将元件插入地面的方法和系统及该方法所用数据记录介质

摘要

一种用于沿着计算路径(50)在地面中插入前一元件然后插入下一元件以完成作业的方法，该方法包括：确定前一元件相对于前一元件应该被插入的名义位置而言的定位绝对误差的步骤(88)；以及随着为前一元件确定的绝对定位误差的变化，朝下一元件要被插入的目标位置自动引导插入器臂的步骤(74)，从而减少下一元件相对于前一元件的定位误差。

权利要求

1.一种借助于其位移被引导的插入器臂沿着计算路径(50)在地面中插入前一元件然后插入下一元件以完成作业的方法，该方法包括：随着计算路径的变化，建立名义位置的步骤(88)，在该位置中元件被插入到地面中；

以及

随着为下一元件所建立的名义位置的变化以及地形学读数的变化，朝要插入下一元件的目标位置自动引导插入器臂的引导步骤(74)；

该方法的特征在于，还包括以下步骤：

确定在相对于前一元件应该被插入的名义位置而言定位前一元件时的绝对误差的步骤(80)；以及随着为前一元件确定的绝对定位误差的变化，还进行朝要插入下一元件的目标位置自动引导插入器臂的步骤(74)，从而减少下一元件相对于前一元件的定位误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括计算目标位置的步骤(90)，其通过将前一元件在给定方向上的绝对定位误差的一半加到在该方向上名义位置的至少一个坐标中来进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定绝对定位误差的步骤包括：用于测量插入器臂将前一元件插入到地面中的位置的操作过程(82)，通过定位在产生地形学读数的标记上的测量站来进行所述测量；以及从为前一元件所建立的名义位置中减去该测量位置的操作过程(84)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导步骤(74)还随着通过以下步骤所得到的插入器臂测量值的变化而进行；

当臂沿计算路径的第一区段(54)移动时，通过放置在产生地形学读数的第一标记(36)上的第一测量站(32)进行；以及当插入器臂沿计算路径的第二区段(62)移动时，通过放置在产生地形学读数的第二标记(57)上的第二测量站(60)进行，所述第二标记远离第一标记；

且其中该方法还包括：

估计由第一站的测量所获得的插入器臂位置的坐标和由第二站的测量所获得的同一插入器臂位置的坐标之间的空间差值的步骤(98)；以及在引导步骤(74)中，插入器臂还随着所述估计差值的变化而被朝目标位置引导，以减少在从第一区段(54)朝第二区段(62)行进时下一元件相对于前一元件的定位误差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，至少在沿着第二区段(62)插入第n个第一连续元件时，所述估计的差值被用于引导插入器，其中n为大于或等于10的整数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括计算第二区段(62)的第n个第一连续元件的目标位置的步骤(90)，其通过将在给定方向上估计的被n除的误差加到该方向上名义位置的坐标中的至少一个中来进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被插到地面中的元件是铁轨基板。

8.一种数据记录介质(26)，其特征在于，包括指令，当所述指令被电子计算机执行时，该指令用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的插入方法。

9.一种用于沿着计算路径在地面中插入前一元件然后插入后一元件以完成作业的系统，该系统包括：其位移被引导的插入器臂(14)，所述臂适于将元件插入到地面中；

至少一个测量站(32)，其定位在产生第一地形学读数的第一标记(36)上，所述站适于测量插入器臂的位置；以及单元(20)，用于随着地形学读数的变化和计算路径的变化而引导插入器臂的位移；

所述系统的特征在于，所述用于随着地形学读数的变化和计算路径的变化而引导插入器臂的位移的单元适于执行根据权利要求1-7中的任一项所述的插入方法。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少一个第二测量站(60)，其定位在产生地形学读数的第二标记(57)上，所述第二测量站适于在计算路径的一部分上测量插入器臂的位置，在该部分中，插入器臂的位置也可通过第一测量站(32)来测量，且其中，所述用于随着地形学读数的变化和计算路径的变化而引导插入器臂的位移的单元(20)适于执行根据权利要求4-7中任一项所述的插入方法。

说明书

将元件插入地面的方法和系统及该方法所用数据记录介质

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于将元件插入地面中的方法和系统以及用于该方法的数据记录介质。

背景技术

[0002] 在已有的方法中，使用其位移被引导的插入器臂，沿着计算路径在地面中插入前一元件i-1然后插入下一元件I来完成作业。这些现有技术的方法包括：

[0003] 随着计算路径的变化而建立名义位置的步骤，在该名义位置处要将元件插入地面中；以及

[0004] 随着为下一个元件所建立的名义位置的变化以及随着地形学读数(topographical readings)的变化，朝着要插入下一个元件的目标位置自动引导插入器臂的引导步骤。

