CN112361178A - 一种非规则河道的模型测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于实体模型试验技术领域，公开了一种非规则河道的模型测量系统，包括测量平台以及随不规则变化的河道走势在河道两岸并行铺设的第一轨道、第二轨道；测量平台包括测桥、第一行走机构、第二行走机构、控制单元；测桥架设于第一轨道和第二轨道上，测桥的一端设置有第一行走机构，测桥的另一端设置有第二行走机构，控制单元设置在测桥上；第一行走机构与测桥铰接，第二行走机构与测桥通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。本发明解决了现有技术中的测量平台无法适用于中大型实体模型的问题。
Description
技术领域
本发明涉及实体模型试验技术领域，尤其涉及一种非规则河道的模型测量系统。
背景技术
在水工、河工和港工等流体模型试验中，需要对测量范围内多个测量断面进行地形、流速、泥沙浓度等多种参量的测量。目前限于模型试验测量装置的技术水平，上述测量过程主要还是使用手动定位方法，对各测量点进行逐点测量。具体的实施方法为：依据测绘资料，测量人员测量并定位目标断面，在断面位置的左右岸布置简易支撑台，在其上搭起测量桥架，调整两岸支撑台位置和高度，保证桥架沿断面方向水平摆放。在桥架上安装测量仪器，进行该断面的参量测量。当该断面测量任务完成后，在下一测量断面的左右岸重新布置，将测量桥架搬移到下一断面，在新的断面开展参量测量。该方式需要耗费大量人力，测量效率低。有部分单位在水槽实验或小范围河工模型上搭建平直轨道，使用具有行走功能的测桥在轨道上行走，测桥上搭载测量装置进行各个断面的参量测量。该方式减少了搬移测桥及设备的工作量，配合测桥的自动行走功能，使多断面的连续自动测量成为可能，大大提高了测量效率。但对于蜿蜒、曲折的非规则河道而言，铺设平直轨道的难度和成本非常高，故该现有测量平台和平直轨道只能用于小型河工模型和水槽试验，无法适用于中大型实体模型。
发明内容
本发明通过提供一种非规则河道的模型测量系统，解决了现有技术中的测量平台无法适用于中大型实体模型的问题。
本发明提供一种非规则河道的模型测量系统，包括：测量平台以及随不规则变化的河道走势在河道两岸并行铺设的第一轨道、第二轨道；
所述测量平台包括测桥、第一行走机构、第二行走机构、控制单元；
所述测桥架设于所述第一轨道和所述第二轨道上，所述测桥的一端设置有所述第一行走机构，所述测桥的另一端设置有所述第二行走机构，所述控制单元设置在所述测桥上；
所述第一行走机构与所述测桥铰接，所述第二行走机构与所述测桥通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。
优选的，所述第一行走机构、所述第二行走机构的结构相同，均包括：行走支架、主动轮、万向轮、中心铰、驱动电机；
所述第一行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述测桥相连，使得所述第一轨道、模型河道的其中一侧基准均与所述测量平台的第一侧基准点保持相对固定；所述第一行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第一轨道前后行走；所述第一行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第一行走机构的所述主动轮；
所述第二行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述滑动机构连接，使得所述第二行走机构能够沿所述测桥的桥身方向自由滑动；所述第二行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第二轨道前后行走；所述第二行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第二行走机构的所述主动轮。
优选的，所述第一行走机构还包括第一滑板，所述第二行走机构还包括第二滑板；
所述第一行走机构的所述行走支架通过中心铰与所述第一滑板连接，所述第一滑板与所述测桥的侧边相连；
所述第二行走机构的所述行走支架通过中心铰与所述第二滑板连接，所述第二滑板与所述滑动机构相连。
优选的，所述第一行走机构、所述第二行走机构均还包括辅助转向轮；
所述辅助转向轮用于在所述第一滑板与所述行走支架发生相对旋转时，或在所述第二滑板与所述行走支架发生相对旋转时，起支撑和辅助转向的作用。
优选的，所述万向轮与所述行走支架通过压力轴承连接。
优选的，所述主动轮的外层包覆有耐磨聚氨酯。
优选的，所述滑动机构包括：导轨、滑块；所述导轨沿所述测桥的桥身方向设置，并安装在所述测桥的桥身下方；所述滑块安装在所述第二滑板上。
