CN107990881B

CN107990881B - 一种基于测量机器人的桩机施工定位方法

Info

Publication number: CN107990881B
Application number: CN201711274005.3A
Authority: CN
Inventors: 韦永斌; 刘邦安
Original assignee: China State Construction Engineering Corp Ltd CSCEC; China State Construction Academy Corp Ltd
Current assignee: China State Construction Engineering Corp Ltd CSCEC; China State Construction Academy Corp Ltd
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: CN107990881A

Abstract

本发明公开了一种基于测量机器人桩机施工定位方法，其步骤如下：1、将钻杆棱镜支架固定在钻机底部钻杆固定部位，保证棱镜支架两边棱镜固定位置距离钻杆中心轴的距离相同，在支架两侧安装测量反射棱镜；2、在一定距离处，安装测量机器人，在稍远处寻找两处不易发生变形位置作为基准点位置，通过基准点的坐标进行后方交会来确定精确的测量机器人的坐标；在钻孔开始之前进行一次测量，测量出钻孔位置的坐标；在钻杆工作时，对两棱镜进行角度和距离追踪测量，得到钻杆的中心的坐标的精确测量值；3、每隔一定时间对钻杆两侧的棱镜进行测量并计算钻杆中心的坐标。本发明可以解决通过测量机器人的高精度测量原理计算得出钻杆的精确位置的技术问题。

Description

一种基于测量机器人的桩机施工定位方法

技术领域

本发明属于钻孔灌注桩施工测量技术领域，具体涉及一种基于测量机器人的钻孔灌注桩高精度钻杆定位方法。

背景技术

钻孔灌注桩在钻孔施工过程中需要确保钻杆始终位于目标点的位置，钻杆的定位直接决定了钻孔施工和灌注桩成桩的质量，因此对钻杆的位置的确定尤其是水平位置的确定十分重要。传统的钻孔灌注桩施工钻杆定位通常采用人工测量方法进行，自动化程度和实时性不高，多台钻机共同工作的时候，效率偏低，近些年来开始采用RTK（载波相位差分技术）进行钻杆定位，但是RTK技术本身测量精度目前（至2017年）只能到厘米级，精度不够高。测量机器人基于全站仪的测量原理，采用全自动化无接触精确测量，几百米测量距离内变形测量精度能达到毫米级，百米内测量精度能到十分之一毫米级，且能对小范围内移动物体进行追踪测量，自动化程度高，采用测量机器人能够很方便地对钻杆的若干部位进行精确测量定位，具有精度较高，测量非接触等特点，能方便推广在钻孔灌注桩的施工定位工程中。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于测量机器人的桩机施工定位方法，以解决通过测量机器人的高精度测量原理，基于双棱镜测量的方法，结合网络数据传输进行空间位置计算，从而计算得出钻杆的精确位置的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于测量机器人的桩机施工定位方法，其步骤如下：

步骤A，将钻杆棱镜支架固定在钻机底部钻杆固定部位，并调整位置使得棱镜固定点对准钻杆中心轴位置，保证棱镜支架两边棱镜固定位置距离钻杆中心轴的距离相同；固定好支架后，在支架两侧的棱镜固定部位安装测量反射棱镜；

步骤B，在一定距离处（几米到几十米处均可），安装测量机器人，即全自动全站仪，保证测量机器人与钻杆两侧的棱镜处于通视的位置；在稍远处（几米到几十米均可），寻找两处不易发生变形的位置作为基准点的位置，保证两基准点与测量机器人处于通视状态，通过基准点的坐标进行后方交会来确定精确的测量机器人的坐标；在钻孔开始之前，在地面进行标记的钻孔标记处，即待钻孔位置，进行一次测量，测量出钻孔位置的坐标；在钻杆工作时，采用测量机器人对两棱镜进行角度和距离追踪测量，通过测量机器人的坐标和对钻杆两侧棱镜的斜距、竖直角和水平角测量值计算出两棱镜的具体坐标，求取两棱镜的坐标的平均值，可得到钻杆的中心的坐标的精确测量值和转角；

步骤C，钻孔工作时，每隔一定时间（分钟级）对钻杆两侧的棱镜进行测量并计算钻杆中心的坐标，通过现场的电脑查看变形数据，或者数据通过DTU传输到远程的数据服务器上，再通过联网的电脑或者移动设备查看变形数据，现场的电脑或数据服务器可对变形数据进行分析，如超出一定的阈值，则进行报警。

