六自由度運(yùn)動跟蹤用于測量、跟蹤、記錄物體在三維空間運(yùn)動軌跡與姿態(tài)變化的高技術(shù)系統(tǒng),是人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、機(jī)器人遠(yuǎn)程遙控、互動式游戲、體育訓(xùn)練等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)。本論文研究基于電磁感應(yīng)的運(yùn)動跟蹤技術(shù),與光學(xué)式跟蹤技術(shù)和慣性導(dǎo)航技術(shù)相比,電磁式運(yùn)動跟蹤設(shè)備成本低廉、裝配簡單、良好穿透性,因?yàn)橛?jì)算的是絕對位置,不存在誤差累積問題。因而,電磁定位技術(shù)具備區(qū)別于傳統(tǒng)跟蹤技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢,具有很大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿σ源诰�。然�?電磁定位也存在跟蹤范圍小、金屬/磁體干擾嚴(yán)重等問題,如何提高系統(tǒng)精度、實(shí)時(shí)性以及抗干擾能力仍是當(dāng)前廣泛研究的課題。本論文主要研究的關(guān)鍵技術(shù)問題包括:1)載流線圈的磁場分布模型,它是快速精準(zhǔn)解算六自由度參數(shù)的首要問題;2)電磁信號衰減嚴(yán)重,如何從微弱感應(yīng)電壓信號中解析位置耦合信息,這對濾波處理和解調(diào)的設(shè)計(jì)要求比較高;3)常用預(yù)校準(zhǔn)技術(shù)依賴于人工標(biāo)定,或需冗余異類定位設(shè)備輔助,自動高效的系統(tǒng)參數(shù)校準(zhǔn)方法是電磁定位領(lǐng)域的難點(diǎn)。綜合電磁學(xué)、數(shù)字信號處理、算法分析與電子電路設(shè)計(jì)等多類學(xué)科交叉知識,本論文研究交變磁場模型、新型6-DoF求解算法,探討異步解調(diào)中的頻率失配問題,... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

交流磁定位系統(tǒng)示意圖[1]

圖 3. 外科導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖[8]型方面，因無限遠(yuǎn)磁偶極子模型計(jì)算簡單，大場近似，但在近距離時(shí)誤差較大[11]；于是，型——圓環(huán)電流模型[12]，但精確計(jì)算圓環(huán)電橢圓積分，若采用牛頓迭代法等需求偏導(dǎo)數(shù)的此，為提出更合理的磁場分布模型，研究人員設(shè)想，如使用方形導(dǎo)線繞制的線圈作為磁場源對稱的傳感器來提高自由度[14]。方向耦合方程的算法上，主要分為直接計(jì)算法和可近似為線性矩陣計(jì)算[15]，速度快但結(jié)果通磁場源與傳感器之間的耦合關(guān)系構(gòu)成的非線性 LM 算法），牛頓迭代法，分割迭代法[16]等以個(gè)未知量。迭代算法都較依賴初始值的估算，

通量的變化率 d /dt成正比。而磁通量變化率與回路面積，線圈匝數(shù)，以及磁強(qiáng)正相關(guān)。若其它因素固定，通過測定感應(yīng)電壓，可計(jì)算出唯一變化因素，即磁強(qiáng) B。當(dāng)電磁場發(fā)射和感應(yīng)模式均采用線圈形態(tài)，可進(jìn)一步展開磁感應(yīng)公式得到采樣電壓與磁強(qiáng)幅度關(guān)系式： HA cos()n n0ANBtdtdvtr （2- 3）μ0和μr分別表示空氣和線圈芯的磁導(dǎo)率，N 是線圈匝數(shù)，B 是感應(yīng)磁場幅度，A 是線圈橫截面積，ω是發(fā)射線圈所激勵的交變磁場頻率，nH是發(fā)射線圈磁軸的單位向量，nA是接收線圈磁軸的單位向量。上述公式說明了幾點(diǎn)重要內(nèi)容：1）感應(yīng)電壓幅度與頻率ω線性正相關(guān)。2）電壓取決于接收線圈相對磁場的方向；如果線圈中心軸與磁場方向垂直，將無感應(yīng)電壓。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]圓環(huán)電流磁場的普遍分布[J]. 向裕民.  大學(xué)物理. 1999(01)



本文編號：3621738