基于圖像的二自由度云臺(tái)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的云臺(tái)已經(jīng)漸漸無(wú)法滿足航空航天、安防監(jiān)控、機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，開發(fā)高定位精度、高動(dòng)態(tài)性能、小型化的智能云臺(tái)系統(tǒng)是突破瓶頸所亟待解決的問(wèn)題。本文采用單個(gè)多自由度超聲電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，將圖像技術(shù)引入云臺(tái)閉環(huán)反饋，對(duì)輕小型云臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　本文針對(duì)傳統(tǒng)多自由度云臺(tái)需要多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以致大而笨重的弊端，以當(dāng)今蓬勃發(fā)展且具有諸多優(yōu)點(diǎn)的超聲電機(jī)技術(shù)作為突破口，利用單個(gè)多自由度的超聲電機(jī)令云臺(tái)實(shí)現(xiàn)繞兩軸的直接驅(qū)

2、動(dòng)。本文提出的單定子塔形超聲電機(jī)利用局部彎曲振動(dòng)作為工作模態(tài)，利用摩擦力驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。在對(duì)振子進(jìn)行有限元分析和測(cè)振實(shí)驗(yàn)測(cè)定樣機(jī)基本特性后，本文對(duì)云臺(tái)系統(tǒng)整體建立機(jī)電耦合模型并進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)輸出特性的仿真。針對(duì)超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)云臺(tái)系統(tǒng)中存在的參數(shù)時(shí)變、死區(qū)等非線性因素，選用模糊PID控制算法來(lái)提高控制效果。
　　針對(duì)傳統(tǒng)云臺(tái)開環(huán)控制的缺陷，本文利用圖像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)云臺(tái)系統(tǒng)閉環(huán)反饋。一方面，僅需要利用相機(jī)標(biāo)定和基于SURF特征點(diǎn)匹配技術(shù)就實(shí)現(xiàn)了

3、云臺(tái)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速輸出的測(cè)定，省去了額外的位置傳感器。另一方面針對(duì)位姿估算速度較慢的缺點(diǎn)，提出采用基于圖像的視覺跟蹤方法進(jìn)行閉環(huán)控制，對(duì)基于核函數(shù)的相關(guān)濾波器跟蹤算法進(jìn)行改進(jìn)，得到了從特征融合及考慮尺度等方面改進(jìn)的目標(biāo)跟蹤算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性和魯棒性的雙重平衡，更具有實(shí)用性。
　　本文的研究表明利用超聲電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和圖像技術(shù)閉環(huán)反饋來(lái)構(gòu)建輕小型的智能云臺(tái)系統(tǒng)方案是可行的，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)與技術(shù)支持，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)系