一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人的製作方法

2023-05-12 02:21:41

專利名稱：一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及特種設備測量技術，具體為一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人。 該機器人是一種依靠永磁吸附垂直爬升進行導軌垂直度及軌距數據測量的半自動機器人。
背景技術：
對電梯導軌進行垂直度及軌距測量是電梯行業一項重要的任務。當今中國，隨著經濟的蓬勃發展，越來越多的高樓大廈出現在各個城市之中，而伴隨著高層建築的不斷增多，隨之而來的轎箱式電梯的數量也越來越多。電梯的安全性，高效性，舒適性也成為了對電梯運行的基本的、重要的技術性能要求。因此，對於電梯的安裝與維護也相應的受到了越來越多的關注。電梯導軌垂直度檢測方法基本經歷了兩個階段第一階段是利用人工對導軌垂直度進行分段檢測，例如傳統的吊線法，採用傳統的吊垂線的方法來保證導軌安裝的垂直度， 就是利用地球重力場，將一根Φ0. 6左右的鋼絲上端固定，下端一個重錘。採用這種方法首先要搭建腳手架，安裝樣板架，然後對導軌分段吊垂線進行上下樣板的矯正。這種方法看似簡單準確，但在實際的現場施工中很難保證垂準精度。首先，重錘本身是個擺，一個100米長的重錘擺動周期長達20秒，很難在短時間停下來。所以，通常在將重錘置於有機油中以增加阻尼，但即使這樣耗時也長，同時影響精度。其次，重錘線容易受到風吹的影響，一個 10kg、IOOm長的重錘，如果在重錘處只受到Ig橫向力(相當於一個螞蟻力量大小的力)的影響，就會使吊線在IOOm處偏離10mm，也就是約20角秒的誤差。再次，建築物的微小振動很容易傳遞到繃緊的垂線，造成垂直偏差。同時，梯井黑暗潮溼，長期作業對測量人員身體健康不利，容易疲勞，造成測量過程的人為誤差。特別是在電梯維護階段，由於沒有了腳手架，更是難以進行吊垂線作業，電梯的垂直度測量就更加困難；第二階段是檢測過程由自動儀器完成。近年來，電梯行業出現了用於導軌垂直度檢測的雷射垂準儀，使用高精度的鉛直雷射束代替吊垂線，檢測精度有很大提高。伴隨著雷射垂準儀的出現，電梯導軌垂直度檢測在測量過程和方法上取得了新的進展。上海交通大學機械與動力學院，季海忠等發表的《基於圖像處理的電梯導軌高精度測量的研究》論文(參見郭麗峰.電梯導軌不平順度測量、建模及轎箱水平振動特性的研究[博士學位論文].天津天津大學.200 中提出了一種利用CCD相機、固定與接收裝置、雷射發射系統、視頻採集處理系統等組合為一整體的垂直度測量裝置。雷射發射系統包括自動調垂直功能的雷射發射器和三腳架，視頻採集處理系統包括CCD攝像機、視頻採集卡、軟體系統、成像玻璃片和成像薄板。通過最大值濾波、圖像腐蝕、圖像膨脹、OTSU 二值化、Canny變換尋找輪廓、最小二乘法橢圓最小二乘擬合與優選等方法，完全可以確定雷射光斑的中心位置，然後就可以對導軌的垂直度進行調整，從而大大提高了電梯導軌檢測的範圍和精度。這種方法提供了為電梯導軌垂直度測量提供了一個很好的測量基準。但是， 該測量方法仍然需要人工的全程參與，工作量大，而且離不開腳手架，限制了在電梯維護使用階段的應用，而且由於人力限制測量點數量不會太多，這樣即使只有幾次的錯誤測量也將造成導軌曲線擬合結果的較大誤差。天津大學提出了一種新型電梯導軌垂直度測量儀，用強磁鐵使測量儀緊貼導軌， 測量儀通過一個拉杆與轎廂相連，雷射垂準儀固置於導軌底部，向下發出一條鉛直雷射束 (參見季海忠等，基於圖像處理的電梯導軌高精度測量的研究上海交通大學.2006)。