一种基于共址集成DES磁致并联关节的仿生眼球以及控制方法

本发明涉及仿生眼球，具体而言，涉及一种基于共址集成des磁致并联关节的仿生眼球以及控制方法。

背景技术：

1、仿生眼球作为主动视觉系统的核心执行与感知载体，在智能制造、医疗辅助、人机交互等领域具有重要应用前景。主动视觉强调在动态环境中快速重定向视线并稳定获取关键信息，这对仿生眼球的小型化封装、多自由度运动、高动态响应及高精度闭环控制提出了综合要求。如何在有限的体积与能耗约束下，实现驱动、感知与控制的高效协同集成，已成为该领域技术人员研究的重点。

2、目前，仿生眼球的驱动方式多采用电机、连杆、绳索或气动驱动，其庞大的体积难以适配仿生眼球对空间的严苛要求。仿生眼球的具体驱动结构，可以参考申请公布号为cn122496625a的发明专利申请。因此，如何使仿生眼球小型化，且能够高精度的进行多自由度运动时本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决如何使仿生眼球小型化，且能够高精度的进行多自由度运动的技术问题，提供了一种基于共址集成des磁致并联关节的仿生眼球以及控制方法。

2、本发明提供一种基于共址集成des磁致并联关节的仿生眼球，包括des磁致并联关节和眼球体，des磁致并联关节包括下基板、上盖板、第一des磁致驱动器、第二des磁致驱动器和第三des磁致驱动器，第二des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第二des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，第一des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第一des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，第三des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第三des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，第一des磁致驱动器、第二des磁致驱动器和第三des磁致驱动器在径向圆周方向均布；眼球体与上盖板连接。

3、本发明还提供一种应用于上述仿生眼球的控制方法，包括以下步骤：

4、建立全局静坐标系{o0-x0y0z0}、动坐标系{o7-x7y7z7}以及局部坐标系{oi-xiyizi}，i=1-6；

5、创建下式：

6、 （11）

7、式中，α、β、γ分别为上盖板的回转角、俯仰角和偏转角；

8、创建控制系统数学模型：

9、

10、

11、

12、式中，x1代表驱动器的位移，x2代表驱动器的速度，ks代表系统刚度系数，m代表驱动器中进行运动的磁铁质量，cs代表系统的等效阻尼，fd代表传感器对驱动器的拉力，fkl代表已知的负载，dr为模型外干扰，c0, c1, c2, c3, c4 代表拟合函数的系数，u代表输入电压，r表示线圈的电阻；

13、创建跟踪误差的动力学方程：

14、

15、

16、对动力学方程进行欧拉离散：

17、

18、

19、式中，t表示采样周期；

20、滑膜算法：

21、（20）

22、式中，；

23、使用rbf神经网络来拟合控制律中不确定部分fd ，并采用延迟干扰补偿进一步修正，得到控制律：

24、（21）

25、其中延迟干扰补偿为：

26、（22）

27、另有记为：

28、（23）

29、同时rbf神经网络的权重迭代满足下式：

30、 （24）

31、其中γ表示学习率；

32、将系统模型写为：

33、（27）

34、式中，是状态转移函数；是非线性量测函数； 为过程噪声； 为量测噪声；

35、创建先验状态均值和先验误差协方差为：

36、（31）

37、式中， 是时刻  的先验状态估计； 是时刻  的先验误差协方差。

38、优选地，还包括以下步骤：

39、预测 sigma 点通过量测函数传播：

40、（32）

41、其中  是第  个量测 sigma 点，进一步得到预测量测均值为：

42、（33）

43、并同时得到量测预测协方差与状态—量测互协方差为：

44、（34）

45、定义误差向量和误差协方差：

46、（35）

47、先做一次预校正：

48、

49、

50、

51、其中是基于旧协方差  得到的预校正增益；

52、定义归一化平方：

53、 （37）

54、给定置信概率 ，并定义卡方门限：

55、（38）

56、当  时，认为当前统计模型基本一致；当  时，认为至少有一个噪声协方差矩阵已经明显失配，需要触发自适应更新；

57、接下来，后验更新，定义后验残差：

58、（39）

59、其中， 是在预校正状态  下的量测残差；用  重新生成后验 sigma点 ，并传播到量测空间得到 ，然后定义：

60、（40）

61、于是量测噪声协方差的原始估计值取为：

62、（41）

63、定义量测噪声更新权重：

64、

65、其中， 是量测噪声最小更新强度； 是灵敏系数；则：

66、

67、其中， 表示正半定投影算子；

68、对于过程噪声协方差，定义本次预校正产生的状态改变量：

69、

70、并进一步得到：

71、

72、定义权重：

73、

74、其中， 是过程噪声最小更新强度； 是灵敏系数；则：

75、

76、最终得到当前时刻的最终估计：

77、

78、最后从状态向量中提取位姿估计：

79、

80、再构造位姿误差与支链补偿：

81、

82、其中 是外环对三支链的补偿位移； 是长度参考； 是送往内环的最终位移参考。

83、本发明的有益效果是，体积小，眼球能够多自由度运动，响应速度快。运动精度高，灵活性强。

84、本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

1.一种基于共址集成des磁致并联关节的仿生眼球，其特征在于，包括des磁致并联关节和眼球体，所述des磁致并联关节包括下基板、上盖板、第一des磁致驱动器、第二des磁致驱动器和第三des磁致驱动器，所述第二des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第二des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，所述第一des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第一des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，所述第三des磁致驱动器的底部通过转动副与下基板连接，第三des磁致驱动器的输出端通过球副与上盖板连接，所述第一des磁致驱动器、第二des磁致驱动器和第三des磁致驱动器在径向圆周方向均布；所述眼球体与上盖板连接。

2.一种应用于权利要求1所述仿生眼球的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：