优选的，所述测桥的前后两侧均安装有滑动平台和测量轨道；所述滑动平台用于搭载参量测量仪器，并在所述测量轨道上沿断面方向滑行移动。
优选的，所述滑动平台上安装有垂线自动定位装置阵列，每个所述垂线自动定位装置上安装有传感器。
优选的，所述控制单元与所述第一行走机构、所述第二行走机构通过有线或无线通信方式进行通信，控制所述第一行走机构、所述第二行走机构分别在所述第一轨道、所述第二轨道上行进。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在发明中，提供的非规则河道的模型测量系统包括测量平台以及随不规则变化的河道走势在河道两岸并行铺设的第一轨道、第二轨道；测量平台包括测桥、第一行走机构、第二行走机构、控制单元；测桥架设于第一轨道和第二轨道上，测桥的两端分别设置有第一行走机构、第二行走机构，控制单元设置在测桥上；第一行走机构与测桥铰接，第二行走机构与测桥通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。本发明中的第一行走机构、第二行走机构能够分别在第一轨道、第二轨道上顺畅转向并通过大曲率拐弯河段，能在河道岸铺设的并行轨道的宽窄发生显著变化的河段自适应伸缩和转向行进，能搭载测量仪器在大型实体模型的整个流域范围内自如行走和到达任意测量点开展参量测量工作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种非规则河道的模型测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种非规则河道的模型测量系统搭载测量仪器后的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种非规则河道的模型测量系统中第一行走机构与测桥的连接结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种非规则河道的模型测量系统中第二行走机构与测桥在断面方向的连接结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种非规则河道的模型测量系统中第二行走机构与测桥在河道方向的连接结构示意图。
其中，1—测桥、2—第一轨道、3—第二轨道、4—第一行走机构、5—第二行走机构、6-控制单元、7—主动轮、8—万向轮、9—中心铰、10-行走支架、11-驱动电机、12—导轨、13—滑块、14—辅助转向轮、15—第一滑板、16-第二滑板、17—压力轴承、18—滑动平台、19—垂线自动定位装置、20—传感器。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
在许多实体模型试验，尤其是大型实体模型试验中，测量区域的河道呈蜿蜒曲折的非规则形态，因此沿河道走势铺设的测量轨道也随河道变宽、变窄、弯曲转向。要在这样的模型中开展全区域的自动快速测量，测量平台也必须能够自动随轨道转向、自动根据轨道的宽窄调整测量平台两侧行走机构的间距。现有的实体模型三维测量平台未有能解决上述问题的。本发明提出能够实现自动伸缩转向和宽窄自适应的行走平台。
本实施例提供了一种非规则河道的模型测量系统，包括：测量平台以及随不规则变化的河道走势在河道两岸并行铺设的第一轨道、第二轨道；所述测量平台包括测桥、第一行走机构、第二行走机构、控制单元；所述测桥架设于所述第一轨道和所述第二轨道上，所述测桥的一端设置有所述第一行走机构，所述测桥的另一端设置有所述第二行走机构，所述控制单元设置在所述测桥上；所述第一行走机构与所述测桥铰接，所述第二行走机构与所述测桥通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。
其中，所述第一行走机构、所述第二行走机构的结构相同，均包括：行走支架、主动轮、万向轮、中心铰、驱动电机。所述第一行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述测桥相连，使得所述第一轨道、模型河道的其中一侧基准均与所述测量平台的第一侧基准点保持相对固定；所述第一行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第一轨道前后行走；所述第一行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第一行走机构的所述主动轮。所述第二行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述滑动机构连接，使得所述第二行走机构能够沿所述测桥的桥身方向自由滑动；所述第二行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第二轨道前后行走；所述第二行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第二行走机构的所述主动轮。
