基于倾角检测的电梯导轨垂直度检测机器人的研究
电梯导轨高精度自动巡检机器人测控系统设计
电梯导轨高精度自动巡检机器人测控系统设计梁敏健;李大琳;黄永坚【摘要】电梯导轨在制造、安装和使用过程中会带来变形和位移,形成导轨垂直度误差和导轨顶面间距偏差,对电梯安全使用造成危害,影响电梯使用寿命.因此导轨安装质量测量对电梯运行安全尤为重要.现有电梯导轨测量方法存在精度不足、操作者劳动强度大、所需参数不能一次性测量等问题.文中遵照有关国家标准,并对比同类系统的测量原理和实现方案,提出了一种具有电梯导轨垂直度偏差检测、轨距偏差检测、导轨接头和支架位置检测功能,不依赖于脚手架或轿厢,且弥补了一些现有同类系统不足的自动巡检机器人的测控系统设计方案.试验结果表明,所设计测控系统完全满足机器人的测量和控制需求,测量精度达到相关国家标准规定.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】5页(P124-128)【关键词】电梯;导轨;多参数检测;测控系统【作者】梁敏健;李大琳;黄永坚【作者单位】广东省特种设备检测研究院珠海检测院珠海 519002;吉林大学珠海学院珠海 519002;广东省特种设备检测研究院珠海检测院珠海 519002【正文语种】中文【中图分类】TU8570 概述电梯设备检测属于国家特种设备检验范畴，GB J310—1988《电梯安装工程质量检验评定标准》中对电梯系统的各项参数要求有明确的规定。
电梯导轨垂直度是保证电梯正常运行的一项重要性能指标。
电梯导轨在制造和安装过程中会带来偏差，而且在电梯的使用过程中，由于电梯井混凝结构的收缩变形，地基沉降，轿厢振动摩擦等因素的影响，导轨可能发生位移变形，形成新的导轨垂直度误差和导轨顶面间距偏差。
导轨垂直度偏差过大会造成电梯运行摆动颠簸，导轨顶面间距偏差过大会引起轿厢水平晃动，过小会使轿厢垂直振动，最终影响电梯的安全运行和使用寿命。
因此,每隔一定时间也需要对使用中的导轨进行测量，对有问题的导轨及时调整以保证电梯安全运行。
TSG7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》要求每列导轨工作面每5m铅垂线测量值间最大偏差：轿厢导轨和设安全钳的T型对重导轨不大于1.2 mm，不设安全钳的T型对重导轨不大于2 mm；两列导轨顶面距离（轨距）偏差：轿厢导轨为0～2 mm，对重导轨为0～3 mm；每根导轨至少有2个导轨支架，两个支架之间距离一般不超过2.5 m（超过2.5 m，要有计算依据）。
基于嵌入式系统的起重机倾角检测装置
基于嵌入式系统的起重机倾角检测装置
顾雯雯 王 丹 南京市特种设备安全监督检验研究院 南京 210019
摘 要：起重机作为高层建筑和码头搬运中必不可少的搬运机械，在使用过程中易存在安全隐患，起重机倾覆是 其中最大的风险。针对上述问题，文中设计了一款起重机吊臂倾角检测装置，用于测量吊臂的举升作业角度，同 时将采集的数据上传至上位机，实现无人监控环境下的自动检测和对举升角度的监控，从而提高起重机作业的安 全性能。为使该系统工作更加优化，设计时在处理器 STM32F103 上移植了操作系统 FreeRTOS 来进行任务调度、A/ D 转换和数据处理等任务，最后经 RS485 通信模块实现监控，重点解决了塔机缺乏自我监测和智能化控制的问题。
RS485 串行通信角度输出选用 16 进制代码双极性 方式输出，数据长度为 7 个字节，其中 Byte1 和 Byte2 为起始位，Byte3 和 Byte4 为 X 轴数值，Byte5 和 Byte 6 为 Y 轴值，Byte3 和 Byte5 分别为输出数据的高 8 位， Byte4 和 Byte6 分别为输出数据的高 8 位，Byte7 为校验 位，输出命令格式如表 1 所示。
2021 年第 13 期 /
69
新产品新技术 NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY
表 1 传输数据输出格式
字节代码
传输格式
0×AA
帧头代表传输数据起始位
X 轴角度
高数据位 + 低数据位
Y 轴角度
高数据位 + 低数据位
CHECKSUM
数据校验位
过 MISO 线在 SCK 下降沿被改变，每一 Bit 采样是通过 MOSI 线在 SCK 的上升沿开始。从 CSB 下降沿开始， 被选中的设备开始进行 8-bit 的指令传输。通过 CSB 的 上升沿结束所有的数据传输并且重新设定内部的计数器 和指令寄存器 [5]。如果一个无效的命令被收到，MISO 将呈现高阻态并且锁定芯片内的数据，直到 CSB 呈现 下降沿，系统再重新初始化串行通信，系统软件工作流 程如图 3 所示。
一种电梯导轨检修机器人的设计
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.15.104一种电梯导轨检修机器人的设计①桑智灵 曹君 窦岩* 顾秋忆(常熟理工学院机械工程学院 江苏常熟 215500)摘 要：电梯在生活中占据重要的地位，人们也越来越关注电梯的安全，电梯需要及时，准确的保养。
本文设计了一款电梯导轨检修机器人，可以测量导轨垂直度，检查导轨的润滑度以及对关键部分的检测。
该产品的使用将很大限度的缩短电梯检修时间，提高检测的效率，并且降低了检修人员的工作强度，具有广阔的应用前景和良好的社会效益。
