一种测斜机器人及倾斜度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种测斜机器人，其包括测斜管、测斜部和驱动装置；该测斜管包括相通的地下管和转向管，在转向管外套设有外套管；测斜部包括测斜仪，测斜仪包括防护管和测斜组件，在防护管外安装有滚轮；在地下管内设置有第一导向槽，在转向管内设置有第二导向槽；转向管转动180°时，滚轮仍能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内；驱动装置包括升降部和转向部，升降部包括绞盘、导向轮和第一电机；绞盘上的牵引绳经导向轮连接到防护管上；转向部包括第二电机。本申请还公开了一种倾斜度测量方法。利用本申请，能够对测量点准确定位，从而保证了测斜仪能够在所确定的高度位置进行检测，且使测斜仪准确地完成180°的转向，为倾斜度的准确测量提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种测斜机器人及倾斜度测量方法
本专利技术涉及一种测斜机器人及倾斜度测量方法。
技术介绍
倾斜监测是指利用仪器设备监测大地内部倾斜角度，广泛用于边坡、滑坡和城市深基坑的监测中。在深基坑的施工开挖过程中，经常伴随着质量事故隐患，致使基坑出现险情，破坏领近建筑以及地下管道，因此需要了解基坑的深层变形情况，以此确定和优化施工方案。目前普遍采用活动式测斜仪进行人工测读。主要存在以下问题：①测量效率低，测量过程费时费力，无法做到实时监测；②测量仪器的抗干扰性、耐久性和长期稳定性等特点较差，难以适应长期监测的要求。③测量误差大，数据连续性差，采集分析周期长，受现场环境干扰大，不能及时指导施工。目前的经常使用的自动测斜仪测量时，先在监测位置的土体中钻孔，再将测斜管埋入钻孔之中，使测斜管跟随本体协调变形，采用数字垂直活动测斜仪探头，控制电缆，滑轮装置和读数仪来观测测斜管的变形。观测时，探头测斜管底部向顶部移动，在半米间距处暂停并进行测量倾斜工作。该测斜仪在使用过程中存在线缆绕线不方便、人工放线测量误差等问题。无线的自动测斜仪包括无线基坑测斜仪、无线随钻测斜仪、无线光纤陀螺测斜仪。无线光纤陀螺测斜仪存在昂贵、技术门槛高等缺点在实际工程中应用较少。无线随钻测斜仪使用环境固定，是一种适用于直井及直井段的新型测斜工具。无线基坑测斜仪使用蓝牙、wifi等通信方式，固定式测斜比较方便。但是它们都没有整体的测斜机构，不能实现完全的自动化测量。随着微电子、无线通信、信息感知、数据处理技术和机器人技术的快速发展，物联网技术越来越多地被应用到自然灾害的监测等领域中。已有的固定式测斜装置通过将类似于活动式测斜仪的测斜探头固定安装在测斜管内，通过网络传输数据以实现自动化监测。但由于探头之间为并联方式，出线较多，安装的探头数量受测斜管尺寸及造价所限，导致探测深度不足或者探头间距过大造成精度不高。光纤光栅传感器则具有抗电磁干扰、抗腐蚀和耐久性好等特点，且其体积小，质量小，便于铺设和安装，植入后对监测对象的性能和力学参数等影响较小。已有采用光纤布拉格光栅传感技术和分布式光纤传感器对深层水平位移监测进行研究，但是光纤测试仪器存在昂贵、技术门槛高等缺点在实际工程中应用较少。针对测斜仪器的现状，以实精确性为目标，设计了测斜机器人。使用无线通信技术、微处理器技术和机器人技术，实现了对数据的多点灵活采集、数据无线传输和检测过程控制。
技术实现思路
为解决上述问题，本申请首先提出了一种测斜机器人，其包括测斜管、测斜部和驱动装置；该测斜管包括沿竖直方向延伸的地下管和设置在地下管上侧的转向管，在转向管外套设有外套管，该转向管转动自如地安装在外套管内，地下管和转向管上下连通；该测斜部包括测斜仪，该测斜仪包括防护管、安装在该防护管内的测斜组件，在防护管的外侧安装有滚轮，该防护管具有沿竖直方向延伸的第一中心轴线；在地下管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第一导向槽，该第一导向槽沿竖直方向延伸；在转向管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第二导向槽，该第二导向槽沿竖直方向延伸；地下管内的第一导向槽的数量被设置为：保持测斜仪的位置不动，当转向管绕第一中心轴线转动180°时，滚轮仍能够卡持在第一导向槽内；该第一导向槽能够与第二导向槽相连通，使滚轮能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内，且在转向管转动180°时，滚轮仍能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内；该驱动装置包括升降部和转向部，该升降部包括安装在支撑台上的绞盘、导向轮和用于驱动该绞盘转动的第一电机；在该绞盘上缠绕有牵引绳，该牵引绳经导向轮连接到防护管上，在第一电机的驱动下，该绞盘能够经牵引绳带动测斜仪在测斜管内沿上下方向往复移动，并带动导向轮转动；该转向部包括安装在支撑台上的用于驱动转向管转动的第二电机；该第一电机和第二电机均为步进电机或伺服电机。