CN113774744A - 一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法及装置，属于轻质泡沫混凝土浇筑技术领域，装置包括模型识别装置、浇筑装置和控制器，模型识别装置用于识别分仓的底部三维模型，然后由浇筑装置根据三维模型进行对分仓自动浇筑，模型识别装置和浇筑装置均与控制器连接。本发明通过自动识别分仓底部的模型结构，然后判断需要浇筑的量，然后根据识别的模型解析后进行一层层浇筑，可以完全实现自动化浇筑，在浇筑的过程中不需要人进入，避免人工进入浇筑仓内，进行移管操作，造成轻质泡沫混凝土的内部结构的破坏，临崖浇筑，人工无法在仓外浇筑，必须得进入仓内，通过自动化浇筑轻质泡沫混凝土，保证每个点浇筑的均匀性。

Description

一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法及装置
技术领域
本发明涉及轻质泡沫混凝土浇筑技术领域，尤其涉及一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法及装置。
背景技术
泡沫轻质土是一种近年来工程领域的一种新型轻质材料，其具有容重可调节，自立性、流动性好、隔震抗冻融性优异等特点。因此，泡沫轻质土在高速路，二级路建设中的应用越来越广泛。在目前的轻质土路基施工中，因路基段沿路线浇筑较长，范围较大，需要进行分仓浇筑，在分仓浇筑过程中，为保证轻质浇筑的均匀性，需要将浇筑口在不同位置浇筑一定的时间侯移动到下一个位置进行浇筑。目前多采用人工移管的方式进行浇筑，然而，轻质土内部含有大量的气泡，人为进入踩踏会造成大量消泡，破坏轻质土内部结构，轻质土施工技术规程中明确规定，浇筑过程严禁人员进入未凝固的轻质土内部。然而分仓后浇筑范围大，且山区路段紧临悬崖段，不能人为进入移动浇筑管，将轻质泡沫混凝土在不同位置进行浇筑，单一浇筑点难以保证轻质土浇筑的均匀性。因此，需要设计一种自动化的浇筑方法，实现不需要人工进入的情况，同时又能够均匀的浇筑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法及装置，解决背景技术中提到的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，所述方法用于浇筑轻质泡沫混凝土，方法包括如下步骤，
步骤1：使用三维模型识别装置在分仓上端识别分仓底部的三维模型；
步骤2：将分仓底部的三维模型进行拆解为三轴坐标；
步骤3：将拆解后三轴坐标进行比较分组，同一竖直方向的坐标点分到同一组，得到分组坐标；
步骤4：将分组坐标进行连线，得到浇灌线路；
步骤5：将到浇灌线路进行四轴分解，得到四轴拉力和方向；
步骤6：控制器根据四轴拉力和机方向进行控制伺服电机转动拉动浇筑管进行浇筑。
进一步地，步骤1的具体过程为，使用激光阵列从分仓的上端对整个分仓进行扫描，然后定量分仓侧壁板的顶部为三维坐标零点面，经过激光阵列返回不同的竖直高度，可以生成三维模型。
进一步地，步骤2的具体过程为，以三维坐标零点面为参考面，将三维模型转为三维坐标，即为设定三轴之间的间隔为1cm的坐标轴。
进一步地，步骤3中，以竖直方向的坐标轴为参考轴，设定固定间隔，同一竖直方向的坐标轴在同一个间隔内时作为一个分组，将坐标点数据存在一个分组内，然后分组内根据竖直方向的坐标轴进行从小到大排序。
进一步地，步骤4中，根据排序后的坐标点进行连线，其中在连线时，两个排序的坐标点中间有另外的坐标点时，将中间坐标点连接在线上，然后所有的连线构成浇筑面。
进一步地，步骤5中，将浇灌的线路进行分解，分解时，根据上一点运动到下一点时，所需要的拉力大小和力方向，然后将这个力分解到四根浇筑绳上，得到每个浇筑钢索的实时的拉力大小和拉力的方向。