[0005] 通过举例方式，这些方法被用于将基板插入到用于支撑铁轨轨道的水泥板中。特别地，其对于制造没有压块或枕木(轨枕)的铁轨而言是很有用的。例如，这种插入方法在欧洲专利申请EP 0 803609和EP 1 178 153中有相关描述。

[0006] 插入器臂必须以高精度位于地面上方。为此，已知的是要随着地形学读数的变化来控制臂的位移(见EP 1 178 153)。

[0007] 这些方法还是比较满意的。特别地，它们可以将每个元件以相对于应该已插入元件的名义位置处而言较小的绝对误差进行定位。本文中所用的“元件i的绝对定位误差”这一术语指的是元件i被实际插入到地面处的坐标Xmi、Ymi、和Zmi的位置以及为该元件而建立的坐标Xni、Yni、和Zni的名义位置之间的差Dai。通过举例的方式，已有的方法可以保持绝对误差处于±1mm的范围内。于是说该方法的绝对精度为±1mm。

[0008] 通过此绝对精度，元件i-1和元件i之间的相对误差Dri位于对于绝对误差而言是可接受的值的两倍的范围内。所用的术语“元件i-1和元件i之间的用于定位的相对误差Dri”指的是定位元件i的位置时的绝对误差Dai和定位元件i-1的位置时的绝对误差Dai-1之间的差。

[0009] 对铁轨而言，绝对误差被保持在界限范围内从而确保火车乘客不会感觉到烦人的振动。已有的方法可以实现这一目标。

[0010] 尽管这样，但在已有的方法中，没有涉及减少相对定位误差的方法。这样，在极端情况下，就有可能发生下列情形。元件i-1在一个方向上出现+1mm的绝对误差，而元件i在同一方向上出现-1mm的绝对误差。这两个绝对误差中的每一个都处于可接受的绝对误差范围内。尽管这样，但是，在这种情况下，相对误差Dri等于2mm，其被认为是不能接受的，因为例如可能会导致对于乘客而言是很不舒服的振动。

[0011] 因此，需要减少相对误差。

发明内容

[0012] 本发明意欲提出一种在地面中插入元件的方法来满足这一需求，该方法能使所述元件的相对定位误差减少。

[0013] 因此，本发明提供一种方法，其在地面中插入前一元件然后插入下一元件，其中该方法包括以下步骤：

[0014] 确定在相对于前一元件应被插入处的名义位置而言定位该前一元件时的绝对误差的步骤；以及

[0015] 随着为前一元件而确定的绝对定位误差的变化，朝要插入下一元件的目标位置自动引导插入器臂的步骤，从而减少下一元件相对于前一元件的定位误差。

[0016] 在上述方法中，在朝要插入下一元件的目标位置引导插入器臂时要考虑到在定位前一元件时的绝对误差这一事实，可减少所述下一元件相对于前一元件的定位误差。

[0017] 此方法的实施还包括一个或多个以下特征：

[0018] 该方法包括计算目标位置的步骤，其通过将前一元件在给方向上的绝对定位误差的一半加到在该方向上名义位置的至少一个坐标中来进行；

[0019] 对该插入臂将前一元件插入到地面的位置进行测量的操作，所述测量通过定位在一个测量标记上的测量站来进行；以及从为前一元件而建立的名义位置中减去所测量的位置的操作；

[0020] 随着由以下方法得到的插入器臂位置的测量值的变化而进行所述引导步骤：

[0021] 当臂沿计算路径的第一区段移动时，通过放置在第一测量标记上的第一测量站来进行；以及

[0022] 当插入器臂沿计算路径的第二区段移动时，通过放置在远离第一测量标记的第二测量标记上的第二测量站来进行；

[0023] 且其中，该方法还包括：

[0024] 估计由第一站的测量值所获得的插入器臂位置的坐标和由第二站的测量值所获得的插入器同一位置的坐标之间的空间差值的步骤；以及

[0025] 在引导步骤中，随着所述估计差值的变化，插入器臂被朝着所述目标位置引导，从而减少在从第一区段向第二区段前进时下一元件相对于前一元件的定位误差；

[0026] 至少在沿着第二区段插入第n个第一连续元件时，所述估计的差值被用于引导插入器臂，其中n是大于或等于10的整数；

[0027] 该方法还包括计算第二区段的第n个第一连续元件的目标位置的步骤，其通过将在给定方向上所估计的被n除的误差加到在该方向上的名义位置的坐标的至少一个中来进行；以及

