CN111268530A - 电梯井道测量、定位及电梯安装方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯井道测量和定位方法，及应用该方法的电梯安装方法和电梯安装设备。本发明的检测和定位方法是先对井道进行标记和扫描，在扫描获取的三维空间中设定电梯安装的虚拟空间，甚至电梯部件三维模型，并同时确定虚拟空间、电梯部件和原扫描数据的关系，在安装过程中，利用井道标记和少数井道特征，或者对比实际安装场景和虚拟安装空间中的图像，快速识别相对位置，指导机器安装电梯部件。

Description

电梯井道测量、定位及电梯安装方法和设备

技术领域

本发明涉及电梯领域，特别是一种电梯井道测量和定位方法，及应用该方法的电梯安装方法和电梯安装设备。

背景技术

安装电梯时，先进行井道勘查，在井道顶部按预定的间距和位置放设纵向样线至井道底部，作为电梯部件的水平定位基准，在井道上部和下部固定样线的端部，在安装过程中依据样线定位导轨和层站等电梯部件。样线一般采用琴钢丝制作，具有如下优点：

1)安装方便，定位准确。一般采用0.3～1mm钢丝，单位长度的自重很小，携带方便；用普通测量工具测量位置偏差，目测观察精度可达±0.5mm。

2)具有弹性和较高强度。在井道中部触碰样线时，样线不易损坏。

3)价格低，采购方便；

由于以上优点，样线目前在国内外电梯安装过程中得到了极为普遍的应用，但是传统的样线也有一些缺点：

1)容易振动。触碰或者在受风作用时容易振动，即使用手或其它工具控制，振动也不容易停止，给部件定位带来不便；

2)影响作业空间。布置在井道内，影响安装作业的动作空间；

3)井道形变影响定位精度。超高层建筑和筒形建筑物在太阳照射时会发生较大弯曲，在风力作用下会发生晃动，弯曲和晃动的幅度从几毫米到几百毫米不等，和建筑结构、温度、光照位置、风力等多种因素有关。这些变形和晃动对建筑部影响相对较小，但因样线固定点在井道顶部和底部，会相对中部井道位置偏移，需采取相应对策才能正常安装电梯。

随着技术的进步，激光样线也开始在一些工程现场得到应用，大致有两种应用方法，一种是把激光作为电梯部件的定位线或定位面；另一种是把激光作为安装平台的定位线或定位面，再通过安装平台定位电梯部件。

中国专利CN106064774A和CN106064775A公开了一种利用激光定位安装平台的方法，激光装置可以布置在井道最下部的底坑内，垂直向上发射激光，利用激光确认安装平台或者电梯部件的水平位置。中国专利CN106429679A公开了利用激光扫描平面确认安装平台水平位置的方法，在底坑发射激光扫描平面，在安装平台上根据激光扫描的位置推断平台相对井道水平位置。

这些方法优点显而易见，激光装置布置和设定都在底坑内进行，不需要在井道上部操作，因此尤其适用于无机房电梯。因为在电梯安装阶段，无机房电梯的电梯井里的顶部没有可以站立的地面，布置样线非常困难。

在目前的技术条件下，激光样线技术的实用性还有所欠缺，主要有以下问题：

1)激光的光斑随着测量距离变远逐渐发散。民用的定位激光设备大约能保证30m处光斑直径6mm，定位精度依赖于对光斑中心位置和边缘轮廓的识别，必要时需依赖专用的测量靶板，此时大约能保证±0.5mm。更远的距离将导致定位精度下降，光斑亮度下降。高端的设备一般在垂直井道内也只能定位到100m左右。

2)激光的光斑需要投射在反射或半发射的屏或接收器上，需要用仪器接收或肉眼观察，且大多数情况下肉眼实际观察屏幕时，光斑显得刺眼。

为了克服光斑随距离发散及光斑亮度下降的情况，中国专利CN101495396B公开了一种工艺方法，在电梯导轨向上竖立的过程中，把发射和接受装置分阶段向上移动。

中国专利CN106064776A公开了一种全站仪定位的方法，用全站仪定位安装在层门开口处的门反射器，通过全站仪生成竖直导轨线，通过安装平台的对准单元定位导轨，通过顶部反射器发现建筑物的弯曲以校正部件的安装位置。利用全站仪的优点是可以获取定位点的距离、角度等测量数据，但是缺点也很明显：捕捉被测点需要消耗一些时间，测量速度慢；测量几十米以外的相对距离较近的两个点之间的距离，可能有较大误差；设备一般固定在预定的位置，一旦移动，后续测量的基准点将发生变化。

中国专利CN105523460A公开了一种扫描井道生成安装图的方法。通过扫描获取点群，识别结构特征，通过计算结构特征的相对位置、距离等几何关系再生成电梯安装图。这种方法可提供现场安装图，方便现场安装人员了解井道结构，实施安装方案。这种方法需对井道形状进行点云扫描，效率低，因此无法直接用于井道的实时识别和定位，难以用于井道内部件自动化辅助检测和安装阶段。

