CN109828237B - 一种便携式全自动雷达辅助车及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式全自动雷达辅助车及其使用方法，包括夹持系统、三角支撑系统、轮式底盘系统、重力平衡系统和控制系统；夹持系统用于夹持雷达，包括夹持底板、液压杆、连接杆、夹持底爪和弹簧伸缩夹；多个夹持底爪设置在夹持底板的一侧，夹持底板的另一侧通过液压杆与三角支撑系统相连；所述的弹簧伸缩夹通过设置在夹持底爪上；三角支撑系统，其固定在轮式底盘系统上，用于支撑夹持系统，且驱动夹持系统旋转；重力平衡系统设置在轮式底盘系统；控制系统包括起讫钉、中转钉、信号发射器和信号接收器；起讫钉与中转钉上安装所述的信号发射器，信号接收器安装于轮式底盘系统上；信号发射器和信号接收器进行信号的传输。

Description

一种便携式全自动雷达辅助车及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种便携式全自动雷达辅助车及其使用方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

隧道是埋设于地下的工程建设物，我国已经成为隧道座数和总里程最多的国家，在建和未建的隧道仍有很多，规划中的高铁、高速、普通公路等建设更离不开隧道施工。

钻爆法是修建隧道主要的应用技术。在钻爆法施工过程中需要频繁使用雷达进行掌子面附近的超前地质预报工作，目前施工现场往往是人工架持雷达天线进行掌子面的往复扫描，然而雷达天线体积庞大质量较重导致人工架持操作费时费力，而且无法保证天线匀速平稳前进。此外，掌子面附近往往碎石较多地面崎岖不平，而且可能会有坠石发生，人工操作存在一定安全风险。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术条件的缺点和不足，提供一种全自动的雷达天线夹持和牵引装置及使用方法，该装置与地质雷达协同工作，应用于地下洞室开挖过程中掌子面附近的地质雷达探测任务。

本发明采用下述技术方案：

一种便携式全自动雷达辅助车，包括夹持系统、三角支撑系统、轮式底盘系统、重力平衡系统和控制系统；

所述的夹持系统用于夹持雷达，其包括夹持底板、液压杆、连接杆、夹持底爪和弹簧伸缩夹；所述的夹持底爪设置有多个，多个夹持底爪设置在夹持底板的一侧，夹持底板的另一侧通过所述的液压杆与三角支撑系统相连；所述的弹簧伸缩夹通过设置在夹持底爪上；

所述的三角支撑系统，其固定在轮式底盘系统上，用于支撑夹持系统，且驱动夹持系统旋转；

所述的重力平衡系统设置在轮式底盘系统上，用于平衡整个系统的重力；

所述控制系统包括起讫钉、中转钉、信号发射器和信号接收器；所述起讫钉与中转钉上安装所述的信号发射器，信号接收器安装于轮式底盘系统上；所述的信号发射器和信号接收器进行信号的传输。

进一步的，所述的多个夹持底爪沿着夹持底板的外圈均匀分别在夹持底板上，且通过旋转轴与夹持底板相连；可以通过旋转轴在夹持底板上进行平面内转动，可调整长短以配合弹簧伸缩夹进行对天线的夹持工作，并可达到便携的要求

进一步的，每个所述的夹持底爪包括一个伸缩杆和一个液压杆，所述的伸缩杆的一端通过旋转轴与夹持底板相连，伸缩杆的另一端与液压杆相连；液压杆的伸缩方向与伸缩杆的伸缩方向垂直。

进一步的，所述的弹簧伸缩夹包括第一连接盘、弹簧、伸缩杆和第二连接盘，所述的第一连接盘与第二连接盘之间通过伸缩杆相连，在所述的弹簧套装在伸缩杆上，所述的第一连接盘与夹持底爪相连，所述的第二连接盘上安装有压敏传感器，所述的压敏传感器用于收集夹持系统与掌子面之间的压力大小，并传递信号给伸缩杆的控制装置，所述的控制装置控制伸缩杆进行相应的自动伸缩动作，以调整天线与掌子面之间的压力达到设定压力，使得天线与掌子面紧密贴合。

进一步的，所述的三角支撑系统由三角支撑架以及顶部旋转轮盘构成；所述的三角支撑架由三根伸缩杆件构成，固定于旋转轮盘上，可以自由伸缩以使顶部旋转轮盘达到所需位置高度，并可以在完全收缩时达到便携的效果；所述的旋转轮盘固定于三角支撑架顶部，可以进行180度旋转以翻转天线从而进行往复扫描工作。

