基于gps技術(shù)的全自動靜力壓樁機定位控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓樁機定位控制系統(tǒng)，包括GPS定位系統(tǒng)、壓樁機控制計算機和壓樁機自走機構(gòu)；GPS定位系統(tǒng)包括GPS基準(zhǔn)站和機載GPS，GPS基準(zhǔn)站固定于壓樁機附近的已知坐標(biāo)點上，所述機載GPS固定于壓樁機機身；壓樁機控制計算機連接至機載GPS，通過對機載GPS采集的位置坐標(biāo)的計算來獲得當(dāng)前壓樁機機構(gòu)的中心坐標(biāo)并與預(yù)定的壓樁施工坐標(biāo)進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果對壓樁機自走機構(gòu)進(jìn)行控制使壓樁機移動，直至壓樁機機構(gòu)的中心坐標(biāo)與施工坐標(biāo)間的誤差小于施工要求；本發(fā)明通過載波相位差分技術(shù)來獲取壓樁機的精確位置，能以較高的定位精度使壓樁機精確自動定位和水平姿態(tài)自動調(diào)整。
【專利說明】
基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓樁機定位控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及建設(shè)工程領(lǐng)域，尤其是基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)制粧基礎(chǔ)工程，是利用壓粧機將預(yù)制粧打入設(shè)計規(guī)定位置和深度的施工工程。抱壓式液壓靜力壓粧機是粧基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵設(shè)備，其工作過程是:控制粧機行走機構(gòu)，將預(yù)制粧精確定位到預(yù)定位置;液壓夾持機構(gòu)“抱”住粧身側(cè)面，產(chǎn)生夾持摩擦力，壓粧液壓機構(gòu)利用粧機自身重量產(chǎn)生的反作用力，將預(yù)制粧壓入土中。國內(nèi)普遍采用的抱壓式液壓靜力壓粧機定位均為手動操作模式，粧機機身水平姿態(tài)控制和粧機定位控制一般通過光柵傳感器、傾角傳感器和PLC控制器、比例控制閥等設(shè)備，由粧機操作人員手動操作進(jìn)行粧機的移動和姿態(tài)調(diào)整，并在現(xiàn)場測量技術(shù)人員的指揮引導(dǎo)下，利用光學(xué)經(jīng)瑋儀或全站儀人工測量進(jìn)行粧機定位?；捇┕な艿匦螚l件、天氣條件的影響大，施工速度較慢。由于機械設(shè)備的精度誤差、粧機操作人員的操作誤差、測量人員的測量誤差等原因，往往造成混凝土粧定位精度達(dá)不到規(guī)范要求，甚至出現(xiàn)漏粧、錯粧等重大質(zhì)量事故，給后續(xù)的基礎(chǔ)施工造成不良影響。
[0003]近年來GPS定位技術(shù)在機械領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，但由于民用GPS的定位誤差高達(dá)數(shù)米，使得目前GPS定位多用于對位置精確度要求不高的領(lǐng)域，當(dāng)GPS用于壓粧機的定位時，必須大幅度提升GPS的定位精度，否則不能滿足壓粧的粧體定位精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，通過載波相位差分技術(shù)來獲取壓粧機的精確位置，能以較高的定位精度使壓粧機精確自動定位和水平姿態(tài)自動調(diào)整。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0006]基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，所述定位控制系統(tǒng)包括GPS定位系統(tǒng)、壓粧機控制計算機和壓粧機自走機構(gòu)，所述壓粧機自走機構(gòu)包括壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器、壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器、長船行走電液控制閥、短船行走電液控制閥和支腿電液控制閥；所述GPS定位系統(tǒng)包括GPS基準(zhǔn)站和機載GPS，所述GPS基準(zhǔn)站固定于壓粧機附近的已知坐標(biāo)點上，所述機載GPS固定于壓粧機機身平臺上;所述壓粧機控制計算機連接至機載GPS，壓粧機控制計算機通過對機載GPS采集的位置精確坐標(biāo)進(jìn)行計算得出當(dāng)前壓粧機機構(gòu)中心坐標(biāo)并與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)進(jìn)行比對，壓粧機控制計算機根據(jù)比對結(jié)果對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制使壓粧機移動，直至壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)間的誤差小于施工規(guī)范的要求。
[0007]所述GPS定位系統(tǒng)是以載波相位差分技術(shù)對GPS基準(zhǔn)站、機載GPS采集的位置坐標(biāo)進(jìn)行計算，從而獲得機載GPS的精確坐標(biāo)。
