一種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，首先選取三個頂作為測量點，設(shè)為A10、A20、A30，相應(yīng)的3個三向頂?shù)捻旤c設(shè)為B10、B20、B30；在設(shè)計位置時測量點分別設(shè)為A11、A21、A31，3個三向頂?shù)捻旤c分別設(shè)為B11、B21、B31；調(diào)節(jié)三向頂使箱梁從初始位置ΔA10A20A30運動到設(shè)計位置ΔA11A21A31即實現(xiàn)箱梁的正確定位；通過動坐標(biāo)系A(chǔ)10?X0Y0Z0與A11?X1Y1Z1以及大地坐標(biāo)系O?XYZ與動坐標(biāo)系A(chǔ)10?X0Y0Z0之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，使得設(shè)計位置處三向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)11?X1Y1Z1下的描述轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系O?XYZ下的描述；計算三向頂調(diào)節(jié)量；最后通過調(diào)節(jié)箱梁下的三向頂，使箱梁上的坐標(biāo)系A(chǔ)10?X0Y0Z0與A11?X1Y1Z1重合，即完成箱梁從初始位置到設(shè)計位置調(diào)節(jié)。本發(fā)明為實現(xiàn)計算機控制液壓三向頂進行箱梁的位姿調(diào)節(jié)提供了一種方法，省時省力。
【專利說明】
-種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于箱梁吊裝施工技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種箱梁位姿調(diào)整方法，尤其設(shè)及一種 基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在箱梁吊裝施工過程中，箱梁很難一次到達設(shè)計位置。一般采用=向液壓千斤頂 對箱梁的位姿進行調(diào)節(jié)，W使箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。箱梁的四點頂升施工中= 向千斤頂油缸頂位效果圖如圖1所示。目前在工程中常采用的人工調(diào)節(jié)的方法，費時費力， 有時甚至嚴(yán)重耽誤工程的進度。目前基于化C的液壓同步頂升技術(shù)實現(xiàn)了各液壓千斤頂平 移的同步性（[文獻1])，但并沒有實現(xiàn)各液壓千斤頂?shù)母飨虍惒秸{(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)對箱梁位姿 調(diào)節(jié)。
[0003] [文獻1]侯昭光，趙洲清，王萬平.基于化C控制的液壓同步橋梁頂升系統(tǒng)[J].筑路 機械與施工機械化，2011，28 (6): 28-31.
[0004] [文獻2]蔡自興.機器人學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2009:18-25
[0005] [文獻3]董亞輝.橋梁頂升技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].筑路機械與施工機械化， 2011,28(6):21-27.
[0006] [文獻4]張安榮.四點支撐物體水平調(diào)節(jié)的討論[J].火控雷達技術(shù)，1995,24(1): 42-46.
[0007] [文獻引化hn J.化aig.機器人學(xué)導(dǎo)論[M].北京:機械工業(yè)出版社，2006:14-29 [000引[文獻6]王巖，郝穎明.空間向量法求解坐標(biāo)變換[J].沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1999，18 (1):29-32.