随着科技的发展，电梯安装作业人员的部分工作将逐步由机器来实施，其实施的方式一般是利用一个可以沿井道上下移动的装置，按照安装基准把电梯部件安装到准确的位置，最容易实现也有较高经济价值的工作是膨胀螺栓、导轨和层门部件的安装。其中主要的困难在于井道的测量和电梯设备的定位。电梯井道设备的安装精度要求较高，一般部件需要达到±1mm左右的安装精度，导轨需要达到±0.5mm左右的安装精度。这样的精度对于激光传感器来说，测量不算困难，但是在作业过程中需要实时快速地测量井道、部件、工装、作业平台等的相对位置，采用红外线、激光或者超声波进行测量，存在如下问题：

1)定位效率低，瞬间只能测量一点或者较小的区域，需要通过旋转和移动传感器进行扫描，才能测量较大的范围；

2)由于瞬间的测量范围小，大幅降低了井道、部件和工装等识别的效率；

3)扫描周围环境成像的激光成像设备，一次扫描耗时从几分钟到几小时不等，成本昂贵，不适用于安装现场；

井道扫描的方法难以用于利用机器安装电梯部件过程中的实时识别和定位。

发明内容

本发明提出一种新的电梯井道测量和定位方法，可避免传统样线和激光样线在电梯安装中存在的上述问题，适用于井道内部件自动化辅助检测和安装，也可用于井道安装图的生成。

本发明的井道测量和定位方法，包括如下步骤：

在电梯井道内设置安装定位标记；

用测量设备识别扫描并记录所述安装定位标记的位置信息；

识别井道自有特征，并将测量到的数据信息分析后形成虚拟三维井道空间；确定安装定位标记和井道自有特征在虚拟三维井道空间中的位置；

优选地，还包括如下步骤：在虚拟三维井道空间中构造作业空间，将所述安装定位标记及井道自有特征作为电梯安装机构的定位基准，并确定电梯安装机构在作业空间中的作业位置及动作路径。

优选地，在所述识别井道自有特征的步骤前，还包括以下步骤：先利用纵向参考线协助测量设备收集井道特征信息，然后撤除纵向参考线。

优选地，通过测量设备设置安装定位标记。

优选地，所述测量设备包括：在井道内可上下移动的测量设备平台，所述测量设备平台上设置有至少两个测量传感器。

优选地，在所述测量设备上设定标定点，预设标定测量传感器相对标定点的位置，在井道测量时测量设备对所述标定点测量并对所述测量传感器标定。

优选地，安装定位标记包括初始安装定位标记和复核安装定位标记。

优选地，安装定位标记的信息包括颜色信息，形状信息，二维码信息，条形码信息，RFID标签信息中的至少一种。

优选地，所述安装定位标记的数量为至少2个。

优选地，通过至少一个测量设备在井道内的上下方向的移动来实现井道特征的测量。

优选地，通过多个测量设备在井道内分段检测，通过对各区段的检测数据实现井道特征的数据整合。

优选地，通过井道特征位置信息设置具有相对位置关系的虚拟基准线，通过电梯部件和虚拟基准线的理论相对位置定位电梯部件的安装位置。

优选地，所述井道自有特征为井道结构的开口、顶点或分界面中的至少一种。

本发明还公开了一种电梯安装设备，所述电梯的井道内设置有安装定位标记和井道自有特征，所述电梯安装设备上还设置有安装设备标记；所述电梯安装设备包括：作业平台，作业平台的上部具有机械手；定位设备，其设置有定位传感器；所述定位设备通过图像或视频识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，对比虚拟安装空间中的信息来计算所述作业平台和电梯部件的位置。

优选地，所述定位设备设置在所述机械手的上方。

优选地，所述作业平台到达预设位置时，固定在井道壁或者已安装的导轨上。

优选地，所述定位设备包括：带有固定机构的定位设备平台，定位设备平台上设置有至少一个定位传感器，定位设备平台随作业平台沿井道上下方向移动，在作业平台到达指定作业位置后，定位设备平台的固定机构依附在井道的固定构件上，至少部分脱离和作业平台的固定连接。

优选地，所述电梯安装设备还包括：连接机构，用于连接所述定位设备和作业平台；所述连接机构包括连接状态和独立状态，在所述连接状态时，所述定位设备和作业平台固定，所述作业平台利用驱动力在井道内移动，在到达作业位置后通过所述固定机构依附在井道内的固定构件上，同时所述连接机构进入独立状态。

优选地，所述电梯安装设备还包括：固定杆，设置在所述作业平台上，所述连接机构通过夹持机构夹持所述固定杆，当作业平台到达预定作业位置时，所述固定机构依附在井道壁上，连接机构的夹持机构松开固定杆进入独立状态。

优选地，所述定位设备利用定位传感器，通过图像、视频或信号识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，通过高精度检测元器件定位这些标记和特征的位置，确定电梯井道定位设备在虚拟三维井道空间内的相对位置。

优选地，所述定位设备通过图像、视频或信号识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，确定电梯井道定位设备在虚拟三维井道空间内的相对位置，判断电梯部件、工装的路径、位置和预定路径、位置的偏差。

