一种打桩空间位置识别装置的制作方法

1.本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种打桩空间位置识别装置。


背景技术：

2.液压挖掘打桩机是一种基于液压挖掘机的差异化产品，基于液压挖掘机基础平台，通过大臂、中臂、小臂、吊架、振动锤头及夹持部件等构成，通过夹持夹住各种桩，利用振动锤头中的偏心机构的高速旋转，产生激振力，操控大臂、中臂、小臂及吊架下压振动锤头及夹持部件，使桩打入地面，广泛用于深挖、河道清淤、管道走廊等施工。
3.在打桩过程中，操作者坐在驾驶室内操控整机，与桩距离较远，无法有效识别桩的位置与状态，特别是打拉森钢板桩时，待打桩与已打桩需要桩与桩有效锁紧，对桩过程需要辅助人员现场辅桩、引桩、对桩。作业过程中现场需要一辅助人员站立桩边，用手抓住桩引桩、对桩，在引桩、对桩过程中通过手势指挥整机操作者同步操控动臂、中臂、小臂及锤头动作，实现对桩。桩通过锤头的夹持油缸和压板压紧桩身，通过摩擦力夹持桩，由于桩本身重量大，对桩过程中，若出现夹持油缸泄露或其他原因导致桩存在滑脱或脱落现象，则对站立桩旁边的辅助人员存在很大安全隐患。
4.因此，亟需一种打桩空间位置识别装置，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种打桩空间位置识别装置，能够获得最新已打桩的空间位置和待打桩的空间位置，从而实现在无辅助人员的情况下对桩的目的。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.提供一种打桩空间位置识别装置，包括：
8.识别车，包括车体和设置在车体上的摄像单元，所述摄像单元能够随所述车体转动以使所述摄像单元与待摄像物体垂直设置，所述待摄像物体包括已打桩和待打桩；
9.移动机构，包括承载台和设置于所述承载台底部的滑动夹紧结构，所述滑动夹紧结构被配置为使所述承载台在已打桩上行走，所述识别车固定设置于所述承载台的顶部。
10.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述滑动夹紧结构包括行走单元和夹持单元，所述夹持单元设置于所述行走单元的两端，所述行走单元用以带动所述承载台在已打桩上行走，所述夹持单元用于将所述承载台夹持于所述已打桩。
11.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述行走单元包括行走辊和行走驱动结构，所述行走驱动结构与所述行走辊传动连接。
12.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述夹持单元包括夹持部和调节部，所述夹持部一端与所述承载台连接，另一端与所述调节部连接，所述调节部用以调节所述夹持部与所述已打桩之间的距离。
13.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述夹持部包括夹持辊和连接架，所述调节部包括调节气缸和连杆，所述调节气缸的气缸杆与所述连杆连接，所述调
节气缸的缸体与所述承载台连接，所述连杆与多个所述连接架的一端固定连接，所述连接架的另一端与所述承载台转动连接，每个所述连接架上均转动设置有一所述夹持辊，所述夹持辊能够相对于所述连接架转动。
14.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述车体包括回转架、回转驱动机构和抓取机械手，所述回转架与所述回转驱动机构传动连接，所述抓取机械手与所述回转架转动连接。
15.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述回转驱动机构包括转动齿轮和回转驱动件，所述回转驱动件与所述转动齿轮连接，所述回转架嵌套设置有齿圈，所述转动齿轮和所述齿圈啮合。
