基于Android的折叠臂式桥梁检测车智能监控系统的研究

摘要

折叠臂式桥梁检测车是用于桥梁健康检测的特种工程车辆。它通过三段巨型机械臂的回转、伸缩将工作人员和检测设备送至桥梁底部工作范围内的任意位置进行桥梁检测作业。因此折叠臂式桥梁检测车机械臂的防碰撞监控系统显得尤为重要。国内折叠臂式桥梁检测车机械臂的防碰撞监控措施主要有视频监控及人工目测两种。由于视频监控视场角的限制,无法监控到大空间跨度机械臂的整体画面,因此并不能对桥梁检测车机械臂进行有效的监控。人工目测的方法是依靠车外的观察人员通过对讲机将机械臂与障碍物的距离信息反馈给驾驶室中的机械臂操作人员。虽然人工目测的方法能观察到桥梁检测车机械臂的整体画面,但是在碰撞信息的传递方面存在严重的滞后。
　　为解决现有监控措施存在的缺陷,设计了基于Android的折叠臂式桥梁检测车智能监控系统。该系统利用3D虚拟监控技术来实现对折叠臂式桥梁检测车的全画面监控,利用3D碰撞检测技术来实现机械臂的碰撞预警。
　　按照上述设计思想,首先构建了折叠臂式桥梁检测车智能监控系统的硬件平台并且完成操作系统的选型。采用以S3C6410芯片为中央处理器的MINI6410开发板作为基础硬件平台,外接双轴倾角传感器、直线位移传感器。操作系统采用Android系统。
　　然后研究了Android系统的驱动体系,基于Android NDK技术实现了双轴倾角传感器驱动的硬件抽象层。使用Android多线程机制实现了多路传感器数据采集接口。
　　接着研究了3D技术在大跨度机械臂监控系统中的应用。使用3D造型软件对桥梁检测车进行了实体建模;分析了OBJ文件格式,并完成了OBJ文件的加载;利用传感器控制桥梁检测车3D模型与真车同步运动的方法实现了机械臂的全画面监控;利用虚拟碰撞检测技术实现了机械臂的碰撞预警。
　　最后研究了Android系统应用程序的的特性;基于MVC设计思想设计了整个监控系统的应用程序架构;使用 Android应用程序开发工具包实现了监控系统各个模块的代码编写及集成。
　　实验结果证明,设计的监控系统不但可以克服视频监控不能实现对大跨度机械臂进行全画面监控的缺陷,而且具有高实时性的碰撞预警功能,在一定程度上可以取代通过人工来传递碰撞信息的现有工作方式。

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表清单

1. 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的研究内容

1.4 论文的组织结构

2. 折叠臂式桥梁检测车监控系统的总体架构设计

2.1 系统总体方案设计

2.2 硬件系统的设计

2.3 嵌入式操作系统的选型

2.4 系统关键功能划分

2.5 本章小结

3. Android系统下多路传感器数据采集

3.1 引言

3.2 传感器通信协议

3.3 Android设备驱动体系

3.4 Android系统下的多线程

3.5 多路倾角传感器数据采集的设计与实现

3.6 本章小结

4. 基于虚拟现实技术的大跨度机械臂安全监控系统

4.1 引言

4.2 折叠臂式桥梁检测车3D模型构建

4.3 3D模型数据文件

4.4 折叠臂式桥梁检测车姿态监控

4.5 折叠臂式桥梁检测车碰撞监控

4.6本章小结

5. 监控系统的Android应用程序

5.1 引言

5.2 Android系统的安装

5.3 Android应用程序组件

5.4 应用程序设计及实现

5.5 本章小结

6. 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

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