[0009] [文獻7]張卡，張道俊，盛業(yè)華，等維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的兩種方法及其比較研究[J].數(shù) 學(xué)的實踐與認(rèn)識，2008,38(23) :121-128.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用基于空間坐標(biāo)變換（[文獻2])的思想，研究箱 梁的位姿調(diào)節(jié)方法，求解=向千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)量，為快速調(diào)節(jié)=向千斤頂提供了理論依據(jù)。
[0011] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特 征在于，包括W下步驟：
[0012] 步驟1:選取測量點；
[0013] 箱梁采用四點頂升，選取其中=個頂來進行計算，將通過4個測量點和4個千斤頂 的頂點所構(gòu)成的多面體假想為一個剛體；
[0014] 步驟2:建立坐標(biāo)系；
[001引在箱梁初始位置選取其上的3個現(xiàn)慢點設(shè)為41日、42日、43日，相應(yīng)的3個；向頂?shù)捻旤c 設(shè)為Bio、B20、Bso;在設(shè)計位置時測量點分別設(shè)為All、A21、Asi，3個；向頂?shù)捻旤c分別設(shè)為Bii、 B2i、B3i;調(diào)節(jié)S向頂使箱梁從初始位置A A10A20A30運動到設(shè)計位置A A11A21A31即實現(xiàn)箱梁的 正確定位；
[0016]步驟3:變換矩陣計算；
[0017] 通過動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo與Aii-XiYiZi W及大地坐標(biāo)系O-XYZ與動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo 之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，使得設(shè)計位置處=向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi下的描述轉(zhuǎn)換為大 地坐標(biāo)系O-XYZ下的描述；
[0018]步驟4:計算S向頂調(diào)節(jié)量；
[0019] 通過調(diào)節(jié)箱梁下的立向頂，使箱梁上的坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo與Aii-XiYiZi重合，即完成 箱梁從初始位置到設(shè)計位置調(diào)節(jié)。
[0020] 作為優(yōu)選，步驟2中，在Aio點處建立一個動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo，Xo軸取為向量而萬完 方向，Zo軸取為X 的方向，基于右手規(guī)則確定Yo軸；同理，在All點處也建立一 個立維坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi，Xi軸取為向量召立方向，Zi軸取為X屯巧；的方向，基于 右手規(guī)則確定Yi軸。
[00川作為優(yōu)選，步驟3中，設(shè)計位置坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi的Xi軸、Yi軸、Zi軸的方向向量 而、、耳在初始位置動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZ日下的方向余弦分別設(shè)為(ni ,D2 ,化）、（01 ,02,03)、 (曰1,曰2，曰3)，點All在動坐標(biāo)系41日-)(抓日2日下的坐標(biāo)設(shè)為(口、1爪1爪1);其中初始位置動坐標(biāo)系 Aio-XoYoZo的方向向量分別為而、而、哥；
[0022] 則：
[0023]
[0024]
[002引動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo經(jīng)過空間坐標(biāo)變換能與坐標(biāo)系A(chǔ)ii-&YiZi重合，記Aii-XiYiZi相 對于Aiq-XqYqZq的變換矩陣為：
[0026]
[0027] 在初始位置，S向頂?shù)捻旤cBio、B2〇、B3〇在動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo下的坐標(biāo)分別設(shè)為 公10(?^'妍1:0'卻化)、巧如味&2:0' y咕0'每如)、巧30(輝30,狗3()'邱扣)，
[002引貝 Ij:
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 設(shè)動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq相對于大地坐標(biāo)系O-X^的變換矩陣為：
[0033]
[0034] 貝 Ij:
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039] 其中，(為1。，拍1。，％1。)為點Aio在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的坐標(biāo)。
[0040] 作為優(yōu)選，步驟4中，設(shè)3個S向頂在調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量分別為（Axi，Ayi, A Zi)、（ A X2, A Y2, A Z2)、（ A X3, A Y3, A Z3)，并記0〇為^向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo下的 初始位置矩陣，Di為=向頂?shù)捻旤c在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的初始位置矩陣，