关键词：电梯 电梯检修 图像识别 压力传感 垂直度 润滑度中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)05(c)-0104-02①通讯作者：窦岩（1980，8—），女，汉族，江苏苏州人，硕士，副教授，研究方向：智能控制，E-mail：jixiedouyan@。
自从我国改革开放以后，国家经济发展迅速，人民生活水平显著提高，很多人在城市里住上了高层楼房。
对于高层建筑而言，电梯是其中必不可少的一类设备，它不仅保障了人们的出行效率，更承载着千家万户的出行安全。
然而在电梯检验过程中却存在各种因素因而导致了不少的事故伤害[1]。
根据相关研究表明，重视电梯的日常保养，保障重要部件的定期更换，润滑，以及调整机件的间隙，可以进一步的保障电梯的安全性，减少事故发生的频率。
目前对于电梯导轨的检修方式主要是以人工检修为主。
电梯组成部件结构复杂度高，检修范围大、细小部件数量多，易造成漏检；作业强度大。
检修人员长时间的进行高强度作业，这对检修人员的身心健康产生了很大的损害。
工作质量也难以保障，如何提高作业效率、改善作业质量、优化检修方式是目前很让人重视的一个问题。
智能电梯导轨检修机器人的投入使用可以很大程度的改善以上的问题。
电梯导轨检修机器人可以测量导轨垂直度，检查导轨的润滑度以及对关键部分的检测。
电梯导轨检修机器人结合了机检的准确性，稳定性和无线传输的优点。
电梯导轨垂直度检测机器人磁轮机构设计
电梯导 轨在 出厂前 以及 日常维护 中垂 直度 的检测具 有重 要意 义， 也是保 证 电梯 安全 运行 的关键 因素 之一 ．
但是 长期 以来 电梯 行业 所用 的相关 设备均 不能满 足精度 要求 ， 究其 原 因主要 是检 测设 备不 能在贴 附导轨 运行
ｏ ｉ ｅｗｈｅ ｌ ｎ ｏｐｍ ａ ｅ ｉ ｆｇｕ ｄ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｇｎ ｔｃｗｈｅ ｌ ｓ ｄｔ ｒ ｕｇ ｈｅ ｒ ｔｃ ｌａ ａｙｓｓａ ｐ ｉ ｉ ａｉ ｓｇ ａ ｄａ ｔａ ｙ ｓ ｕｒ ｉ ｅｓｕ ｅ ｈ ｏ ｈ ｔ ｏ ｅ ｉａ ｎ ｌ ｉ ｎｄ ｏ ｔｍ ｚ ｔｏｎｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎａ ｐ ｎ ｃ ｖ— ｎ ｓ ｏ ｋ ｎ ｏ ｉｉ ｅ ｓｗ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎｄｔｏｎ．
ａｄＡｕｏ ｔ ｎ ｎ ｔｍａｉ ，Ｈｅｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｅｈ ｏｏｙ ｉｎｉ ０ ０ ｈｎ ｏ ｂ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ，Ｔａｊ ３ ０ ，Ｃ ｉａ） ｔ Ｔ ｇ ｎ １ ３
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电梯导轨垂直度检测机器人机构设计(1)
第28卷第10期2011年10月机械设计JOURNAL OF MACHINE DESIGNVol．28No．10Oct．2011电梯导轨垂直度检测机器人机构设计*刘旭1，戴士杰2，刘志东2，程秋平1，刘志云1，孙立新3（1．江西省特种设备检验检测研究院，江西南昌330096；2．河北工业大学机器人及自动化研究所，天津300130；3．天津市特种设备检验检测研究院，天津300073）摘要：针对传统电梯导轨垂直度检测方法误差大、检测器件分离、不利于一体化检测等不足，用一种全新的检测方法，设计了一款基于倾角检测的电梯导轨垂直度检测机器人。
文中分析了新方法的检测原理，详细介绍了检测机器人的机构设计方案。
经过验证，该检测方法效率高、检测精确，具有很好的实用价值。
关键词：导轨垂直度；机构结构；电梯导轨；倾角检测中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001－2354（2011）10－0027－06随着高层大楼的不断涌现，一体化的电梯导轨垂直度检测设备有很大的应用空间。
电梯导轨垂直度是保证电梯正常运行的一项重要性能指标，它直接影响着电梯乘坐的舒适性、运行的可靠性和导轨的寿命［1］。
在安装时需要对电梯导轨垂直度进行检测，在日常维护中同样需要检测。
传统的“吊线检测”方法虽然使用的测量工具简单、测量数据直观，但明显缺点是基准难以固定、误差大、数据记录繁琐、工作效率低［2］。
后来，行业推出了电梯导轨检测用激光垂准仪，其原理只是用激光代替传统吊线，仍然需要人工检测和记录数据［3］。
近年，研究机构利用激光垂准技术和图像识别处理相结合的原理，采用CCD摄像模块作为激光光斑接收器，经PC机进行光斑位移数据处理［3－4］，此方法测速较快，精度也得到了相应提高，但激光发射器和光斑接收器件分离，同时，需要对激光垂准校直，仍然存在费时费力、检测器件分散等缺点［5］。
文中在介绍了一种电梯导轨垂直度检测新方法基础上，设计了一款自动检测机器人，详述了检测原理和机构设计方案。
基于机器视觉的电梯导轨垂直度检测