測量時，轎廂帶動測量儀在導軌上運動，安裝於測量儀的CXD相機接收雷射光斑，通過計算機圖像處理識別光斑中心位移，該位移變化即反映了導軌垂直誤差。這種方法實現簡單，測量過程不需要人工幹預，測量速度快。但是研究發現，上述電梯導軌測量儀存在一些缺陷(1) 轎廂運行過程中的水平和垂直振動不可避免地傳給測量儀，從而引起不可控的測量誤差； (2)在導軌安裝階段由於沒有電梯轎廂，無法使用該測量儀進行導軌檢測與矯正，使用範圍大大受限。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，該機器人採用永磁輪式吸附結構，能夠在吸附導軌垂直運行的基礎上，同時測量導軌垂直度和軌距，具有結構簡單，測量精確，節省能源，運行成本低等特點。本發明解決所述技術問題的技術方案是設計一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於該機器人包括機身、吸附磁輪、傳感器模塊、無線傳輸模塊、控制模塊和驅動模塊；所述吸附磁輪包括磁輪和矽鋼片，矽鋼片分別貼附在磁輪的兩個端面上，並通過嵌入在機身壁上的軸承固定在機身上；所述傳感器模塊包括的傾角傳感器和雷射測距儀， 傾角傳感器和雷射測距儀通過支座安裝在機身的甲板面上，並分別處於單片機的上邊和下邊，且均與單片機雙向連接；所述無線傳輸模塊包括上位機無線傳輸臺和機器人本體無線傳輸臺；所述的控制模塊包括單片機及控制程序；所述驅動模塊包括前導向輪步進電機和後導向輪步進電機以及編碼器。與現有技術相比，本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人採用了永磁輪式吸附結構設計，減少了製作成本，避免例人力和物力的浪費，同時為精確測量數據提供了較為理想的平臺；雷射測距儀和傾角傳感器的同時使用，實現了多指標的測量，為電梯導軌安裝和維護提供了更有力的保障。


圖1為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的整體模塊組成框圖；圖2為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的整體結構示意圖； 其中(a)為機構主視圖，(b)為機構俯視圖；圖3為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的工作程序控制系統結構框圖；圖4為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的磁輪形狀結構示意圖；其中(a)為磁輪主視形狀示意圖，(b)為磁輪剖面結構示意圖；圖5為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的矽鋼片形狀結構示意圖，其中(a)為矽鋼片主視形狀示意圖，(b)為矽鋼片剖面結構示意圖6為本發明電梯導軌垂直度及軌距測量機器人一種實施例的磁吸附輪裝配結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步詳細描述本發明。實施例僅用於詳細說明本發明，並不限制本申請權利要求的保護範圍。本發明設計的電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於該機器人包括機身 1、吸附磁輪2、傳感器模塊3、無線傳輸模塊4、控制模塊5和驅動模塊6 (參見圖1)；為防止磁漏，所述的機身1採用112硬質鋁材料製造；所述吸附磁輪2包括磁輪21和矽鋼片22， 矽鋼片22分別貼附在磁輪21的兩個端面上(參見圖4-6)，並通過嵌入在機身1壁上的軸承固定在機身1上；所述的傳感器模塊3包括的傾角傳感器31和雷射測距儀32，傾角傳感器31和雷射測距儀32通過支座安裝在機身1的甲板面上，並分別處於單片機51的上邊和下邊(參見圖2(b))，且均與單片機51雙向連接；所述無線傳輸模塊4包括上位機無線傳輸臺41和機器人本體無線傳輸臺42 ；所述的控制模塊5包括單片機51和控制程序；所述驅動模塊6包括前導向輪步進電機61和後導向輪步進電機62以及編碼器63。