CN115973870A - 一种电梯井形貌自动测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电梯井形貌自动测量系统及方法，其中，测量系统包括上下位机控制系统、激光测距模块、实时定位模块、抬升张紧支撑模块；本发明利用张紧的三根鱼线搭配吊锤后作为轨道，将抬升平台的导线轮与轨道配合，使抬升平台沿着鱼线组成的轨道上下运动，不仅极大地减少了抬升平台上下运动过程中的晃动问题，而且透明的鱼线避免了测量仪器的遮挡干涉问题，从而减少测量的误差，提高准确度。本发明使用简单方便，可适应不同电梯井道环境，避免了人工检测带来的危险，更精准的得到电梯井道数据。
Description
技术领域
本发明涉及电梯井形貌检测领域，尤其是涉及一种电梯井形貌自动测量系统及方法。
背景技术
近年来，随着现代社会生产力的逐渐进步，土木建筑业也在飞速发展，一个显著特征就是楼层高度逐渐变高和电梯的普遍应用。这极大方便了人们的出行生活。电梯的设计和安装都离不开电梯井道尺寸测量。
但是电梯井建筑测量一直是测绘行业的一大难题，到目前为止，大多数设计公司是采用工人使用单点测距仪器(如钢尺，水平仪等)一层一层对电梯井道进行测量，然而低精度，工作效率低，工作环境极端顽劣等因素都是制约电梯井测量的因素，且随着楼层层数增高，电梯井测量的难度和风险显著提高。电梯井道施工大小尺寸测量的准确性对电梯的设计和安装特别关键，找到安全高效的检测方法是解决此类问题至关重要的一点。
电梯井道需要测量很多组数据，其中不乏很多需要在高空中测量的数据。这些不同的尺寸数据要是依靠人工检测，不仅浪费大量时间，而且有很大的安全隐患。因此通过测量系统对电梯井道进行三维重建自动化测量便显得十分有必要，也是土建行业迫切需要解决的问题之一。
公开号为CN113607056A的中国专利文献公开了一种电梯井激光测量装置及方法，利用水平伸缩杆支撑展开平台支架，在展开平台支架与水平伸缩杆的一侧通过水平下降驱动组件吊放激光检测平台，从而形成对电梯井的各项参数数据获取。公开号为CN114624727A的中国专利文献公开了电梯井道的自动测量装置，基于无人机对电梯井道的内壁进行测量。
然而目前的测量装置和方法在对电梯井道内壁进行360°测量的过程中，都不能很好的解决测量晃动问题，使得测量结果不够精准。
发明内容
本发明提供了一种电梯井形貌自动测量系统及方法，极大地减少了检测工作中产生的晃动问题，从而减少误差，提高准确度。
一种电梯井形貌自动测量系统，包括抬升张紧支撑模块，所述的抬升张紧支撑模块包括从上到下依次布置的上支撑板、吊具连接架、抬升平台和下支撑板；
所述的上支撑板上固定有第一鱼线轮和第二鱼线轮，第一鱼线轮上的鱼线束经过分线支撑架后分成三个方向的三根第一鱼线，三根第一鱼线分别依次穿过上支撑板外边缘对应的导线轮、抬升平台外边缘对应的导线轮、下支撑板外边缘对应的吊具张紧器后与承重机构连接；
所述吊具连接架与上支撑板的下端面固定，吊具连接架上固定有贯穿吊具连接架的中空吊具，所述第二鱼线轮上的第二鱼线从中空吊具内穿过后与下方的抬升平台固定，用于将抬升平台沿着三根第一鱼线上下运动；
所述的抬升平台上设有上下位机控制模块和激光测距模块，所述的下支撑板上固定有朝向抬升平台下端面的实时定位模块；其中，所述的激光测距模块用于在抬升平台稳定上升的同时测量电梯井道内360°平面的距离数据，并将数据传送到上下位机控制模块；所述的实时定位模块用于获取电梯井内垂直方向上的距离数据发送给上下位控制模块，实现激光测距模块的实时定位功能。
进一步地，所述的上下位机控制模块包括上位机树莓派与下位机Arduino，上位机通过USB数据线连接下位机Arduino，下位机Arduino通过导线接收激光测距模块和实时定位模块扫描所得的数据后存储到上位机树莓派中，待扫描完成后取出数据进行后处理。
所述激光测距模块采用二维激光雷达，下位机Arduino实时获取二维激光雷达测量的360°平面距离数据，并发送至上位机；
所述实时定位模块包括激光尺与惯性传感器；下位机Arduino实时获取惯性传感器的坐标轴倾角数据与激光尺所测量的垂直方向距离数据，并发送至上位机。
