基于非支配排序遗传算法并联仿生眼构型优化设计
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主动链由电动缸 线 性 驱 动,从 动 链 为 花 键 副,便 于
机 构 保 持 稳 定. 初 始 阶 段 时 A１A２// B１B２ 和
A２A３//B２B３ ,这使得动 平 台 与 定 平 台 相 互 平 行.
图２中建立了基坐标系 O －XYZ 和副坐标系 O１ －
/s２ 的 角 加 速 度,可 实 现 大 视
明:设计的仿生眼造型具有 ０．
０１
°的眼球运动精度,
９９．
２３°
５°
野搜索和快速、平滑的跟踪目标.
关键词 仿生眼;构型;多目标优化;NSGAＧ
I
I
中图分类号:
TP２４２．
３ 文献标志码:
A 文章编号:
２０９５
Ｇ
４８５９(
２０２０)
对斜肌.这 ３ 对肌肉可以驱动眼球围绕水平、垂直
∗
∗∗
５６
作者简介:陈志,男,广西桂林人.讲师,硕士.研究方向:机器人技术,机电一体化技术.
通信作者:阳复建,男,湖南衡南人.讲师,硕士.研究方向:机械优化设计.
桂林航天工业学院学报
２０２０ 年第 １ 期
(总第 ９７ 期) JOURNALOFGUILIN UNIVERSITY OFAEROSPACETECHNOLOGY 陈志 阳复建/文
DOF)正 交 球 面 并 联 仿 生 眼 机 制;Dane
shmand 后建立实 验 平 台,并 将 模 拟 结 果 与 测 量 结 果 进 行
[
４]
等 设 计 了 一 种 改 进 的 ３－DOF 并 联 仿 生 眼 机 比较.
制,允 许 眼 动 模 拟 器 安 装 在 人 形 机 器 人 的 头 部;
动精度约为 ０．
０２°.此外,眼 球 运 动 的 角 速 度 可 达
２
外,
６ 个眼外 肌 均 来 自 后 方 常 见 的 腱 环,这 使 得 眼
由用 于 固 定 摄 像 机 的 动 平 台 (
A１A２A３ )、定 平 台
组成.从 动 链 被 固 定 在 定 平 台 的 等 边 三 角 形
A１A２A３ 的 中 心 O１ 处 的 虎 克 铰 连 接 到 动 平 台.
构灵敏度以及运动传递性能.为此,采用改进的非支配排序遗传算法(
NSGA－I
I),间等约束条件下对多目标的 仿 生 眼 造 型 参 数 进 行 优 化,并 搭 建 实 验 样 机 进 行 模 拟 实 验. 实 验 结 果 表
/s 的 角 速 度 和 ５０２．
眼造型的三自由度配置,并通过运动学分析求解运
动性能指标.其次,采用改进的非支配排序遗传算
[
]
能的并联仿生眼机制.对于并联仿生眼配置设计, 法(
NSGA－I
I)９－１０ 来 优 化 运 动 平 台 的 运 动 性 能,
[]
Gane
sh 等 ３ 开 发 了 一 种 灵 敏 的 三 自 由 度 (
３－ 并根据优化的 结 构 参 数 进 行 系 统 的 动 态 模 拟. 最
桂林航天工业学院学报
２０２０ 年第 １ 期
(总第 ９７ 期)
JOURNALOFGUILIN UNIVERS
ITY OFAEROSPACETECHNOLOGY 机电技术应用
基于非支配排序遗传算法
并联仿生眼构型优化设计
陈志
阳复建
∗１
∗
∗２
æ１ 桂林航天工业学院 机械工程学院,广西 桂林 ５４１００４;ö
è２ 桂林航天工业学院 科技处 ,广西 桂林 ５４１００４
ø
ç
÷
摘 要 针对复杂环境下视觉监控需要满足大范围、高精度 搜 索 和 保 持 对 目 标 的 持 续 平 滑 跟 踪 的 要 求,设 计 了 一 种 并
联仿生眼造型.然而当前并联仿生眼多采用单目标优化,无法有效保证仿生眼造型的运行 精 度、平 台 倾 角、机
用了一种 分 析 方 法,考 虑 所 提 出 的 全 局 灵 活 性 指
[]
数,以 实 现 最 佳 的 全 局 准 确 性. Vi
l
l
r
a
t
t
ne
r７ 使
g
用隐式过滤算法来优化结构参数,以最大工作空间
体积比作为优化目标.从当前研究现状来看,针对
球的 运 动.每 只 眼 睛 有 ６ 个 眼 外 肌.如 图 １ 所 示
度
.在机器视觉 系 统 中 所 采 用 的 摄 像 机 主 要 是
[
１]
模仿脊椎动物的 视 觉 构 型,使 摄 像 机 获 得 大 范 围、
高精度图像,从而满足低空监视的需求
.
