摘要：测绘工作野外作业工作量大、环境艰苦，故能够节约作业时间、提高作业效率尤为重要。该项目提供一种自动调平三脚架，包括底座和三个架腿，三个架腿的上端与基座连接，底座中设置有电机和中央处理器，旋转电机的输出电线与齿轮连接，电线穿过底座与仪器水平托盘连接，架腿上有倾斜传感器，架腿包括一个可伸缩支腿和一个固定长度支腿，可伸缩支腿包括由滚珠丝杠连接的上下两个部分，上部分由上至下设置相互连接的内置电池、直流伺服电机和螺杆，螺杆伸入至可伸缩支腿的下部分并与其上设置的内螺纹配合，固定长度支腿上设置控制键盘。该产品通过对传统三脚架进行改进，旨在设计出能快速精确的调平、又能满足测量行业精度要求三角架。
关键词：三脚架；
一、项目的研究意义
近年来，测绘行业高速发展与测量仪器效率之间的矛盾日益突出，外业测量为测绘工作的重要任务。矿产、海洋、航天事业的不断发展，对外业测量工作的精度、效率要求逐渐提高，全站仪、GPS、RTK等作为开展外业工作的主要测绘仪器越来越受到测绘界的广泛重视与应用。
外业测量工作中，三脚架用于支撑全站仪、GPS、RTK等仪器。现有的三脚架虽然种类繁多、操作简便，但是大多数结构单一、功能单一、安装效率低。同时使用仪器工作前需首先完成整平操作，整平不仅需反复进行，而且完成该操作后，由于人在观测中触碰仪器、大风天气等，易使整平状态受到影响，如此一来，不仅会浪费测量时间，更易使测量结果不再准确。由此可见，研发一种能够在短时间内自动完成整平操作且使该操作在受到外界环境影响后仍可自动恢复整平状态的三脚架具有重要意义。
二、国内外研究现状
自动调平装置虽已取得一定进展，但在测绘行业还未实现广泛使用。目前的调平系统主要有三支撑、四支撑、六支撑等方案。三支撑调平容易实现，结构简单成本低，易维护但抗倾覆能力差；四支撑、六支撑抗倾覆能力强，但存在静不定问题，容易产生虚腿。为了克服这些缺点所带来的经济和技术上大弊端，各国科学家正在积极探索，寻求更好的解决方案。
美国 AKNSAS 州高速公路委员会的一名工程师发明了第一套自动调平装置。它结构简单，靠手动操作完成架腿的调节。后来研究人员在手动调平系统的基础上研发出早期的自动调平系统。它是靠移动牵引架来改变三脚架的升降。由于这段时期工作宽度较小，所以都采用纵坡和横坡控制器来进行调平作业。后来，手动横坡调节机构也被自动装置取代，出现了全自动调平控制系统，该系统工作特性相对较完善，且找平效果好。其工作原理：架腿在整平之前，首先设定所需要的整平高度，工作时，控制面板、传感器产生电脉冲信号并传给控制箱，控制箱发出电信号使油征做出相应的动作来改变架腿的位置，达到整平目的。
但是，由于以上所设计出的产品成本高、价格较贵、操作复杂，至今仍未实现广泛使用。本文通过对传统三脚架进行改进，旨在设计出能快速精确的调平、又能满足测量行业精度要求三角架，该产品性价比高、操作简便，利于实现日后仪器调平的全自动化。
三、项目研究内容、解决的关键问题
3.1.研究内容
本实用新型涉及测绘工程领域的专用仪器，尤其是一种自动整平式三脚架。
一种自动整平式三脚架采用如下技术方案：如图1所示，包含架脚1、架腿2、齿轮3、电池4、电机5、导线6、双轴倾斜传感器7、底座8、中央传感器9，架腿2底端设有架脚1，架腿2外侧设有齿轮3，底座8中双轴倾斜传感器7将三脚架平衡状态信息通过底座8中导线6传至底座8中的中央处理器9，中央处理器9处理信息后将使架腿2中电机5提供动力，让齿轮3转动调节架腿高度，最终使得三脚架底座8达到水平状态。本实用新型的俯视结构以及架腿底座结构如下图所示：
图2 传感器与液压设计图
H为底座严格水平时传感器距液体表面高，H2为底座倾斜时传感器距液体表面高，H0=H-H2是底座变化前后两液面的高差。由传感器检测出的两液面高差H0并转换成相应的电压U，经电子放大器输出电流i，当液位传感器侦测到支架倾斜时，即发出讯号，电动机接收信号后即驱动相应的丝杠伸缩从而达到调节的目的。
3.2 解决的关键问题
1）各个部件尺寸的确定：确保该自动整平式三脚架在外业测量工作架设全站仪、GPS、RTK等仪器时可以得到方便使用，同时又要避免设备体积过大给操作和携带造成不必要发麻烦。
2）架腿结构的设计：架腿的材质和尺寸，首先材料强度足够大，同时要能够在自动调整高度的过程中自由滑动。
3）部件的选型：架腿、底座等部件的选型，关系到仪器组装完成后的整体功能是否协调，架腿的尺寸要符合人机工程学原理，从而确保使用的舒适程度。
四、创新之处
1）本实用新型设计了一种能够在短时间内自动完成整平操作且使该操作在受到外界环境影响后仍可自动恢复整平状态的三脚架，解决了传统的三脚架整平效率低、易受外界环境影响的问题。
2）利用双轴倾斜传感器测量平台面与水平面在x方向与x的垂直方向上的夹角αx、αy，然后将信号传到每一根架腿的电机的芯片上，通过电机的上下运动驱动架腿的升降，从而达到平台面的水平。
3）由于三脚架有自动整平功能，故可省去脚螺旋等部件。
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论文作者:王敬茹
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：脚架论文; 底座论文; 传感器论文; 测量论文; 操作论文; 仪器论文; 工作论文; 《基层建设》2019年第4期论文;