16.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述抓取机械手包括第一手臂、第二手臂、第三手臂、夹持驱动结构、夹持臂、第一驱动关节、第二驱动关节、第三驱动关节和第四驱动关节，所述第一手臂和所述回转架通过所述第一驱动关节连接，所述第一手臂和所述第二手臂通过第二驱动关节连接，所述第三手臂和所述第二手臂通过第三驱动关节转动连接，所述第三手臂和所述夹持臂通过第四驱动关节转动连接，所述夹持驱动结构设置于所述第二手臂一端形成的腔室内，所述夹持驱动结构与所述摄像单元固定连接，所述摄像单元设置于所述第三手臂形成的腔室内，所述第三手臂设置有成像孔。
17.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述第二手臂与所述第三手臂连接的一端设置有固定板，所述夹持驱动结构设置于所述固定板上，所述固定板上设置有供所述夹持驱动结构的输出轴穿过的过孔，所述输出轴与所述摄像单元固定连接。
18.作为上述打桩空间位置识别装置的一种优选技术方案，所述第二手臂上设置有位置传感器。
19.本发明有益效果：
20.打桩空间位置识别装置包括识别车和移动机构，识别车包括车体和设置在车体上的摄像单元，摄像单元能够随车体转动以使摄像单元与待摄像物体垂直设置；移动机构包括承载台和设置于承载台底部的滑动夹紧结构，滑动夹紧结构被配置为使承载台在已打桩上行走，识别车设置于承载台的顶部。本发明中通过设置摄像单元，且该摄像单元获得已打桩和待打桩的位置信息，操作人员根据位置信息控制车体抓取待打桩并实现对桩的目的，而移动机构则用于带动识别车行走在已打桩上，从而使该识别车能够在无辅助人员的情况下抓桩或对桩。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的打桩空间位置识别装置的第一视角的结构示意图；
22.图2是本发明实施例提供的打桩空间位置识别装置的第二视角的结构示意图；
23.图3是发明实施例提供的第二手臂、第三手臂和夹持臂连接后的局部放大图；
24.图4是发明实施例提供的打桩空间位置识别装置在已打桩上工作时的结构示意图。
25.图中：
26.1、车体；11、回转架；12、回转驱动机构；121、转动齿轮；122、回转驱动件；123、齿圈；13、抓取机械手；131、第一手臂；132、第二手臂；133、第三手臂；1331、成像孔；134、夹持
驱动结构；135、夹持臂；136、第一驱动关节；137、第二驱动关节；138、第三驱动关节；139、第四驱动关节；140、固定板；14、位置传感器；
27.2、摄像单元；
28.3、承载台；
29.4、行走单元；41、行走辊；42、行走驱动结构；
30.5、夹持单元；51、夹持部；511、夹持辊；512、连接架；52、调节部；521、调节气缸；522、连杆；
31.6、控制器；
32.7、供电单元；
33.8、已打桩。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
35.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
38.现有的植桩中，对桩过程需要辅助人员现场辅桩、引桩、对桩。作业过程中现场需要一辅助人员站立桩边，用手抓住桩引桩、对桩，在引桩、对桩过程中通过手势指挥整机操作者同步操控动臂、中臂、小臂及锤头动作，实现对桩。桩通过锤头的夹持油缸和压板压紧桩身，通过摩擦力夹持桩，由于桩本身重量大，对桩过程中桩身桩，若出现夹持油缸泄露或其他原因导致桩存在滑脱或脱落现象，则对站立桩旁边的辅助人员存在很大安全隐患。为此，本实施例中提供了一种打桩空间位置识别装置，能够识别已打桩8和待打桩的空间位置，并将待打桩抓取至已打桩8处实现对桩，该装置无需辅助人员在现场进行操控，可直接在打桩机内实现对桩打桩的任务。
39.该打桩空间位置识别装置包括识别车和移动机构，如图1、图2和、图3和图4所示，
其中识别车包括车体1和设置在车体1上的摄像单元2，摄像单元2能够随车体1转动以使摄像单元2与待摄像物体垂直设置；其中带摄像物体在本实施例中是指待打桩和已打桩8。移动机构包括承载台3和设置于承载台3底部的滑动夹紧结构，滑动夹紧结构被配置为使承载台3在已打桩8上行走，识别车设置于承载台3的顶部。