基于机器视觉的电梯导轨垂直度检测唐品;赵曦;赵群飞【摘要】An automatic detection system based on machine vision is designed to measure the verticality of elevator guide rail more effectively.A verticality measuring robot for elevator guide rail moves along the rail with a vertically fixed lighten ring. Canny transform is used to extract the elliptical edge poults acquired by a video camera. Then ellipse parameters are fitted. The relationships between lighten ring geometrical parameters and ellipse parameters are derived. So its geometric center and the normal vector are determined. The changes in the center of the lighten ring reflect those in the verticality of elevator guide rail, and the changes of the angle between normal vector and the vertical reflect the distortion direction of the guide rail. Experimental results show that the proposed system can measure the deformation of the guide rail easily and accurately.%为更有效地测量电梯导轨的垂直度,设计一种基于机器视觉的自动检测系统.利用电梯导轨垂直度检测机器人携带垂直安装在导轨上的发光圆环,使其在导轨上自主运行.通过Canny变换提取摄像机采集的成像椭圆图像边缘,拟合椭圆参数,推导发光圆环几何参数与椭圆参数的关系式,确定其圆心和法向向量.发光圆环圆心的变化反映导轨垂直度的变化,法向向量与竖直方向夹角反映导轨的扭曲方向.实验结果表明,该系统能方便准确地测量出导轨形变.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2012(038)014【总页数】4页(P161-164)【关键词】发光圆环;电梯导轨;垂直度;机器视觉;椭圆拟合;图像处理【作者】唐品;赵曦;赵群飞【作者单位】上海交通大学自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室,上海200240;上海金融学院信息管理系,上海201209;上海交通大学自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TP391.411 概述随着经济的飞速发展，电梯的使用越来越广泛，电梯的安装与维护也越来越受到人们的关注。
一种基于角度测量的电梯导轨垂直度检测装置[发明专利]
![一种基于角度测量的电梯导轨垂直度检测装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/33ebb6d0376baf1ffd4fad15.png)
专利名称：一种基于角度测量的电梯导轨垂直度检测装置专利类型：发明专利
发明人：李红利,林德伟,张荣华,张欣
申请号：CN201610511655.4
申请日：20160628
公开号：CN106152976A
公开日：
20161123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种电梯导轨垂直度检测装置，属于电梯导轨平整度检测领域。
装置由壳体、陀螺仪加速度传感器、PSD位置传感器、激光、电流电压转换电路、运算放大器、数据采集模块、PC组成；其中壳体固定在单根导轨上，激光照射暴露在外面的PSD传感器来实现对垂直角度的初始值测量，在全检测过程中使用电子陀螺仪获取角度的变化量。
把检测到的这些变化量通过数据采集模块发送到PC上，通过PC上位机实现对采集到的数据记录显示，从而确定导轨的垂直度。
申请人：天津工业大学
地址：300387 天津市西青区宾水西道延长线399号
国籍：CN
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一种基于激光三角法的电梯导轨垂直度检测系统的研发
（ ２ ）将 基准 导 轨设 定为 测 量基 准。 Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ） 是一种近些年发展起来的新技术， 该 技术 主要 被应 用于 垂直度 误 差测 量 中，标 准 量的误 差和 被测量 的误 差可 以通过 Ｅ Ｓ Ｔ进 行分离 ，测量 的精度 和效率均得到 了提高 。而
Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ・ 软件应用
一
种基于激 光三角法 的电梯 导轨 垂直度检测系统的研 发
文／ 黄 伟 华
综上所述 ，随着传 统的接 触式 电梯导轨 垂直度是 电梯安全 、 舒 适运 行 的 一项 重要 性 能指 标 ， 对 电梯导 轨垂 直度 的检 测通 常贯 穿于 电梯 安装和维 护的整 个阶段 。 传 统 的检 测 方法 费时 费力，效 率 低 。为 了提 高电梯 导轨 垂 直度 检 测 的精 度 ，本 文设 计一 种检 测 电 梯 导 轨 垂 直 度 的 检 测 方 法 ， 主 要 利用激 光 三 角法进 行 电梯 垂 直度 检测 ，提 高检测 的精度 与效率。 检测技术 的应用越来越受到 限制， 激光三角 法测量技术可 以为工 业测 量提供 了一种简单实用 的非接 触式