优选地，所述定位设备通过对比被测部件、工装的图像和虚拟三维井道空间中的对应图像，判断部件、工装的路径、位置和预定路径、位置的偏差。

优选地，所述定位设备还用于收集井道环境信息，对器件零点、图像对比度等参数进行记录、调整和校准。

优选地，所述定位设备的定位设备平台上设有校准标记，定位传感器根据对校准标记的测量结果标定和校准检测数据。

本发明还公开了一种电梯安装方法，包括如下步骤：确认电梯安装作业空间位置并安装电梯，在电梯安装设备上设置安装设备标记，利用所述安装定位标记、安装设备标记及井道自有特征来识别相对位置，并控制安装机构安装电梯部件。

优选地，还包括以下步骤：利用所述安装定位标记和井道自有特征校核电梯部件的安装位置。

本发明的方法和设备的技术效果在于：

1)安装过程中无需样线

在安装前对井道空间进行了测量，并布置了安装定位标记，安装过程中依靠安装定位标记和井道自有特征进行定位，省去了样线。因而没有样线的易振动、影响安装空间等缺点；

2)井道受日照或风影响发生偏斜时不影响安装

安装过程的定位和检测依赖于作业空间附近的安装定位标记和井道自有特征，即使建筑物受热或风变形，在局部位置的影响可以忽略，方便现场作业。

3)高效地辅助安装

由于在安装前已测量和识别了井道结构和安装定位标记、井道自有特征的相关信息，并确定了电梯部件的安装空间，安装过程中仅依靠安装定位标记和井道自有特征就可快速定位安装设备和电梯部件，不用再次进行大范围的井道特征识别和扫描，从而可以高效地应用于自动化或半自动化辅助安装中

4)便于检测

安装过程或完成时的检测可利用安装定位标记和井道自有特征辅助定位，无需扫描井道，即可快速确认部件位置情况，方便安装质量控制。

在如上3)、4)中，也可以通过对比虚拟三维井道空间中的指定方位的图像和实际检测到的图像进行快速定位。

5)节约成本

在井道检测时一般只需要设置1～4根样线，即可以对井道特征和标记进行精确定位；传统的安装方法有多种工艺，一般至少需要4～10根样线，包括层门口2根，轿厢导轨 2～4根，对重导轨需要0～4根。

本发明的检测和定位装置可不受作业平台振动的影响，快速检测井道、部件、工装、作业平台和检查平台等的相对位置，可以有效地应用于电梯井道设备自动化或半自动化安装过程中。

附图说明

图1是电梯井道及纵向参考线的示意图。

图2是电梯井道及安装定位标记、井道自有特征的示意图。

图3是井道信息测量、记录中点、线、面、图各维度的数据测量、记录的示意图。

图4a为井道区域划分情况示意图。

图4b是电梯实际影像。

图4c是点云地图示意图。

图4d为图像地图示意图。

图5a为电梯井道测量设备三维示意图。

图5b为电梯井道测量设备平面示意图。

图6是电梯层门洞口中心线定位的井道三维示意图。

图7是电梯安装位置的定位方法示意图。

图8是电梯井道测量结果对于电梯井道土建整改的指导示意图。

图9a是放设样线和井道测量时最初情况。

图9b是依赖安装定位标记、井道自有特征进行定位的样线示意图。

图9c是建筑物受日照基准样线在井道中部相对建筑物发生偏斜的示意图。

图10是电梯安装设备主体三维示意图。

图11是电梯定位设备及定位方法三维示意图。

图12a为电梯安装部件和机械手的定位方法三维示意图。

图12b是电梯井道内图像传感器拍摄的实际影像示意图。

图12c是虚拟三维井道空间成像部生成的理想安装影像示意图。

图12d是实际影像与理想影像的偏差检测示意图。

图12e是使用精确测量定位设备进行精确定位的示意图。

图13a是实际电梯井道内定位设备成像及测量情况示意图。

图13b是虚拟三维井道空间成像部成像情况及调整后情况示意图。

图13c是实际电梯井道内定位设备成像情况示意图。

图13d是虚拟三维井道空间成像部成像情况及调整后成像情况示意图。

附图标记说明

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中电梯井道测量和定位方法如下：

第一、标记。在井道门口、底坑等井道内测量设备可以检测到的位置设置若干标记，设置为安装定位标记，下文称为A类标记。

优选地，可以先放置至少一根样线，即井道纵向参考线001，如图1所示。如果测量设备自身没有高精度的方向感知能力，则至少放置两根样线。样线两端一般被固定在井道顶部和底部，成为被测井道特征水平定位的基准。图1中111是电梯层门洞口，101是电梯井道。

优选地，样线布置在井道靠近层门口的位置。因为层门口的土建偏差对于电梯层站部件的安装影响较大，同时也决定了电梯轿厢和层门口土建的相对位置，一般优先考虑对层门口土建尺寸的准确测量。将样线布置在靠近层门口的位置，在后续测量过程中能够更精确地测量层门口土建特征。

其后，在层门口的井道内部或层门口开口处合适的位置设置普通A类标记012和A类标记二维码013，如图2所示，考虑以下因素：井道内上下移动的测量设备可以检测到设定的标记；作业人员在层门口能够较为方便地设定；从井道内检测时，门套、地坎和层门装置等部件安装后尽量不会遮挡这些标记。标记本身具有明确可识别的特征，如凸点或圆点图案等，可在标记附近或周围同时有一个信息标记，如二维码、RFID标签等。

