具有三维扫描功能的工程车的制作方法

本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种具有三维扫描功能的工程车。

背景技术：

为实现隧道施工的精准化、智能化，通过三维扫描仪来建立隧道的点云模型图变得尤为重要。随着隧道建设机械化、数字化和信息化的逐步推进，为实现精准、智能施工，隧道的三维重建必不可少。三维扫描是实现三维重建的关键所在。三维扫描即获取隧道的三维点云数据，因为激光具备发散角小，方向性好的特点，以激光技术为基础的扫描仪被广泛应用于测距，通过发射激光和接收激光的时间差得到点数据。

传统扫描采用商用三维扫描仪或由一维旋转平台和二维激光测距仪搭建三维激光扫描仪来实现。其中，商用三维扫描仪防护等级低，常用于野外或室内环境，无法用于隧道工程机械车载工况，且结构复杂，价格较高。由一维旋转平台和二维激光测距仪搭建三维激光扫描仪，此方案可实现隧道扫描，但其精度取决于二维激光测距仪，成本和精度难以兼得。

现有的三维激光扫描仪对工作环境的要求十分苛刻，在使用前需要花费大量时间进行环境布置，无法实现与工程车辆的随动，无法与施工进度同步进行，工作效率低下。

因此，目前亟需一种可以跟随施工进度同步进行三维激光扫描的技术方案。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型提出一种具有三维扫描功能的工程车。

有鉴于此，本实用新型提供了一种具有三维扫描功能的工程车，包括：车体；扫描装置，设置于车体朝向工程车工作方向的一侧，扫描装置包括：安装部，与车体相连接，安装部可绕第一轴旋转；激光探头，与安装部相连接，激光探头可绕第二轴旋转，激光探头用于扫描基准定位点以确定工程车与基准定位点之间的距离值，并确定基准定位点在扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描工程车工作方向的环境以得到环境在扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，与激光探头相连接，控制器用于根据距离值和基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定工程车在基准坐标系中的第三坐标数据，并根据预设坐标数据和第一坐标数据确定扫描坐标系与基准坐标系间的相对关系，以通过相对关系将第二坐标数据换算至基准坐标系，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息；其中，第一轴的轴线和第二轴的轴线相互垂直。

在该技术方案中，工程车的车体上设置有扫描装置，可通过扫描装置实现对工程车周围环境的三维激光扫描。扫描装置具体包括安装部、激光探头和控制器；安装部与车体相连接，且可绕第一轴旋转；激光探头设置在安装部上，且激光探头可绕第二轴旋转，由于第一轴和第二轴的轴线相互垂直，由此激光探头可以扫描以第一轴所在的方向为x轴，第二轴所在的方向为y轴，激光探头所射出的激光的行进方向为z轴的三维空间，以得到周围环境在该三维空间中，扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据。同时，激光探头还可以通过扫描基准定位点，其中基准定位点设置在工程车所处环境中，且基准定位点在基准坐标系中的坐标数据为已知的预设坐标数据，当激光探头扫描到基准坐标点后，可以获得工程车距离基准坐标点的准确的距离值，因此通过获取工程车距离多个基准定位点的距离值，即可通过一致的预设坐标数据推算工程车在基准坐标系，也即大地坐标系中的第三坐标数据，实现对工程车的准确定位。同时，激光探头在扫描到基准坐标点后，可以得到基准坐标点在扫描装置的扫描坐标系下的第一坐标数据，通过比对预设坐标数据和第一坐标数据之间的数学关系确定扫描坐标系与预设的基准坐标系之间的相对关系，并通过该相对关系将扫描坐标系下的第二坐标数据换算至基准坐标系中，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息。应用了本实用新型提供的技术方案，工程车上设置有扫描装置，因此可以与工程车同步行进，不需要人工设置，因此可以伴随工程进度同步扫描，且通过扫描基准定位点可实现对工程车的精准定位，并通过基准定位点在基准坐标系中的预设坐标数据可实现将扫描得到的环境坐标归入基准坐标系，极大的提高了工作效率。同时激光探头成本较低，且应用技术成熟，实现低成本、高效能的工程施工。

