仿生眼球用步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)研究.pdf

1、給機器人、視覺設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家們追求的夢想，該項技術的研究不僅能夠提升機器設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具有挑戰(zhàn)性的綜合類課題。本文從仿生眼運動系統(tǒng)入手，深入研究并設計了仿生眼用步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，具有重要的理論意義與現(xiàn)實價值。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)外研究進展，對仿生眼的結構、平臺、控制算法、驅(qū)動元件進行論述，并分析提煉出了

2、本文的設計思路。首先，攝像機、機械結構和電機驅(qū)動三者進行一體化設計的仿生眼平臺是目前較為可行的仿生眼運動平臺方案;其次，混合式步進電機是目前性能較為突出且易于實現(xiàn)的可以作為仿生眼運動機構的驅(qū)動元件。在得出以上兩點后，本文對混合式步進電機驅(qū)動技術的發(fā)展進行了總結，明確了采用混合式步進電機作為仿生眼運動機構驅(qū)動元件的理論意義與實用價值。
　　第二部分介紹了混合式步進電機的基本結構，建立了混合式步進電機的數(shù)學模型并且應用Ansoft軟件

3、仿真分析了應用定轉(zhuǎn)子不等齒距設計的混合式步進電機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電機在物理和數(shù)學上的特性，為混合式步進電機驅(qū)動技術的研究奠定了基礎。
　　第三部分首先分析了各種步進電機驅(qū)動技術的方案，研究發(fā)現(xiàn)細分步進驅(qū)動具有優(yōu)越的動態(tài)性能以及較高的步距精度，應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，對細分步進驅(qū)動方案進行具體分析，提出了以改進型固定頻率PWM電路實現(xiàn)

4、細分步進驅(qū)動的方案。
　　第四部分運用Simulink軟件對改進型固定頻率PWM細分步進驅(qū)動進行了仿真研究，分析了細分步進驅(qū)動下的電路運行狀態(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)的結論。
　　第五部分針對仿生眼的應用要求，設計了仿生眼用步進電機驅(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 atmega16單片機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，其結構緊

5、湊、體積微小，
　　能夠?qū)崿F(xiàn)以細分步進方式驅(qū)動步進電機的功能。此外該系統(tǒng)還設計了外部控制機以命令方式遠程控制該驅(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:電機驅(qū)動程序、通訊程序、外設驅(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展性和移植性。
　　第六部分對樣機進行了測試，主要對驅(qū)動控制系統(tǒng)各個硬件的基本功能進行測試，如通信功能、電源性能以及電機運行的性能指標，實驗結