优选地，也可通过测量设备设定井道内A类标记。在测量设备上放置标记设备，用于喷绘图案，图案位置可以不局限在层门口附近，喷绘后同时对井道进行视频检测，可利用喷绘的图案加速空间定位。

第二、测量。从井道底部或顶部开始，对井道壁、开孔、结构等进行扫描测量记录，A类标记被扫描记录；测量的信息还包括井道形状和铅锤参考线的关系；如需要，测量信息可包括和建筑定位轴线的关系。

测量设备400的一种形式见图5a-5b，具有能在井道内上下移动的测量平台401，平台上有视频传感器402和激光扫描传感器403等多种传感器。测量定位设备在井道内上下移动时，记录井道壁的位置和样线的位置。通过对井道的图像、视频扫描，识别井道自有特征，如井道内的梁、柱(例如，图2中的柱031)、洞口等信息，及标记的信息，下文称为W类特征。通过对井道的激光扫描，获取了井道壁和样线的准确的相对位置。在测量过程中同时获取被测量点的高度信息。

图5a-5b中001为纵向参考线，012是普通A类标记，013是A类标记二维码，101 是电梯井道，121为井道内梁。

优选地，每个井道门口至少有2个以上的A类标记，以便测量设备通过测量和对比A类标记和其它被测点的相对位置，判断这些被测点在安装模型中的位置。如果测量设备只具有距离测量功能而没有角度测量功能时，井道门口的A类标记至少需要3个以上，才能对井道中的被测点进行空间定位。此外，考虑到井道内的W类特征虽然可用作定位参照，但井道的结构特征往往存在不确定因素，例如测量时建筑结构表面粉尘状态在后期可能会增加或减少，结构边角因碰撞或其它原因发生缺失变化等；W类特征大多是分界线或外形等，一般更适于用视频传感器进行识别，但是视频信息用于定位时容易受到光线、阴影以及空气中粉尘的影响，因此在定位时W类特征可作为辅助参照。但是，通过多个W类特征来定位，或者结合A类标记定位，可以降低粉尘等不确定因素的影响，也能满足电梯部件安装的要求。

由于井道高度一般在几米至200米之间，极端情况下可达600米或更高，测量设备在井道内上下移动进行测量的过程中会晃动，本发明的测量设备同时采集井道测量数据和样线基准的位置信息，即获取了井道被测对象相对样线基准的位置信息，后期的安装将依赖于后文描述的定位方法，根据测量时样线和井道的相对位置为基准，不受建筑弯曲的影响；后期三维井道拼接的数据处理工作量也会大幅降低。另一种高效的测量方式是，测量时摄像头与激光网格发生器、距离传感器组合使用，记录井道壁的曲面信息和图像信息。摄像头与激光网格发生器的焦距可调，将激光网点、网格、蓝光等投射到井道壁上，同时进行记录，可记录多组精度不同的数据。激光网格图像测量优势在于同时记录曲面所有点、面信息，相对单点扫描测量方式更为高效。这种方法也可以和其它测量方式以结合或备用的方式共同实施。

测量设备将测量的信息通过控制单元404传送到存储设备，或将采集的信息通过有线、无线等传输方式，传递给远端服务器进行处理、存储。远端处理、计算、存储的服务也可以由云端提供。系统亦可以采用分布式的处理方式，由采集端预处理后传递给服务器、云端。

服务器可配备机器学习、深度学习、在线学习算法，对于测量、建模、定位等算法进行学习、训练、优化，并将学习结果实施于新的操作中。

图4a-4d是井道信息测量、记录中点、线、面、图各维度的数据测量拼接情况示意图。对于较高的井道，不同的高度位置的温度、湿度、亮度和空气质量有明显差异，测量设备，尤其是采用超声波、激光、图像等传感器的测量设备，其检测数据会因此出现偏差。测量设备如使用点、面型测距传感器403测量井道点云、面云信息时，可同时测量当下的位置、角度、温湿度等关联信息，根据这些信息进行纠偏或者零点补偿，基于特征和位置信息对于采集数据进行拼接和校核，建立电梯井道三维点云、面云模型，点云地图651等。优选地，在测量平台上设定一个标定点，事先标定各传感器相对标定点的位置，在井道测量时测量设备不定期地对标定点进行测量，对传感器进行标定。如图 4a-4d中012是普通A类标记，013是A类标记二维码，111是电梯层门洞口，121为井道内梁。

测量设备可使用图像传感器402记录井道图像信息，如图4a-4d所示，通过图像拼接井道平面展开图，形成图像地图652，后续用于设备、部件快速定位、特征信息、标记的快速检测、检索、定位。同时，402可对A类标记、W类标记进行图像定位后，引导激光扫描传感器403进行精确定位。图像传感器402可组合使用或与激光扫描传感器 403组合，通过激光网格、散点发生器将标准网格、散点打在井道平面上，并可改变发生器焦距，如图3所示，记录多组不同精度级别的网格、散点图像信息，进行人工智能快速图像测距，快速测量同一平面多点位置信息，或对点云、面云及其基准进行校核、纠偏。

