本發(fā)明涉及電機，尤其涉及一種球形電機及位置估計方法。

背景技術(shù)：

1、球形電機也稱為球型電機、球形伺服電機，是一種特殊類型的電機；球形電機可以允許轉(zhuǎn)子在三維空間內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動，以在多個自由度上進行精準控制。然而，傳統(tǒng)的球形電機存在控制精度低，集成度差的技術(shù)問題。

2、因此，有必要提供一種新的球形電機及位置估計方法來解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供一種球形電機及位置估計方法，旨在解決球形電機所存在的控制精度低，集成度差的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種球形電機，包括：

3、定子機構(gòu)，所述定子機構(gòu)包括定子本體、設(shè)置于所述定子本體的電磁線圈組和霍爾傳感器，所述定子本體設(shè)置有球形腔；

4、轉(zhuǎn)子機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子機構(gòu)包括轉(zhuǎn)子本體、連接塊、作動磁鐵組和定位磁鐵，所述轉(zhuǎn)子本體通過球面副活動地設(shè)置于所述球形腔中，所述連接塊設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子本體并伸出所述定子本體，所述作動磁鐵組設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子本體，所述定位磁鐵設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子本體；所述電磁線圈組用于驅(qū)動所述作動磁鐵組運動，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子本體運動，所述霍爾傳感器與所述定位磁鐵相互作用并獲取磁感應(yīng)強度。

5、在一實施方式中，所述定子本體包括定子座和定子蓋，所述定子座呈半球型，所述定子蓋設(shè)置于所述定子座并與所述定子座圍設(shè)形成所述球形腔，所述電磁線圈組設(shè)置于所述定子座，所述霍爾傳感器設(shè)置于所述定子蓋。

6、在一實施方式中，所述定子蓋設(shè)置有沿所述定子座的周向方向延伸的安裝凸臺，所述安裝凸臺設(shè)置有電路板，所述電路板沿所述定子座的周向方向間隔均勻地設(shè)置有多個所述霍爾傳感器。

7、在一實施方式中，所述定子座具有半球型的安裝面，所述安裝面上均勻布置有多個安裝槽，所述安裝槽呈圓臺型；

8、所述電磁線圈組包括多個線圈單元，所述線圈單元和所述安裝槽的數(shù)量相等，多個所述線圈單元一一對應(yīng)地設(shè)置于多個所述安裝槽中。

9、在一實施方式中，所述轉(zhuǎn)子本體具有第一半球面和第二半球面，所述第一半球面朝向所述定子座設(shè)置，所述第二半球面朝向所述定子蓋設(shè)置，且所述作動磁鐵組設(shè)置于所述第一半球面，所述定位磁鐵設(shè)置于所述第二半球面。

10、在一實施方式中，所述作動磁鐵組的數(shù)量為多個，多個所述作動磁鐵組沿所述轉(zhuǎn)子本體的中心軸線方向間隔設(shè)置；

11、各所述作動磁鐵組均包括多個永磁鐵，多個所述永磁鐵沿所述轉(zhuǎn)子本體的周向方向間隔均勻設(shè)置，且多個所述永磁鐵的極性呈交替排列；

12、所述定位磁鐵的數(shù)量為多個，多個所述定位磁鐵沿所述轉(zhuǎn)子本體的周向方向間隔均勻設(shè)置。

13、本發(fā)明還提出一種位置估計方法，應(yīng)用于上述的球形電機，所述球形電機安裝至固定座，在所述連接塊上安裝帶有視覺標記的檢測桿，并在所述球形電機的一側(cè)安裝拍攝相機，所述拍攝相機用于獲取所述視覺標記的位置數(shù)據(jù)；所述位置估計方法包括：

14、獲取霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度并輸入訓(xùn)練模型；

15、獲取所述檢測桿的位置信息；

16、獲取所述訓(xùn)練模型的步驟包括：

17、獲取所述霍爾傳感器的檢測數(shù)據(jù)和所述視覺標記的位置數(shù)據(jù)，所述霍爾傳感器的檢測數(shù)據(jù)包括霍爾傳感器在不同時間點的磁感應(yīng)強度，所述視覺標記的位置數(shù)據(jù)包括檢測桿在不同時間點的位置信息；基于unix時間戳進行數(shù)據(jù)匹配，獲取包括所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息的數(shù)據(jù)對，各所述數(shù)據(jù)對組成數(shù)據(jù)集合；

18、基于所述數(shù)據(jù)集合，構(gòu)建所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息之間的映射關(guān)系，并基于所述映射關(guān)系構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，生成訓(xùn)練模型。

19、在一實施方式中，在獲取包括所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息的數(shù)據(jù)對之后，在各所述數(shù)據(jù)對組成數(shù)據(jù)集合之前，還包括：

