一种高空作业车作业目标定位装置及其方法

技术领域

本发明涉及目标定位，属于作业车技术领域，具体涉及一种高空作业车作业目标定位装置及其方法。

背景技术

高空作业车是运送工作人员或使用器材至高空、对位于高空的设备进行安装、维护、清洗等作业的专用特种车辆，比如用来向高层建筑物搬运货物的运输车，与搭脚手架、梯子等传统的作业方式相比具有作业性能好、作业效率高、作业安全等优点；

高空作业车主要结构是位于移动车辆上的作业臂，作业臂的伸缩与摆动使得端头处的平台或支撑点移动至高处目标位置；现有高空作业车在作业时大部分依赖人工操作，即操作人员先目测工作平台到目标点的方位，操作各活动关节逐步靠近目标点，最终达到指定位置，人工操作的安全性、可靠性以及效率完全依赖于操作人员的经验和水平，存在一定的定位误差，尤其是不熟练的操作人员；

人工定位已无法满足高空作业车智能化作业，在进行作业前，先确定高空作业车目标点的坐标，再基于目标点的坐标进行工作臂路径规划与避障，最终到达目标点；现有一些定位机构在对作业臂的目标定位时存在以下缺陷：1、定位机构安装在作业臂内、通过对作业臂旋转轴、伸缩距离进行检测，当定位机构进行维修或部件更换时，无法单独快速拆装；2、定位机构在进行测距时、未考虑自身部件安装尺寸，即往往将定位机构某位置看作基点，未考虑定位机构装配尺寸所造成安装基点的偏差，使得定位不精准。

发明内容

本发明目的在于提供一种高空作业车作业目标定位装置，结构简单紧凑，实现对目标点距离、倾角、周向角的测量，并且根据使用要求快速拆装在高空作业车上，能够与作业臂相匹配，实现单独拆装；

为实现上述目的，本一种高空作业车作业目标定位装置，包括：

支撑轴，轴线竖直布置、并通过调节组件角度调节且锁紧的位于固定底座上，支撑轴上端布置有耳座，固定底座拆卸位于高空作业车上；

倾角支架，下端以水平面向上倾角转动并锁紧位于耳座上，倾角支架转动轴线与支撑轴轴线相互垂直且相交；

定位组件，具有位于倾角支架上的激光测距仪与倾角传感器、以及位于支撑轴下部的角度传感器；

激光测距仪、倾角传感器与角度传感器将数据通过总线与上位机连接。

优选的，所述调节组件包括：

蜗轮，固定位于支撑轴的中部，支撑轴通过轴承转动安装在位于固定底座处的支撑罩上，

蜗杆，转动安装在支撑罩上、并与蜗轮相啮合。

进一步的，所述支撑罩上设有弧形槽；

锁紧螺杆穿过弧形槽螺纹安装在固定底座上。

进一步的，所述倾角支架一端转动安装在耳座上，相对一端下侧为倾斜面；

耳座上设有与倾斜面相接触且匹配的楔形块，调节杆中部与耳座上的固定块螺纹连接、端头与楔形块连接并带动其横向滑动。

进一步的，所述固定底座上设有以支撑轴轴线为中心周向布置的刻度；

支撑轴上设有标识线。

优选的，所述支撑轴沿轴线方向布置有贯穿孔，激光测距仪与倾角传感器的总线穿过贯穿孔与支撑轴下端的电滑环连接；

电滑环的一端与上位机连接。

进一步的，所述固定底座下端设有多个升降调平的支柱。

本发明目的还在于提供一种高空作业车作业目标定位方法，考虑自身部件安装尺寸，使得测量精度更高，降低定位装置装配尺寸对测量的偏差影响。

一种高空作业车作业目标定位方法，具体包括以下步骤：

a.将本高空作业车作业目标定位装置放置在高空作业车上，建立以固定底座底端中心为原点O

初始时，角度传感器、倾角传感器先清零校正，坐标系x

b.转动支撑轴、倾角支架，使得激光测距仪测距端头测量当前位置到目标点的距离l，并通过倾角传感器、角度传感器测量相应的水平向上倾角θ、周向角α，建立相应的圆柱坐标系，将其转换为直角的坐标系，然后计算得到目标点在高空作业车的作业臂所在坐标系xyz中坐标值、进行目标定位。

