机器人技术作为高科技的代表,在近些年飞速发展,应用的领域也越发广泛。视觉作为机器人的基础功能之一,其重要性不言而喻。一个性能优越的眼球系统对机器人视觉功能的提升大有助益。本文参考人眼的运动机理,模仿眼外肌牵引眼球的运动方式,研究了一种仿生眼球机构设计方案,并控制它实现人眼的一些运动功能。本文首先结合仿生眼球机构研究现状,根据人眼运动机理,提出了运用3-RPU并联平台作为眼球机构的运动平台,并实现如下功能:(1)控制上平台到达机构可达域内的任意一个位姿;(2)控制上平台按照设定的运动轨迹进行运动;(3)控制上平台实现对非高速移动目标的追踪,在追踪过程中令目标一直处于上平台摄像头图像的中心区域。为实现上述功能,整个仿生眼球系统可分为眼球运动机构、控制系统以及视觉系统三部分。本文对眼球运动机构进行设计并制作了实物平台,即3-RPU并联平台,针对该平台进行了控制算法的研究,在视觉系统部分实现了通过图像对运动机构上平台位姿的解算,以及目标追踪时的目标识别问题。首先研究了眼球运动机构的设计方案并进行机构各部件的选型,以电动推杆作为支链,上下两端分别用转动副和虎克铰与上下平台相连,完成机构实物的搭建。接着对眼球运动平台进行运动学分析和动力学建模。首先在运动学分析中完成并联机构的反解,得到了上平台位姿和支链长度的关系,从而可以通过控制支链长度使上平台到达指定位姿。然后对机构进行动力学建模,使用拉格朗日法得到机构的动力学模型,并在MATLAB上对平台进行仿真,为后续控制打下基础。其次研究了3-RPU机构的控制算法。并联机构常用的控制算法有铰点PID控制和计算力矩控制,而且由于上平台位姿难以直接测量,通常直接以杆长作为反馈,在上平台位姿处开环。在本文中通过摄像头拍摄的图片进行解算出机构上平台位姿,实现了系统的整体闭环。本文选择铰点PID控制,分别用支链长度反馈PID、上平台位姿反馈PID控制以及模糊PID控制算法对机构进行控制,并使用MATLAB完成仿真。接着研究了目标跟踪算法。结合眼球机构的运动特点和目标跟踪的需要,设计了一种简化的追踪算法,提高了系统的实时性,最后完成整个控制系统的搭建和测试。用PC作为上位机,选择STM32F103作为控制器,控制器通过电机驱动模块控制并联机构。PC通过串口发送控制输入给STM32,STM32在GPIO端口生成PWM波给电机驱动器驱动并联平台,并通过ADC模块读取支链位移发送给上位机,实现期望的功能。