一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法与流程

技术特征：

1.一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对球形转子的球面按照三个相互垂直，且经过所述球形转子的球心的分界面均分为八个色块，对所述八个色块设置不同的颜色，并根据所述八个色块的颜色进行编码；

S2：在所述球形转子的表面设置多个颜色传感器，所述多个颜色传感器的执行光轴均正对所述球形转子的球心，其中，所述颜色传感器的数量大于等于四个；

S3：采集所述多个传感器的输出信号，根据所述多个传感器的输出信号的占空比和单个传感器信号的周期得到所述球形转子的角速度矢量；

其中，在任意时刻，所述多个传感器中存在至少三个传感器使得分别由所述至少三个传感器和所述球星转子的球心组成的至少三个向量与旋转轴向量的夹角均处于预设夹角范围内。

2.根据权利要求1所述的三自由度球形转子角速度矢量检测方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

在任意时刻，所述多个传感器中至少三个颜色传感器均经过同一分界面，且满足以下关系：

设传感器坐标系三轴坐标分别为：

$E=\left[\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\end{array}\right],$

其中，所述球形转子的半径为1,E₁＝(0 0 1),E₂＝(0 1 0),E₃＝(0 0 1)；

所述三个颜色传感器的坐标值：

$U=\left[\begin{array}{c}{U}_1\\ U_2\\ U_3\end{array}\right],$

其中，U₁、U₂和U₃分别为所述三个颜色传感器的坐标值；

设转换矩阵为：

$\mathrm{\ρ}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ρ}}_{11}& {\mathrm{\ρ}}_{12}& {\mathrm{\ρ}}_{13}\\ {\mathrm{\ρ}}_{21}& {\mathrm{\ρ}}_{22}& {\mathrm{\ρ}}_{23}\\ {\mathrm{\ρ}}_{31}& {\mathrm{\ρ}}_{32}& {\mathrm{\ρ}}_{33}\end{array}\right],$

其中，ρ₁₁至ρ₃₃为转换矩阵中的参数，ρ满足：

ρ＝EU^-1，

则

$\left\{\begin{array}{c}\cot \mathrm{\α}\cot a=cos\left(p_1\mathrm{\π}\right)\\ \cot \mathrm{\β}\cot a=cos\left(p_2\mathrm{\π}\right)\\ \cot \mathrm{\γ}\cot a=cos\left(p_3\mathrm{\π}\right)\\ |\mathrm{\ρ}\×{(cos\mathrm{\α},\cos \mathrm{\β},\cos \mathrm{\γ})}^T|=1\end{array}\right.$

则角速度矢量为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\frac{60}{T}\mathrm{\ρ}{(cos\mathrm{\α},cos\mathrm{\β},cos\mathrm{\γ})}^T$

其中，α、β和γ分别是三个传感器与所述球形转子旋转轴之间的夹角，T为单个传感器信号的周期，a表示所述球形转子旋转轴与其中同时有三个传感器通过的分界面的法向量的夹角，p₁至p₃分别表示所述三个传感器的经过分界面产生的信号的占空比。

3.根据权利要求2所述的三自由度球形转子角速度矢量检测方法，其特征在于，所述颜色传感器的数量为四个，四个所述颜色传感器的坐标分别为：(0,0,1)，和

4.根据权利要求2或3所述的三自由度球形转子角速度矢量检测方法，其特征在于，所述八个色块的颜色分别为红、绿、蓝、品红、黄、青、黑和白。

5.根据权利要求1所述的三自由度球形转子角速度矢量检测方法，其特征在于，所述预设角度范围为(35.26°，144.74°)。