预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置及其控制方法，属于建筑和市政工程技术领域。

背景技术：

预制装配建造是指将空间结构进行模块化设计，采取“工厂分块预制”，待现场相关工作完成后，采用“现场快捷拼装”的方法进行安装，从而建造空间结构。近年来随着对混凝土结构内在和外在质量要求越来越高，预制立柱节段拼装技术，逐渐在市政桥梁等工程得到应用。例如，在上海某立交工程中，首次采用预制桥梁双节立柱吊装施工，大大提高了现场的施工效率。

目前，预制立柱节段拼装还存在如下不足：

(1)吊装中仍采用传统的垂直度控制方法，在节段预制立柱就位后采用全站仪在立柱的两侧作垂直度观察，由测量人员不间断测量，在控制过程中人为因素影响较大，精度较低；

(2)预制立柱吊装属于高危风险施工作业，预制立柱空间姿态调整依靠人工作业，存在安全隐患，且施工效率低下。

技术实现要素：

针对预制立柱节段拼装中存在的精度低、施工效率低、安全隐患高的问题，本发明提供了一种预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置，能够实现预制立柱在拼接中自动调整并对中，减少了现场人工作业，有利于现场的施工风险控制，提升了预制立柱拼装过程中空间姿态的控制的精准度。同时，本发明还提供了一种所述预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置的控制方法，操作方便，简化了测量步骤，提高了工作效率。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

本发明提供的一种预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置，用于将待安装立柱与已安装立柱拼接，包括：

底座平台，通过反力系统一抱箍于所述已安装立柱上；

左右位移导轨，设置于所述底座平台上，通过伺服电机一在所述底座平台上左右移动；

前后位移导轨，垂直设置于所述左右位移导轨上，通过伺服电机二在所述左右位移导轨上前后移动；

导向调节系统，包括导向支架和姿态调节伺服装置，所述导向支架为框架结构，底部固定在所述前后位移导轨上；所述姿态调节伺服装置固定在所述导向支架内侧，包括用于调整所述待安装立柱空间姿态的上下两排水平液压调节装置；以及，

激光系统，包括姿态控制基准点、激光发射器和激光接收器，其中，所述姿态控制基准点包括设置于所述承台上的第一基准点和第二基准点，激光发射器包括位于所述左右位移导轨中点处的第一激光发射器和位于所述前后位移导轨中点处的第二激光发射器，所述激光接收器包括位于所述待安装立柱相邻两侧的第一激光接收器和第二激光接收器。

优选为，所述承台上设置有十字中心线，所述已安装立柱的中轴线通过所述十字交叉点，所述十字中心线垂直于所述已安装立柱的侧边，所述第一基准点、第二基准点位于所述十字中心线上，且与十字交叉点的距离l1、l2，分别满足以下关系：

l1＝ly/2-lb，

l2＝lx/2-la，其中，

ly为两个左右位移导轨之间的净间距；

lb为第一激光发射器的激光线与其所在的左右位移导轨的距离；

lx为两个左右位移导轨之间的净间距；

la为第一激光发射器的激光线与其所在的左右位移导轨的距离。

优选为，所述第一激光接收器和第二激光接收器，分别通过连接臂固定在所述待安装立柱同一横断面的相邻侧边的中点上，所述第一激光接收器、第二激光接收器与待安装立柱之间的距离m1、m2满足以下关系：

m1＝l1-dy/2，

m2＝l2-dx/2，其中，

dy为待安装立柱在前后方向的宽度；

dx为待安装立柱在左右方向的宽度。

优选为，所述连接臂为可伸缩结构。

优选为，所述激光发射器为双向激光发射器。

优选为，所述底座平台上设置有水平仪。

优选为，所述空间姿态调整装置还包括顶升系统，所述顶升系统包括顶升平台、反力系统二和液压顶升装置，其中所述顶升平台通过所述反力系统二抱箍于所述底座平台下方的所述已安装立柱上，所述液压顶升装置的液压缸固定在所述顶升平台上，所述液压顶升装置的伸缩杆固定在所述底座平台上。

