本文關(guān)鍵詞：仿生眼球用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：給機(jī)器人、視覺設(shè)備乃至有視覺障礙的人類配備具有人眼功能的仿生眼一直是科學(xué)家們追求的夢想,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)性的綜合類課題。本文從仿生眼運(yùn)動系統(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)動控制系統(tǒng),具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)價值。本文的主要研究內(nèi)容如下：第一部分綜述了仿生眼的國內(nèi)外研究進(jìn)展,對仿生眼的結(jié)構(gòu)、平臺、控制算法、驅(qū)動元件進(jìn)行論述,并分析提煉出了本文的設(shè)計(jì)思路。首先,攝像機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動三者進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的仿生眼平臺是目前較為可行的仿生眼運(yùn)動平臺方案；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)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動元件。在得出以上兩點(diǎn)后,本文對混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(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)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動元件的理論意義與實(shí)用價值。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)動技術(shù)的方案,研究發(fā)現(xiàn)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動具有優(yōu)越的動態(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、噪音以及振動上都有較好的表現(xiàn)。其次,對細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動方案進(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)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動的方案。第四部分運(yùn)用Simulink軟件對改進(jìn)型固定頻率PWM細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動進(jìn)行了仿真研究,分析了細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動下的電路運(yùn)行狀態(tài)以及各種續(xù)流方式對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 atmegal6單片機(jī)作為主控制器以及集成驅(qū)動芯片Drv8834作為驅(qū)動電路的架構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊、體積微小,能夠?qū)崿F(xiàn)以細(xì)分步進(jìn)方式驅(qū)動步進(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)動控制系統(tǒng),用來測試該驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能。軟件部分采用模塊化的編程方式編寫了各個功能模塊,如：電機(jī)驅(qū)動程序、通訊程序、外設(shè)驅(qū)動程序等,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。第六部分對樣機(jī)進(jìn)行了測試,主要對驅(qū)動控制系統(tǒng)各個硬件的基本功能進(jìn)行測試,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)果表明該方案達(dá)到了預(yù)期效果；最后通過對系統(tǒng)的整體測試結(jié)果表明該驅(qū)動控制系統(tǒng)能夠滿足仿生眼對運(yùn)動功能的要求,使用效果具備簡易、方便的特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM383.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1223173