当对一个施工场地的多台钻机进行监测，只需每台钻机的钻杆安装一个棱镜支架并安装好棱镜，并保持测量机器人与所有的棱镜处于通视状态，则可以通过一台测量机器人对所有的钻机进行位置监控。

本发明具有如下优点及积极效果：本发明提出了一种基于双棱镜测量的方法，能够快速精确地实现钻杆位置确定，具有测量快速、精度高、可操作性强等优点。本发明可提高钻孔灌注桩的钻杆定位精度到毫米级，能够保证钻孔工程的质量，保证桩基工程施工质量，防止财产损失。

附图说明

图1为基于测量机器人的钻杆位移监测系统图。

图2为钻机、钻头和钻杆支架位置示意图。

图3为钻杆支架示意图。

图4为钻杆和钻杆支架立面示意图。

图中的标记：

1、测量棱镜；2、测量棱镜底部支架（钻杆上固定支架）；3、测量机器人；4、测量基准点；5、DTU；6、远程服务器；7、现场控制电脑和软件；8、手持设备；9、智能手机；10、测量机器人现场直接控制电脑和软件；11、钻机；12、钻机上的钻杆；13、钻机上的钻头；14、钻机钻杆上部固定支架；15、钻机钻杆下部固定支架； 16、钻机钻杆下部固定支架安装棱镜支架的位置；17、钻杆部分；18、钻杆下部固定支架；19、钻杆下部固定支架外部的棱镜支架；20、固定螺栓；21、棱镜支架侧支；22、棱镜支架上固定棱镜点；23、棱镜（立面图）；24、棱镜支架上固定棱镜点（立面图）；25、钻杆下部固定支架（立面图）；26、钻杆下部固定支架外部的棱镜支架；27、钻杆；28、钻杆上部固定支架、29、钻杆下部示意图；30、钻机上的钻头。

具体实施方式

本发明所述一种基于测量机器人的钻孔灌注桩钻机钻杆的快速自动化精确定位方法，其需要的设备由测量系统、棱镜固定支座组成两部分。具体包括测量机器人、棱镜基准点、三脚架、计算机、网络通讯、数据服务器、钻杆支架、测量棱镜。采用测量机器人对钻孔灌注桩的钻杆两侧固定的棱镜进行追踪测量，测量两棱镜的位置和方位角，推算出钻杆的位置和转角。将两测量棱镜固定于待测量钻杆两侧，调整使得两棱镜的位置的中心在钻杆的中心位置。可对一台钻孔灌注桩的钻机钻杆进行定位，也可利用测量机器人的位置记忆和学习功能，同时对多台钻孔灌注桩的钻机钻杆进行定位。

数据服务器，通过测量机器人测量得到相对距离和角度数据后，将测量数据通过无线传输到远程数据服务器，服务器依据在测量机器人一定距离处不易发生变形的部位布置两已知坐标的测量基准点，先采用后方交会法通过两基准点测量得到测量机器人（即全自动全站仪）位置，之后采用极坐标法测量得到每个测量棱镜相对于测量机器人的位置，即可计算得到两测量棱镜的三维坐标，通过上述方法，对两棱镜的位置进行计算，得到此钻孔灌注桩钻机钻杆的确切位置以及相对位移。如果是多台钻机，则对多台钻机的钻杆进行计算。

在支架末端有固定螺栓可以将支架固定在钻杆部位。

可以通过现场工作电脑、现场平板电脑和现场智能手机，接收数据服务器传输过来的场地所有测量中的钻机和钻杆位置信息，进行预警显示并提示调整方案，指导现场对钻杆的位置进行调整。