进一步地，步骤6中，根据每个时刻四个伺服电机的拉力大小和方向，然后设定初始的位置，然后控制四个伺服电机将浇筑管拉到初始的浇筑点上，然后将浇筑管拉着沿浇筑线路移动，浇筑完一个浇筑面后，再回到初始位置浇筑上面的一个浇筑面。
一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑装置，包括模型识别装置、浇筑装置和控制器，模型识别装置用于识别分仓的底部三维模型，然后由浇筑装置根据三维模型进行对分仓自动浇筑，模型识别装置和浇筑装置均与控制器连接。
进一步地，模型识别装置包括行走轮、横跨轴、行走电机、滑杆、滑动套壳、第一电机、滑动拉绳、第二电机和激光检测阵列，行走轮设置在横跨轴的两端，行走轮可滑动设置在分仓侧壁顶部，行走电机设置在横跨轴上并通过转轴与行走轮连接，滑杆设置在横跨轴的底部，滑动套壳可滑动套设在滑杆上，激光检测阵列设置在滑动套壳的底部，第一电机和第二电机设置在滑杆的两端，第一电机和第二电机均通过滑动拉绳与滑动套壳连接，拉动滑动套壳来回运动，激光检测阵列对分仓底部进行检测。
进一步地，浇筑装置包括分仓固定侧壁、联动电机支撑柱、伺服联动电机、浇筑绳收集槽、浇筑绳和浇筑管，联动电机支撑柱竖直设置在分仓固定侧壁的四个角上，伺服联动电机设置在联动电机支撑柱上，浇筑绳收集槽与伺服联动电机的转轴连接，浇筑绳一端环绕在浇筑绳收集槽上，另一端与浇筑管连接，四根浇筑绳的另一端与浇筑管连接，控制浇筑管运动进行自动浇筑。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明通过自动识别分仓底部的模型结构，然后判断需要浇筑的量，然后根据识别的模型解析后进行一层层浇筑，可以完全实现自动化浇筑，在浇筑的过程中不需要人进入，避免人工进入浇筑仓内，进行移管操作，造成轻质泡沫混凝土的内部结构的破坏，临崖浇筑，人工无法在仓外浇筑，必须得进入仓内，通过自动化浇筑轻质泡沫混凝土，保证每个点浇筑的均匀性，快速安装式浇筑设备，设快速拆装，方便设备移动。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明浇筑装置正视图；
图3是本发明三维模型识别装置正视图；
图4是本发明三维模型识别装置结构示意图；
图5是本发明实施例角度运算原理图；
图6是本发明实施例结构示意图；
图7是本发明浇筑轨迹示意图；
图8是本发明浇筑轨迹细化结构示意图。
附图中，1-分仓固定侧壁，2-联动电机支撑柱，3-伺服联动电机，4-浇筑绳收集槽，5-浇筑绳，6-浇筑管，7-行走轮，8-横跨轴，9-行走电机，10-滑杆，11-滑动套壳，12-第一电机，13-滑动拉绳，14-第二电机，15-激光检测阵列，16-定位传感器，17-连接杆，18-三角稳定连接杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，所述方法用于浇筑轻质泡沫混凝土，方法包括如下步骤，
步骤1：使用三维模型识别装置在分仓上端识别分仓底部的三维模型。使用激光阵列从分仓的上端对整个分仓进行扫描，然后定量分仓侧壁板的顶部为三维坐标零点面，经过激光阵列返回不同的竖直高度，可以生成三维模型。激光阵列来回扫描后可以得到凹凸不平的底部三维模型结构。
步骤2：将分仓底部的三维模型进行拆解为三轴坐标。以三维坐标零点面为参考面，将三维模型转为三维坐标，即为设定三轴之间的间隔为1cm的坐标轴。在具体浇筑时，一般的浇筑路线间隔为5cm，因为具有熔融性，可以流动，因此使用间隔5cm，使得浇筑的效率更高。
步骤3：将拆解后三轴坐标进行比较分组，同一竖直方向的坐标点分到同一组，得到分组坐标。以竖直方向的坐标轴为参考轴，设定固定间隔，同一竖直方向的坐标轴在同一个间隔内时作为一个分组，将坐标点数据存在一个分组内，然后分组内根据竖直方向的坐标轴进行从小到大排序。