40.本实施例中通过设置摄像单元2，且该摄像单元2获得已打桩8和待打桩的位置信息，操作人员根据位置信息控制车体1抓取待打桩并实现对桩的目的，而移动机构则用于带动识别车行走在已打桩8上，从而使该识别车能够在无辅助人员的情况下抓桩或对桩。
41.可选地，本实施例中，滑动夹持结构在行走的同时还应保证对已打桩8的夹紧，防止已打桩8在移动过程中左右晃动，为此，参考图2，滑动夹紧结构包括行走单元4和夹持单元5，夹持单元5设置于行走单元4的两端，行走单元4用以带动承载台3在已打桩8上行走，夹持单元5用于将承载台3夹持于已打桩8，夹持单元5和行走单元4二者相互配合，实现对已打桩8的夹紧和在已打桩8上行走。
42.可选的，在其他实施例中，为了能够使承载台3在有非直线已打桩8上行走，承载台3包括多个枢轴连接的工作台，工作台在行走辊41的驱动下能够实现行走，在枢轴的作用下能够实现角度的偏移。
43.可选地，如图2所示，行走单元4包括行走辊41和行走驱动结构42，行走驱动结构42与行走辊41传动连接。多个行走辊41平行设置。行走驱动结构42包括多个电机，电机间隔设置在承载台3的侧壁上，其中电机可设置在承载台3的一侧的侧壁，也可以设置在承载台3的两侧侧壁。多个电机和多个行走辊41一一对应设置，即每个电机连接有一个行走辊41，电机带动与之连接的行走辊41转动，多个行走辊41同时转动会带动承载台3从已打桩8上移动，进而实现识别车移动的目的，在其他实施例中，行走单元4可包括电机、传动辊和履带，传动辊设置在承载台3的两端，其中一个传动辊与电机连接，履带设置在两个传动辊上，电机带动与之连接的传动辊转动，可实现位于履带两端的传动辊带动履带转动，进而可实现承载台3移动前进。
44.可选地，夹持单元5包括夹持部51和调节部52，夹持部51一端与承载台3转动连接，继续参考图2，即夹持部51伸入承载台3的一端能够相对于承载台3转动。夹持部51的另一端与调节部52连接，调节部52用以调节夹持部51与已打桩8之间的距离。夹持部51和调节部52共同作用，从而使承载台3稳定的设置于已打桩8上，尽管已打桩8的宽度相同，但是在实际制造过程中会存在一定的制造误差，且已打桩8可能在被植入过程中产生一定的变形，当夹持部51和已打桩8之间存在较大的间隙则会造成承载台3移动过程中发生摆动，影响摄像单元2的成像效果，本实施例中为了获得良好的成像，提出了调节部52，调节部52可根据不同已打桩8的宽度对夹持部51和已打桩8进行位置调节，从而使夹持部51能够对已打桩8夹紧，使识别车在行走过程中更为稳定，而设置在车体1上的摄像单元2在行走过程中不会产生剧烈的晃动，能获得较好的图像，使控制器6计算出待打桩与已打桩8的空间位置距离更为准确，有效减小误差。
45.可选地，夹持部51包括夹持辊511和连接架512，调节部52包括调节气缸521和连杆522，调节气缸521的气缸杆与连杆522连接，调节气缸521的缸体与承载台3连接，连杆522与多个连接架512的一端固定连接，连接架512的另一端与承载台3转动连接，每个连接架512上均转动设置有一夹持辊511，夹持辊511能够相对于连接架512转动。气缸杆的伸缩能够带
动连杆522发生移动，此时连接架512随连杆522的移动而相对于承载台3或行走辊41发生转动，连接架512能够在绕预设轴线转动，从而实现对承载台3两侧的夹持辊511的相对位置的调节。夹持辊511能够在连接架512上转动，从而使夹持部51在承载台3移动过程中对承载台3的摩擦为滚动摩擦，而非是滑动摩擦，滚动摩擦相较于滑动摩擦而言受到的阻力小，承载台3在移动过程中移动速度快且更为平稳，夹持辊511在承载台3移动过程中不会对已打桩8有夹痕。
46.可选地，车体1包括回转架11、回转驱动机构12和抓取机械手13，回转架11与回转驱动机构12传动连接，抓取机械手13与回转架11转动连接。回转架11能够在回转驱动机构12的作用下在承载台3上实现自转，从而使摄像单元2能够在承载台3的固定位置上转动，实现摄像单元2在承载台3上360
°
无死角对已打桩8的锁边的空间相对位置进行检测。