[0028] 被插入到地面中的元件是铁轨基板。

[0029] 这些方法的执行具有以下优点：

[0030] 通过将前一元件的绝对定位误差的一半加到名义位置中来计算目标位置的方法用于使相对定位误差最小化；

[0031] 随着所估计的借由第一、第二测量站而得到的测量值之间的差值的变化，朝目标位置引导插入器臂的步骤可以例如在计算路径的第一区段和第二区段之间经过时使下一元件相对于前一元件的相对定位误差保持在可接受的范围内；以及

[0032] 随着在沿着第二区段插入至少第10个连续元件时的估计差值的变化而引导插入器臂的步骤可以使所述估计的差值被逐渐吸收，同时使定位误差保持在可接受的范围内。

[0033] 本发明还提供一种具有指令的数据记录介质，该指令在被电子计算机执行时用于执行上述方法。

[0034] 本发明还提供一种用于沿着计算路径插入前一元件然后插入下一元件以完成作业的系统，该系统包括：

[0035] 插入器臂，其位移被引导，该臂适于将元件插入到地面中；

[0036] 至少一个测量站，其定位在第一测量标记上，所述站适于测定插入器臂的位置；以及

[0037] 用于随着地形学读数的变化和计算路径的变化而引导插入器臂的位移的单元。

[0038] 该引导单元适于执行上述插入方法。

附图说明

[0039] 在阅读了下面通过非限制性示例并参考附图所做的说明之后，可以更好地理解本发明，附图中：

[0040] 图1为用于插入基板以构建铁轨的系统的示意性透视图；

[0041] 图2为适于用图1所示系统插入的基板的示意图；

[0042] 图3为图1所示系统的示意性平面图；以及

[0043] 图4为用图1所示系统插入基板的方法的流程图。

具体实施方式

[0044] 在下面的描述中，并不详细说明对本领域技术人员而言已知的特征和功能。

[0045] 系统2包括用于输送可控制装置12的车辆10，该可控制装置用来插入基板4。

[0046] 车辆10安装在四个轮子上，两个轮子可操纵，另两个轮子为驱动轮，能使车辆在其自身动力的作用下在给定方向上移动。车辆10具有后面，装置12无自由度地固定在该后面上。

[0047] 装置12包括基板插入器臂14和用于相对于水泥板6的顶面定位该臂14的可控制机构16。

[0048] 臂14适于在水泥板6尚未硬化时将两个基板14同时插入到水泥板16中。为此，臂14适于实施欧洲专利申请EP 0 803 609中所描述的方法，该方法在于，在基板正被插入时使新浇的水泥板6振动。

[0049] 例如，臂14通常为H形，且其底部支撑着两个致动器，使两个基板4固定到其端部，用于插入到新铺的水泥板6中。臂14适于使基板4保持彼此间隔一定距离，该距离与要被安装的铁轨的轨距相对应。臂14仅有一个用于使基板4沿Z轴移动的自由度。Z轴在此处限定为与水泥板6的顶面垂直。在图1中还示出了平行于车辆10行进方向的X轴以及与X轴和Z轴垂直的Y轴。通过示例方式，这些X、Y、Z被相对于车辆10限定，且它们限定正交的方向。

[0050] 通过示例方式，臂14如欧洲专利申请EP 0 803 609中详细描述。

[0051] 机构16适于以六个自由度来移动臂14，即，绕X、Y、Z轴的三个旋转自由度和沿X、Y、Z轴的三个平移自由度。

[0052] 该车辆10还包括引导单元20，其适于随着地形学读数的变化和通过接收器22接收到的测量值的变化来引导装置12。

[0053] 该单元20还适于控制车辆10的位移。

[0054] 通过示例方式，单元20在车辆10上所设的可编程电子计算机的帮助下工作，并适于执行图4的方法。为此，计算机与包含指令的记录介质26相连，该指令在被执行时用于执行图4的方法。

[0055] 臂14的后面上具有反射器30，用于与要被安装的铁轨以外的与测量站32配合。例如，三个反射器30被固定到臂14上。

[0056] 反射器34也固定到车辆10的结构件上。例如，反射器34被安装在车辆10的顶板上。

[0057] 站32安装在测量标记36垂直上方的三脚架上。测量标记36在与地球相关联的参照系中的位置已在先进行了测量且对于单元20而言是已知的。

[0058] 站32包括激光测距装置，其设有发送器和接收器光学器件，使站32和分别由臂14和车辆10承载的反射器30、34之间的距离和角度可以很高的精度被获知。

[0059] 站32还设有无线传送器38，其将每一瞬时由装置32获得的测量结果发送到由车辆10承载的接收器22中。

[0060] 在专利申请EP 1 178 153中描述了随着地形学读数的变化和站32的测量值的变化与引导臂14相关的细节。

[0061] 图2示出了基板4的例子，其要接收铁轨并将在铁轨上行进的铁轨车辆所施加的力传递到水泥板6。

[0062] 为此，基板4包括刚性材料例如铸铁制成的板40以及两个锚件42，每个锚件都具有螺杆，用于通过螺母将铁轨固定到基板4上。基板4还具有两个通常为圆柱形的嵌入杆44，用于一旦在水泥板硬化时被保持在水泥板6中。

