面向运动跟踪的电磁定位技术研究

发布时间：2022-02-12 12:42

　　六自由度运动跟踪用于测量、跟踪、记录物体在三维空间运动轨迹与姿态变化的高技术系统,是人机交互、虚拟现实系统、机器人远程遥控、互动式游戏、体育训练等多个应用领域的核心关键技术。本论文研究基于电磁感应的运动跟踪技术,与光学式跟踪技术和惯性导航技术相比,电磁式运动跟踪设备成本低廉、装配简单、良好穿透性,因为计算的是绝对位置,不存在误差累积问题。因而,电磁定位技术具备区别于传统跟踪技术的独特优势,具有很大的应用发展潜力以待挖掘。然而,电磁定位也存在跟踪范围小、金属/磁体干扰严重等问题,如何提高系统精度、实时性以及抗干扰能力仍是当前广泛研究的课题。本论文主要研究的关键技术问题包括:1)载流线圈的磁场分布模型,它是快速精准解算六自由度参数的首要问题;2)电磁信号衰减严重,如何从微弱感应电压信号中解析位置耦合信息,这对滤波处理和解调的设计要求比较高;3)常用预校准技术依赖于人工标定,或需冗余异类定位设备辅助,自动高效的系统参数校准方法是电磁定位领域的难点。综合电磁学、数字信号处理、算法分析与电子电路设计等多类学科交叉知识,本论文研究交变磁场模型、新型6-DoF求解算法,探讨异步解调中的频率失配问题,... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

交流磁定位系统示意图[1]

图 3. 外科导航系统示意图[8]型方面，因无限远磁偶极子模型计算简单，大场近似，但在近距离时误差较大[11]；于是，型——圆环电流模型[12]，但精确计算圆环电椭圆积分，若采用牛顿迭代法等需求偏导数的此，为提出更合理的磁场分布模型，研究人员设想，如使用方形导线绕制的线圈作为磁场源对称的传感器来提高自由度[14]。方向耦合方程的算法上，主要分为直接计算法和可近似为线性矩阵计算[15]，速度快但结果通磁场源与传感器之间的耦合关系构成的非线性 LM 算法），牛顿迭代法，分割迭代法[16]等以个未知量。迭代算法都较依赖初始值的估算，

通量的变化率 d /dt成正比。而磁通量变化率与回路面积，线圈匝数，以及磁强正相关。若其它因素固定，通过测定感应电压，可计算出唯一变化因素，即磁强 B。当电磁场发射和感应模式均采用线圈形态，可进一步展开磁感应公式得到采样电压与磁强幅度关系式： HA cos()n n0ANBtdtdvtr （2- 3）μ0和μr分别表示空气和线圈芯的磁导率，N 是线圈匝数，B 是感应磁场幅度，A 是线圈横截面积，ω是发射线圈所激励的交变磁场频率，nH是发射线圈磁轴的单位向量，nA是接收线圈磁轴的单位向量。上述公式说明了几点重要内容：1）感应电压幅度与频率ω线性正相关。2）电压取决于接收线圈相对磁场的方向；如果线圈中心轴与磁场方向垂直，将无感应电压。

【参考文献】：
期刊论文
[1]圆环电流磁场的普遍分布[J]. 向裕民.  大学物理. 1999(01)



本文编号：3621738