47.参考图1，回转驱动机构12包括转动齿轮121和回转驱动件122，回转驱动件122与转动齿轮121连接，回转架11嵌套设置有齿圈123，转动齿轮121和齿圈123啮合。回转驱动机构12包括固定轴和固定架，转动齿轮121可转动地设置在固定轴上，固定轴则固定设置在承载台3上，固定架设置在固定轴上且转动齿轮121位于固定架形成的腔室内，转动齿轮121和齿圈123啮合，齿圈123转动过程中回转架11随齿圈123转动，从而实现对识别车的位置调整。
48.可选地，本实施例中，如图1和图3所示，抓取机械手13包括第一手臂131、第二手臂132、第三手臂133、夹持驱动结构134、夹持臂135、第一驱动关节136、第二驱动关节137、第三驱动关节138和第四驱动关节139，第一手臂131和回转架11通过第一驱动关节136连接，第一手臂131和第二手臂132通过第二驱动关节137连接，第三手臂133和第二手臂132通过第三驱动关节138转动连接，第三手臂133和夹持臂135通过第四驱动关节139转动连接，夹持驱动结构134设置于第二手臂132一端形成的腔室内，夹持驱动结构134与摄像单元2固定连接，摄像单元2设置于第三手臂133形成的腔室内，第三手臂133设置有成像孔1331。其中，第一驱动关节136、第二驱动关节137、第三驱动关节138和第四驱动关节139为液压式驱动关节、气动式驱动关节和电磁式驱动关节中的一种或多种，液压式驱动关节、气动式驱动关节和电磁式驱动关节为现有技术，结构不再赘述。
49.第二手臂132能够相对于第一手臂131实现y向的转动，第一手臂131相对于回转架11实现y向的转动，第三手臂133相对于第二手臂132实现z向的转动，回转架11则能够带动第一手臂131实现z向的转动，夹持臂135在回转架11、第一手臂131、第二手臂132和第三手臂133的作用下实现位置的改变，且回转架11、第一手臂131、第二手臂132和第三手臂133能够实现对夹持臂135位置的微调，使摄像单元2的定位更为精准。
50.可选地，第二手臂132与第三手臂133连接的一端设置有固定板140，夹持驱动结构134设置于固定板140上，固定板140上设置有供夹持驱动结构134的输出轴穿过的过孔，输出轴与摄像单元2固定连接。夹持驱动结构134为夹持电机，夹持电机带动摄像单元2能够转动，由于对应的，第三手臂133上下均设置有能够使摄像单元2拍到已打桩8和待打桩的图像的拍摄孔，夹持臂135则用于夹持待打桩，防止待打桩在空间晃动。
51.为了使摄像单元2在工作过程中能够实现快速定位，在本实施例中，第二手臂132上设置有位置传感器14。位置传感器14的使用原理和结构为现有技术，在此不再赘述。
52.在本实施例中，如图1所示，该打桩空间位置识别装置还包括控制器6和供电单元
7，控制器6能够接收到摄像单元2传送的图像并根据图像进行计算获得待打桩和已打桩8的坐标，控制器6发送该坐标给打桩机，打桩机根据坐标给控制器6反馈指令，控制器6根据打桩机反馈的指令控制行走驱动结构42、第一传动机构、调节气缸521、回转驱动机构12、夹持驱动结构134第一驱动关节136、第二驱动关节137、第三驱动关节138和第四驱动关节139协同动作，实现对桩的目的。供电单元7为控制器6、行走驱动结构42、第一传动机构、调节气缸521、回转驱动机构12、夹持驱动结构134、第一驱动关节136、第二驱动关节137、第三驱动关节138和第四驱动关节139提供电能。
53.在本实施例中，控制器6可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器6可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制各部件实现其功能。
54.初始状态摄像单元2向下，对已打桩8图像扫描并通过控制器6进行计算分析，然后摄像单元2旋转180
°
，摄像单元2向上，对待打桩图像扫描并通过控制器6计算分析；由于摄像装置单元位置点未变，仅是旋转180
°
，通过两次图像扫描与计算分析，和考虑摄像单元2的180
°
的旋转，从而计算出待打桩与已打桩8的空间位置相对坐标差(x,y,z)，并通过控制器6传递到驾驶室内显示装置上，驾驶室内根据坐标差移动打桩机大臂、中臂和小臂。对于图像的处理以及计算获得空间位置坐标或坐标差是现有技术，在此不再赘述。
