[發明專利]一種螺旋鉆挖掘機輔助施工系統及其施工方法

在審

• 申請號: 201810312072.8
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108519613A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 楊濤;王勝利;于明衛;張麗偉;喬龍雷
• 申請（專利權）人: 山東天星北斗信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/53;G01C9/00;G01B21/22;E21B7/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

本發明公開了一種螺旋鉆挖掘機輔助施工系統及其施工方法，該系統在硬件上由GNSS定位定向設備、雙軸姿態傾角儀、三個夾角傳感器和智能控制終端組成。本發明通過GNSS定位定向設備、雙軸姿態傾角儀和三個夾角傳感器進行數據采集，將數據與預先確定的挖掘機尺寸信息相結合，獲取螺旋鉆頭的WGS?84坐標系坐標，將鉆頭真實坐標與設計鉆孔位置顯示于智能控制終端，并計算出坐標差一并顯示，為操作者提供施工輔助。本發明具有計算精度高、實時性好、對操作者技術水平要求低、與現場施工結合性好等優點，能夠提高現場施工效率和質量，降低現場施工復雜度。

技術領域

本發明涉及挖掘機領域，具體涉及一種螺旋鉆挖掘機輔助施工系統及其施工方法。

背景技術

在傳統的螺旋鉆挖掘機施工場景中，通常需要經過控制測量、施工放樣、鉆孔施工和檢核精度等多個步驟。其中，控制測量和施工放樣步驟對測量人員的技術經驗水平和現場發揮有較高的要求；而鉆孔施工步驟對挖掘機操作者的技術經驗水平和現場發揮有較高要求。施工過程的多個步驟均受到參與者的個人因素影響，且從整體過程來看具有周期長、影響因素多、流程復雜的特點，這使得傳統施工方法費時費事，人工成本高。現代傳感器技術的發展使得空間信息技術可以方便地應用于諸多領域，并提供準確、可靠和實時的空間信息服務。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種螺旋鉆挖掘機輔助施工系統及其施工方法，該系統將現代傳感器技術和空間信息技術與傳統螺旋鉆挖掘機相結合，能夠實時得到螺旋鉆挖掘機各關鍵組件尤其是螺旋鉆尖端在WGS84坐標系下的三維坐標，并與設計方案進行比較和可視化顯示，引導操作者進行施工。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種螺旋鉆挖掘機輔助施工系統，包括GNSS定位定向設備、雙軸姿態傾角儀、第一夾角傳感器、第二夾角傳感器、第三夾角傳感器和智能控制終端；

所述GNSS定位定向設備，被配置為用于確定挖掘機的坐標和航向角；

所述雙軸姿態傾角儀，被配置為用于測量挖掘機上部平臺的橫滾角與俯仰角；

所述第一夾角傳感器，被配置為用于測量挖掘機動臂相對于上部平臺的夾角；

所述第二夾角傳感器，被配置為用于測量挖掘機斗桿相對于動臂的夾角；

所述第三夾角傳感器，被配置為用于測量挖掘機搖桿相對于斗桿的夾角；

所述智能控制終端，被配置為用于計算挖掘機螺旋鉆尖端的三維坐標，并與目標點坐標進行比較和可視化顯示，從而引導操作者進行施工。

進一步的，所述GNSS定位定向設備安裝于挖掘機上部平臺，包括雙GNSS天線和GNSS接收機，所述GNSS定位定向設備通過確定雙GNSS天線的WGS-84坐標系坐標、雙GNSS天線之間的幾何距離和雙GNSS天線所組成的基線的航向角來確定挖掘機的坐標和航向角。

進一步的，所述雙軸姿態傾角儀安裝于挖掘機上部平臺，包括兩個互相垂直安放的傾角傳感器，所述雙軸姿態傾角儀通過測量其兩條敏感軸與水平面之間的夾角來求得挖掘機的橫滾角與俯仰角。

進一步的，所述第一夾角傳感器安裝于挖掘機上部平臺與動臂連接的旋轉軸處，所述第二夾角傳感器安裝于動臂與斗桿連接的旋轉軸處，所述第三夾角傳感器安裝于斗桿與搖桿連接的旋轉軸處；

所述第一夾角傳感器、第二夾角傳感器和第三夾角傳感器為可測量角度變化的編碼器，通過不斷測量當前編碼以確定各旋轉軸的轉動夾角。

進一步的，所述智能控制終端包括觸控顯示屏、微處理器和數據接口，所述數據接口與各采集設備相連，所述微處理器用于對采集的數據進行處理從而獲得挖掘機螺旋鉆尖端的三維坐標，所述觸控顯示屏用于實時顯示螺旋鉆尖端的坐標和目標點坐標。