[0041 ]即：
[0042]
[0043]
[0044]
[0045] 式（1)右側(cè)的表達式皆為已經(jīng)求出和由測量所得到的已知量，由此求出3個S向頂 在調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量，由此即可實現(xiàn)將箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。
[0046] 作為優(yōu)選，通過幾何關(guān)系求其余=向頂?shù)淖鴺?biāo)，即在箱梁調(diào)節(jié)的過程中始終保持 其余=向頂?shù)亩c與箱梁底面的接觸，只調(diào)節(jié)Z坐標(biāo)，其余X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)不變。
[0047] 作為優(yōu)選，設(shè)在大地坐標(biāo)系O-XYZ下，第4個；向頂?shù)捻旤cB4日的坐標(biāo)為 (都4。,化4。，.每4。)，.平面BuBsiBsi的法向量為
則平面B11B21B31在 大地坐標(biāo)系O-XYZ下的點法式方程為：
[004引
[0049] 0,從而上式變形為：
[(K)加]
[0化1 ]
[0化2]
[0053] 在完成了各=向頂?shù)恼{(diào)節(jié)量計算之后，通過多軸運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各個=向頂 的多向異步調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。
[0054] 本發(fā)明將空間坐標(biāo)變換的方法運用于箱梁位姿調(diào)整中=向千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)量計算， 如果借助圖形界面軟件可W直觀的將運些理論計算值實時顯示出來。本發(fā)明主要是針對可 W實現(xiàn)對=向千斤頂?shù)亩嘞虍惒秸{(diào)節(jié)的多軸運動控制系統(tǒng)而言的，方便對任意位姿的箱梁 進行調(diào)節(jié)，大大的節(jié)省時間。此外，該調(diào)節(jié)方法也適用于多個千斤頂不在一個平面的橋梁安 裝施工中的箱梁調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0055] 圖1:本發(fā)明【背景技術(shù)】中=向千斤頂油缸頂位效果圖；
[0056] 圖2:本發(fā)明實施例中箱梁調(diào)節(jié)坐標(biāo)系示意圖。
【具體實施方式】
[0057] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā) 明作進一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0058] 本發(fā)明提供的一種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，包括W下步驟：
[0059] 步驟1:選取測量點；
[0060] 如圖1所示，在箱梁安裝施工過程中箱梁通過4個=向千斤頂支撐，其已知的條件 是在大地坐標(biāo)系下箱梁上測量點的初始和設(shè)計位置坐標(biāo)，W及用于支撐箱梁4個=向千斤 頂?shù)捻旤c的初始位置坐標(biāo)。問題是如何通過調(diào)節(jié)4個=向千斤頂?shù)?個方向位移，使測量點 到達設(shè)計位置，即實現(xiàn)箱梁到達設(shè)計位置。
[0061] 工程實際中，箱梁上測量釘放置時高度不一，且測量本身存在一定的誤差，因此有 必要對測量點進行適當(dāng)選取W減少誤差，具體方法是剔除設(shè)計位置相對于初始位置的坐標(biāo) 變化量的絕對值最大的那一個測量點。此外，箱梁采用四點頂升，雖然頂升點越多，頂升面 的剛度越好、變形越小、穩(wěn)定性也越好（[文獻3])，但是四點頂升會引入冗余問（[文獻4])， 本發(fā)明中選取其中=個頂來進行計算，將通過4個測量點和4個千斤頂?shù)捻旤c所構(gòu)成的多面 體假想為一個剛體。不失一般性，假定箱梁的底部為平面。運樣對于第四個頂?shù)淖鴺?biāo)可W根 據(jù)箱梁的形狀及其頂之間的相對位置進行求解。當(dāng)在箱梁上建立動坐標(biāo)系后，就可W根據(jù) 空間坐標(biāo)變換的思想求解=向千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)量。
[0062] 步驟2:建立坐標(biāo)系
[00創(chuàng)如圖2所示，在箱梁初始位置選取其上的3個測量點設(shè)為心日、42日、43日，相應(yīng)的3個立 向頂?shù)捻旤c設(shè)為Bi0、B20、B30;在目標(biāo)(設(shè)計)位置時測量點分別設(shè)為心1、421、431，3個；向頂?shù)?頂點分別設(shè)為Bll、B2l、B3l。如圖2所示，調(diào)節(jié) = 向頂使箱梁從初始位置AAloA2oA3o運動到設(shè)計 位置A A11A21A31即實現(xiàn)了箱梁的正確定位。固定在物體上的任一坐標(biāo)系都能用作描述物體 位姿的參考系（[文獻引）。在Aio點處建立一個動坐標(biāo)系A(chǔ)i0-X0Y0Z0，X0軸取為向量而東;方 向，Z0軸取為而亢^ X /4。,的方向，基于右手規(guī)則從而Yo軸可W確定；同理，在All點處也 建立一個立維坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi，Xi軸取為向量否^方向，Zi軸取為或刀立X有^的方 向，同樣基于右手規(guī)則可確定Yi軸。通過動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq與Aii-^YiZiW及大地坐標(biāo)系0- XYZ與動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，可W使得設(shè)計位置處S向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo) 系A(chǔ)ii-XiYiZi下的描述轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系0-乂町下的描述（[文獻6])。
