[发明专利]一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法

说明书

本发明公开一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法，包括以下步骤：S1:确定光流传感器与球形电机转子的位置关系；S2:光流摄像头获取球形电机转子表面图像；S3:对球形电机转子图像进行数据处理；S4:球形电机转子图像特征点选取；S5:对每一个特征点进行L‑K光流运算；S6:由每个特征点的光流计算完整图像的光流；S7:利用图像的光流获取图像投影速度；S8:利用球形电机与传感器之间的位置关系求解球形转子的速度。本发明的球形转子转速识别方法与传统的球形转子转速识别方法相比，具有无接触的优点，降低损耗；只利用单个摄像头，依靠单个光流摄像头与空间位置关系直接计算速度大小与方向。

技术领域

本发明涉及速度传感器与计算机图像处理领域，具体是一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法。

背景技术

在航天姿态控制、机器人以及数控机床等新兴高科技领域，球形电机凭借其相较于传统电机的优势——可以输出任意轴的力矩、质量更低、体积更小而获得更广泛的应用前景。为了实现对电机高精度的控制，就需要对球形电机进行闭环控制，所以获取球形电机的转速是必要的。

球形电机的转速不同于传统电机，测量球形电机的转速不仅需要测量转速大小，还需要测量转速的方向。现在市场上多采用多个摄像头配合获取球形电机的转速大小与方向。主要包括霍尔传感器、光电编码器等等方法，这些方法为了测得多个自由度的球形电机转速，需要多个传感器之间的配合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法，通过确定传感器与球形转子的相对位置，可以实现利用单个摄像头对球形电机的转速测量。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法，包括以下步骤：

S1：确定光流传感器与球形电机转子的位置关系；

S2：光流摄像头获取球形电机转子表面图像；

S3：对球形电机转子图像进行数据处理；

S4：球形电机转子图像特征点选取；

S5：对每一个特征点进行L-K光流运算；

S6：由每个特征点的光流计算完整图像的光流；

S7：利用图像的光流获取图像投影速度；

S8：利用球形电机与传感器之间的位置关系求解球形转子的速度。

进一步的，所述S1中光流传感器安装于球形电机定子外壳上，传感器摄像头参考平面与球形电机转子表面的垂直距离在摄像头工作范围之内。

进一步的，所述S2中获取照片的摄像头分辨率在500以上，拍摄时外部光照条件保持不变或变化缓慢。

进一步的，所述S3具体包括以下步骤：

S31：对RGB图像数据进行灰度计算；

S32：将灰度值转化为双精度值，便于计算机处理。

进一步的，所述S4具体包括以下步骤：

S41：计算图像中每个像素点的梯度矩阵G及其最小特征值λ_m；

式中p_x，p_y为计算像素点的位置，w_x，w_y为综合选取窗口大小，选取范围在2-7像素范围之内；I_x，I_y为像素点灰度值在x，y方向的偏导；

S42：寻找图像中所有最小特征值的最大值λ_max；