六自由度电磁作动器装置及电磁悬浮控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种六自由度电磁作动器装置及电磁悬浮控制方法。该六自由度电磁作动器装置包括控制模块、第一平面、第二平面、至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体。作动器线圈组包括第一导线、环形线圈和与第一导线垂直的第二导线。至少三个永磁体设置于第一平面且构成多边形。三个作动器线圈组设置于第二平面且与至少三个永磁体一一对应。控制模块根据预设规则控制每个第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。该六自由度电磁作动器装置占用资源小，结构简单，易于系统集成，可广泛用于空间微重力下的电磁悬浮、电磁对接等领域。

Six degree of freedom electromagnetic actuator device and electromagnetic suspension control method

The invention relates to a six degree of freedom electromagnetic actuator device and an electromagnetic suspension control method. The six degree of freedom electromagnetic actuator includes a control module, a first plane, a second plane, at least three actuator coils, and at least three permanent magnets. The actuator coil group includes a first conductor, an annular coil and a second conductor perpendicular to the first conductor. At least three permanent magnets are arranged on the first plane and form a polygon. The three actuator coils are arranged on the second plane and correspond to at least three permanent magnets. The control module according to the current default rules to control each first conductor, second conductor and a circular coil, the three degrees of freedom and three degrees of freedom of the moment between the first and second planes, in order to achieve the electromagnetic levitation control on the first plane and the second plane with six degrees of freedom. The six degree of freedom electromagnetic actuator has the advantages of small resources, simple structure and easy system integration. It can be widely used in the field of electromagnetic levitation, electromagnetic docking and other fields under microgravity.

【技术实现步骤摘要】
六自由度电磁作动器装置及电磁悬浮控制方法
本专利技术涉及空间
，具体而言，涉及一种六自由度电磁作动器装置及电磁悬浮控制方法。
技术介绍
在地面进行电磁悬浮需要克服重力，因此需要很大的代价才实现电磁悬浮。而空间载荷在轨处于微重力状态，只需微小的力就可以产生作用。非接触的电磁力比较微弱，恰恰可以在空间微重力的环境下起到作用，实现电磁悬浮隔振、电磁编队、电磁对接、非接触作用等。电磁力和洛仑兹力都是常用的非接触式作用力。在永磁铁的磁场内放入垂直导线，将产生与磁场和电流方向均正交的洛仑兹力，而在磁场内放入圆形电流线圈，则产生和磁场同向的电磁力。常见的电磁作动器均采用单一方向或单一电磁力或洛伦兹力的作动器线圈，而如果实现六自由度悬浮和非接触式操作控制，需要放入多个这样的作动器。例如，美国的g-Limit和STABLE系统、加拿大的MIM系统、中国的MAIS系统等都采用多个单自由度电磁作动器的组合。这种方式占用资源大，难于系统集成。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可见光定位系统及方法，以解决上述问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种六自由度电磁作动器装置，包括控制模块、第一平面、第二平面、至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，所述作动器线圈组包括第一导线、环形线圈和与所述第一导线垂直的第二导线，所述控制模块与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接；所述至少三个永磁体设置于所述第一平面且构成多边形，所述三个作动器线圈组设置于所述第二平面且与所述至少三个永磁体一一对应，所述控制模块设置于所述第二平面；所述控制模块用于根据预设规则控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使所述第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。本专利技术实施例提供的六自由度电磁作动器装置的每个作动器线圈组包括环形线圈及互相垂直的第一导线和第二导线，在磁场中每个作动器线圈组可以受到三个自由度的力，而该六自由度电磁作动器装置包括构成多边形的至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，则可以使第二平面受到三个自由度的力矩。通过控制模块控制每个第一导线、第二导线和环形线圈的电流，实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。该六自由度电磁作动器装置占用资源小，易于系统集成。进一步地，所述六自由度电磁作动器装置还包括与所述控制模块电连接的至少三个测距传感器，所述至少三个测距传感器设置于所述第二平面且构成多边形；所述至少三个测距传感器用于测量各个测距传感器分别距所述第一平面的距离并发送至所述控制模块。进一步地，所述控制模块包括控制器、驱动电路和电源，所述控制器与所述驱动电路和测距传感器分别电连接，所述驱动电路与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接，所述电源与所述控制器电连接；所述控制器用于接收所述至少三个测距传感器发送的各个测距传感器距所述第一平面的距离，并根据所述至少三个测距传感器分别距所述第一平面的距离获得所述第一平面和第二平面的六自由度位姿，及结合控制要求生成作动指令，并将所述作动指令发送至所述驱动电路；所述驱动电路用于接收所述作动指令，并根据所述作动指令控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。进一步地，所述控制器为PID控制器、鲁棒控制器、最优控制器、自适应控制器、自抗扰控制器、无源控制器或神经网络控制器。进一步地，所述测距传感器包括依次电连接的测距模块、信号调理电路和模数转换电路，所述驱动电路包括电连接的数模转换电路和功率放大电路，所述控制器与所述模数转换电路和数模转换电路分别电连接，所述功率放大电路与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接。进一步地，所述第一导线与所述第二导线相交且其交点与所述环形线圈的圆心重合。进一步地，所述作动器线圈组有三组，所述永磁体有三个。第二方面，本专利技术实施例还提供一种电磁悬浮控制方法，应用于六自由度电磁作动器装置，所述六自由度电磁作动器装置包括控制模块、第一平面、第二平面、至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，所述作动器线圈组包括第一导线、环形线圈和与所述第一导线垂直的第二导线，所述控制模块与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接，所述至少三个永磁体设置于所述第一平面且构成多边形，所述至少三个作动器线圈组设置于所述第二平面且与所述至少三个永磁体一一对应，所述控制模块设置于所述第二平面，所述方法包括：所述控制模块根据预设规则控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使所述第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。本专利技术实施例提供的电磁悬浮控制方法，应用于六自由度电磁作动器装置。该六自由度电磁作动器装置的每个作动器线圈组包括环形线圈及互相垂直的第一导线和第二导线，在磁场中每个作动器线圈组可以受到三个自由度的力，而该六自由度电磁作动器装置包括构成多边形的至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，则可以使第二平面受到三个自由度的力矩。通过控制模块控制模块控制每个第一导线、第二导线和环形线圈的电流，实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。进一步地，所述六自由度电磁作动器装置还包括与所述控制模块电连接的至少三个测距传感器，所述至少三个测距传感器设置于所述第二平面且构成多边形，所述方法还包括：所述至少三个测距传感器测量各个测距传感器分别距所述第一平面的距离并发送至所述控制模块。进一步地，所述控制模块包括控制器、驱动电路和电源，所述控制器与所述驱动电路和测距传感器分别电连接，所述驱动电路与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接，所述电源与所述控制器电连接，所述控制模块根据预设规则控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使所述第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制的步骤包括：所述控制器接收所述至少三个测距传感器发送的各个测距传感器距所述第一平面的距离，并根据所述至少三个测距传感器分别距所述第一平面的距离获得所述第一平面和第二平面的六自由度位姿，及结合控制要求生成作动指令，并将所述作动指令发送至所述驱动电路；所述驱动电路接收所述作动指令，并根据所述作动指令控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种六自由度电磁作动器装置的结构示意图；图2为图1示出的作动器线圈组的结构示意图；图3为图1示出的六自由度电磁作动器装置中一个永磁体和与该永磁体对应的一组作动器线圈组的空间位置示意图；图4为图1示出的六自由度电磁作动器装置的电路连接图；图5为本专利技术实施例提供的另一种六自由度电磁作动器装置的结构示意图；图6为为本专利技术实施例提供的控制模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度电磁作动器装置，其特征在于，包括控制模块、第一平面、第二平面、至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，所述作动器线圈组包括第一导线、环形线圈和与所述第一导线垂直的第二导线，所述控制模块与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接；所述至少三个永磁体设置于所述第一平面且构成多边形，所述三个作动器线圈组设置于所述第二平面且与所述至少三个永磁体一一对应，所述控制模块设置于所述第二平面；所述控制模块用于根据预设规则控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使所述第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对所述第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。