进一步的，所述的轮式底盘系统包括底盘、陀螺仪、信号接收器、激光测距装置、折叠杆、液压杆、转向轮盘和自适应驱动轮；

所述的陀螺仪与信号接收器固定于底盘上，所述的激光测距装置加装于折叠杆上，自适应驱动轮通过转向轮盘与液压杆相连，液压杆安装于折叠杆上，构成一个折叠轮，最终将四个折叠轮固定于底盘上，形成轮式底盘系统；

所述的陀螺仪用于检测底盘是否平稳并将信号传递给液压杆；所述的信号接收器与起讫钉和中转钉配合工作以控制辅助车的运行路线；

所述的激光测距装置用于测量轮式底盘与掌子面之间的距离，并将信号传递给转向轮盘；

所述的折叠杆与底盘通过旋转轴相连，以实现折叠轮的打开与折叠，达到便携的目的；

所述的液压杆接收陀螺仪信号进行相应伸缩以维持底盘平稳；

所述的转向轮盘接收激光测距装置的信号并进行相应角度的旋转与自适应驱动轮协同工作以控制轮式底盘与掌子面之间的距离；

所述的自适应驱动轮可以进行偏离水平线的上下倾转以适应崎岖的路面，并且自带电机，可以在电路控制下进行运动。

进一步的，所述的重力平衡系统由伸缩臂和重力挂件组成。所述的重力挂件通过伸缩臂固定于轮式底盘上。

优选的，所述的伸缩臂由两根伸缩杆件组成，可以自由伸缩已达到所需臂长，并且在完全收缩时满足便携的要求；

优选的，所述的重力挂件在合适臂长处可以平衡掉雷达天线的重力，保持辅助车的中心始终落在轮式底盘上。

优选的，所述的起讫钉与中转钉质地坚硬，防水防尘，可以徒手插入地面；优选的，所述的信号发射器与信号接收器具有足够的有效范围和精确度，同时不影响地质雷达的信号接收。

本发明还提供了一种利用上面所述的便携式全自动雷达辅助车的进行检测的方法，如下：

A、根据所需探测的掌子面范围布设起讫钉和中转钉；

B、打开自适应驱动轮的折叠杆，将辅助车放置于起讫钉附近；

C、打开三角支撑架，调整到合适高度；

D、张开夹持底爪到合适角度，调整夹持底爪上的伸缩杆件到合适长度以方便夹持雷达天线；

E、用弹簧伸缩夹夹紧雷达天线；

F、调整重力平衡系统的伸缩臂，使得辅助车的重心落在轮式底盘上；

G、启动辅助车后，辅助车自动巡航到达起讫钉，在激光测距装置及其联动装置的作用下轮式底盘始终与掌子面保持设定距离，在压敏传感器及其联动装置作用下天线始终紧密贴合掌子面，在陀螺仪及其联动装置作用下辅助车始终保持匀速平稳运行，在辅助车自动巡航到达中转钉后，三角支撑架顶部旋转轮盘自动旋转180度，然后辅助车返航回到起讫钉，完成扫描工作。

本发明的有益效果是：

(1)本发明为隧道开挖掌子面附近的地质雷达探测工作提供了一种便携式全自动化装置，通过起讫钉和中转钉控制天线的扫描路线，辅助车自动巡航，省却大量人力的消耗，提高工作效率，节约人力成本。

(2)本装置非常便携，操作简单。辅助车全自动化完成天线的扫描任务，方便普及和操作，折叠后可以像旅行箱一样推行，而且与施工装置可以很好地组合在一起，便于现场快速组装。

(3)本装置效果好。辅助车考虑了扫描过程中天线的匀速和平稳运行问题，可以更为规范化进行天线对掌子面的扫描工作。

(4)本装置成本低，安全性好。全自动化避免了施工人员长时间地待在掌子面附近，而且不用在崎岖的碎石上行走，提高了地质雷达探测工作的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是本发明装置的三角支撑系统、底盘、重力平衡系统示意图。

