论文总字数：28118字

摘 要

缆索作为斜拉桥的主要承重结构，是其最为关键的部分。但缆索所处的环境会对其造成不可避免的损伤，所以定期对缆索进行检测和更换是非常重要的。如果仅由工作人员对缆索进行检测，不但流程复杂，速度很慢，且所获取的数据也不够准确。爬缆机器人能够代替工作人员在攀爬缆索并检测其健康度，其中电动连续式机器人稳定性好，易于加工，具有较快的运行速度，在缆索检测中具有很大的优势。

论文首先介绍了本课题的研究背景，综述了目前多种运动方式的爬缆机器人的研究现状，对其进行分析，确定了整个系统的总体框架和硬件系统。接着说明了机器人机械结构的设计，介绍其工作原理，并选择电动连续式的运动方式，接着设计其具体结构并进行动力学分析。

然后对设计控制模块所需的嵌入式开发环境进行介绍，安装配置了Ubuntu12.04系统，研究U-boot、Linux内核和yaffs2文件系统，将它们剪裁并移植到嵌入式开发平台上。再对整个控制软件的流程进行设计，根据机器人和PC端开发环境的不同，运用相应的驱动接口设计软件。

最后，对爬缆机器人的软硬件进行调试和实验，实现了轻型爬缆机器人的整体功能，具有易于安装，适应性好，运动稳定，控制便利等特点，在缆索检测的实际应用中，具有重要价值。

关键词：爬缆机器人，爬升机构，嵌入式Linux，TCP/IP

Abstract

As the main load-bearing structure, cables are critical parts of cable bridges. But the environment in which the cable is exposed will cause unavoidable damage, so it is important to regularly inspect and replace the cable. If you use the manual operation of the cable detection, not only the workload is very large, but efficiency and accuracy are difficult to guarantee. Crawling robot can replace the staff in climbing the cable and detect its health. Among them is electric continuous robot, which has great advantages of good stability, easy processing, faster speed, and etc.

This paper first introduced the research background of this subject, summarized and analyzed the current research situation of the crawler cable robot with various kinds of sports methods, and determined the overall framework and hardware system of the whole system. Then, the design of the mechanical structure of the robot is introduced, the working principle of the robot was introduced, and the electric continuous mode of motion was selected. Then the specific structure was designed and the dynamic analysis was carried out.

Then, the embedded development environment required for designing the control module was established. The Ubuntu12.04 system was installed, and the U-boot, Linux kernel and yaffs2 file system were studied, and they were cut and ported to the embedded development platform. And then the entire control software was designed using the corresponding driver interface, according to the robot and pc-side development environment.

Finally, the hardware and software of the crawler cable robot were debugged and experimented, and the overall function of the light crawling robot was realized. It has the characteristics of easy installation, good adaptability, stable movement and convenient control. It is important in the practical application of cable detection.

Keywords: Cable climbing robot, Climb agencies, embedded Linux, TCP/IP

目录

摘　要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.3论文组织结构 2

第二章 爬缆机器人硬件系统总体设计 4

2.1通用拓展模块 4

2.2机器人控制拓展模块 5

2.3无线传输拓展模块 6

第三章 爬缆机器人结构设计 7

3.1爬缆机器人的工作原理 7

3.2机器人运动方式比较 7

3.2机器人结构设计 8

3.1.1总体结构方案 8

3.1.2机器人的重心布置 9

3.1.3动力单元 9

3.1.4带传动设计 9

3.2机器人动力学分析 11

3.2.1静止动力学分析 11

3.2.2爬升动力学分析 12

第四章 软件平台移植 15

3.1基于 Ubuntu 12.04嵌入式开发环境搭建 15

3.2 Bootloader 3.2移植 15

3.3 Linux 内核裁剪与移植 16

3.4 yaffs2文件系统构建与移植 17

第五章 机器人控制模块设计与实现 19

5.1机器人程序设计 19

5.1.1定时器驱动 19

5.1.2网络传输 21

5.2PC端程序设计 24

第六章 总结与展望 26

6.1总结 26

6.2展望 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1研究背景

随着现代科技的发展，斜拉桥凭借良好的性能和低廉的造价得到了广泛的应用。斜拉桥由大梁、缆索和桥塔三个部分组成。斜拉桥主要由缆索和桥塔的所受拉力和压力提供支撑，这使得斜拉桥能成功地跨过200m以上跨度的山谷与河流。斜拉桥结构美观合理，在中国虽然发展研究的时间不长，但速度十分迅速，目前中国的斜拉桥建造技术已经进入了世界前列。

缆索是斜拉桥最为关键的组成构件，桥梁能够正常工作，承载行人车辆，缆索起着举足轻重的作用，因此其安全问题不可忽视。缆索常年位于户外，恶劣的环境对其结构非常不利，例如，大风会使缆索产生不可控的振动；潮湿的空气会造成缆索外部聚乙烯盖管的侵蚀；冷热的交替会硬化盖管，进一步会造成盖管的脱落^[1]。如果保护盖管被损坏了，内部的钢丝将会暴露在空气中直接，但凡出现风雨的侵蚀和其他灾害，缆索将被破坏，甚至可能发生断裂，这种损害是不能挽回的。盖管的缺失将使斜拉索的安全系数大大降低，工作人员要及时对其进行更换。

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