基于姿態(tài)閉環(huán)控制的球面并聯(lián)仿生眼系統(tǒng)設計與研究

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)設計與研究設計與研究第33卷第3期2011年5月機器人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)設計與研究李超謝少榮李恒宇繆金松徐元玉羅均(上海_人學機電工程與自動化學院』二海200072)摘要:提出了一種基于姿態(tài)反饋的球面并聯(lián)機構閉環(huán)控制方法有效地解決了該機構輸入與輸

2、出之間復雜的3維非線性強耦合映射關系給構建閉環(huán)系統(tǒng)帶來的問題.問時將球面并聯(lián)機構用到機器人眼設計上制作了類似人跟運動特點比人眼尺寸略大具有控制和視頻信號接口的仿生眼實物:基于數(shù)字信號處理器(DSP)的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了逆解和閉環(huán)控制算法的實時在線計算.實驗結果表明姿態(tài)閉環(huán)控制算法有效提高了仿生眼的定位精度.關鍵詞:球面并聯(lián)機構機器人眼仿生眼閉環(huán)控制中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號: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眼球運動特點及Fick坐標系(Movingacteristicsofeyecodinatesys.temsofFick)眼球運動在視覺中起著至關重要的作用它可以近似地看作是眼球繞其幾何中心的3自由度球面運動I3】.它由6塊眼外肌控制眼外肌的伸縮能使眼球向各個方向轉動這些伸縮是在大腦調節(jié)中樞控制之下完成的.每眼各有6條眼外

6、肌如圖1所基金項目:國家863計劃資助項目(2007AA04Z2252009AA04Z211)國家自然科學基金資助項目(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)設計與研究355示.在眼外肌的驅動下通常眼球上下和左☆轉動角度可達5:38.白旋角可達~15..通過眼球旋轉中心設有3個假想的軸即Fick三

7、軸此3軸相互垂直構成Fick坐標系[2]_水平軸(1軸)通過兩眼旋轉中心的假想軸圍繞此軸眼球能作上下轉動垂直軸(x軸)通過眼球旋轉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動前后軸(z軸)通過眼球旋轉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外側旋Listing平面假想的通過眼球旋轉中心和水平軸以及垂軸的平面4J.Z1眼外肌和Fick坐標系Fig.1Extraocularmusclecdina