图3是本发明装置的夹持系统正视图。

图4是本发明装置的夹持系统侧视图。

图5是本发明装置的弹簧伸缩夹正视图。

图6是本发明装置的弹簧伸缩夹侧视图。

图7是本发明装置的折叠轮正视图。

图8、图9是本发明装置的折叠轮适应颠簸路面改变转轴倾角示意图。

图10是本发明装置的折叠轮安装于底盘后折叠状态下的示意图。

图11是本发明装置的折叠轮安装于底盘后打开状态下的示意图。

图12、图13是本发明装置的起讫钉和中转钉正视图。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。其中：1夹持系统，2三角支撑系统，3轮式底盘系统，4重力平衡系统，5旋转轮盘，6三角伸缩杆，7陀螺仪和信号接收器，8底盘，9伸缩臂，10重力挂件，11伸缩夹液压杆，12夹持底爪伸缩杆，13旋转轴，14夹持底板液压杆，15夹持底板，16第一连接盘，17弹簧，18伸缩夹伸缩杆，19压敏传感器，20折叠杆，21激光测距装置，22折叠轮液压杆，23转向轮盘，24自适应驱动轮，25自适应倾角转轴，26折叠轮，27信号发射器,28起讫钉，29中转钉，30第二连接盘。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：

如图1所示，一种全自动雷达辅助车，包括夹持系统1，三角支撑系统2，轮式底盘系统3，重力平衡系统4，控制系统；

夹持系统1用于夹持雷达，其包括夹持底板、液压杆、连接杆、夹持底爪和弹簧伸缩夹；所述的夹持底爪设置有多个，多个夹持底爪设置在夹持底板的一侧，夹持底板的另一侧通过所述的液压杆与三角支撑系统相连；所述的弹簧伸缩夹通过设置在夹持底爪上；

三角支撑系统2，其固定在轮式底盘系统3上，用于支撑夹持系统1，且驱动夹持系统旋转；

重力平衡系统4设置在轮式底盘系统，用于平衡整个系统的重力；

控制系统包括起讫钉、中转钉、信号发射器和信号接收器；所述起讫钉与中转钉上安装所述的信号发射器，信号接收器安装于轮式底盘系统上；所述的信号发射器和信号接收器进行信号的传输；

每个部分具体的组成部件以及连接关系如下：

夹持系统1包括夹持底板15、夹持底板液压杆14、旋转轴13、夹持底爪伸缩杆12、伸缩夹液压杆11、伸缩夹连接盘16，弹簧17，伸缩夹伸缩杆18，压敏传感器19；

夹持底板15上固定有夹持底板液压杆14，夹持底板液压杆14与三角支撑系统2相连；夹持底板15的四角通过旋转轴13与四个夹持底爪伸缩杆12相连，夹持底爪伸缩杆12另一头上安装有伸缩夹液压杆11并与夹持底板液压杆14位于夹持底板15两侧，以上构成夹持底爪，如图3和图4所示。

如图5和图6所示，弹簧伸缩夹包括第一连接盘16、弹簧17、伸缩夹伸缩杆18和第二连接盘30，所述的第一连接盘16与第二连接盘30之间通过伸缩夹伸缩杆18相连，在所述的弹簧17套装在伸缩夹伸缩杆18上，所述的第一连接盘16与伸缩夹液压杆11相连，所述的第二连接盘30上安装有压敏传感器19，所述的压敏传感器19用于收集夹持系统与掌子面之间的压力大小，并传递信号给伸缩夹伸缩杆18的控制装置，所述的控制装置控制伸缩夹伸缩杆18进行相应的自动伸缩动作，以调整天线与掌子面之间的压力达到设定压力，使得天线与掌子面紧密贴合。弹簧伸缩夹通过第一连接盘16固定于伸缩夹液压杆11上，构成夹持系统1。

优选的，夹持系统采用合适材料制作，满足结实稳定的条件下不影响雷达的信号接收。

如图2所示，三角支撑系统2由三角伸缩杆6以及顶部旋转轮盘5构成，所述的三角伸缩杆6固定于底盘8上构成三角支撑架，支撑架顶部固定的旋转轮盘5可以与夹持底板液压杆14连接，对夹持系统1进行180度旋转操作。