[
２]
目前,国内外学者致力于研究模仿人眼外肌功
的结构参数有关,因此采用单目标优化很难使结构
参数同时取优 [８].
鉴于此,首先 分 析 仿 生 眼 原 理,设 计 并 联 仿 生
[]
Wang 等 ５ 提出了一种气 动 肌 肉 仿 生 眼 机 制,通 过 １ 并联仿生眼造型的仿生原理和配置设计
模拟 ６ 个眼外肌 来 实 现 相 机 的 ３ 自 由 度 旋 转. 对 １．
１ 人眼外肌的结构和功能
于并联仿 生 眼 造 型 的 结 构 参 数 优 化,Huo 等 [６]采
人眼外肌是附着在眼球上的肌肉,其主导着眼
和视轴旋转,水平和垂直轴周围可达 ±３８
°,眼球运
串联机构经过 并 联 组 成 的 混 联 机 构. 该 配 置 主 要
/s,角加速度可达 ５００°
/s .另外除了下斜 肌
４００°
(
B１B２B３)、主 动 链 hiEi (
i ＝ １,
２,
３)和 从 动 链 r
外肌和眼球构成了一个并联机构.
B１B２B３ 的 中 心 O 处,并 且 通 过 等 边 三 角 形
显示了人类右眼眼外肌的解剖结 构,
６个眼外肌并
联形成,根据拉动方 向 分 为 ４ 个 直 肌 和 ２ 个 斜 肌.
其中,内直肌和外 直 肌 构 成 一 对 水 平 肌,上 直 肌 和
大视场和高精度运 动 的 并 联 仿 生 眼 造 型 的 研 究 较
下直肌构成一对垂直肌,而上斜肌和下斜肌构成一
少,且在仿生眼造型参数优化方面大多采用单目标
０１
Ｇ
００５６
Ｇ
０４
低空空域的 监 视 往 往 存 在 环 境 复 杂、干 扰 多, 优化,而对于并联 仿 生 眼 造 型 而 言 其 机 构 灵 敏 度、
监视范围广等问 题,为 了 满 足 低 空 监 视 要 求,视 觉 动平台倾角、运动精度以及运动传递性能均与造型
监控系统应当具备 较 大 的 视 野 以 及 较 高 的 运 行 精
机 构 保 持 稳 定. 初 始 阶 段 时 A１A２// B１B２ 和
A２A３//B２B３ ,这使得动 平 台 与 定 平 台 相 互 平 行.
图２中建立了基坐标系 O －XYZ 和副坐标系 O１ －
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３ 文献标志码:
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２０９５
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对斜肌.这 ３ 对肌肉可以驱动眼球围绕水平、垂直
∗
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５６
作者简介:陈志,男,广西桂林人.讲师,硕士.研究方向:机器人技术,机电一体化技术.
通信作者:阳复建,男,湖南衡南人.讲师,硕士.研究方向:机械优化设计.
