CN107489430B - 一种管片自动识别定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管片自动识别定位装置，包括管片拼装机和布置在管片上的辅助定位装置。辅助定位装置上设有管片定位中心点、设定点、和用于测量管片定位中心点和设定点的位置坐标的第一测距装置。在管片拼装机上设有第二测距装置，用于测量与第二测距装置对应的点的位置坐标。还包括处理单元，用于根据设定点和管片定位中心点的位置坐标计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度、以及用于根据辅助定位装置上与第二测距装置对应的点的位置坐标分别计算管片相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。还提供一种管片自动识别定位方法。通过测距装置和处理单元来实现管片自动识别定位，能够有效提高识别精度和拼装效率，从而加快隧道施工效率。

Description

一种管片自动识别定位装置及方法
技术领域
本发明属于掘进机技术领域，具体涉及一种管片自动识别定位装置及方法。
背景技术
管片拼装机作为掘进机的关键部件，其拼装管片的速度与效率在很大程度上影响了隧道施工的进度。施工过程中，拼装手一般通过手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取装置的姿态抓取管片，然后转移至目标位置拼装管片。因此，管片拼装机抓取管片的时间长，从而造成管片拼装效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种管片自动识别定位装置及方法，能够自动识别定位管片，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种管片自动识别定位装置，包括管片拼装机，管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头。管片自动识别定位装置还包括布置在管片上的辅助定位装置，辅助定位装置上设有与抓取头抓取管片时的微调中心重合的管片定位中心点和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点。辅助定位装置上有设有第一测距装置，用于测量管片定位中心点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和设定点相对于抓取头的初始微调中心的横向距离、纵向距离。在托梁上设有第二测距装置，用于测量辅助定位装置上与第二测距装置对应的点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离。管片自动识别定位装置还包括处理单元，用于根据设定点和管片定位中心点的位置坐标计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度、以及用于根据辅助定位装置上与第二测距装置对应的点的位置坐标分别计算管片相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。
根据本发明的管片自动识别定位装置，通过布置在托梁和辅助定位装置上的测距装置和处理单元自动识别管片的三维参数，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。并且，通过设置辅助定位装置，可以简化处理单元的计算过程。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的管片自动识别定位装置，优选地，在托梁上还安装有固定装置，第二测距装置布置在固定装置上。通过设置固定装置来布置第二测距装置可以保证第二测距装置的安装便捷和定位准确稳定。
具体地，在一个优选的实施方式中，辅助定位装置具有与管片内表面形成配合的部分，并且辅助定位装置包括第一平面和第二平面。第一平面与辅助定位装置上与管片内表面形成配合的部分连接。管片定位中心点和设定点位于第二平面上。第一平面和第二平面通过相对设置的两个斜面连接。辅助定位装置与管片内表面形成配合，能够保证辅助定位装置与管片连接稳定牢靠，从而提高管片定位的稳定性和精确度。
在一个优选地实施方式中，辅助定位装置上与第二测距装置对应的点为3个。辅助定位装置上与第二测距装置对应的点设置为3个，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。
在一个优选地实施方式中，第一测距装置包括第一激光测距仪和激光垂向发射仪，第一激光测距仪布置在管片定位中心点处，激光垂向发射仪布置在设定点处。
在一个优选地实施方式中，第二测距装置包括第二激光测距仪和激光感应靶，辅助定位装置上与第二测距装置对应的点与第二激光测距仪对应设置。
采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片自动识别定位装置结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
根据本发明第二方面的管片自动识别定位方法，包括：步骤一、使用上述所述的第一测距装置获取管片定位中心点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点的横向距离、纵向距离。步骤二、使用上述所述的第二测距装置测量辅助定位装置上与第二测距装置对应的点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离。步骤三、使用上述所述的处理单元根据设定点和管片定位中心点的位置坐标计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度、以及根据辅助定位装置上与第二测距装置对应的点的位置坐标分别计算管片相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。
根据本发明的管片自动识别定位方法，通过布置在托梁和辅助定位装置上的测距装置和处理单元自动识别管片的三维参数，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。并且，通过设置辅助定位装置，可以简化处理单元的计算过程。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的管片自动识别定位方法，优选地，辅助定位装置具有与管片内表面形成配合的部分，并且辅助定位装置包括第一平面和第二平面。第一平面与辅助定位装置上与管片内表面形成配合的部分连接。管片定位中心点和设定点位于第二平面上。第一平面和第二平面通过相对设置的两个斜面连接。辅助定位装置与管片内表面形成配合，能够保证辅助定位装置与管片连接稳定牢靠，从而提高管片定位的稳定性和精确度。