本申请中，设置了转向管，使测斜仪在进入到转向管内时，转动转向管，能够使测斜仪转动180°，从而能够使测斜仪能够在同一倾斜方向上，进行两次测量，利用两次测量的平均值作为某一高度的倾斜值。其中的第一电机和第二电机分别用来带动测斜仪上下移动和转向管转动，由于第一电机和第二电机均采用步进电机或伺服电机，能够准确地进行定位，从而保证了测斜仪在上下移动时，能够在所确定的高度位置进行检测，且能够使测斜仪准确地完成180°的转向，为倾斜度的准确测量提供保障。进一步，为保证转向管能够转动自如地安装在外套管上，该外套管固定在地面上；外套管的上端的内壁沿径向向外凹陷形成上扩径部，使外套管的上端的内壁形成一朝向上方的上台阶部；外套管的下端的内壁沿径向向外凹陷形成下扩径部，使外套管的下端的内壁形成一朝向下方的下台阶部；上固定件套装在转向管的上端，在上固定件与上台阶部之间安装有上角接触轴承；下固定件套装在转向管的下端，在下固定件与下台阶部之间安装有下角接触轴承，使转向管转动自如地安装外套管上；地下管、转向管和外套管同轴设置，且转向管设置在地下管的正上方。进一步，为了避免转向管在转动时，与地下管发生摩擦，而影响转向管的顺利转动，在转向管与地下管之间具有间隙。转向管与地下管之间的间隙优选为0.8-1.2mm。具体地，为便于固定外套管，在地面埋设有对中法兰，在该对中法兰的上侧面上设置定位部，该外套管固定卡持在定位部上。进一步，该测斜机器人还包括测量控制系统，该测量控制系统包括中央处理单元，与中央处理单元连接的第一电机控制单元、第二电机控制单元和存储单元，在该中央处理单元上还连接有导向轮速度检测单元和位置检测单元；其中：第一电机控制单元，接受中央处理单元的控制，并控制第一电机的运转；第二电机控制单元，接受中央处理单元的控制，并控制第二电机的运转；存储单元，存储有测斜方式和设定控制数据，该设定控制数据为第一组控制数据和第二组控制数据两者中的至少之一者，其中第一组控制数据包括导向轮的第一设定转速、导向轮的第一设定转动时间、导向轮的第一设定转动次数、导向轮两次转动之间的第一设定停止时间；第二组控制数据包括导向轮的第二设定转速、导向轮的第二设定转动时间、导向轮的第二设定转动次数、导向轮两次转动之间的第二设定停止时间、首次测量高度；该测斜方式为从上向下进行检测或从下向上进行检测两种检测方式中的任意一种；导向轮速度检测单元，用于检测导向轮的转速，并将转速发送到中央处理单元；位置检测单元，用于检测测斜仪是否位于转向管内，并将检测结果输送到中央处理单元；该位置检测单元包括安装在旋转管内的霍尔开关和安装在测斜仪上的磁铁，该霍尔开关连接到中央处理单元上；中央处理单元，用于执行第一程序和第二程序中的任意一种；该第一程序包括如下步骤：(1)接收位置检测单元的检测数据和外部输入命令，该外部输入命令包括测斜方式，该测斜方式为从上向下进行检测；(2)通过位置检测单元的检测数据检测测斜仪是否位于转向管内，当测斜仪不位于转向管内时，向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，将测斜仪提升到转向管内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测斜机器人，其特征在于，包括测斜管、测斜部和驱动装置；/n该测斜管包括沿竖直方向延伸的地下管和设置在地下管上侧的转向管，在转向管外套设有外套管，该转向管转动自如地安装在外套管内，地下管和转向管上下连通；/n该测斜部包括测斜仪，该测斜仪包括防护管、安装在该防护管内的测斜组件，在防护管的外侧安装有滚轮，该防护管具有沿竖直方向延伸的第一中心轴线；/n在地下管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第一导向槽，该第一导向槽沿竖直方向延伸；在转向管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第二导向槽，该第二导向槽沿竖直方向延伸；地下管内的第一导向槽的数量被设置为：保持测斜仪的位置不动，当转向管绕第一中心轴线转动180°时，滚轮仍能够卡持在第一导向槽内；该第一导向槽能够与第二导向槽相连通，使滚轮能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内，且在转向管转动180°时，滚轮仍能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内。