基于光電檢測技術(shù)磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位姿檢測系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、分類號!P叢UDC621埸川大譬Yf塒GZHOUUNIVERSITY碩士學(xué)位論文學(xué)號叢!墨Q蘭旦墨密級——(全目制學(xué)術(shù)學(xué)位)基于光電檢測技術(shù)磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位姿檢測系統(tǒng)的設(shè)計與研究指導(dǎo)教師姓名：申請學(xué)位級別：論文提交曰期：學(xué)位授予單位：采忌捷20184論文答辯日期：2Q!晝!魚2018年6月摘要隨著工業(yè)控制領(lǐng)域和機器人等高新技術(shù)領(lǐng)域中對可在空間任意方向進行定位、執(zhí)行伺服功能的元件需求與日俱增，球形多自由度電機得到了廣泛關(guān)注，本文研

2、究的磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)作為一種新型的球形電機形式，其相關(guān)研究也得到了一定的重視。磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子的位姿檢測作為磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)控制過程中不可缺少的反饋環(huán)節(jié)，其檢測精度直接影響到系統(tǒng)的控制精度。因此，磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子的位姿檢測也是磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)研究的重點和關(guān)鍵性內(nèi)容。磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子運動時為懸浮狀態(tài)，采用接觸式檢測方法會對轉(zhuǎn)子的運動產(chǎn)生干擾，所以一般采用非接觸式檢測方法。目前現(xiàn)有較為可行的球形轉(zhuǎn)子非接觸式位姿檢測方

3、法主要有兩種，一是采用光學(xué)類傳感器識別球形轉(zhuǎn)子上噴涂的特定圖形或表面微觀特征，通過計算機對圖形的分析來獲取轉(zhuǎn)子的位姿信息。二是采用在球形轉(zhuǎn)子內(nèi)部設(shè)置慣性導(dǎo)航平臺的方式來獲取轉(zhuǎn)子的位姿信息。不同于現(xiàn)有的球形轉(zhuǎn)子位姿檢測方法，本文提出一種新型非接觸式磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位姿檢測方法，目前國內(nèi)外尚未有相關(guān)方法的研究。該方法采用在磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子上布置環(huán)形光源，并在機架上布置環(huán)形硅光電池陣列，通過檢測由轉(zhuǎn)子姿態(tài)變化而導(dǎo)致的環(huán)形硅光電池陣

4、列輸出電流的變化來檢測轉(zhuǎn)子與機架之間的軸向角角度數(shù)值，通過RGB顏色傳感器識別轉(zhuǎn)子對應(yīng)區(qū)域顏色來進行軸向角角度辨向，綜合得出其軸向角角度。建立將軸向角轉(zhuǎn)換為歐拉角的數(shù)學(xué)模型，將檢測到的三個軸向角轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的三個歐拉角，從而得到完整的姿態(tài)矩陣，結(jié)合位移傳感器得到的轉(zhuǎn)子位置矩陣，最終得到轉(zhuǎn)子的位姿矩陣來完成磁懸浮球形關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子的位姿檢測。本文的研究內(nèi)容如下：(1)建立磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位姿檢測中所需采用的三維坐標系并明確了各坐標系之間的關(guān)

5、系，定義位姿參數(shù)。通過對方向余弦、歐拉角這兩種姿態(tài)描述方法的研究，建立其軸向角與歐拉角轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型；(2)基于光電檢測基本原理及RGB顏色檢測原理，提出了應(yīng)用于磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子姿態(tài)檢測的光電角度數(shù)值檢測原理及角度辨向原理，結(jié)合磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)，對其檢測單元的布置方式進行分析與研究；(3)設(shè)計并加工磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)位姿檢測系統(tǒng)樣機?；贒SP開發(fā)平臺，進行磁懸浮球形主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位姿檢測系統(tǒng)電路和軟件設(shè)計；(4)搭建