一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置，该方法包括：开发具有第一、第二、第三，三种不同视觉特征点的特征板，并固定在转子输出轴顶端；开发球形转子姿态视觉检测系统，当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴时，在第二特征点正上方安装图像获取模块，并对其进行标定；采集并标注球形转子三自由度典型和非典型空间运动图像数据集；采用YoloV5s框架设计并训练适用于检测球形转子实时姿态的网络模型；图像获取模块实时采集一帧图像，采用所述网络模型检测图像中三个不同视觉特征点的坐标，根据所检测的坐标和转子球面运动几何关系计算球形转子的姿态。通过本发明专利技术解决了基于视觉球形转子检测中需要复位和特征点长时遮挡检测失败的问题。遮挡检测失败的问题。遮挡检测失败的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置


[0001]本专利技术涉及球形电机控制
，具体涉及一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置，所述方法和装置可以通过单目视觉同时检测三个不同的视觉目标特征点计算球形电机转子的实时姿态。

技术介绍

[0002]球形电机在机器人领域和多自由度电气装置领域有着广泛的应用前景，其转子姿态的精确检测直接影响电机控制精度。近几十年来，国内外学者提出了一系列转子姿态检测方法，主要分为接触式、非接触式和无传感器式三大类。目前非接触式的方法已经是球形电机转子姿态检测领域的转子姿态检测的主要研究方法。
[0003]采用单目视觉的球形电机转子姿态检测方法相比与其他非接触式方法具有精度更高、不易受磁场干扰等优点。通过本专利技术解决了基于单目视觉的球形电机转子检测中，转子需要首先复位和视觉特征点被长时遮挡导致检测失败的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置，解决了基于视觉球形转子检测中，转子需要首先复位和视觉特征点被长时遮挡导致检测失败的问题。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种球形电机转子姿态检测方法，包括：开发具有第一、第二和第三，三种不同视觉特征点的特征板，并固定在转子输出轴顶端；当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴时，在第二特征点正上方安装图像获取模块组成球形转子姿态检测系统，标定图像获取模块；通过图像获取模块采集球形转子三自由度典型和非典型空间运动图像数据集(包括测试集、训练集和验证集)，并标注图像数据集；采用特征图宽度较小的Yolov5s框架训练模型，得到适用于检测球形转子实时姿态的模型；图像获取模块实时采集一帧图像，采用所述训练模型检测图像坐标系下三个不同视觉特征点的坐标位置，根据所检测的坐标和转子球面运动几何关系计算球形转子的空间姿态。
[0006]可选地，所述视觉特征点是采用设定尺寸氧化铝浮法玻璃基板设计三个不同且易于视觉训练的规则漫反射图形作为视觉特征点，其中第一、第二和第三视觉特征点沿直线等距布置，第二视觉特征点位于正中央。
[0007]可选地，当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴方向时，在第二视觉特征点正上方安装图像获取模块，组成基于单目视觉多目标检测的球形转子姿态检测系统，并完成图像获取模块的参数标定。
[0008]可选地，采用图像获取模块采集球形转子在三自由度上设定规模的典型和非典型空间运动图像数据集，并进一步对所采集的图像数据集进行标注。
[0009]可选地，采用特征图宽度较小的Yolo v5s网络及其标准预训练模型，在步骤S3所述设定规模的自建图像数据集上进行模型的迁移学习，进而得到适用于球形电机转子实时姿态检测工况的Yolo v5s网络模型。
[0010]可选地，图像获取模块实时采集一帧图像，并进一步定义全局变量矩阵P3×2，实时存储当前帧图像中第一、第二和第三视觉特征点在像素坐标系下的各自坐标。
[0011]可选地，根据全局变量矩阵P3×2中存储的第一、第二和第三特征点在图像坐标系中的坐标与转子球面运动几何关系计算球形转子的实时运动欧拉角。
[0012]根据本申请的另一个方面，还提供了一种球形电机转子姿态检测装置，其特征在于，包括：图像获取模块，计算模块，存储与控制模块，球形电机样机。
[0013]进一步地，图像获取模块，用于获取实时图像帧；
[0014]进一步地，计算模块，用于部署基于YOLO V5s框架的多目标视觉检测算法模型，并实时计算三个视觉目标在图像中的位置，并通过三个视觉目标与转子球面运动几何关系计算转子的实时姿态；
