雙目立體視覺運動平臺控制系統(tǒng)的仿真分析

1、 設計與分析Sheji yu Fenxi雙目立體視覺運動平臺控制系統(tǒng)的仿真分析楊忠高賢海華程意麗（廣東工貿職業(yè)技術學院，廣東廣州510510）摘要：基于UG 平臺設計了具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，并采用ADAMS 與MATLAB 軟件對該平臺的結構與控制系統(tǒng)進行仿真分析，以檢驗其精度與合理性。關鍵詞：立體視覺；運動平臺；ADAMS ；MATLAB0引言讓計算機或機器人具有像人一樣的視覺，是科學家們一直追視覺傳感器技術、攝像技術以求與探索的目標。隨著計算機技術、及立體視覺理論的發(fā)展，利用視覺傳感器來獲取環(huán)境圖像，并用計算機實現(xiàn)對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一目標14。本文采

2、用了目前國內外進行機電一體化系統(tǒng)設計時變成現(xiàn)實最常用的虛擬樣機技術，基于3D 數(shù)字化設計平臺UG ，采用赫爾姆霍茨模型作為參考，設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。n 姨計算得：0.78，n 5.02rad/s。t p （3）2平臺控制系統(tǒng)仿真結果及其分析為了驗證運動平臺跟蹤目標物體時各個部件的運動協(xié)調性和頭部俯仰運動分別運動精度，在允許的運動范圍內，對左右偏航、給定一個周期變化的正弦運動跟蹤要求。本文采用ADAMS 與5MATLAB 軟件對該平臺的控制系統(tǒng)進行仿真分析。在分析中，對左右偏航和頭部俯仰運動的控制器設定整定參數(shù)。其中，左右偏航設置相同的參數(shù)：K p 1

3、40，T i 0.4，T d 1.5；頭部俯K p 22，T i 0.3，T d 1.2。仰參數(shù)：在MATLAB Simulink 中設置解算器的仿真算法為“0de15s （基于數(shù)值微分公式的變階算法）”，設定仿真時間為10s ，仿真運行的結果如下：）立體視覺運動平臺左右偏航的運動跟蹤曲線（圖3）。（11平臺控制系統(tǒng)方案在本設計中，平臺要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍是±60°、“頭部”俯仰運動空間范圍是±45°?！把劬Α弊笥移胶汀邦^俯仰運動驅動電機擬采用步進電機。該平臺的主要目標是對偏部”航運動和俯仰運動位置進行精確控制，所以就要對步進電機的速度和

4、位置進行精確控制，實現(xiàn)對步進電機速度和位置信息的實時閉環(huán)反饋。總體的系統(tǒng)控制方案框圖如圖2所示。（2）立體視覺運動平臺頭部俯仰的運動跟蹤曲線（圖4）。該控制方案采用的是一種“步進電機+控制卡+驅動器”的全伺服閉環(huán)控制方式，它由安裝在步進電機軸后端的增量式編碼器來對電機進行失步檢測，在步進電機丟步時使其重新恢復到正確的位置點上。所以在本運動平臺中，每一個自由度都可以看作是一個帶位置反饋的伺服系統(tǒng)，即控制系統(tǒng)可按二階系統(tǒng)的方式進行設計，其控制傳遞函數(shù)為：C （s ）n 2（1）n n 按照設計指標設定系統(tǒng)的性能指標，暫設定系統(tǒng)最大超調量為p 2%，峰值時間t p 1s ，根據(jù)公式（2）、（3）：p

5、 e姨（2）158Sheji yu Fenxi 設計與分析（3）圖5和圖6是立體視覺運動平臺左右偏航與頭部俯仰電左右偏航電機施加的控制規(guī)機控制力矩隨時間變化曲線。其中，律是相同的，所以控制力矩曲線相同。最大的峰值。隨著靜摩擦變成動摩擦，阻力下降，所以控制力矩輸出迅速下降，進入穩(wěn)態(tài)過程，這時系統(tǒng)也進入穩(wěn)態(tài)。從圖6中可以看出，在系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時，運動平臺的頭部是在水平平衡位置上的。當系統(tǒng)開始加速后，頭部因為俯仰運動而失去平衡，所以瞬間電機的控制力矩輸出變大，當頭部俯仰運動一直在垂直面反復時，重力慣性一直作用在平臺的頭部，故控制電機需要不斷調整控制力矩的輸出，以克服頭部的運動慣性，使其一直處在動平