相应地，本发明还提供了一种所述的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置的控制方法，包括如下步骤：

s1.在承台上测放十字中心线位置，确定姿态控制基准点；

s2.吊装所述空间姿态调整装置，使底座平台下放至已安装立柱的顶端，待底座平台上的水平仪显示水平时，通过反力系统一将所述底座平台抱箍于已安装立柱上；

s3.控制伺服电机一，使左右位移导轨在所述底座平台上移动，使第一激光发射器发射的激光线与第一基准点重合；然后控制伺服电机二，使前后位移导轨在所述左右位移导轨上沿垂直方向移动，第二激光发射器发射的激光线与第二基准点重合；

s4.在所述待安装立柱的横断面的侧边中点处安放第一激光接收器和第二激光接收器；

s5.用吊机将所述待安装立柱吊起并放入导向支架内，控制所述姿态调节伺服装置使所述激光发射器向上发射的激光线照射至所述激光接收器的中心处；

s6.保持姿态调节伺服装置对所述待安装立柱的作用力，下放所述待安装立柱，完成所述待安装立与所述已安装立柱的拼接。

优选为，所述步骤s5中，控制所述姿态调节伺服装置使所述激光发射器向上发射的激光线照射至所述激光接收器的中心处，包括，

s5-1.初步调整，控制一个方向上的姿态调节伺服装置，使第一激光发射器发射的激光线照射在第一激光接收器上，然后控制另一个方向上的姿态调节伺服装置，使第二激光发射器发射的激光线照射在第二激光接收器上；

s5-2.精确调整，控制姿态调节伺服装置，使第一激光发射器发射的激光线照射至所述第一激光接收器的中心处，并使第二激光发射器发射的激光线照射至所述第二激光接收器的中心处。

优选为，所述空间姿态调整装置可实现自动爬升，具体包括如下步骤：

s11.顶升平台通过反力系统二抱箍于所述已安装立柱上，松开所述底座平台的反力系统一，控制液压顶升装置伸缸操作，抬升所述底座平台；

s12.底座平台通过反力系统一抱箍于所述已安装立柱上，松开所述顶升平台的反力系统二，控制液压顶升装置缩缸操作，拉升所述顶升平台；

s13.重复步骤s11和步骤s12，将所述底座平台顶升至需要高度。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)底座平台抱箍在已安装立柱上，左右位移导轨设置于底座平台上，前后位移导轨垂直设置于左右位移导轨上、导向支架设置于前后位移导轨上，通过伺服电机一和伺服电机二实现导向支架的水平位移并居中，通过姿态调节伺服装置调整待安装立柱水平、前后移动并居中，大大减少了人工操作的作业量，避免了人工操作造成的误差以及存在的安全隐患，实现节段式立柱调垂作业自动化操作，提高了调垂精度和施工效率；

(2)底座平台下方设置顶升系统，包括顶升平台、反力系统二和液压顶升装置，其中所述顶升平台通过所述反力系统二抱箍于所述底座平台下方的所述已安装立柱上，所述液压顶升装置的液压缸固定在所述顶升平台上，所述液压顶升装置的伸缩杆固定在所述底座平台上；控制液压顶升装置伸缸、缩缸操作，配合反力系统一、反力系统二相应操作，可实现底座平台与顶升平台交替爬升，从而使底座平台固定在适当位置。

附图说明

图1为本发明一实施例中的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置的示意图；

图2为图1中g区域的放大图；

图3为控制基准点的位置关系图；

图4为图1中沿a-a剖视图；

图5为图1中沿b-b剖视图；

图6为图1中沿c-c剖视图；

图7为本发明另一实施例中的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置的控制方法的流程框图。

图中标号如下：

空间姿态调整装置100；底座平台110；反力系统一111；水平仪112；左右位移导轨120，伺服电机一121；前后位移导轨130；伺服电机二131；导向调节系统140；导向支架141；姿态调节伺服装置142；激光系统150；姿态控制基准点151；第一基准点151a；第二基准点151b；第三基准点151c；激光发射器152；第一激光发射器152a；第二激光发射器152b；第三激光发射器152c；激光接收器153；第一激光接收器153a；第二激光接收器153b；第三激光接收器153c；连接臂154；顶升系统160；顶升平台161；反力系统二162；液压顶升装置163；

