缆索检修机器人控制及检测模块设计

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斜拉桥在现代桥梁建设中应用越来越广泛,其跨越能力强,造型优美,但缆索作为斜拉桥重要组成及受力件,由于长时间暴露在恶劣环境以及加工安装不规范等因素,可能发生表面护套破损以及内部钢丝锈蚀等问题,危及桥梁安全。在该背景下,结合当前最新的缆索检测及修复技术,本文提出了一种用于斜拉桥缆索维护的机器人。本文设计的缆索检修机器人能够检查缆索表面护套破损情况以及内部钢丝断丝情况,设计了机器人控制系统,配合课题组其他同学设计的修复结构,可对护套破损进行一定的修复操作,能提高缆索使用寿命,降低维护成本,提高缆索维护自动化。在阅读大量缆索维护、无损检测相关文献以及课题组前人研究的基础上,本文确定缆索检修机器人的总体设计方案,完成了机器人本体结构、基站、探伤结构、救援机构的设计,完成了以STM32F103为核心的机器人主控制器的设计,可实现缆索修复、救援等作业流程控制,并编写了基站上位机软件。本文基于1.2G无线通信技术设计了缆索表面视觉检测系统。通过四路摄像头360度拍摄缆索表面,通过DVR设备存储在存储卡中,并通过远距离无线图传设备传输到地面基站。针对缆索内部钢丝缺陷,本文采用漏磁探伤的检测方法设计了漏磁探伤模块以及探伤机构,使用Ansoft Maxwell对钢丝漏磁探伤模型进行建模仿真。然后通过实验,并对比滑动平均法和滑动均方差法的处理结果,发现滑动均方差法对于缆索钢丝缺陷具有更高的识别度。本文研制了缆索检修机器人样机。通过漏磁探伤实验表明该机构确实可以检测出缆索内部缺陷。以及与课题组其他同学协同进行修复实验,验证修复效果符合设计要求。
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