中：相机承担眼睛的视觉作用，探寻目标的方向；图像处理装置承担大脑的分析作用，形成控制命令；气缸定位器承担神经的传输和位置检测作用，传递控制命令；其余机械部分承担肢体的动作作用，实现运动目的。

具体来说，该方案中机架的爬行过程如下：当中间组支撑腿以及后/前组支撑腿下端的气动手爪夹紧地面上的桩，前/后组支撑腿下端的气动手爪松开桩并抬腿，通过视觉控制系统控制相应的气缸运动运动，使得前/后组支撑腿在一定范围内前进或转动；当前/后组支撑腿下端的气动手爪到达目的位置并夹紧地面上的桩时，中间组支撑腿下端的气动手爪松开桩并抬腿，通过视觉控制系统控制相应的气缸运动运动，使得中间组支撑腿带动机架在移动范围内前进或转动；当中间组支撑腿下端的气动手爪到达目的位置并夹紧地面上的桩时，后/前组支撑腿下端的气动手爪松开桩并抬腿，通过视觉控制系统控制相应的气缸运动运动，使得后/前组支撑腿在一定范围内前进或转动，直至后/前组支撑腿下端的气动手爪到达目的位置并夹紧地面上的桩；如是循环实现机架的运动，已达到在桩上行走的目的。

作为一种改进，所述前组支撑腿、中间组支撑腿和后组支撑腿均包括支腿导轨、左推动气缸、右推动气缸、左滑块、右滑块、左十字滑块式机构、右十字滑块式机构、左支腿和右支腿；所述左滑块通过左推动气缸驱动沿支腿导轨滑动，左十字滑块式机构安装在左滑块上，左支腿与左十字滑块式机构配合安装；所述右滑块通过右推动气缸驱动沿支腿导轨滑动，右十字滑块式机构安装在右滑块上，右支腿与右十字滑块式机构配合安装；在左推动气缸和右推动气缸上均安装有气缸定位器。采用左支腿和右支腿的两腿结构，不仅能够使前组支撑腿、中间组支撑腿和后组支撑腿在夹紧地面上的桩时更为平稳，同时两腿之间能够相对运动，也增加了整个爬行平台的运动范围，让定位动作更为准确。

作为一种改进，所述左支腿和右支腿均包括垂直气缸、弹簧固定板、弹簧、球铰和气动手爪，所述弹簧固定板固定在垂直气缸的推杆上，其并将弹簧固定在球铰上，球铰与气动手爪固定连接。采用球铰结构，能够让整个爬行平台适应对与地面不垂直的桩的夹紧。

作为一种改进，在前导轨与机架之间及后导轨与机架之间设置有导轨支撑板，且导轨支撑板与机架固定。由于对安装导轨的支撑板的材质有特殊要求，通过对导轨支撑板结构的设计，能够避免为了适应导轨的安装，对机架的材质选择的限定。

优选的，所述相机的个数为四个，分别安装在机架下侧的左前、右前、左后和右后角上。多相机个数的选择，能够更为准确地采集桩数据，便于产生更为准确的控制命令。

优选的，安装在机架左前和右前角的相机用于采集控制前组支撑腿运动的相关桩位置数据，安装在机架左后和右后角的相机用于采集控制后组支撑腿运动的相关桩位置数据。分模块对数据进行处理，并产生控制命令，能够避免在其中部分线路出现故障时，整体结构的瘫痪，便于后期维护和检修。

作为一种新的技术方案，所有气缸及安装在其上的气缸定位器均可使用油缸及安装在其上的油缸定位器替代。

作为另一种新的技术方案，所有气缸及安装在其上的气缸定位器均可使用丝杠替代。

有益效果：本发明提供的基于视觉导向的桩上爬行平台，能够适应桩体在一定范围内出现间距不等、高低不平和倾斜等复杂情况；且整个装置无需与地面、水面接触，对工作环境要求简单；同时运动过程可通过程序自动控制，可靠性高，降低了人力劳动强度；移动方式灵活，适用性强。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的左视结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为本发明中前/中/后组支撑腿的结构示意图；