[0063] 图3示出了正沿计算路径50移动的车辆10。车辆10沿路径50移动的方向由箭头52表示。在图3中，参考图1所述的上述元件由相同的参考号来表示。在与地球相关的参照系中，路径50的坐标被记录在例如存储器26中。

[0064] 更精确地，图3示出了路径50的区段54，在该区段上，仅使用由站32所得的测量值来引导插入器臂。

[0065] 假定站32的范围受到限制，测量标记沿路径50以规则间隔设置。例如，测量标记可以沿路径50以每50米到100米设置。在此图中仅示出了三个另外的标记56-58。标记57位于标记36的紧下游。此处下游一词被限定为相对于车辆10行进的方向而言。

[0066] 系统2还具有第二站60，其用于测量臂14的位置并定位在测量标记57上。通过示例方式，此站60等同于站32，且用于在车辆10在路径50的区段62上行进时测量臂14的位置。

[0067] 在系统2中，区段54、62在间隔ΔC上部分重叠。

[0068] 下面参考图4的方法描述系统2的操作，针对的是其中车辆10最初位于路径50的区段54上的特定情况而言。

[0069] 此方法在阶段70开始，其中仅使用了由站32获得的测量值来引导插入器臂14。

[0070] 更具体而言，在步骤74中，随着坐标Xci-1、Yci-1、Zci-1的变化，单元20朝预先计算的要插入基板对i-1的目标位置处引导臂14。坐标Xci-1、Yci-1、Zci-1是预先计算好的。此坐标的计算将会在下面进行所述，针对的是其中要插入下一基板对i的目标位置的坐标Xci、Yci、Zci的特定情况。

[0071] 在步骤74中，单元20在操作过程76中操作，以使车辆10沿路径50移动，将臂14定位成靠近要插入基板对i-1的目标位置。通常，在操作过程76结束时，臂14位于目标位置±1cm的范围内。

[0072] 一旦到达目标位置，在步骤78中，单元20使机构16以更大精度将臂14定位在目标位置。通常，在步骤78结束时，臂14处于目标位置±1mm的范围内。

[0073] 一旦步骤74完成，在步骤80中，单元20确定在相对于基板对i-1应该被插入的名义位置而言定位基板对i-1时的绝对误差。在这种情况下，名义位置由插入器臂位置坐标Xni-1、Yni-1、Zni-1来表示。下面将针对下一基板对i的名义位置的坐标Xni、Yni、Zni的特定情况来更加详细地描述如何建立名义坐标。

[0074] 更具体而言，在步骤80中，站32在操作过程82中测量臂14的位置并将所测得的位置传送到单元20。

[0075] 在操作过程82中，单元20获取臂14的所测量位置的坐标Xmi-1、Ymi-1、Zmi-1。通过示例方式，这些坐标被表示在具有与X、Y、Z轴平行的轴并相对于标记36固定的参照系中。

[0076] 此后，在操作过程84中，从其中基板对i-1应该理论上被插入的名义位置的坐标Xni-1、Yni-1、Zni-1中减去所测得的坐标。在操作过程84结束时，得到定位基板对i-1时的绝对误差Dai-1。

[0077] 此后，在步骤86中，基板对i-1被插入到新浇的水泥板6中，例如通过实施EP 0803 609中所述的方法来进行。在步骤86中，臂14被保持在操作过程82所测的位置中。

[0078] 一旦已插入基板对i-1，在步骤88中，单元20建立要插入下一基板对i的名义位置处的坐标Xni、Yni、Zni。例如，已知路径50的坐标和沿所述路径的两个连续基板对之间的预定空间，单元20能计算出其中基板对i应该被插入的名义位置处的坐标Xni、Yni、Zni。为了确保这些坐标可被单元20在引导插入器臂时使用。它们需要与车辆的当前位置坐标相比较。此比较可仅在如果车辆的臂的当前坐标和名义坐标在共同参照系中被比较时进行。为了以共同参照系来表示这些不同的坐标，使用标记36的地形学读数和站32的测量值。
例如，共同参照系为矩形参照系，其方向与上面限定的X、Y、Z轴共线，并且其原点相对于测量标记36固定。在这种情况下，使用标记36的地形学读数，在共同参照系中表示坐标Xni、Yni、Zni。此共同参照系还例如被用于表示坐标Xci、Yci、Zci和坐标Xni、Yni、Zni。