下面对本发明做进一步的说明。
由于实体模型河道通常呈蜿蜒曲折的非规则形态，因此对于范围较大的模型，供测量仪器在全流域范围内自如移动的测量轨道就必须随河道走势在两岸并行铺设，以节省材料和减小占地面积。
参见图1、图3、图4、图5，本发明中的所述测桥1架设于河岸两侧的并行轨道上；两条蜿蜒曲折、宽窄多变的并行轨道(即第一轨道2、第二轨道3)随不轨则变化的河道铺设；所述测桥1的两端分别设置有行走机构(分别记为第一行走机构4、第二行走机构5)，所述第一行走机构4与所述测桥1铰接，所述第二行走机构5与所述测桥1通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。
所述行走机构均包括：行走支架10、主动轮7、万向轮8、中心铰9、驱动电机11，用于使行走机构能自动随轨道自如转弯和伸缩。
所述第一行走机构4的所述行走支架10通过所述中心铰9与所述测桥1相连，使得所述第一轨道2、模型河道的其中一侧基准均与所述测量平台的第一侧基准点保持相对固定。所述第二行走机构5的所述行走支架10通过所述中心铰9与所述滑动机构连接，使得所述第二行走机5构能够沿所述测桥的桥身方向自由滑动。即在轨道宽窄发生变化时，所述测桥1通过所述滑动机构，在垂直轨道方向相对行走机构滑出或滑入，实现行走机构的自动伸缩功能。
具体的，所述主动轮7、所述万向轮8均安装于所述行走支架10的下方，用于一前一后地置于轨道上，行走机构在所述主动轮7的驱动和所述万向轮8的导向作用下，沿不规则的轨道转向前进。所述驱动电11机用于驱动所述主动轮7。
在所述万向轮8的引导下，两侧的行走机构都可沿弯曲轨道进行自如地转向行走；行走机构与所述测桥1的连接采用能自动转向的铰结构，在行走过程中，受轨道侧向力的作用，行走机构能够自动围绕所述中心铰9旋转，而所述测桥1(即桥身)与轨道相对位置基本不变，即行走机构转向，所述中心铰9跟着转向，但滑板连同所述测桥1不跟随转向，从而保证所述测桥1与行走机构的连接不会限制行走机构的旋转。由所述万向轮8和铰结构机制的共同作用，使得行走机构能沿轨道自如转弯，同时带动所述测桥1一起沿轨道前后行走。
一种实现方式中，所述万向轮8与所述行走支架10通过压力轴承17连接，能够保持行走机构的转向灵活。
优选的方案中，由于轨道比较光滑，为避免轨道转弯处阻力较大，行走机构发生打滑，行走机构的所述主动轮7外层包耐磨聚氨酯，提高摩擦系数，同时减少与轨道之间的磨损。
此外，所述第一行走机构4还可以包括第一滑板15，所述第二行走机构5还可以包括第二滑板16。所述第一行走机构4的所述行走支架10通过所述中心铰9与所述第一滑板15连接，所述第一滑板15与所述测桥1的侧边相连。所述第二行走机构5的所述行走支架10通过所述中心铰9与所述第二滑板16连接，所述第二滑板16与所述滑动机构相连。
行走机构在所述万向轮8的导向作用下沿轨道转向时，滑板(所述第一滑板15或所述第二滑板16)与行走机构相对旋转，保证所述测桥1不阻碍整个行走机构的转向行走；所述行走机构的上方安装有辅助转向轮14，用于支撑所述滑板的四角，在所述滑板与所述行走机构发生相对旋转时起支撑和辅助转向作用。
所述第一行走机构(下面以测量系统左侧的行走机构作为第一行走机构，测量系统右侧的行走机构作为第二行走机构为例进行说明)与所述测桥1通过所述中心铰9连接，以保证左侧轨道和模型河道左岸基准都与测量平台左侧基准点保持相对固定。所述测量平台右侧行走机构与所述测桥1则通过沿桥身方向的滑动机构相连，两者之间采用所述中心铰9连接，使所述测桥1整体能沿桥身长度方向自由伸缩和自由转向。其中，所述滑动机构包括：导轨12和滑块13，所述导轨12沿所述测桥1的桥身方向设置，安装在所述测桥1的桥身下方；所述滑块13安装在所述第二滑板16上，因此测桥1可以在垂直轨道方向伸出或缩进行走机构。右侧的行走机构与所述滑块13之间仍采用中心铰连接。因此，右侧行走机构既能自动转向，整体又能沿桥身长度方向自由伸缩，从而使右侧行走机构自动根据轨道之间的宽度调整机构的位置。
所述测量平台还设有控制单元6，所述控制单元6与左右侧的行走机构通过有线或无线通信方式进行通信，从而控制左右两侧的行走机构同步协调在非规则的轨道上行进。
此外，所述测桥1的前后两侧均安装有测量轨道和滑动平台18，所述滑动平台18可分别搭载不同的参量测量仪器，并在所述测量轨道上沿断面方向滑行移动，以沿桥身或断面方向开展多点测量。如图2所示，例如所述滑动平台18上安装有垂线自动定位装置阵列，每个垂线自动定位装置19上安装有传感器20。