另外，本实用新型提供的上述技术方案中的具有三维扫描功能的工程车还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，安装部包括：安装部本体；第一连接座，与车体相连接；第一旋转座，第一旋转座的一端与安装部本体相连接，第一旋转座的另一端与第一连接座相连接，第一旋转座可绕第一轴旋转。

在该技术方案中，安装部包括安装部本体、第一连接座和第一旋转座，第一连接座与车体相连接，具体可采用焊接、铆接或通过螺栓等连接件实现连接，安装部本体通过可绕第一轴旋转的旋转座与连接座转动相连接，以实现安装部本体绕第一轴旋转。

在上述任一技术方案中，进一步地，安装部本体设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体内；安装部还包括：第一盖体，与安装部本体相连接，第一盖体覆盖于第一腔体上。

在该技术方案中，安装部本体设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体中；第一盖体覆盖于第一腔体上，以实现对控制器的保护作用，提高系统的可靠性。优选地，安装部本体上可设置用于使控制器的线材经由走线孔穿出并连接于激光探头的走线孔，以方便布线。

在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第一驱动装置，设置于第一腔体内，第一驱动装置的输出端与第一旋转座相连接；第一旋转编码器，设置于第一腔体内，与控制器和第一驱动装置相连接，第一旋转编码器用于根据控制器发送的第一控制信号控制第一驱动装置，以驱动第一旋转座绕第一轴旋转。

在该技术方案中，第一腔体内设置有第一驱动装置和第一旋转编码器，第一驱动装置具体为电机，优选使用伺服电机。第一编码器接收控制装置发送的第一控制信号，并将第一控制信号编译为驱动第一驱动装置的电信号，以使第一驱动装置在电信号的驱动下转动，以实现第一旋转座绕第一轴旋转。

在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第二连接座，与激光探头相连接；第二旋转座，第二旋转座的一端与安装部本体相连接，第二旋转座的另一端与第二连接座相连接，第二旋转座可绕第二轴旋转。

在该技术方案中，安装部还包括第二连接座和第二旋转座；第二旋转座的两端分别与安装部本体和第二连接座相连接，同时激光探头设置于第二连接座上，通过第二旋转座实现激光探头绕第二轴旋转。

在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第二驱动装置，设置于第一腔体内，第二驱动装置的输出端与第二旋转座相连接；第二旋转编码器，设置于第一腔体内，与控制器和第二驱动装置相连接，第二旋转编码器用于根据控制器发送的第二控制信号控制第二驱动装置，以驱动第二旋转座绕第二轴旋转。

在该技术方案中，第一腔体内设置有第二驱动装置和第二旋转编码器，第二驱动装置具体为电机，优选使用伺服电机。第二旋转编码器接收控制装置发送的第二控制信号，并将第二控制信号编译为驱动第二驱动装置的电信号，以使第二驱动装置在电信号的驱动下转动，以实现第二旋转座绕第二轴旋转。

优选地，驱动装置与对应的旋转轴通过皮带传动连接，进而降低驱动装置产生的噪音，同时起到缓冲吸震的效果，使得扫描装置的抗震能力、防护等级和使用寿命得到提高。同时皮带传动结构简单，空间占用较少，可有效提高空间利用率，而且在动力过载时，皮带传动会由于扭力过大打滑，不会损坏零件部位，有效地提高设备的安全性和可靠性。

在上述任一技术方案中，进一步地，扫描装置还包括：防护装置，防护装置包括：罩体，罩体包括第二腔体，激光探头设置于第二腔体内；第二盖体，与罩体相连接，第二盖体覆盖于第二腔体上，第二盖体上设置有朝向激光探头的开口，开口上设置有透光材质的镜片。

在该技术方案中，激光探头外设置有防护装置，防护装置包括罩体和第二盖体，罩体设置有容纳激光探头的第二腔体，用于保护激光探头；第二盖体覆盖于腔体上，且第二盖体上设置有朝向激光探头的开口，并在开口上设置透光材质的镜片；镜片优选采用钢化玻璃材质或人造水晶材质；以使激光探头射出的激光光线可经由开口处射出，实现对环境的扫描。

在上述任一技术方案中，进一步地，扫描装置还包括：遥控装置，与控制器相连接，遥控装置用于向控制器发出控制指令，以使控制器根据控制指令控制扫描装置获取第一坐标数据、第二坐标数据和距离值。