20、比對所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息的unix時間戳差值與預(yù)設(shè)閾值的大??；

21、若所述數(shù)據(jù)對的所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述檢測桿的位置信息之間的unix時間戳差值小于預(yù)設(shè)閾值，則輸出所述數(shù)據(jù)對；若所述數(shù)據(jù)對的所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述檢測桿的位置信息之間的unix時間戳差值大于預(yù)設(shè)閾值，則摒棄所述數(shù)據(jù)對。

22、在一實施方式中，基于所述數(shù)據(jù)集合，構(gòu)建所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息之間的映射關(guān)系，并基于所述映射關(guān)系構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，生成訓(xùn)練模型的步驟包括：選取部分所述數(shù)據(jù)集合，基于部分所述數(shù)據(jù)集合，構(gòu)建所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息之間的映射關(guān)系，并基于所述映射關(guān)系構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，生成訓(xùn)練模型；

23、獲取所述訓(xùn)練模型并導(dǎo)入電腦端，輸出所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度和所述視覺標記的位置信息之間的映射關(guān)系；比對在相同的所述霍爾傳感器的磁感應(yīng)強度時，所述電腦端所輸出的所述視覺標記的位置信息和另一部分所述數(shù)據(jù)集合的所述視覺標記的位置信息之間的差值與第一預(yù)設(shè)誤差值的大?。?/p>

24、若所述電腦端所輸出的所述視覺標記的位置信息和另一部分所述數(shù)據(jù)集合中的所述視覺標記的位置信息之間的差值小于所述第一預(yù)設(shè)誤差值，則代表所述訓(xùn)練模型符合要求；若電腦端所輸出的所述視覺標記的位置信息和另一部分數(shù)據(jù)集合中的所述視覺標記的位置信息之間的差值大于所述第一預(yù)設(shè)誤差值，則代表所述訓(xùn)練模型不符合要求，優(yōu)化所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，生成訓(xùn)練模型，執(zhí)行獲取所述訓(xùn)練模型并導(dǎo)入電腦端的步驟；

25、獲取所述訓(xùn)練模型并導(dǎo)入所述球形電機的控制器，比對在相同的時間點時，所述控制器輸出的所述視覺標記的位置信息和所述拍攝相機獲取的所述視覺標記的位置信息之間的差值與第二預(yù)設(shè)誤差值的大小；

26、若所述控制器輸出的所述視覺標記的位置信息和所述拍攝相機獲取的所述視覺標記的位置信息之間的差值小于所述第二預(yù)設(shè)誤差值，則代表所述訓(xùn)練模型符合要求；若所述控制器輸出的所述視覺標記的位置信息和所述拍攝相機獲取的所述視覺標記的位置信息之間的差值大于所述第二預(yù)設(shè)誤差值，則代表所述訓(xùn)練模型不符合要求，優(yōu)化所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，生成訓(xùn)練模型，執(zhí)行獲取所述訓(xùn)練模型并導(dǎo)入電腦端的步驟。

27、在一實施方式中，在獲取所述訓(xùn)練模型的步驟之后，還包括：

28、獲取所述訓(xùn)練模型并導(dǎo)入所述球形電機的控制器，去除所述檢測桿，并將所述球形電機安裝于能進行三自由度控制的機械裝置，所述機械裝置的控制器與所述球形電機的控制器電信號連接。

29、本發(fā)明的技術(shù)方案通過球面副實現(xiàn)轉(zhuǎn)子本體和定子本體的相對運動，并且通過霍爾傳感器與定位磁鐵相互作用獲取磁感應(yīng)強度，進而計算出轉(zhuǎn)子本體的位置信息，能夠減小球形電機的摩擦，提升球形電機的控制精度，并提高球形電機的集成度。在本實施例中，轉(zhuǎn)子本體通過球面副活動地設(shè)置于定子本體的球形腔中，能夠減少球形電機運行時的摩擦，提升球形電機的運行精度?；魻杺鞲衅髂芘c定位磁鐵相互作用，并將其所獲取的磁感應(yīng)強度傳輸至球形電機的控制器，控制器則能夠通過包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練模型將霍爾傳感器所獲取的磁感應(yīng)強度轉(zhuǎn)換為檢測桿的位置信息，進而計算得出轉(zhuǎn)子本體的位置信息；其在獲取轉(zhuǎn)子本體的位置信息時，無需與轉(zhuǎn)子本體接觸，能夠減小球形電機運行時的摩擦，提升球形電機的運行精度。作動磁鐵組則能夠與電磁線圈組相互作用，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子本體運動；具體為，在電磁線圈組通電時，電磁線圈組會產(chǎn)生磁場，通過改變電流的大小和方向，電磁線圈組所產(chǎn)生的磁場會發(fā)生變化，隨后便會驅(qū)動作動磁鐵組運動，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)子本體運動。