进一步的，所述步骤b中目标点在高空作业车作业臂所在的坐标系xyz中的坐标值为

x＝[(l+s)·cosθ-b·sinθ]·cosα+Δx

y＝[(l+s)·cosθ-b·sinθ]·sinα+Δy

其中，b为倾角支架转动位置到激光测距仪的垂线距离；

s为激光测距仪测距端头到垂线的距离；

h为倾角支架转动位置到原点O

与现有技术相比，本一种高空作业车作业目标定位装置通过激光测距仪、倾角传感器、角度传感器位于支撑轴上、支撑轴安装在固定底座上，实现对目标点距离、倾角、周向角的测量，并且固定底座根据使用要求快速拆装在高空作业车上，能够与作业臂相匹配，实现本定位装置的单独拆装，降低对作业臂动作的影响；

由于调节组件包括蜗轮蜗杆结构，并且锁紧螺杆穿过支撑罩上的弧形槽螺纹安装在固定底座上，因此直接转动支撑罩，锁紧螺杆能够在弧形槽内滑动，转动锁紧螺杆，穿过弧形槽螺纹安装在固定底座上，实现周向大角度的粗略调整，再转动蜗轮蜗杆，实现周向小角度精确调整；

本高空作业车作业目标定位方法通过激光测距仪、倾角传感器、角度传感器相应对目标点进行距离、倾角、周向角测量，在计算参数中引入倾角支架转动点至激光测距仪的垂线距离、激光测距仪测距端头到垂线的距离以及转动位置到本定位装置原点高度，考虑自身部件安装尺寸，使得测量精度更高，降低定位装置装配尺寸对测量的偏差影响。

附图说明

图1是本发明的整体主视图；

图2是本发明的支撑轴与支撑罩装配示意图；

图3是本发明的支撑轴示意图；

图4是本发明的坐标系x

图5是本发明的坐标系x

图6是本发明的坐标系x

图中：10、固定底座；

20、支撑轴，21、贯穿孔；

30、耳座，40、倾角支架；

50、支撑罩，51、锁紧螺杆，52、蜗轮，53、蜗杆，54、弧形槽；

61、激光测距仪，62、倾角传感器，63、角度传感器，64、电滑环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本一种高空作业车作业目标定位装置，包括：

支撑轴20，轴线竖直布置、并通过调节组件角度调节且锁紧的位于固定底座10上，支撑轴20上端布置有耳座30，固定底座10拆卸位于高空作业车上；

倾角支架40，下端以水平面向上倾角转动并锁紧位于耳座30上，倾角支架40转动轴线与支撑轴20轴线相互垂直且相交；

定位组件，具有位于倾角支架40上的激光测距仪61与倾角传感器62、以及位于支撑轴20下部的角度传感器63；

激光测距仪61、倾角传感器62与角度传感器63将数据通过总线与上位机连接；

具体的，固定底座10安装在高空作业车上、并临近相应作业臂，优选的，固定底座10拆卸安装，且本高空作业车作业目标定位装置可集成位于固定底座10上，留出相应的总线与上位机连接；

支撑轴20竖直布置、用于带动耳座30上的倾角支架40周向旋转，并且周向角度通过调节组件进行调节与锁紧，说明的，支撑轴20也可为上部盘体结构、下部轴结构，盘体结构支撑面更大、方便耳座30、倾角支架40的安装；

倾角支架40用于倾斜角度调整、且能够进行锁紧，作为优先方案，倾角支架40一端转动安装在耳座30上，相对一端下侧为倾斜面；耳座30上设有与倾斜面相接触且匹配的楔形块，调节杆中部与耳座30上的固定块螺纹连接、端头与楔形块连接并带动其横向滑动；因此转动调节杆，带动楔形块与倾角支架40接触并横向滑动，使得倾角支架40以水平面为基准进行倾角转动；

激光测距仪61用于测量当前位置到目标点的距离l，倾角传感器62用于测量倾角支架40转动倾角，角度传感器63为中空结构、并安装在支撑轴20外侧，用于测量支撑轴40周向转动的角度，说明的，倾角传感器62、角度传感器63均设有校零位置；

