仿生眼球用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、給機(jī)器人、視覺(jué)設(shè)備乃至有視覺(jué)障礙的人類(lèi)配備具有人眼功能的仿生眼一直是科學(xué)家們追求的夢(mèng)想，該項(xiàng)技術(shù)的研究不僅能夠提升機(jī)器設(shè)備的視覺(jué)能力還能幫助殘障人士重獲光明。仿生眼的研究是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的綜合類(lèi)課題。本文從仿生眼運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)入手，深入研究并設(shè)計(jì)了仿生眼用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一部分綜述了仿生眼的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，對(duì)仿生眼的結(jié)構(gòu)、平臺(tái)、控制算法、驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行論述，并分析提煉出了

2、本文的設(shè)計(jì)思路。首先，攝像機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三者進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的仿生眼平臺(tái)是目前較為可行的仿生眼運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方案;其次，混合式步進(jìn)電機(jī)是目前性能較為突出且易于實(shí)現(xiàn)的可以作為仿生眼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件。在得出以上兩點(diǎn)后，本文對(duì)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)，明確了采用混合式步進(jìn)電機(jī)作為仿生眼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
　　第二部分介紹了混合式步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，建立了混合式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型并且應(yīng)用Ansoft軟件

3、仿真分析了應(yīng)用定轉(zhuǎn)子不等齒距設(shè)計(jì)的混合式步進(jìn)電機(jī)在消除定子電流諧波上的作用。該部分的研究深入分析了步進(jìn)電機(jī)在物理和數(shù)學(xué)上的特性，為混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　第三部分首先分析了各種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的方案，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能以及較高的步距精度，應(yīng)用該方案理論上能獲得較好的轉(zhuǎn)矩性能，在降低發(fā)熱、噪音以及振動(dòng)上都有較好的表現(xiàn)。其次，對(duì)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行具體分析，提出了以改進(jìn)型固定頻率PWM電路實(shí)現(xiàn)

4、細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的方案。
　　第四部分運(yùn)用Simulink軟件對(duì)改進(jìn)型固定頻率PWM細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了仿真研究，分析了細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)下的電路運(yùn)行狀態(tài)以及各種續(xù)流方式對(duì)繞組電流的影響并得出采用混合式續(xù)流方案最優(yōu)的結(jié)論。
　　第五部分針對(duì)仿生眼的應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)了仿生眼用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件和軟件。該系統(tǒng)硬件部分采用Atmel公司的AVR atmega16單片機(jī)作為主控制器以及集成驅(qū)動(dòng)芯片Drv8834作為驅(qū)動(dòng)電路的架構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊

5、湊、體積微小，
　　能夠?qū)崿F(xiàn)以細(xì)分步進(jìn)方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功能。此外該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了外部控制機(jī)以命令方式遠(yuǎn)程控制該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，用來(lái)測(cè)試該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。軟件部分采用模塊化的編程方式編寫(xiě)了各個(gè)功能模塊，如:電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、通訊程序、外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序等，方便主程序調(diào)用。整體程序框架具有較好的擴(kuò)展性和移植性。
　　第六部分對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，主要對(duì)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)硬件的基本功能進(jìn)行測(cè)試，如通信功能、電源性能以及電機(jī)運(yùn)行的性能指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)