智能球關節(jié)的測量原理及關鍵技術研究.pdf

1、精密球鉸鏈和球關節(jié)是機器人、并聯(lián)機構(gòu)、并聯(lián)機床和并聯(lián)測量機上重要運動部件，應用十分廣泛。如果能實時獲知球鉸桿在空間任意方向上的回轉(zhuǎn)角度，將有助于實現(xiàn)對球鉸鏈的運動控制和間隙誤差的補償。在不影響球關節(jié)運動精度、力學性能，不破壞結(jié)構(gòu)的前提下，本文研制一種基于磁效應的智能球關節(jié)，可實時獲悉其在空間任意方向上的回轉(zhuǎn)角度并辨別運動方向。該項研究如果在精度和分辨率上獲得突破將有非常寬闊的應用前景，不只局限于機器人和并聯(lián)機構(gòu)領域，凡是有多維回轉(zhuǎn)運動需

2、要測量角度的場合均可應用。
　　本文根據(jù)智能球關節(jié)結(jié)構(gòu)進行樣機設計，樣機有兩部分組成，第一部分是智能球關節(jié)結(jié)構(gòu)，依據(jù)永磁體磁場分布和傳感器的檢測區(qū)域，完成了永磁體和傳感器的空間位置匹配，并采用磁場理論、坐標變換矩陣來構(gòu)建測量原理的數(shù)學模型。第二部分是標定裝置，此標定結(jié)構(gòu)能模擬球關節(jié)運動，且實現(xiàn)對傳感器信號計算的測量角度值進行標定。根據(jù)樣機的系統(tǒng)設計思路，進行測試系統(tǒng)硬件搭建和軟件設計。
　　經(jīng)過實驗測試及數(shù)據(jù)分析，球鉸鏈空間

3、回轉(zhuǎn)角度分量α、β都在-15°～15°范圍內(nèi)變動時，α在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差為1.1°，β在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差為0.74°;α、β都在-9°～9°范圍內(nèi)變動時，α在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差為0.78°，β在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差為0.42°。當回轉(zhuǎn)角度比較小時，相對于預期的智能球關節(jié)的測量精度，樣機的測量誤差依然比較大，離進入精密機械領域?qū)嶋H應用還有很長的路要走，還需要進一步優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對其主要的誤差源進行分析，通過誤差建模、誤差修正來進一步提