进一步地，所述的抬升平台包括上平台和下平台，上平台和下平台的外边缘均设有三个导线轮，上平台和下平台之间通过中空连接杆固定；所述的激光测距模块设置在上平台，上下位机控制模块设置在下平台，上下位机控制模块的导线与串口连接数据线通过中空连接杆与上平台的激光雷达进行连接。
进一步地，所述中空吊具的下端均匀铰接有三根导线轮架，每根导线轮架的外端均设有导线轮，中空吊具在靠近吊具连接架下端面的位置设有接架支撑板，所述的接架支撑板与三根接架的一端固定，三根接架的另一端分别与对应的导线轮架固定；
三根第一鱼线分别依次穿过上支撑板外边缘对应的导线轮、导线轮架外端的导线轮、抬升平台外边缘对应的导线轮、下支撑板外边缘对应的吊具张紧器后与承重机构连接。
进一步地，所述的吊具连接架通过长螺钉和平垫圈固定有吊具支撑板，所述的吊具支撑板用于与电梯井道顶端的盖板配合固定
进一步地，所述的承重机构包括吊锤和吊锤座，所述第一鱼线的下端与吊锤座固定。
进一步地，所述的上支撑板和下支撑板均为圆盘形，圆盘的中心设有通孔，圆盘的周围设有若干个减重孔。
本发明还提供了一种电梯井形貌自动测量方法，使用上述电梯井形貌自动测量系统，包括以下步骤：
在顶层的电梯井平台，通过长螺钉和平垫圈将吊具支撑板固定在吊具连接架上，通过吊具支撑板将整套系统支撑在电梯井道顶端的盖板上；
通过电机控制第一鱼线轮转动，将承重机构下放到电梯井道的底部，吊具张紧器通过螺丝将第一鱼线张紧；
通过电机控制第二鱼线轮，将抬升平台下降到电梯井道底部后，从底部开始抬升，由于抬升平台的四周有导线轮作为滑动副与第一鱼线相连接，同时有承重机构提供垂直向下的作用力，从而对抬升平台的晃动进行抑制；
在抬升过程中，开启激光测距模块与实时定位模块，其中，激光测距模块通过自身旋转360°来检测抬升平台所处位置的与井道侧壁的距离数据，配合实时定位模块测量得到的角度偏移和抬升平台高度变化，将这些数据打包发送到上位机树莓派进行存储，并在检测完毕后通过计算机读取和处理，获得电梯井内部三维图。
本发明的装置使用简单，成本低廉，环境适应性强，可以有效代替人工测量成本，降低测量风险，获得更加准确的数据。同时，抬升平台通过导线轮沿着张紧的鱼线导轨上下运动，可以极大地减少检测工作中产生的晃动问题，同时透明的鱼线导轨可以避免对测量设备的遮挡干涉，从而减少误差，提高准确度。
附图说明
图1为本发明一种电梯井形貌自动测量系统的整体结构示意图；
图2为本发明上半部分的示意图；
图3为本发明下半部分的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1-3所示，一种电梯井形貌自动测量系统，包括上下位机控制系统、激光测距模块、实时定位模块、抬升张紧支撑模块。
抬升张紧支撑模块包括从上到下依次布置的上支撑板31、吊具连接架14、抬升平台32和下支撑板33。
上支撑板31上固定有第一鱼线轮1和第二鱼线轮2，其中第一鱼线轮1通过鱼线轮支架4固定在上支撑板31上，第二鱼线轮2通过螺栓5、平垫圈6、六角螺母7直接固定在上支撑板31上。
鱼线轮支架4上还固定有分线支撑架3，第一鱼线轮1上的鱼线束经过分线支撑架3后分成三个方向的三根第一鱼线。上支撑板31的外边缘通过螺栓9固定有三个导线轮支撑板8，导线轮支撑板8安装有导线轮。
吊具连接架14与上支撑板31的下端面固定，吊具连接架14上固定有贯穿吊具连接架的中空吊具10，第二鱼线轮上的第二鱼线从中空吊具10内穿过后与下方的抬升平台32固定。
吊具连接架14通过长螺钉11和平垫圈12固定有吊具支撑板13，吊具支撑板13用于与电梯井道顶端的盖板配合固定。吊具支撑板13与盖板的平面相接触，从而提供垂直方向的受力，可以通过调节吊具支撑板13的大小从而适应不同孔径的盖板。
中空吊具10的下端均匀铰接有三根导线轮架19，每根导线轮架19的外端均设有导线轮24，中空吊具10在靠近吊具连接架14下端面的位置设有接架支撑板15，接架支撑板15与三根接架16的一端固定，三根接架16的另一端分别通过螺栓17和平垫圈18与对应的导线轮架19固定。
为适应不同环境下鱼线的方向，导线轮架19通过接架支撑板15和接架16进行方向调节。
导线轮24是一种以轴承为核心的非标准件，相比较于定滑轮，导线轮24有着更小的体积，由于内部封闭，且内含润滑脂，不需要进行专门的润滑。导线轮24通过铜制轴套23、垫片22、螺母20与螺栓21进行连接，不仅强度合适，而且拆装简易，适合进行不同电梯井测量时需要经常拆装的场合。