优选的，三角支撑架可以自由伸缩以使顶部旋转轮盘达到所需位置高度，并可以在完全收缩时达到便携的效果。

轮式底盘系统3包括底盘8，陀螺仪和信号接收器7，折叠轮26，折叠杆20，激光测距装置21，折叠轮液压杆22，转向轮盘23，自适应驱动轮24，自适应倾角转轴25。所述的陀螺仪与信号接收器7固定于底盘8合适位置。所述的激光测距装置21加装于折叠杆20上，位置如图7所示。所述的自适应驱动轮24所用轴承为自适应倾角转轴25，并通过转向轮盘23与折叠轮液压杆22相连，折叠轮液压杆22安装于折叠杆20上，构成一个折叠轮26，最终将四个折叠轮26固定于底盘8上，形成轮式底盘系统3，如图9和图10所示。

陀螺仪检测底盘是否平稳并将信号传递给液压杆；所述的信号接收器与起讫钉和中转钉配合工作以控制辅助车的运行路线；所述的激光测距装置可以测量轮式底盘与掌子面之间的距离，并将信号传递给转向轮盘；

折叠杆与底盘通过旋转轴相连，可以实现折叠轮的打开与折叠，达到便携的目的；优选的，所述的液压杆接收陀螺仪信号进行相应伸缩以维持底盘平稳；

所述的转向轮盘23接收激光测距装置21的信号并进行相应角度的旋转与自适应驱动轮协同工作以控制轮式底盘与掌子面之间的距离；自适应驱动轮24可以进行偏离水平线的上下倾转以适应崎岖的路面，并且自带电机，可以在电路控制下进行运动。

重力平衡系统4由伸缩臂9和重力挂件10组成。重力挂件10通过伸缩臂9固定于底盘8上，如图2所示。优选的，伸缩臂由两根伸缩杆件组成，可以自由伸缩已达到所需臂长，并且在完全收缩时满足便携的要求；优选的，重力挂件在合适臂长处可以平衡掉雷达天线的重力，保持辅助车的中心始终落在轮式底盘上。

控制系统由起讫钉/中转钉28、信号发射器27、信号接收器7组成。如图11所示，所述的起讫钉/中转钉28上安装有信号发射器27，所述的信号接收器7与陀螺仪7一起安装于底盘8上相同位置，方便制造。

优选的，所述的起讫钉与中转钉质地坚硬，防水防尘，可以徒手插入地面；

优选的，所述的信号发射器与信号接收器具有足够的有效范围和精确度，同时不影响地质雷达的信号接收。

本发明的应用方法如下：

A、根据所需探测的掌子面范围布设起讫钉和中转钉28；

B、打开折叠轮26，将辅助车放置于起讫钉28附近；

C、打开三角支撑架，调整三角伸缩杆6到合适高度；

D、张开夹持底爪到合适角度，调整夹持底爪上的夹持底爪伸缩杆12到合适长度以方便夹持雷达天线；

E、用弹簧伸缩夹夹紧雷达天线；

F、调整重力平衡系统4的伸缩臂9，使得辅助车的重心落在底盘8上；

G、启动辅助车后，辅助车自动巡航到达起讫钉28，在激光测距装置21及其联动装置的作用下底盘8始终与掌子面保持设定距离，在压敏传感器19及其联动装置作用下天线始终紧密贴合掌子面，在陀螺仪7及其联动装置作用下辅助车始终保持匀速平稳运行，在辅助车自动巡航到达中转钉28后，三角支撑架顶部旋转轮盘5自动旋转180度，然后辅助车返航回到起讫钉28，完成扫描工作。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明为隧道开挖掌子面附近的地质雷达探测工作提供了一种便携式全自动化装置，通过起讫钉和中转钉控制天线的扫描路线，辅助车自动巡航，省却大量人力的消耗，提高工作效率，节约人力成本。

(2)本装置非常便携，操作简单。辅助车全自动化完成天线的扫描任务，方便普及和操作，折叠后可以像旅行箱一样推行，而且与施工装置可以很好地组合在一起，便于现场快速组装。

(3)本装置效果好。辅助车考虑了扫描过程中天线的匀速和平稳运行问题，可以更为规范化进行天线对掌子面的扫描工作。

(4)本装置成本低，安全性好。全自动化避免了施工人员长时间地待在掌子面附近，而且不用在崎岖的碎石上行走，提高了地质雷达探测工作的安全性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，包括夹持系统、三角支撑系统、轮式底盘系统、重力平衡系统和控制系统；

所述的夹持系统用于夹持雷达，其包括夹持底板、液压杆、连接杆、夹持底爪和弹簧伸缩夹；所述的夹持底爪设置有多个，多个夹持底爪设置在夹持底板的一侧，夹持底板的另一侧通过所述的液压杆与三角支撑系统相连；所述的弹簧伸缩夹通过第一连接盘设置在夹持底爪上；