【技术特征摘要】
1.一种六自由度电磁作动器装置，其特征在于，包括控制模块、第一平面、第二平面、至少三个作动器线圈组和至少三个永磁体，所述作动器线圈组包括第一导线、环形线圈和与所述第一导线垂直的第二导线，所述控制模块与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接；所述至少三个永磁体设置于所述第一平面且构成多边形，所述三个作动器线圈组设置于所述第二平面且与所述至少三个永磁体一一对应，所述控制模块设置于所述第二平面；所述控制模块用于根据预设规则控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，使所述第一平面和第二平面之间产生三个自由度的力和三个自由度的力矩，以实现对所述第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。2.根据权利要求1所述的六自由度电磁作动器装置，其特征在于，所述六自由度电磁作动器装置还包括与所述控制模块电连接的至少三个测距传感器，所述至少三个测距传感器设置于所述第二平面且构成多边形；所述至少三个测距传感器用于测量各个测距传感器分别距所述第一平面的距离并发送至所述控制模块。3.根据权利要求2所述的六自由度电磁作动器装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器、驱动电路和电源，所述控制器与所述驱动电路和测距传感器分别电连接，所述驱动电路与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接，所述电源与所述控制器电连接；所述控制器用于接收所述至少三个测距传感器发送的各个测距传感器距所述第一平面的距离，并根据所述至少三个测距传感器分别距所述第一平面的距离获得所述第一平面和第二平面的六自由度位姿，及结合控制要求生成作动指令，并将所述作动指令发送至所述驱动电路；所述驱动电路用于接收所述作动指令，并根据所述作动指令控制每个作动器线圈组的第一导线、第二导线和环形线圈的电流，以实现对第一平面和第二平面的六自由度电磁悬浮控制。4.根据权利要求3所述的六自由度电磁作动器装置，其特征在于，所述控制器为PID控制器、鲁棒控制器、最优控制器、自适应控制器、自抗扰控制器、无源控制器或神经网络控制器。5.根据权利要求3或4所述的六自由度电磁作动器装置，其特征在于，所述测距传感器包括依次电连接的测距模块、信号调理电路和模数转换电路，所述驱动电路包括电连接的数模转换电路和功率放大电路，所述控制器与所述模数转换电路和数模转换电路分别电连接，所述功率放大电路与每个第一导线、环形线圈和第二导线分别电连接。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，董文博，李响，陈祖玎，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11