[0015]进一步地，存储与控制模块，用于存储转子空间姿态并提供球形电机闭环控制算法的接口。
[0016]进一步地，球形电机样机用于在装置中提供具备空间运动能力的球形转子，是所述检测方法的检测对象。
[0017]本专利技术具有如下优点：
[0018]通过本专利技术提供的一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置，该方法能在不需要对视觉系统进行复位的前提下，直接进行视觉特征点的转子姿态检测，显著提高了检测方法的通用性。同时，在视觉特征点被长遮挡后，重新出现在图像获取模块视野中即恢复视觉检测，不会因视觉跟踪失败而无法再次恢复系统功能。因此，本专利技术有效解决了基于视觉球形转子检测中，转子需要首先复位和视觉特征点被长时遮挡导致检测失败的问题。
附图说明
[0019]图1示出了根据本申请实施例的一种球形电机转子姿态检测方法流程图；
[0020]图2示出了根据本申请实施例的具有三个不同图形特征的视觉目标特征点设计图；
[0021]图3示出了根据本申请实施例的球形电机转子姿态检测装置图
具体实施方式
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0023]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0024]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例。
[0025]正如
技术介绍
中所说的，现有球形转子姿态视觉检测技术均大多首先需要将球形转子复位至初始位置；在视觉特征点被长时遮挡的工况导致检测失败后，现有视觉转子姿
态视觉检测方法除采取复位球形转子重新检测的方法外，无法自动恢复球形转子姿态视觉检测功能的问题。本申请的一种典型实时方式中，通过采用单目视觉深度学习算法，提供了一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置。
[0026]在本申请实施例中提供了一种球形电机转子姿态检测方法与检测装置。图1是根据本申请实施例的一种球形电机转子姿态检测方法流程图，如图1所示。该方法包括以下步骤：
[0027]步骤S102，开发具有第一、第二和第三，三种不同视觉特征点的特征板，并固定在转子输出轴顶端；
[0028]步骤S104，当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴时，在第二特征点正上方安装图像获取模块组成球形转子姿态检测系统，标定图像获取模块；
[0029]步骤S106，通过图像获取模块采集球形转子三自由度典型和非典型空间运动图像数据集(包括测试集、训练集和验证集)，并标注图像数据集；
[0030]步骤S108，采用特征图宽度较小的Yolov5s框架训练模型，得到适用于检测球形转子实时姿态的模型；
[0031]步骤S110，图像获取模块实时采集一帧图像，采用所述训练模型检测图像坐标系下三个不同视觉特征点的坐标位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形电机转子姿态检测方法，其特征在于，所述的转子姿态视觉检测方法包括以下步骤：步骤S1：开发具有第一、第二、第三，三种不同视觉特征点的特征板，并固定在转子输出轴顶端；步骤S2：开发球形转子姿态视觉检测系统，当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴时，在第二特征点正上方安装图像获取模块，并对其进行标定；步骤S3：采集并标注球形转子三自由度典型和非典型空间运动图像数据集；步骤S4：采用YoloV5s框架设计并训练适用于检测球形转子实时姿态的网络模型；步骤S5：图像获取模块实时采集一帧图像，采用所述网络模型检测图像坐标系下三个不同视觉特征点的坐标位置，根据所检测的坐标和转子球面运动几何关系计算球形转子的空间姿态。2.根据权利要求1所述的一种球形电机转子姿态检测方法，其特征在于，在步骤S1内，采用设定尺寸氧化铝浮法玻璃基板设计三个不同且易于视觉训练的规则漫反射图形作为视觉特征点，其中第一、第二和第三视觉特征点沿直线等距布置。3.根据权利要求1所述的一种球形电机转子姿态检测方法，其特征在于，在步骤S2内，当转子输出轴位于东北天坐标系的Z轴方向时，在第二视觉特征点正上方安装图像获取模块，组成基于单目视觉多目标检测的球形转子姿态检测系统，并完成图像获取模块的参数标定。4.根据权利要求1所述的一种球形电机转子姿态检测方法，其特征在于，在步骤S3内，采用图像获取模块采集球形转子在三自由度上设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：周嗣理，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：