上位机可为计算机，用于接收定位组件测量的距离、倾角、周向角的数据，并进行分析得到目标点在高空作业车作业臂所在坐标系的坐标；

如图4至图6所示，初始状态，本定位装置放置在高空作业车上并与作业臂相匹配，即假设本定位装置的坐标系为x

如图4、图5所示，固定底座10中心位置为本定位装置的坐标系x

ρ＝(l+s)·cosθ-b·sinθ

其中，h为倾角支架40转动位置到原点O

将目标点在本定位装置圆柱坐标系中的坐标转换为直角坐标系x

x

y

进一步的，目标点在高空作业车作业臂所在的坐标系xyz中的坐标值为

x＝[(l+s)·cosθ-b·sinθ]·cosα+Δx

y＝[(l+s)·cosθ-b·sinθ]·sinα+Δy

本高空作业车作业目标定位装置，通过激光测距仪61、倾角传感器62、角度传感器63位于支撑轴20上、支撑轴20安装在固定底座10上，实现对目标点距离、倾角、周向角的测量，并且固定底座10根据使用要求快速拆装在高空作业车上，能够与作业臂相匹配，实现本定位装置的单独拆装，避免对作业臂动作的影响；

本高空作业车作业目标定位方法通过激光测距仪61、倾角传感器62、角度传感器63相应对目标点进行距离、倾角、周向角测量，在计算参数中引入倾角支架40转动点至激光测距仪61的垂线距离、激光测距仪61测距端头到垂线的距离以及转动位置到本定位装置原点高度，考虑自身部件安装尺寸，使得测量精度更高，避免定位装置装配尺寸对测量的偏差影响。

如图1、图2、图3所示，优选实施例中，所述调节组件包括：

蜗轮52，固定位于支撑轴20的中部，支撑轴20通过轴承转动安装在位于固定底座10处的支撑罩50上，

蜗杆53，转动安装在支撑罩50上、并与蜗轮52相啮合；

进一步的，所述支撑罩50上设有弧形槽54；

锁紧螺杆51穿过弧形槽54螺纹安装在固定底座10上；

具体的，支撑罩50起到支撑与密封作用、并可通过回转支承安装在固定底座10上；

在转动支撑轴20测量周向角时，存在周向角发生定位不精准的情况，因此调节组件采用蜗轮蜗杆机构，即转动蜗杆53，通过与其配合的蜗轮52带动支撑轴20转动，使支撑轴20上的倾角支架40进行周向调整；蜗轮蜗杆不仅传动比大，使得周向定位更加精准，而且有效实现自锁，避免支撑轴20在使用过程中发生转动；

另外蜗轮蜗杆传动比大，当需要大角度调整时，比如初始状态，要求本定位装置所在坐标系与作业臂的坐标系方向一致；单靠蜗轮蜗杆结构将造成调整上的繁琐，因此直接转动支撑罩50，锁紧螺杆51能够在弧形槽54内滑动，转动锁紧螺杆51，穿过弧形槽54螺纹安装在固定底座10上，实现支撑罩50固定在固定底座10上，实现周向大角度的粗略调整，再转动蜗轮蜗杆，实现周向小角度精确调整。

进一步的，所述固定底座10上设有以支撑轴20轴线为中心周向布置的刻度；

支撑轴20上设有标识线；

支撑轴20转动时，其上的标识线相对刻度进行移动，能够方便人员识别转动角度。

如图1所示，进一步的，所述支撑轴20沿轴线方向布置有贯穿孔21，激光测距仪61与倾角传感器62的总线穿过贯穿孔21与支撑轴20下端的电滑环64连接；

电滑环64的一端与上位机连接；

具体的，当支撑轴20转动角度较大时，激光测距仪61与倾角传感器62的总线将进行缠绕，因此在支撑轴20的下端电滑环64，即电滑环64能够与旋转体连通、是输送能源与信号的电气部件，激光测距仪61与倾角传感器62的总线穿过贯穿孔21进行隐藏，更加美观，再连接在电滑环64上，进行信号/数据输出；

进一步的，所述固定底座10下端设有多个升降调平的支柱；

支柱采用高度调节结构，并且在固定底座10上端可设有水平仪等、以保障与作业臂方向一致。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。