在测量设备测量初期，对层门洞口所在平面及样线001进行精确扫描测量，建立层门洞口及其平面上的A类标记、W类特征与001之间的相对、绝对位置关系，精度最好不低于0.5mm。对其他3个面的井道可粗略进行扫描，以加快扫描速度，精度可考虑在 1-5mm范围。其他三个面的扫描主要注意一些突出的井道内特征，确保在虚拟三维井道空间内的理想安装模型与该三面不发生冲突。对于支架安装面的详细测量可安排在安装过程中，降低安装前井道测量的工作量，提高井道测量的效率。

第三，识别。利用扫描数据形成虚拟三维井道空间，该空间中包括A类标记的信息；根据点、线、面、图像等测量数据进行初步分析，必要时识别井道特征，即W类特征，如墙面，梁，孔，吊钩，分界线，凹陷和凸起，顶点，材质，等等，建立电梯井道三维模型。根据电梯规格生成包括电梯及其运行空间、安全空间在虚拟三维井道空间的安装模型。例如，根据图6所示，根据对层门洞口所在平面及样线001进行精确扫描结果，对于层门洞口位置在虚拟三维井道空间进行标定，并生成每个层门洞口中心线201。如图7所示，一组111虚线是各层门洞在井道平面中的投影位置，一组201虚线是各层门洞的中心线在井道平面中的投影位置，根据各层门洞口中心线201的分布情况给出最优的轿厢中心线206的对应位置，使得层门洞口整改工作量最小。同样，可以根据每层的地坎间隙尺寸分布情况给出轿厢导轨中心线202的对应位置，进一步定位出对重导轨中心线203的位置。

图7中012是普通A类标记，013是A类标记二维码，111是电梯层门洞口，121 为井道内梁，301是电梯轿厢，302是电梯轿厢导轨，303是电梯对重，304是电梯对重导轨，305是电梯层门装置，306是电梯轿门装置。

第四，构造虚拟安装空间。电梯的安装空间包括电梯部件占用的空间，电梯运行所需的空间和运行时周围的安全空间，以及后续维保修理所需的空间，大致是一个垂直方向伸展的长方体空间。根据建筑施工和电梯安装的要求，将电梯的安装空间布置于虚拟三维井道空间之内，安装空间和A类标记、W类特征的相对位置因此确定。在安装空间中，确定导轨、支架、层门装置、地坎等各类电梯部件的目标安装位置，也可以把电梯部件三维建模于该虚拟安装空间中。此过程中可同时检查虚拟三维井道空间是否完全容纳电梯的虚拟安装空间，以便根据检查情况推进后续的工作。

对比虚拟安装空间的安装模型与实际测量土建模型，可出具土建整改意见。例如，图8所示的设计层门位置205的设计允许范围为阴影区域，实际检测的层门洞口形状111 右下部分超出了允许范围，需进行整改；门洞井道内的柱与轿厢的安全距离不满足要求，需按土建整改基准线204削除柱的部分边角。图8中201位层门洞口中心线，031是井道内W类特征，例如开口、梁、柱等。井道内W类特征整改后，须重新对该部分进行测量，更新相关数据。

在安装过程中为加速对电梯部件的定位，还可依赖于安装设备和工装上的定位标记，这类标记被定义为B类标记，例如，可在平台的固定和旋转部件上设定标记，可在平台的机械手臂的关键位置设定标记。定位设备可检测B类标记的位置和轨迹，确认和校正安装设备或工装的位置和轨迹，从而避免或减少对这些部件进行大范围的检测和定位。

在电梯安装时，可移除井道纵向参考线001，根据作业区域的A类标记、B类标记、W类特征点以及井道三维模型、图像信息，识别作业位置区域。具体操作方法是，在所在作业区域里可利用视频或RFID信号等快速识别标A类标记的信息，如标记方位，以及二维码或RFID信号的标记信息等。这些信息可以包括楼层或高度信息，门洞编号，以及在测量过程和建立安装模型时对每个标记附加的信息。如另配了精确定位传感器，在获取A类标记和W类特征的信息后，可引导精确定位传感器精确测量A类标记和W类特征的位置，利用井道模型A类标记和W类特征准确定位B类标记的位置和轨迹，避免对井道再次扫描，从而充分利用前期扫描的虚拟井道模型数据。一种优选的方法，当识别到部分A类标记后，视频识别检索仅检索对比该A类标记附近指定区域，不进行全局检索和对比，从而可增大局部区域的检索强度，从而提高定位精度。

实施例二

在实施例一的基础上，本发明还公开了一种电梯安装方法。利用自动化或半自动化设备安装电梯部件时，进行如下操作：

第一，空间识别。测量设备通过检测和识别作业位置附近的A类标记和W类特征，确认作业空间位置，根据实施例一中第四部分的虚拟安装空间信息计算安装设备和电梯部件相对A类标记的位置。

第二，作业空间和路径分析。根据虚拟安装空间以及安装设备、电梯部件及其它相关因素，拟定电梯部件、工装和安装设备的动作路径和作业空间。

第三，实施作业。在作业空间中移动和定位电梯部件、工装和安装设备，实施加工和装配作业。

第四，实时监控。在局部作业过程中或完成时，识别A类标记、W类特征和电梯部件、工装、安装设备的相对位置，进行纠正。通过快速识别B类标记和A类标记的相对位置，即可监控安装动作和最终安装状态。另一种高效的监控方法，在虚拟三维井道空间内完成部件动作和位置的模拟，用实时图像和虚拟三维井道空间的图像进行对比，根据对比的偏差采取相应的动作和对策。