抬升平台32包括上平台321和下平台322，上平台321和下平台322的外边缘均设有三个导线轮，上平台321和下平台322之间通过中空连接杆323固定；激光测距模块设置在上平台321，上下位机控制模块设置在下平台322，上下位机控制模块的导线与串口连接数据线通过中空连接杆323与上平台321的激光雷达进行连接。下支撑板33上通过测距支架30固定有朝向抬升平台32底面的实时定位模块29。
上下位机控制模块包括上位机树莓派与下位机Arduino，上位机通过USB数据线连接下位机Arduino，下位机Arduino通过导线接收激光测距模块和实时定位模块扫描所得的数据后存储到上位机树莓派中，待扫描完成后取出数据进行后处理。
激光测距模块采用二维激光雷达，下位机Arduino实时获取二维激光雷达测量的360°平面距离数据，并发送至上位机；实时定位模块29包括激光尺与惯性传感器，下位机Arduino实时获取惯性传感器的坐标轴倾角数据与激光尺所测量的垂直方向距离数据，并发送至上位机。
三根第一鱼线分别依次穿过上支撑板31外边缘对应的导线轮25、导线轮架19外端的导线轮24、上平台321外边缘对应的导线轮26、下平台322外边缘对应的导线轮27、下支撑板33外边缘对应的吊具张紧器28后与承重机构连接。通过承重机构的垂直向下的重力作用减少抬升平台32的晃动。承重机构包括吊锤34和吊锤座35，第一鱼线的下端与吊锤座35固定。
本发明实施例中，上支撑板31、下支撑板33、上平台321和下平台322均为圆盘形，其中，上支撑板31和下支撑板33的中心设有通孔，周围设有若干个减重孔。
本发明中，通过吊具张紧器28对抬升平台32的路径做出了约束后，装有激光测距模块的抬升平台32通过第二鱼线轮控制第二鱼线稳步上升。实时定位模块29的激光尺则检测上升平台32上升后的位置距离，并传输信号给上位机。同时实时定位模块29的惯性传感器检测上升平台变化角度，通过单位位置换算得到偏移数据，协助提高激光雷达检测的准确率。
一种电梯井形貌自动测量方法，使用上述电梯井形貌自动测量系统，包括以下步骤：
在顶层的电梯井平台，通过长螺钉11和平垫圈12将吊具支撑板13固定在吊具连接架14上，通过吊具支撑板13将整套系统支撑在电梯井道顶端的盖板上；
通过电机控制第一鱼线轮1转动，将承重机构下放到电梯井道的底部，吊具张紧器28通过螺丝将第一鱼线张紧；
通过电机控制第二鱼线轮2，将抬升平台32下降到电梯井道底部后，从底部开始抬升，由于抬升平台32的四周有导线轮作为滑动副与第一鱼线相连接，同时有承重机构提供垂直向下的作用力，从而对抬升平台32的晃动进行抑制；
在抬升过程中，开启激光测距模块与实时定位模块，激光测距模块通过自身旋转360°来检测抬升平台32所处位置的与井道侧壁的距离数据，配合实时定位模块测量得到的角度偏移和抬升平台32高度变化，将这些数据打包发送到上位机树莓派进行存储，并在检测完毕后通过计算机读取和处理，获得电梯井内部三维图。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，包括抬升张紧支撑模块，所述的抬升张紧支撑模块包括从上到下依次布置的上支撑板(31)、吊具连接架(14)、抬升平台(32)和下支撑板(33)；
所述的上支撑板(31)上固定有第一鱼线轮(1)和第二鱼线轮(2)，第一鱼线轮(1)上的鱼线束经过分线支撑架(3)后分成三个方向的三根第一鱼线，三根第一鱼线分别依次穿过上支撑板(31)外边缘对应的导线轮、抬升平台(32)外边缘对应的导线轮、下支撑板(33)外边缘对应的吊具张紧器(28)后与承重机构连接；
所述吊具连接架(14)与上支撑板(31)的下端面固定，吊具连接架(14)上固定有贯穿吊具连接架的中空吊具(10)，所述第二鱼线轮上的第二鱼线从中空吊具(10)内穿过后与下方的抬升平台(32)固定，用于将抬升平台(32)沿着三根第一鱼线上下运动；
所述的抬升平台(32)上设有上下位机控制模块和激光测距模块，所述的下支撑板(33)上固定有朝向抬升平台(32)下端面的实时定位模块；其中，所述的激光测距模块用于在抬升平台(32)稳定上升的同时测量电梯井道内360°平面的距离数据，并将数据传送到上下位机控制模块；所述的实时定位模块用于获取电梯井内垂直方向上的距离数据发送给上下位控制模块，实现激光测距模块的实时定位功能。