图5为本发明中左/右支腿的分解结构示意图；

图6、7、8为本发明工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2、图3所示一种基于视觉导向的桩上爬行平台，包括机架1、前导轨3、后导轨4、中间组支撑腿垫板5、前组支撑腿6、中间组支撑腿7、后组支撑腿8和视觉控制系统，所述中间组支撑腿7通过中间组支撑腿垫板5与机架1固定；所述前导轨3的上侧面与机架1的下侧面铰接，所述后导轨4的上侧面与机架1的下侧面铰接，在前导轨3与机架1之间及后导轨4与机架1之间设置有导轨支撑板2，且导轨支撑板2与机架1固定；所述前组支撑腿6与前导轨3滑动配合，且前组支撑腿6和中间组支撑腿7之间通过位于左右两侧的左前水平气缸9和右前水平气缸10连接；所述后组支撑腿8与后导轨4滑动配合，且后组支撑腿8和中间组支撑腿7之间通过位于左右两侧的左后水平气缸11和右后水平气缸12连接。

所述视觉控制系统包括四台相机13、图像处理装置和气缸定位器，所述图像处理装置的输入端与相机连接、输出端与气缸定位器连接，四台相机分别安装在机架1下侧的左前、右前、左后和右后角上，在左前水平气缸9、右前水平气缸10、左后水平气缸11和右后水平气缸12上均安装有气缸定位器；所述相机13用于采集桩位置数据，并将采集数据发送给图像处理装置；所述图像处理装置对接受到的数据进行计算分析，并产生控制命令发送给气缸定位器；所述气缸定位器根据接受到的控制命令驱动左前水平气缸9、右前水平气缸10、左后水平气缸11和右后水平气缸12运动。

如图4所示，所述前组支撑腿6、中间组支撑腿7和后组支撑腿8均包括支腿导轨14、左推动气缸15、右推动气缸16、左滑块17、右滑块18、左十字滑块式机构19、右十字滑块式机构20、左支腿21和右支腿22；所述左滑块17通过左推动气缸15驱动沿支腿导轨14滑动，左十字滑块式机构19安装在左滑块17上，左支腿21与左十字滑块式机构19配合安装；所述右滑块18通过右推动气缸16驱动沿支腿导轨14滑动，右十字滑块式机构20安装在右滑块18上，右支腿22与右十字滑块式机构20配合安装；在左推动气缸15和右推动气缸16上均安装有气缸定位器。

如图5所示，所述左支腿21和右支腿22均包括垂直气缸23、弹簧固定板24、弹簧25、球铰26和气动手爪27，所述弹簧固定板24固定在垂直气缸23的推杆上，其并将弹簧25固定在球铰26上，球铰26与气动手爪27固定连接。

所述视觉控制系统可以采用模块化设计，使安装在机架1左前和右前角的相机13用于采集控制前组支撑腿6运动的相关桩位置数据，安装在机架1左后和右后角的相机13用于采集控制后组支撑腿8运动的相关桩位置数据。

如图6、图7、图8所示，上述基于视觉导向的桩上爬行平台的工作过程如下：

当中间组支撑腿7以及前组支撑腿6和后组支撑腿8两组支撑腿中的一组支撑腿下端的气动手爪27夹紧地面上的桩，前组支撑腿6和后组支撑腿8中的另一组支撑腿下端的气动手爪27松开桩并抬腿后，可分别通过控制系统发出的指令给相应水平气缸的气缸定位器来分别控制左前、右前水平气缸9、10的伸长或左后、右后水平气缸11、12的压缩以实现前组支撑腿6在一定范围内的前进或转动或者后组支撑腿8在一定范围内的前进或转动；当前组支撑腿6和后组支撑腿8的下端的气动手爪27夹紧地面上的桩，中间组支撑腿7下端的气动手爪27松开桩并抬腿后，可分别通过控制系统发出的指令给相应水平气缸的气缸定位器来分别控制左前、右前水平气缸9、10的压缩和左后、右后水平气缸11、12的伸长带动中间组支撑腿7以及与之相固定的机架1在一定范围内的前进或转动。