承台200；已安装立柱210；待安装立柱220。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置及其控制方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参阅图1至图5，图1为本实施例中的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置100的结构示意图，图2为图1中g区域的放大图，图3为控制基准点的位置关系图，图4、图5分别为图1中沿a-a、b-b剖视图。下面将结合图1至图5对本发明的要点做进一步说明。

承台200上安装完毕首节立柱，即完成已安装立柱210施工，需要将待安装立柱220与已安装立柱210对接。作为举例，已安装立柱210、待安装立柱220的横断面为矩形。

为了完成立柱分段拼接，本实施例提供了一种预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置100，包括底座平台110、设置于底座平台110上的左右位移导轨120、垂直设置于左右位移导轨120上的前后位移导轨130、设置于前后位移导轨130上的导向调节系统140，以及用于控制调垂的激光系统150。

如图4所示，底座平台110是由横杆和纵杆构成的一体框架，通过反力系统一111抱箍于所述已安装立柱210上。结合图1、图2和图4所示，左右位移导轨120设置于所述底座平台110上，通过伺服电机一121在所述底座平台110上左右移动；前后位移导轨130垂直设置于所述左右位移导轨120上，通过伺服电机二131在所述左右位移导轨120上前后移动。

结合图1和图4所示，导向调节系统140包括导向支架141和姿态调节伺服装置142，其中导向支架141为框架结构，底部固定在所述前后位移导轨130上；所述姿态调节伺服装置142包括固定在所述导向支架141内侧的上下两排共16个水平设置的短程千斤顶。

如图1所示，激光系统150包括位于承台200上的姿态控制基准点151、激光发射器152和激光接收器153。如图3所示，所述姿态控制基准点151包括设置于所述承台200上的第一基准点151a和第二基准点151b。如图4所示，激光发射器152包括位于所述左右位移导轨120中点处的第一激光发射器152a和位于所述前后位移导轨130中点处的第二激光发射器152b。如图5所示，所述激光接收器153包括位于所述待安装立柱220相邻两侧的第一激光接收器153a和第二激光接收器153b。

本实施例提供的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置100采用三步完成待安装立柱220与已安装立柱210之间的对接，即：控制导向支架141居中→控制立柱居中→完成对接。底座平台110水平设置且抱箍于已安装立柱210顶端，通过控制伺服电机一121和伺服电机二131可实现左右位移导轨120和前后位移导轨130分别沿x轴、y轴方向移动，导向支架141固定在前后位移导轨130上，因此，导向支架141可在水平面内实现沿x轴、y轴方向移动。通过激光发射器152和姿态控制基准点151，可以控制左右位移导轨120、前后位移导轨130移动，使导向支架141居中；在导向支架141居中后，通过控制姿态调节伺服装置142，使激光发射器152发射的激光线照射在激光接收器153的中心，使待安装立柱220居中；然后完成待安装立柱220与已安装立柱210之间的对接。

伺服电机，是指可以通过控制指令控制电机启闭、转速从而控制与之连接的相应设备的移动方向、速度、距离。

本实施例提供的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置100的优点如下：通过伺服电机一121和伺服电机二131实现导向支架141的水平位移并居中，通过姿态调节伺服装置142调整立柱沿x轴、y轴方向移动，使立柱居中，通过激光发射器152发射的激光线与姿态控制基准点151、激光接收器153之间的关系判定导向支架141、立柱是否居中，大大减少了人工操作的作业量，避免了人工操作造成的误差以及存在的安全隐患，实现节段式立柱调垂作业自动化操作，提高了调垂精度和施工效率。