2.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述的上下位机控制模块包括上位机树莓派与下位机Arduino，上位机通过USB数据线连接下位机Arduino，下位机Arduino通过导线接收激光测距模块和实时定位模块扫描所得的数据后存储到上位机树莓派中，待扫描完成后取出数据进行后处理。
3.根据权利要求2所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述激光测距模块采用二维激光雷达，下位机Arduino实时获取二维激光雷达测量的360°平面距离数据，并发送至上位机；
所述实时定位模块包括激光尺与惯性传感器；下位机Arduino实时获取惯性传感器的坐标轴倾角数据与激光尺所测量的垂直方向距离数据，并发送至上位机。
4.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述的抬升平台(32)包括上平台(321)和下平台(322)，上平台(321)和下平台(322)的外边缘均设有三个导线轮，上平台(321)和下平台(322)之间通过中空连接杆(323)固定；所述的激光测距模块设置在上平台(321)，上下位机控制模块设置在下平台(322)，上下位机控制模块的导线与串口连接数据线通过中空连接杆(323)与上平台(321)的激光雷达进行连接。
5.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述中空吊具(10)的下端均匀铰接有三根导线轮架(19)，每根导线轮架(19)的外端均设有导线轮，中空吊具(10)在靠近吊具连接架下端面的位置设有接架支撑板(15)，所述的接架支撑板(15)与三根接架(16)的一端固定，三根接架(16)的另一端分别与对应的导线轮架(19)固定；
三根第一鱼线分别依次穿过上支撑板(31)外边缘对应的导线轮、导线轮架(19)外端的导线轮、抬升平台(32)外边缘对应的导线轮、下支撑板(33)外边缘对应的吊具张紧器(28)后与承重机构连接。
6.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述的吊具连接架(14)通过长螺钉(11)和平垫圈(12)固定有吊具支撑板(13)，所述的吊具支撑板(13)用于与电梯井道顶端的盖板配合固定。
7.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述的承重机构包括吊锤(34)和吊锤座(35)，所述第一鱼线的下端与吊锤座(35)固定。
8.根据权利要求1所述的电梯井形貌自动测量系统，其特征在于，所述的上支撑板(31)和下支撑板(33)均为圆盘形，圆盘的中心设有通孔，圆盘的周围设有若干个减重孔。
9.一种电梯井形貌自动测量方法，其特征在于，使用权利要求1～8任一所述的电梯井形貌自动测量系统，包括以下步骤：
在顶层的电梯井平台，通过长螺钉(11)和平垫圈(12)将吊具支撑板(13)固定在吊具连接架(14)上，通过吊具支撑板(13)将整套系统支撑在电梯井道顶端的盖板上；
通过电机控制第一鱼线轮(1)转动，将承重机构下放到电梯井道的底部，吊具张紧器(28)通过螺丝将第一鱼线张紧；
通过电机控制第二鱼线轮(2)，将抬升平台(32)下降到电梯井道底部后，从底部开始抬升，由于抬升平台(32)的四周有导线轮作为滑动副与第一鱼线相连接，同时有承重机构提供垂直向下的作用力，从而对抬升平台(32)的晃动进行抑制；
在抬升过程中，开启激光测距模块与实时定位模块，其中，激光测距模块通过自身旋转360°来检测抬升平台(32)所处位置的与井道侧壁的距离数据，配合实时定位模块测量得到的角度偏移和抬升平台(32)高度变化，将这些数据打包发送到上位机树莓派进行存储，并在检测完毕后通过计算机读取和处理，获得电梯井内部三维图。
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