在一个优选地实施方式中，辅助定位装置上与第二测距装置对应的点为3个。辅助定位装置上与第二测距装置对应的点设置为3个，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。
在一个优选地实施方式中，具体地，第一测距装置包括第一激光测距仪和激光垂向发射仪，第一激光测距仪布置在管片定位中心点处，激光垂向发射仪布置在设定点处，第二测距装置包括第二激光测距仪和激光感应靶，辅助定位装置上与第二测距装置对应的点与第二激光测距仪对应设置。采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片自动识别定位装置结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
相比现有技术，本发明的优点在于：通过测距装置和处理单元来实现管片自动识别定位，能够有效提高识别精度和拼装效率，从而加快隧道施工效率。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的管片自动识别装置的结构和管片识别定位原理。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的管片自动识别定位装置10的结构和管片识别定位原理。如图1所示，本发明实施例的管片自动识别定位装置10包括管片拼装机，管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头。管片自动识别定位装置10还包括布置在管片1上的辅助定位装置2，辅助定位装置2上设有与抓取头抓取管片1时的微调中心重合的管片定位中心点D和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点E。辅助定位装置2上有设有第一测距装置3，用于测量管片定位中心点D相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和设定点E的横向距离、纵向距离。在托梁上设有第二测距装置4，用于测量辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点A、B、C相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离。管片自动识别定位装置10还包括处理单元，用于根据设定点E和管片定位中心点D的位置坐标计算管片1相对垂向坐标轴的偏转角度、以及用于根据辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点A、B、C的位置坐标分别计算管片1相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。优选地，辅助定位装置2具有与管片1内表面形成配合的部分21，并且辅助定位装置2包括第一平面22和第二平面23，第一平面22与辅助定位装置2上与管片1内表面形成配合的部分21连接。管片定位中心点D和第一设定点E位于第二平面23上，第一平面22和第二平面23通过相对设置的两个斜面24连接。本发明实施例的管片自动识别定位装置，通过布置在托梁和辅助定位装置上的测距装置和处理单元自动识别管片的三维参数，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。并且，通过设置辅助定位装置，可以简化处理单元的计算过程。辅助定位装置与管片内表面形成配合，能够保证辅助定位装置与管片连接稳定牢靠，从而提高管片定位的稳定性和精确度。辅助定位装置2上与第二测距装置对应的点设置为3个，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。本发明实施例的管片自动识别定位装置10，优选地，在托梁上还安装有固定装置5，第二测距装置4布置在固定装置5上。通过设置固定装置来布置第二测距装置可以保证第二测距装置的安装便捷和定位准确稳定。
如图1所示，在一个优选地实施方式中，第一测距装置3包括第一激光测距仪31和激光垂向发射仪32，第一激光测距仪31布置在管片定位中心点D处，激光垂向发射仪32布置在设定点E处。第二测距装置4包括第二激光测距仪41和激光感应靶42，辅助定位装置上与第二测距装置对应的点A、B、C与第二激光测距仪41对应设置。
采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片自动识别定位装置结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
如图1所示，在本发明实施例中第二方面的管片自动识别定位方法，包括：步骤一、使用上述所述的第一测距装置3获取管片定位中心点D相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点E的横向距离、纵向距离。步骤二、使用上述所述的第二测距装置4测量辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点A、B、C相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离。步骤三、使用上述所述的处理单元根据设定点E和管片定位中心点D的位置坐标计算管片1相对垂向坐标轴的偏转角度、以及根据辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点A、B、C的位置坐标分别计算管片1相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。本发明实施例的管片自动识别定位方法，通过布置在托梁上和辅助定位装置上的测距装置和处理单元自动识别管片的三维参数，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。并且，通过设置辅助定位装置，可以简化处理单元的计算过程。
具体地，如图1所示，本发明实施例中的管片自动识别定位方法，处理单元将抓取头的初始微调中心设为世界水平直角坐标系的原点O，通过布置在与管片1连接的辅助定位装置2上的第一激光测距仪31发射测距激光到激光靶42上，计算出管片定位中心点D相对于抓取头的微调中心在世界水平直角坐标系中的Z方向的坐标值，通过在激光靶42上获得的管片定位中心点D’的X、Y两个方向的坐标值计算出管片定位中心点D相对于抓取头的初始微调中心在世界水平直角坐标系中的X、Y两个方向的坐标值。处理单元通过布置在辅助定位装置2上的激光垂向发射仪32发射激光到激光靶42上，过在激光靶42上获得的设定点E’的X、Y两个方向的坐标值计算出设定点E相对于抓取头的初始微调中心在世界水平直角坐标系中的X、Y两个方向的坐标值。处理单元通过布置在固定装置5上的三个第二激光测距仪41发射测距激光至辅助定位装置2上与第二激光测距仪41对应的点A、B、C处，计算出辅助定位装置2上的设定点A、B、C相对于抓取头的初始微调中心在世界水平直角坐标系中的Z方向的坐标值，通过在激光靶42上A’、B’、C’处获得的辅助定位装置2上的第二设定点A、B、C的坐标值计算出辅助定位装置2上与第二激光测距仪41对应的点A、B、C相对于抓取头的初始微调中心在世界水平直角坐标系中的X、Y两个方向的坐标值。处理单元根据设定点E和管片定位中心点D的位置坐标计算管片1相对垂向坐标轴的偏转角度、以及根据辅助定位装置2上与第二激光测距仪41对应的点A、B、C的位置坐标分别计算管片1相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。