[0064] 步驟3:變換矩陣計算；
[0065] 如圖2所示，設(shè)計位置坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi的Xi軸、Yi軸、Zi軸的方向向量窗、.運耳在 初始位置動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo(其方向向量分別為靖、而、荀)下的方向余弦分別設(shè)為(m， n2,ri3)、（〇1,〇2,〇3)、（日1，日2,日3)，點All在動坐標(biāo)系A(chǔ)lo-XoYoZo下的坐標(biāo)設(shè)為(pxi,pyi,pzi)。依 據(jù)在上節(jié)所建立的坐標(biāo)系，有：
[0066]
[0067]
[006引動坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo經(jīng)過空間坐標(biāo)變換可與坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi重合（[文獻7])，記 Au-XiYiZi相對于Aio-XoYoZo的變換矩陣為：
[0069]
[0070] 在初始位置，立向頂?shù)捻旤cBio、B2〇、B3日在動坐標(biāo)系41日-乂訊)2日下的坐標(biāo)分別設(shè)為 技!.。(句】,,，機1,,,%")、技如(乂占,。，擁，。,匈，。）、貸30(辟。。，擁。,、,2&。。)，貝11:
[0071]
[0072]
[0073]
[0074] 設(shè)動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq相對于大地坐標(biāo)系O-X^的變換矩陣為：
[0075]
[0076]
[0077]
[007引
[0079]
[0080] 其中，(均1。，姑1。，Zai。)為點Al廟大地坐標(biāo)系O-XYZ下的坐標(biāo)。
[0081] 步驟4:計算S向頂調(diào)節(jié)量；
[0082] 通過調(diào)節(jié)箱梁下的立向頂，使箱梁上的坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo與Aii-XiYiZi重合，即完成 箱梁從初始位置到設(shè)計位置調(diào)節(jié)。設(shè)3個=向頂在調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量分別為（Axi, Ayi, A Zi)、（ A X2, A Y2, A Z2)、（ A X3, A Y3, A Z3)，并記0〇為^向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo下 的初始位置矩陣，〇1為^向頂?shù)捻旤c在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的初始位置矩陣，即：
則有：
[0083]
(I)
[0084] 由式（I)右側(cè)的表達式皆為已經(jīng)求出和由測量所得到的已知量，由此可求出3個S 向頂在調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量，由此即可實現(xiàn)將箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。
[0085] 步驟5:通過調(diào)節(jié)箱梁下的立向頂，使箱梁上的坐標(biāo)系A(chǔ)io-XoYoZo與Aii-XiYiZi重合， 即完成箱梁從初始位置到設(shè)計位置調(diào)節(jié)。
[0086] W下通過工程實際應(yīng)用對本發(fā)明做進一步的闡述；
[0087] (1)冗余S向頂調(diào)節(jié)量計算；
[0088] 在箱梁的安裝施工過程中，箱梁通常通過4個或多個=向頂支撐。而箱梁作為剛體 通過一個坐標(biāo)系即可完全確定其位姿，因此對于其余=向頂調(diào)節(jié)量的計算則可W采取兩種 方式進行處理。
[0089] 一種方式是使其余的=向頂?shù)捻旤c和前面已選取的3個=向頂?shù)捻旤c（Bio、B2〇、 B30)進行相同的坐標(biāo)變換，得到設(shè)計位置處各=向頂?shù)捻旤c在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的坐標(biāo)后 就可W求出相應(yīng)的調(diào)節(jié)量。W第4個=向頂為例，設(shè)在初始位置第4個=向頂?shù)捻旤cB40在動 坐標(biāo)系41日-乂押日2日和大地坐標(biāo)系0-乂￥2下的坐標(biāo)分別為知4。，％4。，邱4。)、仁曰4。,姑4。，卻4。)，并 記：
[0090]
[0091]
[0092] 貝IJ第4個；向頂?shù)恼{(diào)節(jié)量（Ax4, Ay4, Az4)滿足：
[0093] [ Ax4, Ay4, Az4,0]t=T2 ? Tl ? Eo-Ei， (2)