综上，本发明提供的测量系统具有转向和伸缩功能，能够根据轨道情况自动调整，保证了测量平台能在非规则轨道上的自如行走，满足模型河道弯曲变化和宽窄变化的要求。结合计算机通信技术、自动行走控制算法、断面自动定位识别算法，该平台能够搭载多种、多台参量测量仪器，自动对整个流域范围多个断面、以及断面多点进行移动定位，并控制测量仪器进行批量测量。所有测量过程不需要人工干预，能够大大减少人力，提高效率，使大空间范围内的多参量测量更即时、更具备整体性，从而提高模型试验的技术水平。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种非规则河道的模型测量系统，其特征在于，包括：测量平台以及随不规则变化的河道走势在河道两岸并行铺设的第一轨道、第二轨道；
所述测量平台包括测桥、第一行走机构、第二行走机构、控制单元；
所述测桥架设于所述第一轨道和所述第二轨道上，所述测桥的一端设置有所述第一行走机构，所述测桥的另一端设置有所述第二行走机构，所述控制单元设置在所述测桥上；
所述第一行走机构与所述测桥铰接，所述第二行走机构与所述测桥通过沿测桥的桥身方向设置的滑动机构连接。
2.根据权利要求1所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述第一行走机构、所述第二行走机构的结构相同，均包括：行走支架、主动轮、万向轮、中心铰、驱动电机；
所述第一行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述测桥相连，使得所述第一轨道、模型河道的其中一侧基准均与所述测量平台的第一侧基准点保持相对固定；所述第一行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第一轨道前后行走；所述第一行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第一行走机构的所述主动轮；
所述第二行走机构的所述行走支架通过所述中心铰与所述滑动机构连接，使得所述第二行走机构能够沿所述测桥的桥身方向自由滑动；所述第二行走机构的所述主动轮、所述万向轮分别安装在所述行走支架的下方，用于在所述控制单元的控制下沿所述第二轨道前后行走；所述第二行走机构的所述驱动电机用于驱动所述第二行走机构的所述主动轮。
3.根据权利要求2所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述第一行走机构还包括第一滑板，所述第二行走机构还包括第二滑板；
所述第一行走机构的所述行走支架通过中心铰与所述第一滑板连接，所述第一滑板与所述测桥的侧边相连；
所述第二行走机构的所述行走支架通过中心铰与所述第二滑板连接，所述第二滑板与所述滑动机构相连。
4.根据权利要求3所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述第一行走机构、所述第二行走机构均还包括辅助转向轮；
所述辅助转向轮用于在所述第一滑板与所述行走支架发生相对旋转时，或在所述第二滑板与所述行走支架发生相对旋转时，起支撑和辅助转向的作用。
5.根据权利要求2所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述万向轮与所述行走支架通过压力轴承连接。
6.根据权利要求2所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述主动轮的外层包覆有耐磨聚氨酯。
7.根据权利要求3所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述滑动机构包括：导轨、滑块；所述导轨沿所述测桥的桥身方向设置，并安装在所述测桥的桥身下方；所述滑块安装在所述第二滑板上。
8.根据权利要求1所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述测桥的前后两侧均安装有滑动平台和测量轨道；所述滑动平台用于搭载参量测量仪器，并在所述测量轨道上沿断面方向滑行移动。
9.根据权利要求8所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述滑动平台上安装有垂线自动定位装置阵列，每个所述垂线自动定位装置上安装有传感器。
10.根据权利要求1所述的非规则河道的模型测量系统，其特征在于，所述控制单元与所述第一行走机构、所述第二行走机构通过有线或无线通信方式进行通信，控制所述第一行走机构、所述第二行走机构分别在所述第一轨道、所述第二轨道上行进。
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