如图1所示，优选地，辅助定位装置2具有与管片1内表面形成配合的部分21，并且辅助定位装置2包括第一平面22和第二平面23，第一平面22与辅助定位装置2上与管片1内表面形成配合的部分21连接。管片定位中心点D和设定点E位于第二平面23上，第一平面22和第二平面23通过相对设置的两个斜面24连接。辅助定位装置与管片内表面形成配合，能够保证辅助定位装置与管片连接稳定牢靠，从而提高管片定位的稳定性和精确度。辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点设置为A、B、C3个，，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。优选地，在托梁上还安装有固定装置5，第二测距装置4布置在固定装置5上。通过设置固定装置来布置第二测距装置可以保证第二测距装置的安装便捷和定位准确稳定。
如图1所示，在一个优选地实施方式中，第一测距装置3包括第一激光测距仪31和激光垂向发射仪32，第一激光测距仪31布置在管片定位中心点D处，激光垂向发射仪32布置在设定点E处。第二测距装置4包括第二激光测距仪41和激光感应靶42，辅助定位装置2上与第二测距装置4对应的点A、B、C与第二激光测距仪41对应设置。采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片自动识别定位装置结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
根据上述实施例，可见本发明涉及的管片自动定位识别装置和管片自动识别定位方法，通过测距装置和处理单元来实现管片自动识别定位，能够有效提高识别精度和拼装效率，从而加快隧道施工效率。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种管片自动识别定位装置，包括管片拼装机，所述管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头，其特征在于，
所述管片自动识别定位装置还包括布置在管片上的辅助定位装置，所述辅助定位装置上设有与所述抓取头抓取管片时的微调中心重合的管片定位中心点和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点；
所述辅助定位装置上设有第一测距装置，用于测量所述管片定位中心点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和所述设定点相对于所述抓取头的初始微调中心的横向距离、纵向距离；
在所述托梁上设有第二测距装置，用于测量所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离；
所述管片自动识别定位装置还包括处理单元，用于根据所述设定点和所述管片定位中心点的位置坐标计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度、以及用于根据所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点的位置坐标分别计算管片相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数；
其中，所述辅助定位装置具有与管片内表面形成配合的部分，并且所述辅助定位装置包括第一平面和第二平面；所述第一平面与所述与管片内表面形成配合的部分连接；所述第一平面和所述第二平面通过相对设置的两个斜面连接；
所述管片定位中心点和所述设定点位于所述第二平面上，而所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点位于所述第一平面上。
2.根据权利要求1所述的管片自动识别定位装置，其特征在于，在所述托梁上还安装有固定装置，所述第二测距装置布置在所述固定装置上。
3.根据权利要求1或2所述的管片自动识别定位装置，其特征在于，所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点为3个。
4.根据权利要求1或2所述的管片自动识别定位装置，其特征在于，所述第一测距装置包括第一激光测距仪和激光垂向发射仪，所述第一激光测距仪布置在所述管片定位中心点处，所述激光垂向发射仪布置在所述设定点处。
5.根据权利要求1或2所述的管片自动识别定位装置，其特征在于，所述第二测距装置包括第二激光测距仪和激光感应靶，所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点与所述第二激光测距仪对应设置。
6.一种管片自动识别定位方法，其特征在于，包括：
步骤一、使用上述权利要求1所述的管片自动识别定位装置的第一测距装置获取所述管片定位中心点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、纵向距离、和用于计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度的设定点的横向距离、纵向距离；
步骤二、使用上述权利要求1所述的管片自动识别定位装置的第二测距装置测量所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离；
步骤三、使用上述权利要求1所述的管片自动识别定位装置的处理单元根据所述设定点和所述管片定位中心点的位置坐标计算管片相对垂向坐标轴的偏转角度、以及根据所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点的位置坐标分别计算管片相对横向坐标轴和纵向坐标轴的偏转角度，从而获得管片的三维识别参数。
7.根据权利要求6所述的管片自动识别定位方法，其特征在于，所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点为3个。
8.根据权利要求6或7所述的管片自动识别定位方法，其特征在于，所述第一测距装置包括第一激光测距仪和激光垂向发射仪，所述第一激光测距仪布置在所述管片定位中心点处，所述激光垂向发射仪布置在所述设定点处；所述第二测距装置包括第二激光测距仪和激光感应靶，所述辅助定位装置上与所述第二测距装置对应的点与所述第二激光测距仪对应设置。
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