拉索检测机器人控制系统设计和实现毕业论文

论文总字数：30728字

摘 要

随着智能化与服务化时代的到来，机器人逐步出现在人们的工作和生活中，代替人类完成危险性高或重复耗时的工作，极大地提高了工作效率和安全性。近几十年来斜拉索桥梁在桥建界的应用比重越来越来大，但对其安全性额检测的工作大部分还由人工完成，不仅存在工作环境危险的问题，同时检测效率低下，成本高昂。且现有的拉索检测机器人存在遥控距离不够、摄像头视频同步性差等问题。在此背景下，有必要研究出解决以上问题的拉索检测机器人来有效代替人工检测拉索病害。

本文根据现有拉索检测的需求和现有拉索机器人的缺陷设计并实现了拉索机器人的控制系统，研究工作主要包括明确拉索机器人的需求，调查现有拉索机器人的方案，根据调查结果设计拉索机器人的控制架构，控制架构分为上位机，主站控制器、执行机构三个部分:

(1)在PC上编写上位机。拉索机器人的的运动模式设计相应的控制界面，拉索机器人运动参数显示以及摄像头的视频实时数据解码显示，使得拉索机器人能与用户友好交互

(2)主站控制器编写运动控制程序，实现点位运动，匀速运动，往返运动以及数据反馈。
(3)执行机构作为控制链的末端，给拉索机器人提供精准地驱动力。

本文拉索检测机器人选用西门子S7-1200PLC作为主站控制器控制拉索检测机器人的位置、速度和往返运动模式、采用Python语言编写上位机的摄像头监控界面和拉索检测机器人的运动模式参数显示与设置、采用Maxon伺服驱动作为执行单元，接收主站控制器的指令控制。本文实现了拉索检测机器人的定位升降，远程实时显示摄像头视频，后台远程遥控控制等功能，具有控制距离长、监控视频实时显示，控制精确度高等优点。

关键词：拉索机器人，硬件控制，拉索检测，远程控制

Design and Implementation of Cable Control Robot Control System

Abstract

With the advent of the era of intelligence and service, robots are gradually appearing in people's work and life, replacing human beings to complete high-risk or repetitive time-consuming work, greatly improve work efficiency and security. In recent decades, the application of cable-to-cable bridge in bridge construction has become more and more large, but most of the work of detecting its safety amount has been done manually,which has the problem of dangerous working environment, as well as the inefficiency and high cost of detection. And the existing cable detection robot has the problem of insufficient remote control distance and poor synchronization of camera video. In this context, it is necessary to study the cable detection robot to solve the above problems to effectively replace the manual detection of cable disease.

Based on the requirements of the existing cable detection and the defects of the existing cable robot, this paper designs and realizes the control system of the cable robot. The research work mainly includes the following aspects:

(1) To clarify the needs of the cable robot, investigate the scheme of the existing cable robot, and design the structure of the cable robot according to the survey results. Select Siemens S7-1200PLC, Maxon Servo drive, digital radio station, webcam and other suitable hardware equipment, complete the hardware selection of the cable robot, so that it set up a communication network.
(2) According to Maxon Servo drive and S7-1200PLC， select CANopen bus protocol, according to Maxon Servo driven motion characteristics, allocate different patterns and different object data. In PLC，write motion control procedures, to achieve point movement, uniform motion, round-trip movement and so on.

(3) Write the host computer on the PC. The motion mode of the cable robot designs the corresponding control interface, the motion parameter display of the cable robot and the video real-time data decoding display of the camera, which enables the cable robot to interact with the user amicably and finally realize the remote control of the cable robot.

Keywords: Cable robot, Hardware Control, Cable Detection, Remote Control

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究工作 2

第二章 拉索检测机器人系统需求分析 3

2.1系统需求分析 3

2.1.1控制部分分析 3

2.1.2执行部分分析 3

2.2本章小结 3

第三章 拉索检测机器人硬件设计 5

3.1系统硬件选型 5

3.1.1 PLC控制器 5

3.1.2无线传输模块 6

3.1.3 伺服驱动 6

3.1.4交换机 8

3.1.5 NVR网络硬盘录像机 8

3.1.6 高清网络摄像头 8

3.1.7 上位机 9

3.2系统架构 9

3.2系统硬件清单 10

第四章 控制系统软件设计 11

4.1 软件需求分析 11

4.1.1 PLC控制器软件需求与功能划分 11

4.1.2上位机软件需求与功能划分 12

4.2 软件控制流程 13

4.2.1 PLC程序流程 13

4.2.2上位机程序流程图 16

4.3软件开发平台 17

第五章 拉索检测机器人实现与调试 18

5.1 组建通讯网 18

5.1.1 ModbusTCP通讯 19

5.1.2 CANopen通讯 20

5.1.3 RTSP通讯 28

5.2拉索检测机器人调试 29

5.2.1 机器人控制系统组装 29

5.2.2 机器人上位机 30

5.2.3 拉索检测机器人功能测试 30

第六章 总结与展望 38

6.1 全文总结 38

6.2 工作展望 38

致谢 39

参考文献 40

第一章 绪论

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