随着工业控制领域和机器人等高新技术领域中对可在空间任意方向进行定位、执行伺服功能的元件需求与日俱增,球形多自由度电机得到了广泛关注,本文研究的磁悬浮球形主动关节作为一种新型的球形电机形式,其相关研究也得到了一定的重视。磁悬浮球形主动关节转子的位姿检测作为磁悬浮球形主动关节控制过程中不可缺少的反馈环节,其检测精度直接影响到系统的控制精度。因此,磁悬浮球形主动关节转子的位姿检测也是磁悬浮球形主动关节研究的重点和关键性内容。磁悬浮球形主动关节转子运动时为悬浮状态,采用接触式检测方法会对转子的运动产生干扰,所以一般采用非接触式检测方法。目前现有较为可行的球形转子非接触式位姿检测方法主要有两种,一是采用光学类传感器识别球形转子上喷涂的特定图形或表面微观特征,通过计算机对图形的分析来获取转子的位姿信息。二是采用在球形转子内部设置惯性导航平台的方式来获取转子的位姿信息。不同于现有的球形转子位姿检测方法,本文提出一种新型非接触式磁悬浮球形主动关节转子位姿检测方法,目前国内外尚未有相关方法的研究。该方法采用在磁悬浮球形主动关节转子上布置环形光源,并在机架上布置环形硅光电池阵列,通过检测由转子姿态变化而导致的环形硅光电池阵列输出电流的变化来检测转子与机架之间的轴向角角度数值,通过RGB颜色传感器识别转子对应区域颜色来进行轴向角角度辨向,综合得出其轴向角角度。建立将轴向角转换为欧拉角的数学模型,将检测到的三个轴向角转换成对应的三个欧拉角,从而得到完整的姿态矩阵,结合位移传感器得到的转子位置矩阵,最终得到转子的位姿矩阵来完成磁悬浮球形关节转子的位姿检测。本文的研究内容如下:(1)建立磁悬浮球形主动关节转子位姿检测中所需采用的三维坐标系并明确了各坐标系之间的关系,定义位姿参数。通过对方向余弦、欧拉角这两种姿态描述方法的研究,建立其轴向角与欧拉角转换数学模型;(2)基于光电检测基本原理及RGB颜色检测原理,提出了应用于磁悬浮球形主动关节转子姿态检测的光电角度数值检测原理及角度辨向原理,结合磁悬浮球形主动关节转子的特殊结构,对其检测单元的布置方式进行分析与研究;(3)设计并加工磁悬浮球形主动关节位姿检测系统样机。基于DSP开发平台,进行磁悬浮球形主动关节转子位姿检测系统电路和软件设计;(4)搭建磁悬浮球球形主动关节转子位姿检测实验平台,对位姿检测系统进行标定,进行了位姿检测的静态及动态实验,验证其位姿检测原理的可行性。