受 光三角法及其测量原理简介
随着 工业 测 量技 术地 不断 发展 ，测 量 的 ： 和速度要求也在不 断提高，而传统的接触
量 ，因此 只要能产生漫反射 的物体 都可以获得 精确测量 。 （ ３ ）由于激光 的精度高 ，因此 该方法具 有较 宽的测量 范围和较 高的分 辨率 。 （ ４ ）测量频 率高，可 以满 足 自动测 量 的 需求 。此 外由于激光的各种特性 ，激光三角法 还 具有抗 干扰、设备体积小 、设备安装方便 、 可 重复使用等优点。激光三角法测量 的工作原 理如 图 ｌ 所示 。
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河北工业大学硕士学位论文基于倾角检测的电梯导轨垂直度检测机器人的研究姓名：刘志东申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：戴士杰2010-12基于倾角检测的电梯导轨垂直度检测机器人的研究基于倾角检测的电梯导轨垂直度检测机器人的研究摘要电梯导轨垂直度是电梯安全、舒适运行的一项重要性能指标，对电梯导轨垂直度的测量贯穿于电梯安装和维护的整个阶段。
传统的检测方法费时费力，效率低。
为了实现电梯导轨检测的自动化和智能化，本文提出来一种检测电梯导轨垂直度的全新检测原理，克服了现有技术的不足，设计了一款能沿电梯导轨自动上下运行的检测机器人。
此方法提高了检测效率和精度，节省了大量的人力、物力。
本文首先介绍了电梯导轨垂直度检测的国家标准，详细分析了机器人的检测原理。
依据检测原理，完成了机器人机械结构设计，利用相关力学理论进行了受力分析，最终选定了驱动和传动方案。
并根据T型导轨的结构和材料特征，设计了多磁轮吸附机构，并利用磁导法进行了磁轮磁路的优化。
设计了基于飞思卡尔（Freescale）单片机的控制系统。
利用高精度倾角传感器测量倾角，采用光电编码器测距，应用无线数传模块对控制信息和采集信号进行无线传输。
进行了控制系统的硬件电路设计，并根据控制方案进行了软件系统编程，实现了预定功能。
为了验证检测原理的正确性，将所设计的检测机器人在实际导轨上进行实验。
分别进行了导轨平放、斜放和垂直实验，用Matlab软件对传到上位机倾角和位移数据进行曲线拟合，以直观图的形式将导轨垂直度误差呈现出来。
得到了预期效果，结果准确。
：电梯导轨，垂直度，机器人，机构设计，控制系统关键词关键词：河北工业大学硕士学位论文THE ROBOT RESEARCH ABOUT MEASURINGVERTICALITY OF ELEV ATOR GUIDEBASE ON OBLIQUITY DETECTION PRINCIPLEABSTRACTThe verticality of elevator guide is an important performance index for security and comfort in the elevator operation. And its measurement exists throughout installation and maintainment. The traditional test method is time-consuming and low efficiency.In order to realize the automation and intelligence for the test process of elevator guide, this paper propose a new principle for verticality testing. This method overcomes the existing technical shortages. An inspection robot which can move along the elevator guide automaticly was designed. This method improves the measuring precision and efficiency, and saves a lot of manpower and material resources.First, this paper introduces the national standards of verticality measurement for elevator guide, and analysis the detection principle of the robot. Mechanical stress analysis was proceeded. Absorbing mechanism with multiple magnetic wheels was designed. And magnetic circuit was optimized to ensure the operation security.The control system based on Freescale SCM was designed.When it reaches the predetermined