[0094] 另一種方式是通過幾何關(guān)系來求其余=向頂?shù)淖鴺?biāo)。即在箱梁調(diào)節(jié)的過程中始終 保持其余=向頂?shù)亩c與箱梁底面的接觸，也就是只調(diào)節(jié)Z坐標(biāo)，其余X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)不變。 不失一般性，假定箱梁底面有第4個=向頂，且底面為平面(不在一個平面，根據(jù)其相對位置 關(guān)系同樣可W按此方法計算），其調(diào)節(jié)量的計算過程如下：
[00巧]設(shè)在大地坐標(biāo)系O-XYZ下，第4個S向頂?shù)捻旤cB4Q的坐標(biāo)為(郁4。，擁4。,ZB4。)，平面 B11B21B31的法向量為茍=度1.1.技2-1 X及1.1馬1=(/4, B, C),則平面B11B21B31在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的 點法式方括為：
[0096]
(3)
[0097] 考慮到平面B11B21B31不可能處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，故C聲0,從而方程(3)可變形為：
[009引
[0099]
[0100] 巧）
[0101] 采用第二種方法的益處是可W只調(diào)節(jié)頂?shù)你U垂方向的變化量，減化了調(diào)節(jié)過程， 同時減輕了工作強度。
[0102] 在完成了各=向頂?shù)恼{(diào)節(jié)量計算之后，通過多軸運動控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)對各個= 向頂?shù)亩嘞虍惒秸{(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。
[0103] (2)S向頂鉛垂調(diào)節(jié)量影響因素分析；
[0104] 當(dāng)測量點的初始和設(shè)計位置坐標(biāo)給定之后，=向頂沿鉛垂方向的調(diào)節(jié)量受初始位 置千斤頂?shù)捻旤c的Z坐標(biāo)影響較小，即可認(rèn)為只與初始位置千斤頂?shù)捻旤c的X和Y坐標(biāo)有關(guān)。 分析過程如下：
[0105] k坐標(biāo)系O-XYZ下的設(shè)計位置 矩陣文
[0106] 拘
[0107]那么，鉛垂方向的液壓缸的調(diào)節(jié)量分別為：
，：
[010 引 .，
[0109]
[0110] (9)
[0111]
[0112]
[0113]
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[011 引
[0119]
[0120]
[0121] 故 Ki2 = K22 = K32。
[0122] 令 Ki2 = K22 = K32 = -K，則有：
[0123] (11)
[0124] (12)
[0125] (13)
[0126] 代入多組實際數(shù)據(jù)，如表1中所示的測量點的初始位置和設(shè)計位置W及頂?shù)捻旤c 的初始位置坐標(biāo)，求出的K值比較小，第一組數(shù)據(jù)得到的K值小于1(T7，而第二組和第S組的K 值小于1(T6,由于2%。、卻2。、Z&。的數(shù)值小于IO2(Hi)，故對于一組工程實際數(shù)據(jù)來說，如果 代入(10)式得到的K值不大于1(T6,則式(11)、（12)、（13)中線性變化的部分可W忽略，即有：
[0127] Azl>Kll，誤差《l=|-i^.卸。|<10-4;
[012引 A z2>K21，誤差.如",|<10一'1';
[0129] A z3>K3i，誤差?卻'",|<1〇-'1;
[0130] 表1實際數(shù)據(jù)和K值的計算結(jié)果
[0131]
[0132] 故當(dāng)測量點的初始和設(shè)計坐標(biāo)給定之后，如果計算得到的K值不大于1(T6,則可W 認(rèn)為=向頂沿Z軸方向的調(diào)節(jié)量即沿鉛垂方向的升程都只與初始位置=向頂?shù)捻旤c的X和Y 坐標(biāo)有關(guān)，而與其Z坐標(biāo)無關(guān)，運樣有助于減輕測量工作量。
[0133] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0134] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本 發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護的范圍情況下，還可W做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請求保護范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:選取測量點； 箱梁采用四點頂升，選取其中三個頂來進行計算，將通過4個測量點和4個千斤頂?shù)捻?點所構(gòu)成的多面體假想為一個剛體； 步驟2:建立坐標(biāo)系； 在箱梁初始位置選取其上的3個測量點設(shè)為41()、如()、知()，相應(yīng)的3個三向頂?shù)捻旤c設(shè)為 1?1〇、132()、133();在設(shè)計位置時測量點分別設(shè)為411、421、431，3個三向頂?shù)捻旤c分別設(shè)為1311、1321、 B31;調(diào)節(jié)三向頂使箱梁從初始位置Δ AiqA2qA3q運動到設(shè)計位置Δ AnA21A31即實現(xiàn)箱梁的正確 定位； 步驟3:變換矩陣計算； 通過動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq與A11-X 1Y1Z1W及大地坐標(biāo)系O-XYZ與動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-X qYqZq之間 