步骤4：将分组坐标进行连线，得到浇灌线路。根据排序后的坐标点进行连线，其中在连线时，两个排序的坐标点中间有另外的坐标点时，将中间坐标点连接在线上，然后所有的连线构成浇筑面。
步骤5：将到浇灌线路进行四轴分解，得到四轴拉力和方向。将浇灌的线路进行分解，分解时，根据上一点运动到下一点时，所需要的拉力大小和力方向，然后将这个力分解到四根浇筑绳上，得到每个浇筑钢索的实时的拉力大小和拉力的方向。
步骤6：控制器根据四轴拉力和机方向进行控制伺服电机转动拉动浇筑管进行浇筑。根据每个时刻四个伺服电机的拉力大小和方向，然后设定初始的位置，然后控制四个伺服电机将浇筑管拉到初始的浇筑点上，然后将浇筑管拉着沿浇筑线路移动，浇筑完一个浇筑面后，再回到初始位置浇筑上面的一个浇筑面。
具体的浇筑控制过程为：
如图5-8所示，首先设定浇筑点P′坐标为(x′，y′)，移动后到达点P″，坐标为(x″，y″)。滑轮圆心Pi坐标为(xi，yi)。Q′和Q″分别为钢丝绳索与滑轮的切点，l′i和l″i分别为钢丝绳索P′Q′段和P″Q″段的长度。
由勾股定理得到：
Figure BDA0003283034810000051
Figure BDA0003283034810000052
角度θ′和θ″分别是x轴正方向逆时针旋转至Q′Pi和Q″Pi的角度。
假设x轴正方向逆时针旋转至P′Pi的角度为α′，有：
Figure BDA0003283034810000053
根据(3)式的值和x′-xi的正负值，决定α′的取值
当tanα′＞0，且x′-xi＞0时，在第一象限，
Figure BDA0003283034810000054
当tanα′＜0，且x′-xi＜0时，在第二象限，
Figure BDA0003283034810000055
当tanα′＞0，且x′-xi＜0时，在第三象限，
Figure BDA0003283034810000056
当tanα′＜0，且x′-xi＞0时，在第四象限，
Figure BDA0003283034810000057
假设线段P′Pi旋转至线段Q′Pi的角度为β′，规定逆时针为正方向，顺时针为负，范围为
Figure BDA0003283034810000058
Figure BDA0003283034810000059
所有可以得到：
θ′＝α′+β′ (5)
(5)式可能出现负值，表示x轴正方向向顺时针方向旋转。
同理可计算出θ″
当浇筑点从P′移动到P″时，钢丝绳索伸出长度由l′i变成l″i由两部分变化产生：
一部分由钢丝绳索另一端拉伸长度Δli；
θ′变成θ″的钢丝绳索展开长度si；
si的变化和钢丝绳索绕滑轮的方式有关，如上图所示，图(1)θ变大时，si为负值，图(2)θ变大时，si为正值。
讨论图(1)的方式
si＝-R(θ″-θ′） (6)
由l″i-l′i＝Δli+θi得到
Δli＝l″i-l′i+R(θ″-θ′) (7)
依次计算以上各式，便可计算出钢丝绳索另一端拉伸长度Δli。
单组滑轮组由上图所示
绕线电机带动其上的轮子(浇筑绳收集槽4)进行伸缩钢丝绳索，张紧滑轮可通过弹簧机构使绕线电机和角度传感器滑轮之间的钢丝绳索绷紧，以提高精度。角度传感器滑轮内置角度传感器，计算出滑轮转动的角度。
为减少钢丝绳索与滑轮之间的打滑造成影响，可如图上所示在滑轮的凹槽处增加橡胶套圈，增大摩擦力。
假设角度传感器滑轮的半径为r，计算其旋转角度为
γi＝Δli/r (8)
其正负值代表旋转的角度方向。
当角度传感器滑轮转动角度完成时，会触发绕线电机停止工作。
每个相邻的滑轮之间通过可拼接连接杆连接而成，并通过三角稳定连接杆来加强连接的稳定性。每个滑轮P1，P2，P3，P4和浇筑点P都可以加装或内置定位传感器，以便得到对应点的坐标。
