基于光電檢測技術磁懸浮球形主動關節(jié)轉子位姿檢測系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、分類號!P叢UDC621埸川大譬Yf塒GZHOUUNIVERSITY碩士學位論文學號叢!墨Q蘭旦墨密級——(全目制學術學位)基于光電檢測技術磁懸浮球形主動關節(jié)轉子位姿檢測系統(tǒng)的設計與研究指導教師姓名：申請學位級別：論文提交曰期：學位授予單位：采忌捷20184論文答辯日期：2Q!晝!魚2018年6月摘要隨著工業(yè)控制領域和機器人等高新技術領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注，本文研

2、究的磁懸浮球形主動關節(jié)作為一種新型的球形電機形式，其相關研究也得到了一定的重視。磁懸浮球形主動關節(jié)轉子的位姿檢測作為磁懸浮球形主動關節(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，磁懸浮球形主動關節(jié)轉子的位姿檢測也是磁懸浮球形主動關節(jié)研究的重點和關鍵性內容。磁懸浮球形主動關節(jié)轉子運動時為懸浮狀態(tài)，采用接觸式檢測方法會對轉子的運動產生干擾，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子非接觸式位姿檢測方

3、法主要有兩種，一是采用光學類傳感器識別球形轉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子的位姿信息。二是采用在球形轉子內部設置慣性導航平臺的方式來獲取轉子的位姿信息。不同于現(xiàn)有的球形轉子位姿檢測方法，本文提出一種新型非接觸式磁懸浮球形主動關節(jié)轉子位姿檢測方法，目前國內外尚未有相關方法的研究。該方法采用在磁懸浮球形主動關節(jié)轉子上布置環(huán)形光源，并在機架上布置環(huán)形硅光電池陣列，通過檢測由轉子姿態(tài)變化而導致的環(huán)形硅光電池陣

4、列輸出電流的變化來檢測轉子與機架之間的軸向角角度數(shù)值，通過RGB顏色傳感器識別轉子對應區(qū)域顏色來進行軸向角角度辨向，綜合得出其軸向角角度。建立將軸向角轉換為歐拉角的數(shù)學模型，將檢測到的三個軸向角轉換成對應的三個歐拉角，從而得到完整的姿態(tài)矩陣，結合位移傳感器得到的轉子位置矩陣，最終得到轉子的位姿矩陣來完成磁懸浮球形關節(jié)轉子的位姿檢測。本文的研究內容如下：(1)建立磁懸浮球形主動關節(jié)轉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

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換數(shù)學模型；(2)基于光電檢測基本原理及RGB顏色檢測原理，提出了應用于磁懸浮球形主動關節(jié)轉子姿態(tài)檢測的光電角度數(shù)值檢測原理及角度辨向原理，結合磁懸浮球形主動關節(jié)轉子的特殊結構，對其檢測單元的布置方式進行分析與研究；(3)設計并加工磁懸浮球形主動關節(jié)位姿檢測系統(tǒng)樣機。基于DSP開發(fā)平臺，進行磁懸浮球形主動關節(jié)轉子位姿檢測系統(tǒng)電路和軟件設計；(4)搭建