的坐標(biāo)變換關(guān)系，使得設(shè)計位置處三向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)11-X1Y1Z 1T的描述轉(zhuǎn)換為大地坐 標(biāo)系O-XYZ下的描述； 步驟4:計算三向頂調(diào)節(jié)量； 步驟5:通過調(diào)節(jié)箱梁下的三向頂，使箱梁上的坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XoYqZo與A11-X 1Y1Z1重合，即完 成箱梁從初始位置到設(shè)計位置調(diào)節(jié)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征在于：步驟2 中，在Aiq點處建立一個動坐標(biāo)*A 1Q-X()Y()Z()，X()軸取為向量瓦^方向，Zo軸取為 X 的方向，基于右手規(guī)則確定γ〇軸；同?，在Aii點處也建立一個三維坐標(biāo)系 A11-X1Y1Z1,X1軸取為向量方向，Z 1軸取為A11A2i X也的方向，基于右手規(guī)則確 定Yi軸。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征在于：步驟3 中，設(shè)計位置坐標(biāo)系A(chǔ)11-X 1Y1Z^Z1軸、Y1軸、Z1軸的方向向量可、S、寫在初始位置動坐標(biāo) 系A(chǔ)iq-XqYqZq下的方向余弦分別設(shè)為(ηι，Π 2，Π3)、（οι，〇2，〇3)、（ai，a2，a3)，點Aii在動坐標(biāo)系 Aio-XqYqZq下的坐標(biāo)設(shè)為(pxi，pyi，ρζι);其中初始位置動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq的方向向量分別為 aO ' ' cO ； 則：動坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZq經(jīng)過空間坐標(biāo)變換能與坐標(biāo)系A(chǔ)ii-XiYiZi重合，記Aii-XiYiZi相對于 A10-XqYqZq的變換矩陣為：在初始付置，一向頂?shù)捻旤cRi。、F^ri、Rsri在動坐+TK系A(chǔ)I D-XqYqZq下的坐標(biāo)分別設(shè)為其中，Aici，Zaiq)為點Aiq在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的坐標(biāo)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征在于：步驟4 中，設(shè)3個三向頂在調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量分別為（Δ X1, Δ yi, Δ Zi)、（ Δ χ2, Δ y2, Δ Z2)、（ A X3, Δ y3, Δ Z3)，并記Do為三向頂?shù)捻旤c在坐標(biāo)系A(chǔ)iq-XqYqZ q下的初始位置矩陣，0!為三向頂 的頂點在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的初始位置矩陣，即： 則有： 上式右側(cè)的表達式皆為已經(jīng)求出和由測量所得到的已知量，由此求出3個三向頂在調(diào) 節(jié)過程中的調(diào)節(jié)量，由此即可實現(xiàn)將箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求3-4任意一項所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征 在于:其余三向頂?shù)捻旤c坐標(biāo)，是采用已選取的3個三向頂?shù)捻旤c（B iq、B2q、B3q )相同的坐標(biāo) 變換方法，得到設(shè)計位置處各三向頂?shù)捻旤c在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的坐標(biāo)。6. 根據(jù)權(quán)利要求3-4任意一項所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征 在于:通過幾何關(guān)系求其余三向頂?shù)淖鴺?biāo)，即在箱梁調(diào)節(jié)的過程中始終保持其余三向頂?shù)?定點與箱梁底面的接觸，只調(diào)節(jié)Z坐標(biāo)，其余X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)不變。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于空間坐標(biāo)變換的箱梁位姿調(diào)整方法，其特征在于:設(shè)在大 地坐標(biāo)系O-XYZ下，第4個三向頂?shù)捻旤cB4Q的坐標(biāo)為(XB4Q,；FB4Q,2 B4a)，平面B11B21B3^法向量 為W;=B1LB2i X B, C)，則平面B11B21B31在大地坐標(biāo)系O-XYZ下的點法式方程為：在完成了各三向頂?shù)恼{(diào)節(jié)量計算之后，通過多軸運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各個三向頂?shù)亩?向異步調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)箱梁從初始位置移動到設(shè)計位置。
【文檔編號】E01D2/04GK106012839SQ201610321676
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】楊光友, 占濤, 劉文生, 鄭拓, 馬志艷, 劉虎, 祝傳蜜
【申請人】湖北工業(yè)大學(xué)