首先，选择两个点作为基准点，如选择图上的点P4和P3，P4作为坐标原点，P3作为x轴正方向上的点，其它的点都在x轴上方，即其y坐标都大于0。
确定了坐标之后，每次浇筑点从点P′移动到点P″，通过以上的(1)-(7)计算每个滑轮对应的钢丝绳索的伸缩长度，然后驱动每个绕线电机运动，并通过对应的角度传感器滑轮控制电机停止。
通过最初的采集坐标，在系统操作界面通过设置浇筑点的间距D，自动生成浇筑点轨迹，如下图7所示。
根据设置的间距，自动绘制虚拟网格，在网格的交点坐标被选中为浇筑点，然后可选择遍历浇筑点的顺序，即为浇筑顺序。如图8示以y值递增折叠浇筑，也可随机浇筑。
系统还可以自动化控制在每个浇筑点的浇筑时间，其浇筑时间和三个因素相关：
包围浇筑点的区域相关形状面积S，如下图阴影部分面积分别为A和B浇筑点的计算面积。
浇筑点的相邻边点数量M，如上图S1，S2，S3，S4为浇筑点B的相邻边点；
浇筑点的相邻角点数量N，如上图C1，C2，C3，C4为浇筑点B的相邻角点；
每个浇筑点的浇筑时间可以通过下面的公式计算：
t＝(αS+βM+γN)*D
α，β，γ参数与浇筑水泥的特性相关，为常数。
一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑装置，如图2-4所示，包括模型识别装置、浇筑装置和控制器，模型识别装置用于识别分仓的底部三维模型，然后由浇筑装置根据三维模型进行对分仓自动浇筑，模型识别装置和浇筑装置均与控制器连接。
模型识别装置包括行走轮7、横跨轴8、行走电机9、滑杆10、滑动套壳11、第一电机12、滑动拉绳13、第二电机14和激光检测阵列15，行走轮7设置在横跨轴8的两端，行走轮7可滑动设置在分仓侧壁顶部，行走电机9设置在横跨轴8上并通过转轴与行走轮7连接，滑杆10设置在横跨轴(8)的底部，滑动套壳11可滑动套设在滑杆10上，激光检测阵列15设置在滑动套壳11的底部，第一电机12和第二电机14设置在滑杆10的两端，第一电机12和第二电机14均通过滑动拉绳13与滑动套壳11连接，拉动滑动套壳11来回运动，激光检测阵列15对分仓底部进行检测。
第一电机12和第二电机14拉动滑动拉绳13控制滑动套壳11在滑杆10上来回的滑动，一个电机收缩时，另一个电机放线，配合来回的拉动，使得激光检测阵列15在一个直线上可以来回的扫描，得到底部的模型。
浇筑装置包括分仓固定侧壁1、联动电机支撑柱2、伺服联动电机3、浇筑绳收集槽4、浇筑绳5和浇筑管6，联动电机支撑柱2竖直设置在分仓固定侧壁1的四个角上，伺服联动电机3设置在联动电机支撑柱2上，浇筑绳收集槽4与伺服联动电机3的转轴连接，浇筑绳5一端环绕在浇筑绳收集槽4上，另一端与浇筑管6连接，四根浇筑绳5的另一端与浇筑管6连接，控制浇筑管6运动进行自动浇筑。伺服联动电机3是收线还是放线，主要是根据原来一个点的浇筑绳5的受力大小和受力方向与下一个点的受力大小和方向来控制，如果力变小和方向的夹角变小时，是需要放线的。实现把浇筑管6控制在特定的线路上浇筑，同时浇筑的时间同时进行控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：所述方法用于浇筑轻质泡沫混凝土，方法包括如下步骤，
步骤1：使用三维模型识别装置在分仓上端识别分仓底部的三维模型；
步骤2：将分仓底部的三维模型进行拆解为三轴坐标；
步骤3：将拆解后三轴坐标进行比较分组，同一竖直方向的坐标点分到同一组，得到分组坐标；
步骤4：将分组坐标进行连线，得到浇灌线路；
步骤5：将到浇灌线路进行四轴分解，得到四轴拉力和方向；
