計算機理論

計算機理論

　　一、引言

　　隨著信息、處理、計算機技術的發展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術、視覺傳感器技術、攝像技術以及立體視覺理論的發展，利用視覺傳感器來獲取環境圖像，并用計算機實現對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現實。本文采用了目前國內外進行機電一體化系統設計時最常用的虛擬樣機技術，基于3D數字化設計平臺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。

　　二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍

　　運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍(±60o)、“頭部”俯仰運動空間范圍(±45o)。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產生運動碰撞干涉。本文采用機械系統動力學自動分析軟件ADAMS對運動平臺進行運動仿真分析。

　　經過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：

　　(一)左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置

　　(三)沒有發生偏航運動，仰視極限負45度位置

　　偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產生運動碰撞干涉現象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統結構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結構設計提供實用的改進和參考依據。

　　三、驅動電機的輸入扭矩分析

　　要驗證選擇的驅動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉動過程中轉動頭和攝像機等運動部件的負載轉矩。運動部件的負載扭矩在ADAMS中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。

　　可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發生變化而出現突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。

　　四、結論

　　仿真的結果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據仿真結果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統結構設計提供實用的改進和參考依據。

　　并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。