进一步，如3所示，所述承台200上设置有十字中心线，所述已安装立柱210的轴线通过所述十字交叉点，所述十字交叉线垂直于所述已安装立柱210的侧边，也就是说，已安装立柱210处于居中状态，所述第一基准点151a、第二基准点151b与十字交叉点的距离l1、l2，分别满足以下关系：

l1＝ly/2-lb，

l2＝lx/2-la，其中，

ly为两个左右位移导轨120之间的净间距；

lb为第一激光发射器152a的激光线与其所在的左右位移导轨120的距离；

lx为两个左右位移导轨120之间的净间距；

la为第一激光发射器152a的激光线与其所在的左右位移导轨120的距离。

由此可见，第一基准点151a位置是由左右位移导轨120之间的净间距、第一激光发射器152a的激光线与左右位移导轨120的距离确定的，第二基准点151b位置是由前后位移导轨130之间的净间距、第二激光发射器152b的激光线与前后位移导轨130的距离确定的。当第一激光发射器152a与第一基准点151a重合，第二激光发射器152b与第二基准点151b重合时，左右位移导轨120居中、前后位移导轨130居中，即导向支架141居中。

进一步，所述第一激光接收器153a和第二激光接收器153b，分别通过连接臂154固定在所述待安装立柱220同一横断面的相邻侧边的中点上，所述第一激光接收器153a、第二激光接收器153b与待安装立柱220之间的距离m1、m2满足以下关系：

m1＝l1-dy/2，

m2＝l2-dx/2，其中，

dy为待安装立柱220在y轴方向的宽度；

dx为待安装立柱220在x轴方向的宽度。

由此可见，激光接收器153的需要通过特定长度的连接臂154安装在待安装立柱220的侧面上，为了是连接臂154具有通用性，优选为，所述连接臂154为可伸缩结构，作为举例，所述连接臂154包括套筒、伸缩杆和固定螺栓，所述套筒固定在所述待安装立柱的侧壁上，所述伸缩杆一端容纳与所述套筒中，另一端伸出所述套筒，所述激光接收器153固定于所述伸缩杆的端部，所述固定螺栓贯穿所述套筒上的螺栓孔并顶在所述伸缩杆上，通过伸缩杆伸缩调节连接臂的长度，从而使激光接收器153的位置满足要求，并通过固定螺栓将伸缩杆与套筒固定。

在导向支架141居中的过程中，需要控制激光发射器152垂直向下发射的激光线与姿态控制基准点151对中，在待安装立柱220居中的过程中，又要控制激光发射器152垂直向上发射的激光线与激光接收器153的中点对中，因此，激光发射器152设置有旋转结构，可以使其进行180°旋转，更优选为，所述激光发射器152为双向激光发射器152，即可同时向上、向下发射激光线。

更进一步，如图3所示，承台200上还设置有第三基准点151c，如图4所示，前后位移导轨130上还设置有第三激光发射器152c，如图5所示，待安装立柱220上还设置有第三激光接收器153c，从而进一步校核待安装立柱220是否居中。

底座平台110需要水平设置，进一步，所述底座平台110上设置有水平仪112，作为举例，水平仪112可以为采用圆形或长条形的水平气泡管。

在待安装立柱220居中后，需要下放并与已安装立柱210对接，优选为，所述姿态调整伺服装置142的端部设置有导向轮，可减少下放过程中待安装立柱220来自姿态调整伺服装置142的阻力。

更进一步，底座平台110的位置可以上下自动爬升，为此，所述空间姿态调整装置100还包括顶升系统160，所述顶升系统160包括顶升平台161、反力系统二162和液压顶升装置163，其中所述顶升平台161通过所述反力系统二162抱箍于所述底座平台110下方的所述已安装立柱210上，所述液压顶升装置163的液压缸固定在所述顶升平台161上，所述液压顶升装置163的伸缩杆固定在所述底座平台110上。其工作模式为：顶升平台161通过反力系统二162抱箍于所述已安装立柱210上，松开所述底座平台110的反力系统一111，控制液压顶升装置163伸缸操作，抬升所述底座平台110；然后，将底座平台110通过反力系统一111抱箍于所述已安装立柱210上，松开所述顶升平台161的反力系统二162，控制液压顶升装置163缩缸操作，拉升所述顶升平台161；通过底座平台110与顶升平台161交替爬升，将底座平台110固定在适当位置。