步骤6：控制器根据四轴拉力和机方向进行控制伺服电机转动拉动浇筑管进行浇筑。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤1的具体过程为，使用激光阵列从分仓的上端对整个分仓进行扫描，然后定量分仓侧壁板的顶部为三维坐标零点面，经过激光阵列返回不同的竖直高度，可以生成三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤2的具体过程为，以三维坐标零点面为参考面，将三维模型转为三维坐标，即为设定三轴之间的间隔为1cm的坐标轴。
4.根据权利要求3所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤3中，以竖直方向的坐标轴为参考轴，设定固定间隔，同一竖直方向的坐标轴在同一个间隔内时作为一个分组，将坐标点数据存在一个分组内，然后分组内根据竖直方向的坐标轴进行从小到大排序。
5.根据权利要求4所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤4中，根据排序后的坐标点进行连线，其中在连线时，两个排序的坐标点中间有另外的坐标点时，将中间坐标点连接在线上，然后所有的连线构成浇筑面。
6.根据权利要求5所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤5中，将浇灌的线路进行分解，分解时，根据上一点运动到下一点时，所需要的拉力大小和力方向，然后将这个力分解到四根浇筑绳上，得到每个浇筑钢索的实时的拉力大小和拉力的方向。
7.根据权利要求6所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑方法，其特征在于：步骤6中，根据每个时刻四个伺服电机的拉力大小和方向，然后设定初始的位置，然后控制四个伺服电机将浇筑管拉到初始的浇筑点上，然后将浇筑管拉着沿浇筑线路移动，浇筑完一个浇筑面后，再回到初始位置浇筑上面的一个浇筑面。
8.一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑装置，其特征在于：包括模型识别装置、浇筑装置和控制器，模型识别装置用于识别分仓的底部三维模型，然后由浇筑装置根据三维模型进行对分仓自动浇筑，模型识别装置和浇筑装置均与控制器连接。
9.根据权利要求8所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑装置，其特征在于：模型识别装置包括行走轮(7)、横跨轴(8)、行走电机(9)、滑杆(10)、滑动套壳(11)、第一电机(12)、滑动拉绳(13)、第二电机(14)和激光检测阵列(15)，行走轮(7)设置在横跨轴(8)的两端，行走轮(7)可滑动设置在分仓侧壁顶部，行走电机(9)设置在横跨轴(8)上并通过转轴与行走轮(7)连接，滑杆(10)设置在横跨轴(8)的底部，滑动套壳(11)可滑动套设在滑杆(10)上，激光检测阵列(15)设置在滑动套壳(11)的底部，第一电机(12)和第二电机(14)设置在滑杆(10)的两端，第一电机(12)和第二电机(14)均通过滑动拉绳(13)与滑动套壳(11)连接，拉动滑动套壳(11)来回运动，激光检测阵列(15)对分仓底部进行检测。
10.根据权利要求8所述的一种泡沫轻质混凝土自动化浇筑装置，其特征在于：浇筑装置包括分仓固定侧壁(1)、联动电机支撑柱(2)、伺服联动电机(3)、浇筑绳收集槽(4)、浇筑绳(5)和浇筑管(6)，联动电机支撑柱(2)竖直设置在分仓固定侧壁(1)的四个角上，伺服联动电机(3)设置在联动电机支撑柱(2)上，浇筑绳收集槽(4)与伺服联动电机(3)的转轴连接，浇筑绳(5)一端环绕在浇筑绳收集槽(4)上，另一端与浇筑管(6)连接，四根浇筑绳(5)的另一端与浇筑管(6)连接，控制浇筑管(6)运动进行自动浇筑。
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