基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

1、基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究設(shè)計(jì)與研究第33卷第3期2011年5月機(jī)器人ROBOT)1.33.No.3May2011DoI:1O.3724SEJ.1218.2011.00354基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究李超謝少榮李恒宇繆金松徐元玉羅均(上海_人學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院』二海200072)摘要:提出了一種基于姿態(tài)反饋的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)閉環(huán)控制方法有效地解決了該機(jī)構(gòu)輸入與輸

2、出之間復(fù)雜的3維非線(xiàn)性強(qiáng)耦合映射關(guān)系給構(gòu)建閉環(huán)系統(tǒng)帶來(lái)的問(wèn)題.問(wèn)時(shí)將球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)用到機(jī)器人眼設(shè)計(jì)上制作了類(lèi)似人跟運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)比人眼尺寸略大具有控制和視頻信號(hào)接口的仿生眼實(shí)物:基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了逆解和閉環(huán)控制算法的實(shí)時(shí)在線(xiàn)計(jì)算.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明姿態(tài)閉環(huán)控制算法有效提高了仿生眼的定位精度.關(guān)鍵詞:球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人眼仿生眼閉環(huán)控制中圖分類(lèi)號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002—0446(2011)一03—0354—

3、06SystemDesignStudyonBionicEyeofSphericalParallelMechanismBasedonAttitudeClosedloopControlLIChaoXIEShaongLIHengyuMIAOJinsongXUYuanyuLUOJun(SchoolofMechatronicsEngineeringAutomationShanghaiUniversityShanghai200072China)Ab

4、stract:Anattitudefeedbackbasedmethodfestablishingtheclosed—loopcontrolsystemofsphericalparallelmech—anism(SPM)isproposedtocircumventthedifficultycausedbythecomplexthree—dimensionalnonlinearstronglycoupledrelationshipbetw

5、eentheinputoutputofthemechanism.SPMthenisemployedt生眼的定位精度.2眼球運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及Fick坐標(biāo)系(Movingacteristicsofeyecodinatesys.temsofFick)眼球運(yùn)動(dòng)在視覺(jué)中起著至關(guān)重要的作用它可以近似地看作是眼球繞其幾何中心的3自由度球面運(yùn)動(dòng)I3】.它由6塊眼外肌控制眼外肌的伸縮能使眼球向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)這些伸縮是在大腦調(diào)節(jié)中樞控制之下完成的.每眼各有6條眼外

6、肌如圖1所基金項(xiàng)目:國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007AA04Z2252009AA04Z211)國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60975068)通訊作者:李超1ichao8622@收稿錄用修同:2010—09132010.1103201102—23第33卷第3期李超等:基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究355示.在眼外肌的驅(qū)動(dòng)下通常眼球上下和左☆轉(zhuǎn)動(dòng)角度可達(dá)5:38.白旋角可達(dá)~15..通過(guò)眼球旋轉(zhuǎn)中心設(shè)有3個(gè)假想的軸即Fick三

7、軸此3軸相互垂直構(gòu)成Fick坐標(biāo)系[2]_水平軸(1軸)通過(guò)兩眼旋轉(zhuǎn)中心的假想軸圍繞此軸眼球能作上下轉(zhuǎn)動(dòng)垂直軸(x軸)通過(guò)眼球旋轉(zhuǎn)中心的一根從上向并與水平軸垂直的假想軸圍繞此軸眼球能作左右轉(zhuǎn)動(dòng)前后軸(z軸)通過(guò)眼球旋轉(zhuǎn)中心并與水平軸和垂直軸成正交的一根從前向后的假想軸同繞此軸眼球能作內(nèi)外側(cè)旋Listing平面假想的通過(guò)眼球旋轉(zhuǎn)中心和水平軸以及垂軸的平面4J.Z1眼外肌和Fick坐標(biāo)系Fig.1Extraocularmusclecdina