location or receives reversal signal, it will get back along the elevator guide quickly. This control system can achieve the following functions: acquisit and process data from angle sensor and photoelectric encoder, and put the data to the upper computer though digital transfers module. Besides, the hardware circuit of the control system and software program was designed.The inspection robot was put in the practical guide to check the correctness of the detection principle. Experiments were carried on the guide within level, oblique and vertical, respectively. Matlab was used to achieve curve fitting for PC angle and displacement data, and perpendicularity errors of the guide was shown in the form of intuitive chart. Experiments show, by this method anticipative and accurate results can be obtained.KEY WORDS: elevator guide, verticality, robot, mechanical structure, control system原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。
本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 概述电梯进入人们的生活已经150年了。
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙.格雷夫斯.奥的斯第一次向世人展示了他的发明[1]。
奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。
从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用[2]。
目前，垂直升降电梯和自动扶梯是电梯行业的主流品种，其中垂直升降电梯占现有电梯总量的百分之八十[3]。
一个世纪以来，电梯技术得到了迅猛的发展。
随着社会的发展和科技的进步，电梯在提高舒适性和安全性的同时，向着更高的速度发展[4,5]。
目前，欧洲大部分电梯的运行速度为6m/s，美国和日本的许多电梯为8m/s，已经有少数企业研制开发出超过10m/s的超高速电梯[6].当今中国，随着经济的蓬勃发展，越来越多的高楼大厦出现在各个城市之中，而伴随着高层建筑的不断增多，随之而来的轿箱式电梯的数量也越来越多[7-9]。
电梯的安全性，高效性，舒适性也成为了对电梯运行的基本的、重要的技术性能要求[10]。
因此，对于电梯的安装与维护也相应的受到了越来越多的关注[11,12]。
作为电梯的导向装置，电梯导轨在电梯系统中占有举足轻重的位置，其制造和安装质量的好坏将直接影响到电梯是否能够安全平稳的运行[13]。
一般情况下，电梯导轨在出厂时均经过了严格的质量检测，已将制造误差控制在比较理想的范围内[14]。
因此，在安装过程中产生的安装误差已成为影响电梯导轨最终质量水平的因素[15]。
电梯导轨的垂直度误差是造成电梯轿箱振动、加速导轨磨损的主要因素之一[16]。
对电梯导轨垂直度误差的检测不仅是电梯安装阶段的一项关键性工作，而且在电梯正常使用的过程中，由于梯井混凝结构的收缩变形，地基沉降，矫厢振动摩擦等因素的影响，导轨可能发生位移变形，因此每隔一定时间也需要对导轨垂直度误差进行测量[17]。
目前常用的电梯导轨垂直度的测量方法存在繁琐，测量时间长，测量精度低等缺陷，这使得导轨的安装和调试工作需要大量的人力物力才能完成，增加了电梯的安装成本，降低了企业的竞争力[18,19]。
我国电梯市场巨大，每年新建电梯和在用电梯数量都急剧增长，因此，迫切需要一种测量装置，能够方便应用于导轨安装和维护阶段的导轨垂直度测量，替代大量人力和物力，实现导轨检测过程的自动化[20,21]。
§1-2 电梯导轨垂直度检测研究现状分析导轨垂直度检测方法基本经历了两个大的阶段：第一阶段是利用人工对导轨垂直度进行分段检测；第二阶段是检测过程由自动仪器完成。
检测方法的不断发展和进步，使检测效率和检测精度都得到了一定程度的提高，节省了人力、物力和财力。
下面内容将结合示意图对不同阶段电梯导轨垂直度检测原理进行逐一介绍。
1-2-2传统吊线法长期以来，多采用传统的吊垂线的方法来保证导轨安装的垂直度，就是利用地球重力场，将一根Φ0.6左右的钢丝上端固定，下端一个重锤[22]。
采用这种方法首先要搭建脚手架，安装样板架，然后对导轨分段吊垂线进行上下样板的矫正，如图1.1所示。