一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，是现有激光发射器的基础上，通过自动测量激光发射器的激光发射方位角，结合定位系统测量3D摊铺机和激光发射器距离，形成自动闭环控制激光发射器的激光发射角度，使得激光发射器的激光自动跟踪激光探测器，实现了3D摊铺机高程信息的自动跟踪计算，本发明专利技术3D摊铺控制算法采用单激光闭环自动跟踪算法，实施过程中无需人工干预，操作简便，配套的硬件成本低，便于大面积的推广。便于大面积的推广。便于大面积的推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法


[0001]本专利技术属于3D摊铺智能控制
，涉及一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法。

技术介绍

[0002]3D摊铺技术要实现工程化使用，需要解决的难点主要是激光探测器刚性固定在摊铺机熨平板上跟随地面起伏，激光发射器自动跟踪激光探测器的起伏变化实现毫米级高程测量。目前市面上3D摊铺系统高程测量的方案有两种。第一种是激光发射器采用域激光发射器，激光在竖直方向上一个区间内发射，这样激光接收器可以在竖直方向的一个区间内都能接收到激光信号，激光发射范围大，可以实现全方位高程检测，域激光发射器为国外专利技术垄断，使用成本较高；第二种是激光发射器采用自动全站仪跟踪激光探测器，激光发射器发射和接收都集中在一个设备中，但需要使用多台自动全站仪实现全面激光覆盖，每台自动全站仪的单价高达到15万人民币，因此使用此种方案的造价成本也相对较高。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，其采用单激光闭环控制技术实现激光自动跟踪激光探测器实现3D摊铺系统的高程测量，并且成本低廉。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，其特征在于：包括下述步骤：步骤1：智能主机自动获取激光发射器的坐标数据、激光发射方向的初始方位角和3D摊铺机的坐标数据；步骤2：智能主机根据获取的摊铺厚度以及松铺系数同时调整激光发射器的高度和激光探测器的相对高程h，使得激光发射器的初始梯度值为0、激光发射角为0、激光探测器的相对高程h为0；步骤3：智能主机采集激光探测器的相对高程h；步骤4：智能主机计算测量3D摊铺机的摊铺厚度，并对实际测量的摊铺厚度与设计的摊铺厚度进行对比后调整熨平板液压系统；步骤5：智能主机预测下一个桩号的高程变化范围是否在激光探测器的探测窗口范围内；如果在，则执行步骤8；如果不在，则执行下一步骤；步骤6：智能主机计算激光发射器的梯度值β并发送梯度调整指令进行激光发射器的梯度调整，使得激光发射器的激光发射自动跟踪激光探测器以自动适应不同的地形；步骤7：智能主机将计算的梯度值β通过无线数传发送给激光发射器，激光发射器按照计算的梯度值β自动调整梯度；步骤8：智能主机读取梯度值β，如果读取的梯度值β和计算的梯度值β相等，则梯度
调整成功；如果读取的梯度值β和计算的梯度值β不相等，则执行步骤6。
[0005]进一步，所述步骤6中，所述计算梯度值β具体包括：通过定位系统定位采集激光发射器和激光探测器的坐标数据，获取地面激光发射器和激光探测器之间的距离L，然后通过方位角测量设备测量出激光探测器与激光发射器的激光发射X轴之间的夹角α，则获得距离L在激光发射X轴平面方向上的投影r；则梯度值。
[0006]进一步，所述步骤5中，所述预测下一个桩号的高程变化范围，具体为：通过安装在3D摊铺机上的定位系统获取3D摊铺机的坐标数据进行预测。
[0007]进一步，所述的步骤8中，梯度调整成功，则继续执行步骤3，智能主机继续循环采集激光探测器的相对高程h，形成闭环控制。
[0008]进一步，所述的定位系统为北斗定位系统或GPS定位系统。
[0009]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：本专利技术提供的一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，是在现有激光发射器的基础上，通过自动测量激光发射器的激光发射方位角，结合定位系统测量3D摊铺机和激光发射器的距离，实现了3D摊铺机高程信息的自动跟踪计算，本专利技术的3D摊铺控制算法采用单激光闭环自动跟踪控制激光发射器的激光发射角度，实现激光发射器的激光自动跟踪激光探测器，执行过程中无需人工干预，操作简便，配套的硬件成本低，便于大范围推广使用。
附图说明
[0010]图1是本专利技术的3D摊铺控制算法的流程图。