本發明的吸附磁輪2 (參見圖4-6)實施例採用Nd-Fe-B材料製造，並通過在磁輪 21的兩側貼合矽鋼片22實現漏磁通最小，吸附力最大的優化設計結構。吸附磁輪2作為永磁吸附，可實現機器人垂直吸附在電梯導軌上，並能夠垂直爬升。本發明通過將永磁材料Nd-Fe-B製作成軸向充磁的頂磁輪和導向輪，每一磁輪上均貼合兩個直徑略大於磁輪的矽鋼片，以起引導磁通的作用，頂磁輪吸附導軌是為防止機器人顛覆，右側前後磁輪因作為驅動輪，所以尺寸相對其他磁輪較大，為其他磁輪的兩倍。驅動輪足夠的吸附力來提供摩擦力，通過步進電機帶動使得機器人能夠垂直爬升。本發明傾角傳感器31和雷射測距儀32的選型與傳感器的使用方法和所要測量的數據精度要求有關。傾角傳感器31用於測量導軌在採樣點處傾角，雷射測距32用於測量導軌在採樣點處的軌距。測量後通過上位機數據處理軟體在顯示屏上以圖表的形式實時輸出。本發明實施例的傾角傳感器31採用NS-15/PI雙軸傾角傳感器；實施例的雷射測距儀 32採用ZCCJ-70雷射測距傳感器。本發明無線數傳模塊4本身為現有技術。實施例的選型為LM96/MU 430Hz，傳輸距離2000米左右。所選無線數傳模塊基於以下要求(1)使用無線數據傳輸，可節省昂貴的線纜資源；( 可防止因接口鬆動或損壞而出現的數據傳輸故障。本發明控制模塊5本身為現有技術。實施例控制模塊5的單片機51採用飛思卡爾(FreescaIe)-DGUS集成嵌入式單片機。其串口能夠並行收發數據。本發明設計的上位機通過無線傳輸模塊4給予控制模塊5的單片機51信號，控制模塊5通過編碼器63與驅動模塊6反饋連接，同時傳感器模塊3也與控制模塊5進行雙向連接；吸附磁輪2結合驅動模塊6為機器人提供垂直爬升驅動。傳感器模塊3由傾角傳感器31和雷射測距儀32組成。傾角傳感器31雷射測距儀32均安裝在機身1上，分別用於測量採樣點的傾角值及兩電梯導軌之間的軌距，然後通過計算得到實際數值。為避免機器人運行振動帶來的測量幹擾，機器人採用周期性間歇運動設計，通過編程控制左、右步進電機來實現周期性間歇運動，並設計機器人運行的暫停時間為數據採樣時間點。傾角傳感器31和雷射測距儀32所測得數據通過無線傳輸臺42發送給上位機，並以圖表形式進行直觀顯示；控制模塊5採用單片機編程控制；驅動模塊6採用前導向輪步進電機61和後導向輪步進電機62驅動機器人前後運動。本發明同時設計了機器人執行控制程序(參見圖幻。該程序較為簡單，本領域技術人員不經創造性勞動即容易給出具體程序。該程序包括如下步驟步驟一上位機通過無線上位機數傳模塊給予單片機初始化信號，初始化完成後， 單片機分別給予步進電機和傳感器啟動信號；步驟二 機器人以周期間歇運動爬升電梯導軌，在機器人間歇時間段內，單片機給予傳感器啟動信號，開始採集數據，並將數據送回給單片機；步驟三單片機通過機器人本體上的無線數傳模塊把數據再傳給上位機的數傳模塊，所傳數據通過上位機數據處理軟體處理後，以圖表形式顯示；步驟四工作人員通過圖表來判斷電梯導軌在採樣點處所測的數據是否符合國標要求。本發明機器人(1)通過永磁吸附輪的方式，實現了機器人沿電梯導軌的垂直爬升，減少其他物力損耗；( 傾角傳感器和雷射測距儀的共同使用，實現電梯導軌垂直度和軌距的同時測量，提高了檢測精度和效率。本發明機器人執行程序，能夠實現對電梯導軌垂直度及軌距進行精確測量，並且在工作過程中如果遇到故障能夠急停，並轉換為手動控制，同時發出警報。