本发明的技术方案是按以下方式实现的：在钻孔灌注桩钻机的钻杆底部的固定部位安装钻杆棱镜支架，方便在上方两侧对称处安装测量机器人棱镜，安装过程注意两侧支架棱镜安装部位的中心部对准钻杆的圆心，即两棱镜的连线需要通过钻杆的中心，且两棱镜的位置距离中心等距。在一定远处设置测量机器人（距离百米以内，测量精度可达十分之一毫米级，距离几百米，测量精度可达毫米级），测量机器人的位置最好处于受收钻机工作影响的区域，且保证测量机器人与钻杆两侧的棱镜时刻处于通视的状态，在距离钻机或施工场地较近的受施工影响较小的区域布置两基准点，需要保证整个施工过程对基准点地面影响较小，即基准点在测量过程不可发生变形，且保证两基准点与测量机器人处于通视状态，设置两基准点是为了通过基准点的坐标进行后方交会来确定精确的测量机器人的坐标，然后通过测量机器人的坐标和对钻杆两侧棱镜的斜距、竖直角和水平角测量值计算出两棱镜的具体坐标，求取两棱镜的坐标的平均值，可得到钻杆的中心的坐标的精确测量值。测量机器人的变形监测精度在毫米级，测量机器人在钻杆工作时间可以保证进行每隔一定时间（分钟级）进行一次测量，测量控制或测量数据可以直接通过现场的控制计算机和软件进行，或通过RS232或蓝牙将测量数据通过DTU将数据传输到远程服务器上，然后在远程端通过计算机或者移动设备访问服务器，服务器端对两基准点和测量机器人的坐标进行设置、确定钻杆的位置，依据两棱镜的测量值计算钻杆的具体位置。

本发明所述定位方法步骤如下：

步骤A，如图1、图2，将钻杆棱镜支架固定在钻机底部钻杆固定部位，并调整位置使得棱镜固定点对准钻杆中心轴位置，保证棱镜支架两边棱镜固定位置距离钻杆中心轴的距离相同。固定好支架后，在棱镜固定部位固定棱镜，保证钻杆工作时棱镜不会掉落。

步骤B，在一定距离处（几米到几十米处均可），安装测量机器人，保证测量机器人与钻杆两侧的棱镜处于通视的位置。在稍远处（几米到几十米均可），寻找两处不易发生变形的位置作为基准点的位置。在钻孔开始之前，在钻孔标记处进行一次测量，测量出钻孔位置的坐标。

步骤C，钻孔工作时，每隔一定时间（分钟级）对钻杆两侧的棱镜进行测量并计算钻杆中心的坐标，通过现场的电脑可以查看变形数据，或者数据通过DTU传输到远程的服务器上，再通过联网的电脑或者移动设备可以查看变形数据，数据服务器可对变形数据进行分析，如超出一定的阈值，则在软件中可以进行报警。

步骤D，本专利可以针对一个施工场地的多台钻机进行监测，只需每台钻机的钻杆安装一个棱镜支架并安装好棱镜，并保持测量机器人与所有的棱镜处于通视状态，如图3所示，则可以通过一台测量机器人对所有的钻机进行位置监控，并行工作的钻机越多，节省的成本越多。

Claims

1.一种基于测量机器人的桩机施工定位方法，其步骤如下：

步骤A，将钻杆的棱镜支架固定在钻机底部钻杆固定部位，并调整位置使得棱镜固定点对准钻杆中心轴位置，保证棱镜支架两边棱镜固定点距离钻杆中心轴的距离相同；固定好棱镜支架后，在棱镜支架两侧的棱镜固定部位安装测量反射棱镜；

步骤B，在距离棱镜支架一定距离处，安装测量机器人，即全自动全站仪，保证测量机器人与钻杆两侧的棱镜处于通视的位置；在远离测量机器人一定距离的位置，寻找两处不易发生变形的位置作为基准点的位置，保证两基准点与测量机器人处于通视状态，通过基准点的坐标进行后方交会来确定精确的测量机器人的坐标；在钻孔开始之前，在地面进行标记的钻孔标记处，即待钻孔位置，进行一次测量，测量出钻孔位置的坐标；在钻杆工作时，采用测量机器人对两棱镜进行角度和距离追踪测量，通过测量机器人的坐标和对钻杆两侧棱镜的斜距、竖直角和水平角测量值计算出两棱镜的具体坐标，求取两棱镜的坐标的平均值，可得到钻杆的中心的坐标的精确测量值；

步骤C，钻孔工作时，每隔一定时间对钻杆两侧的棱镜进行测量并计算钻杆中心的坐标，通过现场的电脑查看变形数据，或者数据通过DTU传输到远程的数据服务器上，再通过联网的电脑或者移动设备查看变形数据，现场的电脑或数据服务器可对变形数据进行分析，如超出一定的阈值，则进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于测量机器人的桩机施工定位方法，当对一个施工场地的多台钻机进行监测，只需每台钻机的钻杆安装一个棱镜支架并安装好棱镜，并保持测量机器人与所有的棱镜处于通视状态，则可以通过一台测量机器人对所有的钻机进行位置监控。