桂林航天工业学院学报
２０２０ 年第 １ 期
(总第 ９７ 期) JOURNALOFGUILIN UNIVERSITY OFAEROSPACETECHNOLOGY 陈志 阳复建/文
DOF)正 交 球 面 并 联 仿 生 眼 机 制;Dane
shmand 后建立实 验 平 台,并 将 模 拟 结 果 与 测 量 结 果 进 行
[
４]
等 设 计 了 一 种 改 进 的 ３－DOF 并 联 仿 生 眼 机 比较.
制,允 许 眼 动 模 拟 器 安 装 在 人 形 机 器 人 的 头 部;
动精度约为 ０．
０２°.此外,眼 球 运 动 的 角 速 度 可 达
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A１A２A３ )、定 平 台
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构灵敏度以及运动传递性能.为此,采用改进的非支配排序遗传算法(
NSGA－I
I),间等约束条件下对多目标的 仿 生 眼 造 型 参 数 进 行 优 化,并 搭 建 实 验 样 机 进 行 模 拟 实 验. 实 验 结 果 表
/s 的 角 速 度 和 ５０２．
眼造型的三自由度配置,并通过运动学分析求解运
动性能指标.其次,采用改进的非支配排序遗传算
[
]
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[]
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３－ 并根据优化的 结 构 参 数 进 行 系 统 的 动 态 模 拟. 最
桂林航天工业学院学报
２０２０ 年第 １ 期
(总第 ９７ 期)
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ITY OFAEROSPACETECHNOLOGY 机电技术应用
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并联仿生眼构型优化设计
陈志
阳复建
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摘 要 针对复杂环境下视觉监控需要满足大范围、高精度 搜 索 和 保 持 对 目 标 的 持 续 平 滑 跟 踪 的 要 求,设 计 了 一 种 并
联仿生眼造型.然而当前并联仿生眼多采用单目标优化,无法有效保证仿生眼造型的运行 精 度、平 台 倾 角、机
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[
１]
模仿脊椎动物的 视 觉 构 型,使 摄 像 机 获 得 大 范 围、
高精度图像,从而满足低空监视的需求
.
[
２]
目前,国内外学者致力于研究模仿人眼外肌功
的结构参数有关,因此采用单目标优化很难使结构
参数同时取优 [８].
鉴于此,首先 分 析 仿 生 眼 原 理,设 计 并 联 仿 生
[]
Wang 等 ５ 提出了一种气 动 肌 肉 仿 生 眼 机 制,通 过 １ 并联仿生眼造型的仿生原理和配置设计
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于并联仿 生 眼 造 型 的 结 构 参 数 优 化,Huo 等 [６]采
人眼外肌是附着在眼球上的肌肉,其主导着眼
和视轴旋转,水平和垂直轴周围可达 ±３８
°,眼球运
串联机构经过 并 联 组 成 的 混 联 机 构. 该 配 置 主 要
/s,角加速度可达 ５００°
/s .另外除了下斜 肌
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(
B１B２B３)、主 动 链 hiEi (
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２,
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外肌和眼球构成了一个并联机构.
B１B２B３ 的 中 心 O 处,并 且 通 过 等 边 三 角 形
显示了人类右眼眼外肌的解剖结 构,
６个眼外肌并
联形成,根据拉动方 向 分 为 ４ 个 直 肌 和 ２ 个 斜 肌.
其中,内直肌和外 直 肌 构 成 一 对 水 平 肌,上 直 肌 和
大视场和高精度运 动 的 并 联 仿 生 眼 造 型 的 研 究 较
下直肌构成一对垂直肌,而上斜肌和下斜肌构成一
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０４
低空空域的 监 视 往 往 存 在 环 境 复 杂、干 扰 多, 优化,而对于并联 仿 生 眼 造 型 而 言 其 机 构 灵 敏 度、
监视范围广等问 题,为 了 满 足 低 空 监 视 要 求,视 觉 动平台倾角、运动精度以及运动传递性能均与造型
监控系统应当具备 较 大 的 视 野 以 及 较 高 的 运 行 精