实施例二

结合图1至图7，对本发明提供的预制立柱节段拼装的空间姿态调整装置100的控制方法，作进一步描述。该施工方法包括如下步骤：

s1.在承台200上测放十字中心线位置，确定姿态控制基准点151。结合图4所示，已安装立柱210的中轴线通过十字中心线的交叉点，且十字中心线通过已安装立柱210的侧边中点，也就是已安装立柱210处于居中状态。如图3所示，姿态控制基准点151位于十字中心线上，包括第一基准点151a和第二基准点151b，基准点与十字中心线的距离l1和l2，由左右位移导轨120之间的净间距、前后位移导轨130之间的净间距以及激光发射器152的激光线与左右位移导轨120、前后位移导轨130的距离确定，实施例一中已经描述，此处不再赘述。

s2.吊装所述空间姿态调整装置100，使底座平台110下放至已安装立柱210的顶端，待底座平台110上的水平仪112显示水平时，通过反力系统一111将所述底座平台110抱箍于已安装立柱210上。如图4所示，反力系统一111包括8个短程千斤顶，通过控制油泵向短程千斤顶泵送油量控制其伸缩杆行程，从而使底座平台110抱箍于已安装立柱210上。优选为，底座平台110上设置有水平仪112，在底座平台110处于水平状态时抱箍于已安装立柱210上。

s3.控制伺服电机一121，使左右位移导轨120在所述底座平台110上移动，使第一激光发射器152a发射的激光线与第一基准点151a重合；然后控制伺服电机二131，使前后位移导轨130在所述左右位移导轨120上沿垂直方向移动，第二激光发射器152b发射的激光线与第二基准点151b重合。此时，导向支架141处于居中状态，即导向支架141的中轴线通过承台200十字中心线的十字交叉点。

s4.在所述待安装立柱220的横断面的侧边中点处安放第一激光接收器153a和第二激光接收器153b。所述第一激光接收器153a、第二激光接收器153b与待安装立柱220之间的距离m1、m2需要满足一定要求，具体如实施例一中所述，此处不再赘述。优选为，第一激光接收器153a、第二激光接收器153b通过连接臂154固定在待安装立柱220上，连接臂154为可伸缩结构，调节连接臂154的长度，使所述第一激光接收器153a、第二激光接收器153b与待安装立柱220之间的距离m1、m2需要满足上述要求。

s5.用吊机将所述待安装立柱220吊起并放入导向支架141内，控制所述姿态调节伺服装置142使所述激光发射器152向上发射的激光线照射至所述激光接收器153的中心处。激光发射器可以采用如下两种结构形式：(1)设置旋转机构，可进行180°旋转；(2)可双向发射激光线。

s6.保持姿态调节伺服装置142对所述待安装立柱220的作用力，下放所述待安装立柱220，完成拼接。姿态调节伺服装置142的顶端设置有导向轮，可保持待安装立柱220在水平方向位置不变，又可以使待安装立柱220竖向自由下放。

优选为，所述步骤s5中，使所述激光发射器152向上发射的激光线照射至所述激光接收器153的中心处，具体包括，

s5-1.初步调整，也就是使待安装立柱220大致居中。具体为，控制一个方向上的姿态调节伺服装置142，使第一激光发射器152a发射的激光线照射在第一激光接收器153a上，然后控制另一个方向上的姿态调节伺服装置142，使第二激光发射器152b发射的激光线照射在第二激光接收器153b上；

s5-2.精确调整，也就是使待安装立柱220精确居中。具体为，控制姿态调节伺服装置142，使第一激光发射器152a发射的激光线照射至所述第一激光接收器153a的中心处，并使第二激光发射器152b发射的激光线照射至所述第二激光接收器153b的中心处。

优选为，所述空间姿态调整装置100可实现自动爬升，具体包括如下步骤：

s11.顶升平台161通过反力系统二162抱箍于所述已安装立柱210上，松开所述底座平台110的反力系统一111，控制液压顶升装置163伸缸操作，抬升所述底座平台110；

s12.底座平台110通过反力系统一111抱箍于所述已安装立柱210上，松开所述顶升平台161的反力系统二162，控制液压顶升装置163缩缸操作，拉升所述顶升平台161；

s13.重复步骤s11和步骤s12，将所述底座平台110顶升至需要高度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。