[0079] 此后，在步骤90中，单元20计算下一基板对i要被插入的目标位置的坐标Xci、Yci、Zci。这些坐标在共同参照系中表示。在步骤90中，随着在步骤90中所确定的绝对误差Dai-1的变化，计算目标位置。更具体地，为了插入第n个第一对基板到区段54中，例如使用下列关系式来计算坐标Xci、Yci、Zci，例如：

[0080] Xci＝Xni+(Dx，i-1/2)+Ex/n

[0081] Yci＝Yni+(Dy，i-1/2)+Ey/n (1)

[0082] Zci＝Zni+(Dz，i-1/2)+Ez/n

[0083] 其中：

[0084] Dx，i-1、Dy，i-1、Dz，i-1是在步骤80中分别沿共同参照系的X、Y、Z轴确定的绝对误差Dai-1的坐标；以及

[0085] Ex、Ey、Ez是分别沿由站32得到的测量值和放在标记56上的前一站得到的测量值之间的测量差值E的共同参照系的X、Y、Z轴的坐标。

[0086] 下面更详细描述估计坐标Ex、Ey、Ez的方法，针对的是由站32和60得到的测量值之间的差值的特定情况。

[0087] 通常，n是大于等于10的整数。

[0088] 如果在步骤90中，用于插入的下一对基板不是该区段的第n个第一基板的一部分，那么，使用下列关系式来计算坐标Xci、Yci、Zci：

[0089] Xci＝Xni+(Dx，i-1/2)

[0090] Yci＝Yni+(Dy，i-1/2) (2)

[0091] Zci＝Zni+(Dz，i-1/2)

[0092] 在步骤90结束时，方法返回到步骤74，以插入下一对基板i。

[0093] 只要臂14沿着路径50的区段54行进，步骤74-90循环重复。

[0094] 尽管这样，与步骤80并行，当臂14到达重叠间隔ΔC时，站60在步骤94中用于测量臂14的位置。步骤94最好与步骤82同时进行，以减少测量差值E时的误差。

[0095] 此后，站60在步骤96中将其所得的测量值发送给单元20。

[0096] 在步骤98中，单元20估计由站32和由站60得出的测量值之间的差值E。为此，在步骤98中，单元20由在步骤82和94中所得的测量值之间的差值并随着标记36、57的地形学读数的变化建立坐标Ex、Ey、Ez的值。已发现由站32做的测量获得的坐标Xmi、Ymi、Zmi并不严格等同于那些由站60所做的测量获得的坐标。在从区段54变到区段62时，此空间上的差值E会导致超出相对误差的可接受值。在步骤98结束时，值Ex、Ey、Ez被存储，以在插入第n个第一对基板到区段62中时被使用。

[0097] 当臂14已沿整个区段54移动完时，于是阶段70结束，新的阶段100开始，在阶段100中，仅当臂14在沿区段62移动而被引导时使用站60所得到的测量值。

[0098] 在阶段100开始时，用于计算第n个第一对用于插入的基板的目标位置的坐标的值Ex、Ey、Ez是那些在前一使用阶段的步骤98中所估计的值。

[0099] 与步骤100并行，例如，站32被移动，然后定位在标记57紧下游的标记58上。此后，在区段62和其紧下游的区段之间重复对于区段54、62的特定情况所述的过程。因此，阶段70和100在车辆10沿路径50的整个行进过程中被重复。

[0100] 也可能有大量其他的实施例。例如，在一个变化例中，站32、60可使它们所做的臂14的共同位置的测量值相互可以通信。基于由站32、60所做的测量值，站32和/或60校正其测量值，以在从区段54行进到区段62时逐渐吸收差值E。

[0101] 目标位置可以随着定位前一对基板时的绝对误差的变化而被计算，而不用考虑差值E。相反地，此处给出的用于逐渐吸收差值E的教示也可在不随着定位前一对基板时的绝对误差的变化而校正目标位置的情况下实施。

[0102] 也可使用其他共同参照系，例如，共同参照系可以相对于车辆10固定。

[0103] 此处所用的针对插入用于支撑铁轨的基板的特定情况的插入方法可以用于插入用于完成工程或建筑任务时所需的任何元件。