/n该驱动装置包括升降部和转向部，该升降部包括安装在支撑台上的绞盘、导向轮和用于驱动该绞盘转动的第一电机；在该绞盘上缠绕有牵引绳，该牵引绳经导向轮连接到防护管上，在第一电机的驱动下，该绞盘能够经牵引绳带动测斜仪在测斜管内沿上下方向往复移动，并带动导向轮转动；该转向部包括安装在支撑台上的用于驱动转向管转动的第二电机；/n该第一电机和第二电机均为步进电机或伺服电机。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测斜机器人，其特征在于，包括测斜管、测斜部和驱动装置；
该测斜管包括沿竖直方向延伸的地下管和设置在地下管上侧的转向管，在转向管外套设有外套管，该转向管转动自如地安装在外套管内，地下管和转向管上下连通；
该测斜部包括测斜仪，该测斜仪包括防护管、安装在该防护管内的测斜组件，在防护管的外侧安装有滚轮，该防护管具有沿竖直方向延伸的第一中心轴线；
在地下管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第一导向槽，该第一导向槽沿竖直方向延伸；在转向管的内壁上设置有用于卡持该滚轮的第二导向槽，该第二导向槽沿竖直方向延伸；地下管内的第一导向槽的数量被设置为：保持测斜仪的位置不动，当转向管绕第一中心轴线转动180°时，滚轮仍能够卡持在第一导向槽内；该第一导向槽能够与第二导向槽相连通，使滚轮能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内，且在转向管转动180°时，滚轮仍能够沿第一导向槽进入到第二导向槽内。
该驱动装置包括升降部和转向部，该升降部包括安装在支撑台上的绞盘、导向轮和用于驱动该绞盘转动的第一电机；在该绞盘上缠绕有牵引绳，该牵引绳经导向轮连接到防护管上，在第一电机的驱动下，该绞盘能够经牵引绳带动测斜仪在测斜管内沿上下方向往复移动，并带动导向轮转动；该转向部包括安装在支撑台上的用于驱动转向管转动的第二电机；
该第一电机和第二电机均为步进电机或伺服电机。


2.根据权利要求1所述的测斜机器人，其特征在于，
该外套管固定在地面上；外套管的上端的内壁沿径向向外凹陷形成上扩径部，使外套管的上端的内壁形成一朝向上方的上台阶部；外套管的下端的内壁沿径向向外凹陷形成下扩径部，使外套管的下端的内壁形成一朝向下方的下台阶部；上固定件套装在转向管的上端，在上固定件与上台阶部之间安装有上角接触轴承；下固定件套装在转向管的下端，在下固定件与下台阶部之间安装有下角接触轴承，使转向管转动自如地安装外套管上；
地下管、转向管和外套管同轴设置，且转向管设置在地下管的正上方。


3.根据权利要求2所述的测斜机器人，其特征在于，在转向管与地下管之间具有间隙。


4.根据权利要求1所述的测斜机器人，其特征在于，在地面埋设有对中法兰，在该对中法兰的上侧面上设置定位部，该外套管固定卡持在定位部上。


5.根据权利要求1所述的测斜机器人，其特征在于，
还包括测量控制系统，该测量控制系统包括中央处理单元，与中央处理单元连接的第一电机控制单元、第二电机控制单元和存储单元，在该中央处理单元上还连接有导向轮速度检测单元和位置检测单元；其中：
第一电机控制单元，接受中央处理单元的控制，并控制第一电机的运转；
第二电机控制单元，接受中央处理单元的控制，并控制第二电机的运转；
存储单元，存储有测斜方式和设定控制数据，该设定控制数据为第一组控制数据和第二组控制数据两者中的至少之一者，其中第一组控制数据包括导向轮的第一设定转速、导向轮的第一设定转动时间、导向轮的第一设定转动次数、导向轮两次转动之间的第一设定停止时间；
第二组控制数据包括导向轮的第二设定转速、导向轮的第二设定转动时间、导向轮的第二设定转动次数、导向轮两次转动之间的第二设定停止时间、首次测量高度；
该测斜方式为从上向下进行检测或从下向上进行检测两种检测方式中的任意一种；
导向轮速度检测单元，用于检测导向轮的转速，并将转速发送到中央处理单元；
位置检测单元，用于检测测斜仪是否位于转向管内，并将检测结果输送到中央处理单元；该位置检测单元包括安装在旋转管内的霍尔开关和安装在测斜仪上的磁铁，该霍尔开关连接到中央处理单元上；
中央处理单元，用于执行第一程序和第二程序中的任意一种；
该第一程序包括如下步骤：
(1)接收位置检测单元的检测数据和外部输入命令，该外部输入命令包括测斜方式，该测斜方式为从上向下进行检测；