在该技术方案中，扫描装置设置有遥控装置，遥控装置具体可设置有有线遥控装置或无线遥控装置，工程人员通过遥控装置向扫描装置发出控制指令，以使扫描装置的控制器根据控制指令控制激光探头获取所需的坐标数据及距离值。

优选地，遥控装置设置于工程车驾驶舱或控制舱内。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的扫描装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的另一个实施例的扫描装置的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的具有三维扫描功能的工程车的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的防护装置的结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的一个实施例的遥控装置的结构示意图。

其中，图1至图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1车体，2扫描装置，20激光探头，40安装部，402安装部本体，404第一连接座，406第一旋转座，408第一驱动装置，410第一旋转编码器，412第二旋转座，414第二驱动装置，416第二旋转编码器，60防护装置，602罩体，604第二盖体，606镜片，80遥控装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图5描述根据本实用新型一些实施例所述工程车。

如图1至图3所示，在本实用新型的实施例中，提供了一种具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，包括：车体1；扫描装置2，设置于车体1朝向工程车工作方向的一侧，扫描装置2包括：安装部40，与车体1相连接，安装部40可绕第一轴旋转；激光探头20，与安装部40相连接，激光探头20可绕第二轴旋转，激光探头20用于扫描基准定位点以确定工程车与基准定位点-之间的距离值，并确定基准定位点在扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描工程车工作方向的环境以得到环境在扫描装置2的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，与激光探头20相连接，控制器用于根据距离值和基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定工程车在基准坐标系中的第三坐标数据，并根据预设坐标数据和第一坐标数据确定扫描坐标系与基准坐标系间的相对关系，以通过相对关系将第二坐标数据换算至基准坐标系，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息；其中，第一轴的轴线和第二轴的轴线相互垂直。

在该实施例中，工程车的车体1上设置有扫描装置2，可通过扫描装置2实现对工程车周围环境的三维激光扫描。扫描装置2具体包括安装部40、激光探头20和控制器；安装部40与车体1相连接，且可绕第一轴旋转；激光探头20设置在安装部40上，且激光探头20可绕第二轴旋转，由于第一轴和第二轴的轴线相互垂直，由此激光探头20可以扫描以第一轴所在的方向为x轴，第二轴所在的方向为y轴，激光探头20所射出的激光的行进方向为z轴的三维空间，以得到周围环境在该三维空间中，扫描装置2的扫描坐标系下的第二坐标数据。同时，激光探头20还可以通过扫描基准定位点，其中基准定位点设置在工程车所处环境中，且基准定位点在基准坐标系中的坐标数据为已知的预设坐标数据，当激光探头20扫描到基准坐标点后，可以获得工程车距离基准坐标点的准确的距离值，因此通过获取工程车距离多个基准定位点的距离值，即可通过一致的预设坐标数据推算工程车在基准坐标系，也即大地坐标系中的第三坐标数据，实现对工程车的准确定位。同时，激光探头20在扫描到基准坐标点后，可以得到基准坐标点在扫描装置2的扫描坐标系下的第一坐标数据，通过比对预设坐标数据和第一坐标数据之间的数学关系确定扫描坐标系与预设的基准坐标系之间的相对关系，并通过该相对关系将扫描坐标系下的第二坐标数据换算至基准坐标系中，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息。应用了本实用新型提供的技术方案，工程车上设置有扫描装置2，因此可以与工程车同步行进，不需要人工设置，因此可以伴随工程进度同步扫描，且通过扫描基准定位点可实现对工程车的精准定位，并通过基准定位点在基准坐标系中的预设坐标数据可实现将扫描得到的环境坐标归入基准坐标系，极大的提高了工作效率。同时激光探头20成本较低，且应用技术成熟，实现低成本、高效能的工程施工。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部40包括：安装部本体402；第一连接座404，与车体1相连接；第一旋转座406，第一旋转座406的一端与安装部本体402相连接，第一旋转座406的另一端与第一连接座404相连接，第一旋转座406可绕第一轴旋转。

在该实施例中，安装部40包括安装部本体402、第一连接座404和第一旋转座406，第一连接座404与车体1相连接，具体可采用焊接、铆接或通过螺栓等连接件实现连接，安装部本体402通过可绕第一轴旋转的旋转座与连接座转动相连接，以实现安装部本体402绕第一轴旋转。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部本体402设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体内；安装部40还包括：第一盖体，与安装部本体402相连接，第一盖体覆盖于第一腔体上。