[0008]所述固定于壓粧機機身的機載GPS的數(shù)量為三個或以上，各機載GPS的安裝位置位于壓粧機機身平臺的同一高度且不在同一直線上，各機載GPS的安裝位置所在平面做為GPS水平基準(zhǔn)面使用，壓粧機控制計算機根據(jù)機載GPS的精確坐標(biāo)計算出當(dāng)前GPS水平基準(zhǔn)面的傾斜度，并根據(jù)傾斜度對對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制，直至壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0009]當(dāng)壓粧機控制計算機對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制時，所述壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器和壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器根據(jù)控制指令驅(qū)動長船行走電液控制閥和短船行走電液控制閥，交替驅(qū)動壓粧機的左右長船前進(jìn)或后退，驅(qū)動壓粧機的前后短船左右移動或旋轉(zhuǎn)，使壓粧機向指定坐標(biāo)移動，同時驅(qū)動支腿電液控制閥控制壓粧機的支腿頂升液壓缸升降，使壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0010]所述壓粧機控制計算機對壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)的獲取、坐標(biāo)比對及對對壓粧機自走機構(gòu)的控制這三項作業(yè)以閉環(huán)控制的方式循環(huán)進(jìn)行，直至壓粧機構(gòu)中心坐標(biāo)定位誤差小于施工規(guī)范的要求以及壓粧機水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0011 ]所述機載GPS與壓粧機控制計算機間以數(shù)據(jù)線相連。
[0012]本發(fā)明中，以載波相位差分技術(shù)對GPS基準(zhǔn)站、機載GPS采集的位置坐標(biāo)進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果來消除機載GPS采集的位置坐標(biāo)的誤差，從而獲得機載GPS的精確坐標(biāo);該設(shè)計由于采用了載波相位差分技術(shù)，因此能籍由多個GPS站來快速獲得較高精度的坐標(biāo)定位，其精度可達(dá)厘米級，而且包括平面坐標(biāo)和高度坐標(biāo)，從而能夠滿足壓粧機粧體施工定位的需求，而且該方式能以較快的速度消除GPS的定位誤差，從而能使壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)的計算能與壓粧機的位置移動保持同步，適合壓粧機的移動定位需要。
[0013]本發(fā)明中，各機載GPS的安裝位置所在平面做為GPS水平基準(zhǔn)面使用，壓粧機控制計算機根據(jù)機載GPS的精確坐標(biāo)計算出當(dāng)前GPS水平基準(zhǔn)面的傾斜度，并根據(jù)傾斜度對對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制;該設(shè)計可以在壓粧機運動過程動態(tài)地評估壓粧機的水平姿態(tài)且無需人工干預(yù)，適合以自動化閉環(huán)控制方式來自動控制壓粧機的動作。
[0014]本發(fā)明的定位和自動化控制采用獨立的GPS模塊、驅(qū)動器和控制閥，因此很適合用于對傳統(tǒng)抱壓式液壓靜力壓粧機進(jìn)行自動化改造，可大大提高粧機定位精度和速度，保證粧基施工質(zhì)量，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
附圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
附圖2是本發(fā)明的粧機設(shè)備布置示意圖
圖中:1、壓粧機機身；21?22、左右長船;31?34、支腿頂升液壓缸;41?42、前后短船；51?54、短船提升液壓缸;6、壓粧機構(gòu);7、壓粧機控制計算機;8、吊車；101?103、機載GPS。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、2所示，基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述定位控制系統(tǒng)包括GPS定位系統(tǒng)、壓粧機控制計算機和壓粧機自走機構(gòu)，所述壓粧機自走機構(gòu)包括壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器、壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器、長船行走電液控制閥、短船行走電液控制閥和支腿電液控制閥；所述GPS定位系統(tǒng)包括GPS基準(zhǔn)站和機載GPSlOl、102和103，所述GPS基準(zhǔn)站固定于壓粧機附近的已知坐標(biāo)點上，所述機載GPS10U102和103固定于壓粧機機身I平臺上;所述壓粧機控制計算機7連接至機載GPS，壓粧機控制計算機通過對機載GPS采集的位置精確坐標(biāo)進(jìn)行計算得出當(dāng)前壓粧機機構(gòu)中心坐標(biāo)并與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)進(jìn)行比對，壓粧機控制計算機根據(jù)比對結(jié)果對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制使壓粧機移動，直至壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)間的誤差小于施工規(guī)范的要求。
[0017]所述GPS定位系統(tǒng)是以載波相位差分技術(shù)對GPS基準(zhǔn)站、機載GPS采集的位置坐標(biāo)進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果來消除機載GPS采集的位置坐標(biāo)的誤差，從而獲得機載GPS的精確坐標(biāo)。