55.如图4所示，该打桩空间位置识别装置具体工作过程如下：
56.整机操作者坐在打桩机驾驶室内，通过遥控打桩空间位置识别装置，打桩空间位置识别装置可在已打桩8上爬行，爬行到最后已打桩8的附近，操作者通过控制整机实现锤头捡桩，并吊桩到已打桩8附近，此时打桩空间位置识别装置调整第一手臂131和第二收臂132的空间位置，使第二手臂132与地面水平平行，第二臂手132上的摄像单元2对已打桩8进行图像扫描，然后第二手臂132上夹持驱动结构134驱动摄像单元2进行180
°
回转，对待打桩进行图像扫描；控制器6对已打桩8图像和待打桩图像进行分析计算，计算出待打桩与已打桩8的空间位置距离并传递到整机驾驶室内的显示器上，操作者可通过显示器直观观察待打桩与已打桩8的状态，当操作者操控打桩机的动臂、中臂和小臂动作使锤头及桩接近已打桩8时，摄像单元2对待打桩与已打桩8进行二次图像扫描并计算，然后计算桩的锁边的空间相对位置，并分别传递给整机控制器和打桩空间位置识别装置的控制器6，打桩空间位置识别装置的控制器6通过调整打桩空间位置识别装置的第一手臂131、第二手臂132和夹持臂135在空间位置抓住桩边，整机控制器在控制打桩机的动臂、中臂、小臂动作并在打桩空间位置识别装置的引导下实现引桩和对桩。打桩空间位置识别装置抓桩边避免在桩空间调整过程中摆动现象，防止不易对桩的问题出现。无需现场辅助人员即可实现对桩，减少操作者数量，降低成本，同时解决辅桩人员引桩、对桩安全隐患问题。
57.对桩结束后，整机操作者按下打桩机的自动打桩按钮，打桩机的自动打桩系统首先计算获取锤头及、已打桩和待打桩的空间位置坐标，因在打桩过程中需要待打桩是垂直状态，因此根据对待打桩的初始阶段锤头及待打桩的空间位置坐标可计算出打桩过程中待打桩的轨迹路线，控制单元将轨迹路线离散化，然后通过计算出任一离散轨迹路线单元下的打桩机的大臂、中臂、小臂所需角度变化，根据角度变化值计算出打桩机的第一油缸、第二油缸和第三油缸所需长度信息，通过控制打桩机的电控主阀中各相关阀组动作从而控制第一油缸、第二油缸和第三油缸动作，进一步实现大臂、中臂和小臂角度变化，从而实现待
打桩在垂直状态下打桩下压桩，保证打桩过程中的垂直度。
58.对应地，本实施例中打桩机上设置有辅助打桩系统，辅助打桩系统包括垂直度传感器、三个角度传感器和惯量单元，三个角度传感器和惯量单元分别与整机控制器电连接，三个角度传感器分别为第一角度传感器、第二角度传感器和第三角度传感器，其中第一角度传感器置于大臂上，用于检测大臂相对打桩机上架的角度信息；第二角度传感器置于中臂上，用于检测大臂与中臂的角度信息；第三角度传感器置于小臂上，用于检测小臂与中臂的角度信息；惯量单元于检测打桩机上架即打桩机整机所处施工面的空间与角度信息。垂直度传感器置于打桩机锤头上，用于检测待打桩的垂直度信息并传递给整机控制器。
59.机手开启自动打桩功能后，整机控制器根据第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、惯量单元和存贮于整机控制器内的第一油缸、大臂、第二油缸、中臂、第三油缸、小臂的结构参数，计算出小臂与吊架铰接点相对于打桩机所处施工地面的空间位姿矩阵t，进而计算出小臂与吊架铰接点的空间位置坐标a(x,y,z)，其中x方向为铰接点与指向上架的方向，u为铰接点垂直方向，z为铰接点的左右方向。
60.打桩过程中要保证桩的垂直度，即在待打桩的打入过程中，铰接点a的空间坐标，x与z方向的坐标值不变，仅y坐标值变化。
61.整机控制器将根据待打桩的本身打入深度h并计算获取对桩后小臂与吊架铰接点的空间位置坐标a(x,y,z)空间坐标y离散化(离散为n个点)，获得在打桩过程中桩的目标轨迹ci(i＝0～n)。垂直度传感器用于实时监测桩的垂直度并反馈给整机控制器，整机控制器对小臂与吊架铰接点的空间位置坐标a的目标轨迹c实时修正补偿反馈，保证打桩过程中的桩的垂直度；同时垂直度传感器将桩的垂直信息传递到驾驶室，通过显示单元显示。
62.此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。