[0011]图2是本专利技术的3D摊铺控制算法的梯度值计算示例图。
具体实施方式
[0012]以下将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本专利技术范围的限制，而只是为了说明本专利技术技术方案的实质精神。
[0013]本专利技术的一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，是在现有激光发射器的基础上，通过自动测量激光发射方位角，结合北斗高精度定位技术测量距离，自动闭环控制激光发射角度，实现激光发射器的激光自动跟踪激光探测器。本专利技术的控制算法通过闭环自动跟踪，过程中无需人工干预，硬件成本低。
[0014]如图1所示。本专利技术提供的一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，具体包括如下步骤：步骤1：系统校准。每次工作开始前对系统进行校准。校准时，开机启动系统，系统的智能主机自动获取激光发射器的坐标数据、激光发射器的激光发射方向的初始方位角以及3D摊铺机的坐标数据，智能主机同时获取激光探测器的初始高程是否与规划站点的规划高程相等，如果获取到激光发射器和3D摊铺机的坐标数据以及激光探测器的初始高程与规划站点的规划高程相等，则系统校准完成；如果激光探测器的初始高程与规划站点的规划
高程不相等，则校准失败，需重新进行校准。
[0015]步骤2：系统初始化。根据获取到的摊铺厚度以及松铺系数，人工手动调整激光发射器的高度，使激光发射器的初始梯度值为0、使激光发射器的激光发射角为0；同时人工手动调整激光探测器的相对高程h为0，摊铺厚度以及松铺系数为已知参数。
[0016]步骤3：开始工作。智能主机开始实时采集激光探测器的相对高程h。
[0017]步骤4：智能主机计算测量摊铺厚度，并将测量的摊铺厚度输送出给3D摊铺机的熨平板控制器，智能主机对实际测量的摊铺厚度与预先设计的摊铺厚度进行对比后，智能主机适配熨平板控制器的数据要求，由熨平板控制器输出控制信息对3D摊铺机的熨平板液压系统进行调整，熨平板液压系统调整可实现毫米级高程控制。
[0018]步骤5：智能主机通过安装在3D摊铺机上的定位系统获取3D摊铺机的坐标并导入坐标数据，根据坐标数据预测下一个桩号的高程变化是否在激光探测器的探测窗口范围内；如果在，则执行步骤8；如果不在，则执行下一步骤6；步骤6：若高程变化位移已经超出激光探测器的探测窗口，则智能主机发送梯度调整指令并计算激光发射器的梯度值β进行激光发射器的梯度调整，使得激光发射器的激光发射达到自动跟踪激光探测器以自动适应不同的地形。
[0019]如图2所示。激光发射器的梯度值计算时首先通过定位系统定位采集激光发射器和激光探测器的坐标数据，可以获取地面的激光发射器和激光探测器之间的距离L，精度为厘米级；然后通过方位角测量设备测量出激光探测器与激光发射器X轴之间的夹角α，则可计算出距离L在X轴平面方向上的投影r。相对高程h为激光探测器的已测量值，所以梯度值，得到梯度值β。
[0020]步骤7：智能主机将计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光梯度自动可调和定位系统的3D摊铺控制算法，其特征在于：包括下述步骤：步骤1：智能主机自动获取激光发射器的坐标数据、激光发射方向的初始方位角和3D摊铺机的坐标数据；步骤2：智能主机根据获取的摊铺厚度以及松铺系数同时调整激光发射器的高度和激光探测器的相对高程h，使得激光发射器的初始梯度值为0、激光发射角为0、激光探测器的相对高程h为0；步骤3：智能主机采集激光探测器的相对高程h；步骤4：智能主机计算测量3D摊铺机的摊铺厚度，并对实际测量的摊铺厚度与预先设计的摊铺厚度进行对比后调整熨平板液压系统；步骤5：智能主机预测下一个桩号的高程变化范围是否在激光探测器的探测窗口范围内；如果在，则执行步骤8；如果不在，则执行下一步骤；步骤6：智能主机计算激光发射器的梯度值β并发送梯度调整指令进行激光发射器的梯度调整，使得激光发射器的激光发射自动跟踪激光探测器以自动适应不同的地形；步骤7：智能主机将计算的梯度值β通过无线数传发送给激光发射器，激光发射器按照计算的梯度值β自动调整梯度；步骤8：智能主机读取梯度值β，如果读取的梯度值β和计算的梯度值β相等，则梯度调整成功；如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑢，徐新富，滕飞，王书琪，
申请(专利权)人：中国路桥工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：