检查。在局部作业或全部电梯安装完成后，通过识别电梯部件和A类标记、W类特征的相对位置，确认电梯部件的安装位置是否准确。

在安装时，安装平台和测量平台检测其附近的局部井道信息，对比安装模型中的信息，将电梯部件安装在指定位置，可有效防止建筑物受阳光照射等因素发生形变时整体安装基准变化，图9a-9c是样线固定在井道上下部的示意图，图9a显示了放设样线和井道测量时的情况；图9c显示了建筑物受日照时，基准样线在井道中部相对建筑物发生偏斜，在井道中部的大部分区域失去定位参考价值；图9b显示了依赖于作业区域附近的A类标记和W类特征进行定位时，局部定位将不受建筑物的变形影响。

实施例三

本发明对还公开了一种电梯的安装设备，以下进行详细说明。

如图10所示，安装设备500的主体包括定位设备550与作业平台510，两者通过连接机构553连接。连接机构553至少有连接和独立两种工作状态，在连接状态下，定位设备550和作业平台510固定，从而可以利用作业平台510的驱动力在井道内移动，在到达作业位置后通过固定机构554依附在井道壁、钢结构或隔梁等固定构件上，同时连接机构553进入独立状态，此时定位设备550与作业平台510相互脱离或保持软连接状态，从而可以避免测量定位过程受到作业平台510的振动冲击的影响。

如图10所示，电梯安装设备500还包括：导向机构511，零部件盒513，提升机514，提升机钢丝绳515，机械手516，固定杆517，载物提升平台590，载物提升机591，载物提升框架592，载物提升钢丝绳593。

优选地，定位设备550在作业平台510的上方，容易观察作业平台的状态，且能减少作业时粉尘等对检测传感器的影响。在图10中展示了一种简单的连接装置的示意图，连接机构553通过夹持机构夹持作业平台510的一根固定杆517，当作业平台到达预定作业位置时，固定机构554依附或支撑在井道壁上，连接机构553的夹持机构松开固定杆517，定位设备进入独立状态，和作业平台相对脱离。

作业平台510可以通过可动机构固定在作业位置附近的井道壁或者已经安装完成的导轨上，进行打孔、焊接、搬运部件、装配等操作，这些操作会导致作业平台的振动。由于定位设备550此时处于独立状态，从而可以极大地减小作业平台510的振动对定位设备550的影响，减小测量误差，从而更准确地判定作业平台、工装和部件的位置和姿态，为作业动作控制提供准确而有效的位置信息。

优选地，在定位设备550上至少有一只快速识别传感器551，如图像或视频传感器，一只精确定位传感器552，如超声波传感器、红外线或激光传感器等。图像或视频传感器的成像速度快，测量范围大，可以在图像中快速识别A类标记的位置，以及井道内较为明显的特征，如门洞，墙体结构的分界线和交界面，以及其他容易识别的特征。可以在A类标记附近设置二维码或者其它图案，或者RFID信号，通过这些信息获取该标记的更多信息，例如楼层或高度，标记编号，等等。这些信息也可以存放在可按标记信息查询的数据库中。

定位设备550通过其携带的传感器，对井道内的A类标记进行识别和定位后，可进行自身基准定位，并能对作业平台510、及其设备部件、操作零件、部件进行定位和测量。

优选地，一种定位方法是通过图像比对快速定位，首先需要在井道内对摄像头所在位置进行定位，通过定位结果，在虚拟三维井道空间内相同位置建立虚拟摄像头，将摄像头的焦距和姿态赋予实际摄像头相同的参数，使得目标成像位置、角度一致。另一种方式是扫描井道内的A类标记和W类特征的位置、距离和角度，从而判定定位平台及传感器的相对位置，也可以采用实际摄像头成像结果，根据影像检索系统迅速检索判定虚拟三维井道空间内摄像头成像位置，并快速调整到最佳位置，此方法更适合微调。在实际作业过程中，为确保定位基准准确，可在安装过程中不定期扫描井道内的A类标记和 W类特征的位置、距离和角度，修正定位平台位置，或发现平台位置的异常移位。

机械手根据部件摆放姿态判定夹持位置，并将实际夹持姿态、位置、效果精确定位后，在虚拟三维井道空间内的机械手模型和部件模型进行同等姿态、位置模拟。

利用定位传感器，对夹持的部件进行检测，例如检查导轨长度、线性度等，并根据部件要求判定该部件是否符合要求，如有异常则进行提示。若部件符合要求，根据扫描的实际部件偏差，将虚拟三维井道空间内的部件模型做近似调整。

根据虚拟三维井道空间的理想安装位置根据机械手周边的环境，规划理部件移动路径，并根据空间余量快速或慢速移动部件，空间余量小的情况，放慢部件移动速度并增加测量检测频率，实时控制移动路径防止部件碰撞、干涉。