当前组支撑腿6、中间组支撑腿7或后组支撑腿8中任意一组支撑腿的前进或转动过程完成的同时，该组支撑腿中的左支腿21和右支腿22分别通过控制系统发出的指令给相应推动气缸的气缸定位器来控制左推动气缸15、右推动气缸16的压缩或伸长实现支腿在一定范围内的左右调节，完成这个动作后该组支撑腿中的支腿分别通过控制系统发出的指令给相应垂直气缸23来控制垂直气缸23的压缩或伸长以实现在一定范围内的抬腿和落腿动作，落腿后通过其下端的气动手爪27夹紧地面上的桩来支撑所述基于视觉导向的桩上爬行平台，同时气动手爪27通过球铰26能能适应于地面上不垂直的桩，完成在一定距离范围内任意分布桩的行走。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：该爬行平台包括机架(1)、前导轨(3)、后导轨(4)、中间组支撑腿垫板(5)、前组支撑腿(6)、中间组支撑腿(7)、后组支撑腿(8)和视觉控制系统，所述中间组支撑腿(7)通过中间组支撑腿垫板(5)与机架(1)固定；所述前导轨(3)的上侧面与机架(1)的下侧面铰接，所述后导轨(4)的上侧面与机架(1)的下侧面铰接；所述前组支撑腿(6)与前导轨(3)滑动配合，且前组支撑腿(6)和中间组支撑腿(7)之间通过位于左右两侧的左前水平气缸(9)和右前水平气缸(10)连接；所述后组支撑腿(8)与后导轨(4)滑动配合，且后组支撑腿(8)和中间组支撑腿(7)之间通过位于左右两侧的左后水平气缸(11)和右后水平气缸(12)连接；

所述视觉控制系统包括相机(13)、图像处理装置和气缸定位器，所述图像处理装置的输入端与相机连接、输出端与气缸定位器连接，相机(13)固定在机架(1)上，在左前水平气缸(9)、右前水平气缸(10)、左后水平气缸(11)和右后水平气缸(12)上均安装有气缸定位器；所述相机(13)用于采集桩位置数据，并将采集数据发送给图像处理装置；所述图像处理装置对接受到的数据进行计算分析，并产生控制命令发送给气缸定位器；所述气缸定位器根据接受到的控制命令驱动左前水平气缸(9)、右前水平气缸(10)、左后水平气缸(11)和右后水平气缸(12)运动。

2.根据权利要求1所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：所述前组支撑腿(6)、中间组支撑腿(7)和后组支撑腿(8)均包括支腿导轨(14)、左推动气缸(15)、右推动气缸(16)、左滑块(17)、右滑块(18)、左十字滑块式机构(19)、右十字滑块式机构(20)、左支腿(21)和右支腿(22)；所述左滑块(17)通过左推动气缸(15)驱动沿支腿导轨(14)滑动，左十字滑块式机构(19)安装在左滑块(17)上，左支腿(21)与左十字滑块式机构(19)配合安装；所述右滑块(18)通过右推动气缸(16)驱动沿支腿导轨(14)滑动，右十字滑块式机构(20)安装在右滑块(18)上，右支腿(22)与右十字滑块式机构(20)配合安装；在左推动气缸(15)和右推动气缸(16)上均安装有气缸定位器。

3.根据权利要求2所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：所述左支腿(21)和右支腿(22)均包括垂直气缸(23)、弹簧固定板(24)、弹簧(25)、球铰(26)和气动手爪(27)，所述弹簧固定板(24)固定在垂直气缸(23)的推杆上，其并将弹簧(25)固定在球铰(26)上，球铰(26)与气动手爪(27)固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：在前导轨(3)与机架(1)之间及后导轨(4)与机架(1)之间设置有导轨支撑板(2)，且导轨支撑板(2)与机架(1)固定。

5.根据权利要求1所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：所述相机(13)的个数为四个，分别安装在机架(1)下侧的左前、右前、左后和右后角上。

6.根据权利要求5所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：安装在机架(1)左前和右前角的相机(13)用于采集控制前组支撑腿(6)运动的相关桩位置数据，安装在机架(1)左后和右后角的相机(13)用于采集控制后组支撑腿(8)运动的相关桩位置数据。

7.根据权利要求1到6所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：所有气缸及安装在其上的气缸定位器均可使用油缸及安装在其上的油缸定位器替代。

8.根据权利要求1到6所述的基于视觉导向的桩上爬行平台，其特征在于：所有气缸及安装在其上的气缸定位器均可使用丝杠替代。

Images