6、衡的狀態(tài)。3結語仿真分析結果表明本立體視覺運動平臺在對步進電機實行閉環(huán)控制后，可以得到平順的運動，避免由于運動的突變沖擊引起步進電機的失步現(xiàn)象，有效保證了運動位置的控制精度，消除了位置振蕩現(xiàn)象，位置跟蹤迅速，效果明顯，從而保證了整個視覺運動平臺能夠平穩(wěn)達到預先期望的位置。仿真分析的結果進一步驗證了立體視覺運動平臺的機械結構設計和控制系統(tǒng)設計的合理性，證明了本立體視覺運動平臺的設計達到了運動范圍的要求，并為機器人視覺運動平臺的設計或類似的設計應用提供了一個機電一體化設計的思路，有效地縮短了設計周期，并提高了設計的精確度。參考文獻唐新星具有立體視覺的工程機器人自主作業(yè)控制技術研究：博士論文吉林：吉

7、林大學，賈云得機器視覺北京：科學出版社，朱正德零部件表面缺陷的機器視覺檢測?，F(xiàn)代零部件，（）：龍甫薈，鄭南寧計算機視覺模型的研究與發(fā)展信息與控制，（）：陳立平，等機械系統(tǒng)動力學分析及應用教程北京：清華大學出版社，20110325收稿日期：作者簡介：楊忠高（1980），男，廣西人，博士研究生，講師，研究方向：機械制造及自動化。從圖3、圖4中可以看出，在閉環(huán)控制系統(tǒng)下，對偏航運動和俯仰運動位置的控制是精確的，步進電機沒有失步或超步。從圖5中可以看出，在開始系統(tǒng)加速時，因為電機要克服傳動鏈的靜摩擦力，所以需要一個較大的力矩輸出，這時控制力矩達到（上接第157頁）2.2軸承潤滑性能下降的原因一般來說，

8、軸承潤滑性能下降主要是由于軸承內所填充的潤滑脂中所含基礎油高溫蒸發(fā)或流失。因此，如何防止?jié)櫥械幕A油蒸發(fā)或流失成為本課題研究的重點。要防止?jié)櫥械幕A油流失，就必須提高軸承的密封性能，通常的做法是通過增加密封部位的過盈量，但過盈量的增加會使軸承在工作時摩擦力矩增大，產生大量的熱量，使軸承腔體長期處于高溫環(huán)境下，導致腔體中的潤滑脂產生高溫氧化、結碳等問題，這同樣也會造成潤滑脂性能下降，導致軸承噪音變大、壽命減短。另外，國產軸承密封唇的尺寸公差達不到設計要求，又為了減小摩擦力矩而加大間隙，因此往往存在漏脂現(xiàn)象，且防塵性能較差。在實際工作中，我們甚至發(fā)現(xiàn)有的間隙超過1.4mm ，這就造成當注脂

9、量較多時，漏脂嚴重，同時防塵性能很差；當注脂量較少時，漏脂量雖很小，但防塵性能仍然不好。這也說明防塵與漏脂相對獨立，不能認為漏脂率低，防塵效果就要解決上述矛盾問題，就要利用恰當增加密封部位的過好。因此，盈量這一核心技術。2.3低溫升軸承的結構要求軸承內、外套圈密封槽的加工精度要求較高，位置尺寸控制要求嚴，因為該尺寸直接決定了中間密封唇與軸承內圈內側的接觸量大小。接觸量太大，會導致軸承轉動時的摩擦力矩大，溫升高，造成軸承內潤滑脂高溫氧化；反之，則會使軸承內的潤滑脂外泄，影響軸承的密封可靠性。3結語只有控制好軸承密封的內在結構、加工精度及形位公差，才能達到一個良好的密封潤滑效果，由此有效防止外界異物的入侵，并降低潤滑系統(tǒng)的復雜性。由于軸承的密封可靠性（防水、防塵）是既相互矛盾又相互統(tǒng)一的整體，所以，為在規(guī)定條件下滿足其既防水多內唇、低溫升的軸承密又防塵的要求，在設計制造這種輕接觸、封結構時必須綜合考慮各種要素。參考文獻胡亞杰，王志強，趙永極機械密封失效原因分析橡塑技術與裝備，（）薛正堂，李業(yè)文，衡傳