本發明機器人的測量數據可通過傳感器拾取、輸出，並由微機對測量數據自動採集、分析和輸出。工作過程及原理簡述如下(1)在被檢測電梯導軌的「側工作面」和「頂工作面」上確定若干個檢測點。檢測點將N米長的導軌分成若干段，對每一段進行檢測；(2)逐一測量出各檢測點在電梯導軌長度方向的位置坐標以及相鄰兩檢測點之間的距離；(3)逐一測量出各檢測點相鄰兩點之間的連線和鉛垂線的夾角；(4)用檢測得到的「各檢測點在導軌長度方向的位置坐標」、「各檢測點相鄰兩點之間的連線和鉛垂線的夾角」以及「相鄰兩檢測點之間的距離」等數據，經數學計算、分析和整理，即得到被檢測電梯導軌的垂直度誤差數據及垂直度曲線圖。本發明設計的機器人可以避免工作人員頻繁接觸條件惡劣的井道，保證了檢測人員的安全。由經濟學角度看，本發明可由機器人沿導軌由上而下自動運行一次即可完成檢測，不用分層檢測，同時也提高了電梯導軌規定距離的檢測精度和工作效率，方便電梯安裝時的檢測和每年的維護工作，節省了大量的人力物力財力。本發明未述及之處適用於現有技術。
權利要求
1.一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於該機器人包括機身、吸附磁輪、 傳感器模塊、無線傳輸模塊、控制模塊和驅動模塊；所述吸附磁輪包括磁輪和矽鋼片，矽鋼片分別貼附在磁輪的兩個端面上，並通過嵌入在機身壁上的軸承固定在機身上；所述傳感器模塊包括的傾角傳感器和雷射測距儀，傾角傳感器和雷射測距儀通過支座安裝在機身的甲板面上，並分別處於單片機的上邊和下邊，且均與單片機雙向連接；所述無線傳輸模塊包括上位機無線傳輸臺和機器人本體無線傳輸臺；所述的控制模塊包括單片機及控制程序； 所述驅動模塊包括前導向輪步進電機和後導向輪步進電機以及編碼器。
2.根據權利要求1所述的電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於所述的機身採用112硬質鋁材料製造；所述的吸附磁輪採用Nd-Fe-B材料製造。
3.根據權利要求1所述的電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於所述的傾角傳感器採用NS-15/PI雙軸傾角傳感器；所述的雷射測距儀採用ZCCJ-70雷射測距傳感器。
4.根據權利要求1所述的電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於所述的無線數傳模塊為LM96/MU 430Hz。
5.根據權利要求1所述的電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於所述的單片機採用飛思卡爾-DGU8集成嵌入式單片機。
全文摘要
本發明公開一種電梯導軌垂直度及軌距測量機器人，其特徵在於該機器人包括機身、吸附磁輪、傳感器模塊、無線傳輸模塊和控制模塊及驅動模塊；所述吸附磁輪包括磁輪和矽鋼片，矽鋼片分別貼附在磁輪的兩個端面上，並通過嵌入在機身壁上的軸承固定在機身上；所述傳感器模塊包括的傾角傳感器和雷射測距儀，傾角傳感器和雷射測距儀通過支座安裝在機身的甲板面上，並分別處於單片機的上邊和下邊，且均與單片機雙向連接；所述無線傳輸模塊包括上位機無線傳輸臺和機器人本體無線傳輸臺；所述的控制模塊包括單片機及控制程序；所述驅動模塊包括前導向輪步進電機和後導向輪步進電機以及編碼器。
文檔編號G01B11/26GK102278956SQ20111009485
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者劉志東, 劉志雲, 戴士傑, 王玉超 申請人:河北工業大學