(2)通过位置检测单元的检测数据检测测斜仪是否位于转向管内，当测斜仪不位于转向管内时，向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，将测斜仪提升到转向管内，然后执行步骤(3)；或当测斜仪位于转向管内时，执行步骤(3)；
(3)向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，使第一电机正转，根据导向轮速度检测单元所检测到的导向轮的转速，控制第一电机，使导向轮依照第一设定转速、第一设定转动时间和导向轮两次转动之间的第一设定停止时间进行转动，直到完成第一设定转动次数；牵引绳带动测斜仪向下移动，在导向轮每次停止转动后，测斜仪记录倾角数据，完成第一次倾角数据检测；
(4)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机反转，将测斜仪向上提升到转向管内；
当位置检测单元检测到测斜仪位于转向管内时，向中央处理单元发出检测结果，中央处理单元向第二电机控制单元发出命令，使第二电机正转，带动转向管正转180°，带动测斜仪正转180°；
(5)再次向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，使第一电机正转，根据导向轮速度检测单元所检测到的导向轮的转速，控制第一电机，使导向轮依照第一设定转速、第一设定转动时间和导向轮两次转动之间的第一设定停止时间转动，直到完成第一设定转动次数；牵引绳带动测斜仪向下移动，在导向轮每次停止转动后，测斜仪记录倾角数据，完成第二次倾角数据检测；
(6)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机反转，将测斜仪向上提升到转向管内；向第二电机控制单元发出命令，使第二电机反转，带动转向管反转180°，带动测斜仪反转180°；
(7)停止工作，等待下次外部输入命令；
该第二程序包括如下步骤：
(8)接收位置检测单元的检测数据和外部输入命令，该外部输入命令包括测斜方式，该测斜方式为从下向上进行检测；
(9)通过位置检测单元的检测数据检测测斜仪是否位于转向管内，当测斜仪不位于转向管内时，向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，将测斜仪提升到转向管内，然后执行步骤(10)；或当测斜仪位于转向管内时，执行步骤(10)；
(10)向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，使第一电机正转，将测斜仪下沉到首次测量高度；
(11)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机反转，使导向轮依照第二设定转速、第二设定转动时间和导向轮两次转动之间的第二设定停止时间进行转动，直到完成第二设定转动次数；牵引绳带动测斜仪向上移动，在导向轮每次停止转动后，测斜仪记录倾角数据，完成第一次倾角数据检测；
(12)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机保持反转，将测斜仪向上提升到转向管内；
当位置检测单元检测到测斜仪位于转向管内时，向中央处理单元发出检测结果，中央处理单元向第二电机控制单元发出命令，使第二电机正转，带动转向管正转180°，带动测斜仪正转180°；
(13)再次向第一电机控制单元发出命令，启动第一电机，使第一电机正转，将测斜仪下沉到首次测量位置；
(14)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机反转，根据导向轮速度检测单元所检测到的导向轮的转速，控制第一电机，使导向轮依照第二设定转速、第二设定转动时间和导向轮两次转动之间的第二设定停止时间转动，直到完成第二设定转动次数；牵引绳带动测斜仪向上移动，在导向轮每次停止转动后，测斜仪记录倾角数据，完成第二次倾角数据检测；
(15)向第一电机控制单元发出命令，使第一电机保持反转，将测斜仪向上提升到转向管内；向第二电机控制单元发出命令，使第二电机反转，带动转向管反转180°，带动测斜仪反转180°；
(16)停止工作，等待下次外部输入命令...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪军，彭建华，李仁民，方雷，
申请(专利权)人：南京壹捌零安全科技有限公司，南京深地智能建造技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32