[0018]所述固定于壓粧機機身的機載GPS的數(shù)量為三個或以上，各機載GPSlOl、102和103的安裝位置位于壓粧機機身平臺的同一高度且不在同一直線上，各機載GPS的安裝位置所在平面做為GPS水平基準(zhǔn)面使用，壓粧機控制計算機7根據(jù)機載GPS的精確坐標(biāo)計算出當(dāng)前GPS水平基準(zhǔn)面的傾斜度，并根據(jù)傾斜度對對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制，直至壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0019]當(dāng)壓粧機控制計算機對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制時，所述壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器和壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器根據(jù)控制指令驅(qū)動長船行走電液控制閥和短船行走電液控制閥，交替驅(qū)動壓粧機的左右長船21和22前進(jìn)或后退，驅(qū)動壓粧機的前后短船41和42左右移動或旋轉(zhuǎn)，使壓粧機向指定坐標(biāo)移動，同時驅(qū)動支腿電液控制閥控制壓粧機的支腿頂升液壓缸升降，使壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0020]所述壓粧機控制計算機對壓粧機中心坐標(biāo)的獲取、坐標(biāo)比對及對對壓粧機自走機構(gòu)的控制這三項作業(yè)以閉環(huán)控制的方式循環(huán)進(jìn)行，直至壓粧機構(gòu)中心坐標(biāo)定位誤差小于施工規(guī)范的要求以及壓粧機水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。
[0021 ]所述機載GPS與壓粧機控制計算機間以數(shù)據(jù)線相連。
[0022]實施例:
壓粧機機身上設(shè)有壓粧機構(gòu)6，壓粧機控制計算機根據(jù)機載GPS采集的精確坐標(biāo)，此坐標(biāo)包括平面坐標(biāo)和高度坐標(biāo)，根據(jù)此坐標(biāo)計算出壓粧機構(gòu)的中心坐標(biāo)和壓粧機的姿態(tài)參數(shù)，控制壓粧機朝壓粧施工地點行進(jìn)，并使壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求；當(dāng)壓粧機機構(gòu)的中心位置到達(dá)壓粧施工坐標(biāo)地點的上方，且壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)定位誤差小于施工規(guī)范的要求、壓粧機水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求時，定位控制結(jié)束，吊車8把混凝土粧吊至施工坐標(biāo)點，壓粧機構(gòu)6進(jìn)行壓粧作業(yè)。
【主權(quán)項】
1.基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述定位控制系統(tǒng)包括GPS定位系統(tǒng)、壓粧機控制計算機和壓粧機自走機構(gòu)，所述壓粧機自走機構(gòu)包括壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器、壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器、長船行走電液控制閥、短船行走電液控制閥和支腿電液控制閥；所述GPS定位系統(tǒng)包括GPS基準(zhǔn)站和機載GPS，所述GPS基準(zhǔn)站固定于壓粧機附近的已知坐標(biāo)點上，所述機載GPS固定于壓粧機機身平臺上;所述壓粧機控制計算機連接至機載GPS，壓粧機控制計算機通過對機載GPS采集的位置精確坐標(biāo)進(jìn)行計算得出當(dāng)前壓粧機機構(gòu)中心坐標(biāo)并與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)進(jìn)行比對，壓粧機控制計算機根據(jù)比對結(jié)果對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制使壓粧機移動，直至壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)與預(yù)定的壓粧施工坐標(biāo)間的誤差小于施工規(guī)范的要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述GPS定位系統(tǒng)是以載波相位差分技術(shù)對GPS基準(zhǔn)站、機載GPS采集的位置坐標(biāo)進(jìn)行計算，從而獲得機載GPS的精確坐標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述固定于壓粧機機身的機載GPS的數(shù)量為三個或以上，各機載GPS的安裝位置位于壓粧機機身平臺的同一高度且不在同一直線上，各機載GPS的安裝位置所在平面做為GPS水平基準(zhǔn)面使用，壓粧機控制計算機根據(jù)機載GPS的精確坐標(biāo)計算出當(dāng)前GPS水平基準(zhǔn)面的傾斜度，并根據(jù)傾斜度對對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制，直至壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)壓粧機控制計算機對壓粧機自走機構(gòu)進(jìn)行控制時，所述壓粧機行走機構(gòu)驅(qū)動器和壓粧機水平姿態(tài)驅(qū)動器根據(jù)控制指令驅(qū)動長船行走電液控制閥和短船行走電液控制閥，交替驅(qū)動壓粧機的左右長船前進(jìn)或后退，驅(qū)動壓粧機的前后短船左右移動或旋轉(zhuǎn)，使壓粧機向指定坐標(biāo)移動，同時驅(qū)動支腿電液控制閥控制壓粧機的支腿頂升液壓缸升降，使壓粧機的水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓粧機控制計算機對壓粧機機構(gòu)的中心坐標(biāo)的獲取、坐標(biāo)比對及對壓粧機自走機構(gòu)的控制這三項作業(yè)以閉環(huán)控制的方式循環(huán)進(jìn)行，直至壓粧機構(gòu)中心坐標(biāo)定位誤差小于施工規(guī)范的要求以及壓粧機水平姿態(tài)滿足壓粧施工要求。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS技術(shù)的全自動靜力壓粧機定位控制系統(tǒng)，其特征在于:所述機載GPS與壓粧機控制計算機間以數(shù)據(jù)線相連。
【文檔編號】E02D7/20GK106013149SQ201610441593
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】李亮, 吳承彬, 程愛玉, 吳錚
【申請人】中匯建筑集團(tuán)有限公司