在该实施例中，安装部本体402设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体中；第一盖体覆盖于第一腔体上，以实现对控制器的保护作用，提高系统的可靠性。优选地，安装部本体402上可设置用于使控制器的线材经由走线孔穿出并连接于激光探头20的走线孔，以方便布线。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部40还包括：第一驱动装置408，设置于第一腔体内，第一驱动装置408的输出端与第一旋转座406相连接；第一旋转编码器410，设置于第一腔体内，与控制器和第一驱动装置408相连接，第一旋转编码器410用于根据控制器发送的第一控制信号控制第一驱动装置408，以驱动第一旋转座406绕第一轴旋转。

在该实施例中，第一腔体内设置有第一驱动装置408和第一旋转编码器410，第一驱动装置408具体为电机，优选使用伺服电机。第一编码器接收控制装置发送的第一控制信号，并将第一控制信号编译为驱动第一驱动装置408的电信号，以使第一驱动装置408在电信号的驱动下转动，以实现第一旋转座406绕第一轴旋转。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部40还包括：第二连接座，与激光探头20相连接；第二旋转座412，第二旋转座412的一端与安装部本体402相连接，第二旋转座412的另一端与第二连接座相连接，第二旋转座412可绕第二轴旋转。

在该实施例中，安装部40还包括第二连接座和第二旋转座412；第二旋转座412的两端分别与安装部本体402和第二连接座相连接，同时激光探头20设置于第二连接座上，通过第二旋转座412实现激光探头20绕第二轴旋转。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部40还包括：第二驱动装置414，设置于第一腔体内，第二驱动装置414的输出端与第二旋转座412相连接；第二旋转编码器416，设置于第一腔体内，与控制器和第二驱动装置414相连接，第二旋转编码器416用于根据控制器发送的第二控制信号控制第二驱动装置414，以驱动第二旋转座412绕第二轴旋转。

在该实施例中，第一腔体内设置有第二驱动装置414和第二旋转编码器416，第二驱动装置414具体为电机，优选使用伺服电机。第二旋转编码器416接收控制装置发送的第二控制信号，并将第二控制信号编译为驱动第二驱动装置414的电信号，以使第二驱动装置414在电信号的驱动下转动，以实现第二旋转座412绕第二轴旋转。

优选地，驱动装置与对应的旋转轴通过皮带传动连接，进而降低驱动装置产生的噪音，同时起到缓冲吸震的效果，使得扫描装置2的抗震能力、防护等级和使用寿命得到提高。同时皮带传动结构简单，空间占用较少，可有效提高空间利用率，而且在动力过载时，皮带传动会由于扭力过大打滑，不会损坏零件部位，有效地提高设备的安全性和可靠性。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图4所示，扫描装置2还包括：防护装置60，防护装置60包括：罩体602，罩体602包括第二腔体，激光探头20设置于第二腔体内；第二盖体604，与罩体602相连接，第二盖体604覆盖于第二腔体上，第二盖体604上设置有朝向激光探头20的开口，开口上设置有透光材质的镜片606。在该实施例中，激光探头20外设置有防护装置60，防护装置60包括罩体602和第二盖体604，罩体602设置有容纳激光探头20的第二腔体，用于保护激光探头20；第二盖体604覆盖于腔体上，且第二盖体604上设置有朝向激光探头20的开口，并在开口上设置透光材质的镜片606；镜片606优选采用钢化玻璃材质或人造水晶材质；以使激光探头20射出的激光光线可经由开口处射出，实现对环境的扫描。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1和图5所示，扫描装置2还包括：遥控装置80，与控制器相连接，遥控装置80用于向控制器发出控制指令，以使控制器根据控制指令控制扫描装置2获取第一坐标数据、第二坐标数据和距离值。

在该实施例中，扫描装置2设置有遥控装置80，遥控装置80具体可设置有有线遥控装置或无线遥控装置，工程人员通过遥控装置80向扫描装置2发出控制指令，以使扫描装置2的控制器根据控制指令控制激光探头20获取所需的坐标数据及距离值。

优选地，遥控装置80设置于工程车驾驶舱或控制舱内。

本实用新型的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。