如图11所示，部件移动接近理想安装位置时，根据虚拟三维井道空间内理想安装位置和机械手臂、部件模型的成像结果，进行比对，检查偏差，快速将部件移动到最佳位置。并且结合定位设备，测量B类标记(图中021A，021B，021C是机械手的B类标记) 相对A类标记的绝对位置，精确定位部件位置。图12a-12e是电梯安装部件302和机械手的定位方法示意图。图12a为电梯安装部件和机械手的定位方法三维示意图。图12b 为导轨即将移动到指定位置时的实际检测图像，图12c为在虚拟三维井道空间中校准定位设备的摄像头位置后的理想的虚拟安装图像，图12d为评估实际检测图像和虚拟空间图像的差异情况，图12e中显示了根据A类标记和W类特征评估导轨实际位置和理想安装位置的不同距离。为方便说明，图12e显示了几个距离，实际应用中需定位部件在空间的位置，需要更多的距离、角度参数。可根据检测装置的功能，同时测得多个A类标记、多个W类特征和部件之间的距离、角度，从而可推算出更为准确的位置。定位设备上有多个视频传感器，可从不同的角度观察部件，使部件在不同的视角都处于最佳的安装位置，将可精确控制部件位置。

图11中302是电梯轿厢导轨，511是导向机构，514是提升机，515是提升机钢丝绳，611是虚拟三维井道空间中的轿厢导轨安装位置。

上文所述虚拟三维井道空间内理想安装位置的成像结果由虚拟三维井道空间内的成像部612根据指定的空间坐标、焦距、姿态角度决定生成。而该空间坐标、焦距、姿态角度的相关信息由定位设备550的自身定位结果传递给虚拟三维井道空间的成像部 612。

如图13a-13d所示，定位设备550可根据摄像头实际成像与虚拟三维井道空间中的成像部612的虚拟影像1，在图4d的图像地图中检索实际成像与虚拟影像1的位置，并计算位置偏差和移动方案。亦可结合传感器552对于A类、W类标记的测量值L1、L2 等计算出实际摄像头的实际坐标位置，并根据传递给虚拟三维井道空间内的成像部612，将其的空间坐标设定为相同位置，并结合其移动后的生成的虚拟影像2与实际成像进行比对，判定定位情况。

由于部件及定位均存在误差，实际部件安装结果有可能偏离理想安装位置的尺寸要求。例如导轨全长可能有1～3毫米的弯曲和毫米级的扭转变形，导轨长度一般也有±1毫米的偏差，在固定导轨之间的相互连接结构以及导轨、支架的连接结构时，可能导致导轨中上部明显偏离理想位置。机械手仅能控制导轨和支架的相对位置，在此情况下，根据图像识别及定位数据进行计算，根据预先设定的模型、算法或即时学习的优化算法，计算出符合要求的最优方案，进行安装和确认。其中，算法中需要考虑一些工程实际的操作性，例如，导轨长度的误差对电梯质量没有影响，但是会影响下一根导轨的安装基准位置，因此应根据导轨实际长度修正虚拟模型；导轨的弯曲和扭曲对电梯质量有较大影响，但可以通过上部支架进行调整，只要调整的量在可实施的范围内，协调上下部支架的调节量和安装位置，最终可保证导轨全长的安装都在预定精度范围内。

在安装的每一个动作实施完成后，再次进行定位检测，通过误差分析可以推断安装设备、安装动作策略或者电梯部件是否存在问题，必要时采取相应对策或者要求人工干预，定位检测的数据可对后续安装策略提供相应的参考数据。

优选地，作业平台510具有框架结构，上部框架和平台通过结构件连接，机构件分布在靠近层站和井道后侧，机械手安装在上部框架上，可以方便地在对左右两侧的支架、轿厢导轨、靠近井道后壁左右两侧的对重支架和对重导轨等部件进行施工。

优选地，作业平台510的平台本体或者框架结构在固定在导轨或井道壁上后，与机械手相连的框架结构可以绕垂直方向在水平面旋转，把方便施工作业的空间从侧面转移到层站或者井道后壁处，从而对层站部件、对重附近的部件进行施工。

优选地，作业平台510的平台上放置部件、工具和仪器，机械手在其上方可方便地取用，且作业平台510上方的定位设备可以较容易的观察到作业平台及其可动构件的状态。

优选地，通过井道测量系统测量的信息组成井道的信息检索数据库，其中包括点云、 A类特征点，W类特征，以及其它平面、图像、特征图像等信息，在安装前可根据安装要求对数据库进行设定和优化，以便井道定位系统检测到的信息可以快速检索出目前的位置，并通过图像识别技术，迅速判断定位设备、作业平台、安装工装和部件的位置和姿态。

通过点云、网格可准确对电梯井道进行建模，但是其在定位检索上的效率明显不足；通过图像识别、姿态识别等高效方式定位，并通过点面测距传感器辅助检测、精确校准，可大大提高定位效率和准确性。

熟悉电梯安装的工程人员可在本发明的基础上进行推广引用：

例如，在建筑信息模型(Building Information Modeling)逐渐推广的过程中，建筑模型越来越精细和准确，通过获取竣工验收阶段的建筑信息模型，就能在电梯安装前基本了解一些对电梯自动化安装极为重要的信息，特别是井道的基本形状和构件材料，混凝土中钢筋分布等，此时将对电梯井道的三维检测和施工提供更高的便利性。

