[发明专利]一种对磁悬浮球形关节进行光电角度数值的检测装置及其检测方法

说明书

一种对磁悬浮球形关节进行光电角度数值的检测装置及其检测方法，属于非接触式的位姿检测技术领域，装置由底座、机架和球形转子构成，球形转子上设有纬向环形凹槽和经向环形凹槽，凹槽内设有由LED灯珠构成的环形光源，机架内壁上设有硅光电池阵列，采用两组环形光源和三组环形光电池分别作为光源和光探测器，光源照射到硅光电池产生的短路电流与照射所成的光斑面积满足一定的函数关系，并由此建立短路电流与转子偏转角度之间的函数关系，通过使用非接触式的检测方法，检测精度高，检测算法精确，不仅可适用于球形关节转子，还可适用于其他在一定范围内自由运动刚体的旋转角度检测，为研究球形转子检测提供了的理论基础。

技术领域

本发明属于非接触式的位姿检测技术领域，涉及一种角度数值检测装置及其检测方法，具体的说是涉及一种对磁悬浮球形关节进行光电角度数值的检测装置及其检测方法。

背景技术

随着工业控制领域和机器人等高新技术领域中对可在空间任意方向进行定位、执行伺服功能的元件需求与日俱增，球形多自由度电机得到了广泛关注。磁悬浮球形主动关节转子的位姿检测作为磁悬浮球形主动关节控制过程中不可缺少的反馈环节，其检测精度直接影响到系统的控制精度。因此，磁悬浮球形主动关节转子的位姿检测也是磁悬浮球形主动关节研究的重点和关键性内容。

基于光电检测技术角度检测的方法有许多种，在现有技术中，除了最常见的光学分度头法和多面棱体法外，还有光电编码器法、自准直法、莫尔条纹法、平行干涉图法、圆光栅法、激光干涉法、光学内反射法、以及环形激光法等。但是由于磁悬浮球形主动关节转子的为球形结构，以及其工作状态为悬浮状态。导致上述方法通常并不适合用来进行球形主动关节转子的旋转姿态角度测量。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足，提出一种对磁悬浮球形关节进行光电角度数值的检测装置及其检测方法，本检测装置不仅可适用于球形关节转子，还可适用于其他在一定范围内自由运动刚体的旋转角度检测，在球形转子位姿检测领域提出了一种新的方法，为研究球形转子检测提供了的理论基础。

本发明的技术方案是：一种对磁悬浮球形关节进行光电角度数值的检测装置，包括底座；其特征在于：所述底座上设有由第一纵向环形支架、第二纵向环形支架和水平环形支架构成的机架，所述第一纵向环形支架和第二纵向环形支架相互垂直交错固定设置在底座上，所述水平环形支架固定连接在第一纵向环形支架和第二纵向环形支架的一端，所述机架内设有球形转子，所述球形转子的顶部设有转子输出轴，所述球形转子的纬度中线上开设有360°纬向环形凹槽，所述球形转子的经度中线上开设有240°经向环形凹槽，所述纬向环形凹槽的槽底面上设有由LED灯珠构成的纬向环形光源，所述经向环形凹槽内槽底面上设有由LED灯珠构成的经向环形光源，所述纬向环形凹槽和经向环形凹槽内均设有透镜，所述透镜与球形转子表面形成光滑过渡的球形面，所述第一纵向环形支架的内表面上均布设有由若干个硅光电池构成的第一环形硅光电池阵列，所述第二纵向环形支架的内表面上均布设有由若干个硅光电池构成的第二环形硅光电池阵列，所述水平环形支架的内表面上均布设有若干个硅光电池构成的第三环形硅光电池阵列，所述球形转子表面与第一环形硅光电池阵列、第二环形硅光电池阵列、第三环形硅光电池阵列之间均存在间隙。

所述第一纵向环形支架、第二纵向环形支架和水平环形支架均为圆心角为180°的环形支架，每个环形支架的宽度相同。

所述纬向环形凹槽、经向环形凹槽的槽宽与环形支架的宽度相同。

所述球形转子表面与第一环形硅光电池阵列、第二环形硅光电池阵列、第三环形硅光电池阵列之间均存在间隙，间隙距离为0.5～1mm。

所述透镜与纬向环形凹槽、经向环形凹槽均为卡合相接。

所述LED灯珠均匀分布在纬向环形凹槽和经向环形凹槽的槽底面上，每个LED灯珠互呈15°设置。

所述硅光电池均匀分布在第一纵向环形支架、第二纵向环形支架和水平环形支架的内表面，每个硅光电池互呈15°设置。