所述的三角支撑系统，其固定在轮式底盘系统上，用于支撑夹持系统，且驱动夹持系统旋转；

所述的重力平衡系统设置在轮式底盘系统上，用于平衡整个系统的重力；

所述控制系统包括起讫钉、中转钉、信号发射器和信号接收器；所述起讫钉与中转钉上安装所述的信号发射器，信号接收器安装于轮式底盘系统上；所述的信号发射器和信号接收器进行信号的传输。

2.如权利要求1所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的多个夹持底爪沿着夹持底板的外圈均匀分布在夹持底板上，且通过旋转轴与夹持底板相连。

3.如权利要求1或2所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，每个所述的夹持底爪包括一个伸缩杆和一个伸缩夹液压杆，所述的伸缩杆的一端通过旋转轴与夹持底板相连，伸缩杆的另一端与伸缩夹液压杆相连；伸缩夹液压杆的伸缩方向与伸缩杆的伸缩方向垂直。

4.如权利要求1所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的弹簧伸缩夹包括第一连接盘、弹簧、伸缩杆和第二连接盘，所述的第一连接盘与第二连接盘之间通过伸缩杆相连，在所述的弹簧套装在伸缩杆上，所述的第一连接盘与夹持底爪相连，所述的第二连接盘上安装有压敏传感器，所述的压敏传感器用于收集夹持系统与掌子面之间的压力大小，并传递信号给伸缩杆的控制装置，所述的控制装置控制伸缩杆进行相应的自动伸缩动作。

5.如权利要求1所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的三角支撑系统由三角支撑架以及顶部旋转轮盘构成；所述的旋转轮盘固定于三角支撑架顶部，可进行180度旋转以翻转天线从而进行往复扫描工作。

6.如权利要求5所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的三角支撑架由三根伸缩杆件构成，固定于旋转轮盘底部，可自由伸缩以使顶部旋转轮盘达到所需位置高度，并可在完全收缩时达到便携的效果。

7.如权利要求1所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的轮式底盘系统包括底盘、陀螺仪、激光测距装置、折叠杆、折叠轮液压杆、转向轮盘和自适应驱动轮；

所述底盘的两侧各设有两个与其相连的折叠杆，所述的折叠杆与折叠轮液压杆相连，所述的液压杆通过转向轮盘与自适应驱动轮相连；在底盘上设有陀螺仪；所述的陀螺仪用于检测底盘是否平稳并将信号传递给折叠轮液压杆；所述的激光测距装置用于测量轮式底盘与掌子面之间的距离，并将信号传递给转向轮盘；所述的转向轮盘接收激光测距装置的信号并进行相应角度的旋转与自适应驱动轮协同工作以控制轮式底盘与掌子面之间的距离。

8.如权利要求7所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的自适应驱动轮可以进行偏离水平线的上下倾转以适应崎岖的路面，并且自带电机，可以在电路控制下进行运动。

9.如权利要求1所述的便携式全自动雷达辅助车，其特征在于，所述的重力平衡系统由伸缩臂和重力挂件组成；所述的重力挂件通过伸缩臂固定于轮式底盘上。

10.如权利要求1-9任一所述的便携式全自动雷达辅助车的使用方法，其特征在于，

A、根据所需探测的掌子面范围布设起讫钉和中转钉；

B、打开自适应驱动轮的折叠杆，将辅助车放置于起讫钉附近；

C、打开三角支撑架，调整到合适高度；

D、张开夹持底爪到合适角度，调整夹持底爪上的伸缩杆到合适长度以方便夹持雷达天线；

E、用弹簧伸缩夹夹紧雷达天线；

F、调整重力平衡系统的伸缩臂，使得辅助车的重心落在轮式底盘上；

G、启动辅助车后，辅助车自动巡航到达起讫钉，在激光测距装置及其联动装置的作用下轮式底盘始终与掌子面保持设定距离，在压敏传感器及其联动装置作用下天线始终紧密贴合掌子面，在陀螺仪及其联动装置作用下辅助车始终保持匀速平稳运行，在辅助车自动巡航到达中转钉后，三角支撑架顶部旋转轮盘自动旋转180度，然后辅助车返航回到起讫钉，完成扫描工作。

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