又如，在电梯安装完成时，将本发明的检测装置或者定位装置固定在轿厢上部或下部，将能对井道部件的安装状态进行检测，进行三维建模，后期在正常使用过程中，可再次进行检测和建模，进行对比就可发现井道部件的位置异常状态，如导轨位置偏移或沉降，为相关维保工作提供指导。

又如，更换部件时可对比更换工作完成的图像和电梯首次安装完成时的图像，即可确认新部件的安装位置是否准确。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不限于上文讨论的实施方式。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的技术范畴内。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (26)

1.一种电梯井道测量和定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

在电梯井道内设置安装定位标记；

用测量设备识别扫描并记录所述安装定位标记的位置信息；

识别井道自有特征，并将测量到的数据信息分析后形成虚拟三维井道空间；确定安装定位标记和井道自有特征在虚拟三维井道空间中的位置。

2.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，还包括如下步骤：在虚拟三维井道空间中构造作业空间，将所述安装定位标记及井道自有特征作为电梯安装机构的定位基准，并确定电梯安装机构在作业空间中的作业位置及动作路径。

3.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，在所述识别井道自有特征的步骤前，还包括以下步骤：

先利用纵向参考线协助测量设备收集井道特征信息，然后撤除纵向参考线。

4.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，通过测量设备设置安装定位标记。

5.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，所述测量设备包括：

在井道内可上下移动的测量设备平台，所述测量设备平台上设置有至少两个测量传感器。

6.如权利要求5所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，在所述测量设备上设定标定点，预设标定测量传感器相对标定点的位置，在井道测量时测量设备对所述标定点测量并对所述测量传感器标定。

7.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，安装定位标记包括初始安装定位标记和复核安装定位标记。

8.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，安装定位标记的信息包括颜色信息，形状信息，二维码信息，条形码信息，RFID标签信息中的至少一种。

9.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，所述安装定位标记的数量为至少2个。

10.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，通过至少一个测量设备在井道内的上下方向的移动来实现井道特征的测量。

11.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，通过多个测量设备在井道内分段检测，通过对各区段的检测数据实现井道特征的数据整合。

12.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，通过井道特征位置信息设置具有相对位置关系的虚拟基准线，通过电梯部件和虚拟基准线的理论相对位置定位电梯部件的安装位置。

13.如权利要求1所述的电梯井道测量和定位方法，其特征在于，所述井道自有特征为井道结构的开口、顶点或分界面中的至少一种。

14.一种电梯安装设备，其特征在于，所述电梯的井道内设置有安装定位标记和井道自有特征，所述电梯安装设备上还设置有安装设备标记；所述电梯安装设备包括：

作业平台，作业平台的上部具有机械手；

定位设备，其设置有定位传感器；所述定位设备通过图像或视频识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，对比虚拟三维井道空间中的信息来计算所述作业平台和电梯部件的位置。

15.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备设置在所述机械手的上方。

16.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述作业平台到达预设位置时，固定在井道壁或者已安装的导轨上。

17.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备包括：

带有固定机构的定位设备平台，定位设备平台上设置有至少一个定位传感器，定位设备平台随作业平台沿井道上下方向移动，在作业平台到达指定作业位置后，定位设备平台的固定机构依附在井道的固定构件上，至少部分脱离和作业平台的固定连接。

18.如权利要求17所述的电梯安装设备，其特征在于，还包括：

连接机构，用于连接所述定位设备和作业平台；所述连接机构包括连接状态和独立状态，在所述连接状态时，所述定位设备和作业平台固定，所述作业平台利用驱动力在井道内移动，在到达作业位置后通过所述固定机构依附在井道内的固定构件上，同时所述连接机构进入独立状态。

19.如权利要求18所述的电梯安装设备，其特征在于，还包括：

固定杆，设置在所述作业平台上，所述连接机构通过夹持机构夹持所述固定杆，当作业平台到达预定作业位置时，所述固定机构依附在井道壁上，连接机构的夹持机构松开固定杆进入独立状态。

20.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备利用定位传感器，通过图像、视频或信号识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，通过高精度检测元器件定位这些标记和特征的位置，确定电梯井道定位设备在虚拟三维井道空间内的相对位置。

21.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备通过图像、视频或信号识别所述安装定位标记、井道自有特征和安装设备标记，确定电梯井道定位设备在虚拟三维井道空间内的相对位置，判断电梯部件、工装的路径、位置和预定路径、位置的偏差。

22.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备通过对比被测部件、工装的图像和虚拟三维井道空间中的对应图像，判断部件、工装的路径、位置和预定路径、位置的偏差。

23.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备还用于收集井道环境信息，对器件零点、图像对比度等参数进行记录、调整和校准。

24.如权利要求14所述的电梯安装设备，其特征在于，所述定位设备的定位设备平台上设有校准标记，定位传感器根据对校准标记的测量结果标定和校准检测数据。

25.使用如权利要求14至24中之一所述的电梯安装设备的电梯安装方法，其特征在于，包括如下步骤：确认电梯安装作业空间位置并安装电梯，在电梯安装设备上设置安装设备标记，利用所述安装定位标记、安装设备标记及井道自有特征来识别相对位置，并控制安装机构安装电梯部件。

26.如权利要求14所述的电梯安装方法，其特征在于，还包括以下步骤：

利用所述安装定位标记和井道自有特征校核电梯部件的安装位置。

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