基于磁效應(yīng)的嵌入式精密球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度測量技術(shù)研究.pdf

1、球鉸鏈?zhǔn)且环N能夠提供3自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，由球鉸桿、球頭和球基座組成。由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并且能夠靈活地承受來自任意方向的載荷，所以在各種形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。如果能實(shí)時準(zhǔn)確地獲得球鉸鏈的回轉(zhuǎn)角度，將有助于并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動控制及精度提高。本文在先前研究的永磁體分離式測量方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入探索，研究一種矩形永磁體嵌入式精密球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度的測量方法。選用特定型號的永磁體嵌入到球頭的底部，在球鉸鏈球窩底部放置多個磁敏傳

2、感器組成傳感器陣列，通過磁激勵源與磁敏傳感器相互配合的方式可以實(shí)時獲知球鉸鏈回轉(zhuǎn)角度信息。
　　本文首先建立了兩種矩形永磁體空間磁場分布理論模型，并探討了兩種理論模型的優(yōu)缺點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論模型的合理性，對建立模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，探索了永磁體附近適合用來角度信息檢測的空間區(qū)域。接著根據(jù)球鉸鏈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計(jì)和改進(jìn)，樣機(jī)結(jié)構(gòu)能夠模擬球鉸鏈運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對傳感器信號反解角度值的標(biāo)定。
　　大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析表明，球鉸

3、鏈空間回轉(zhuǎn)角度分量α、β都在-10°～10°范圍內(nèi)變動時，α在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差為0.36°，β在其區(qū)域內(nèi)的平均誤差也為0.36°。當(dāng)α、β超過該范圍時，磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)測值變化強(qiáng)于理論值，但變化趨勢基本相同，針對該問題本文給出一種新的變系數(shù)理論模型，有效地利用了磁場待測空間，擴(kuò)大了量程。通過該模型反解出的α在-20°～20°范圍內(nèi)變動時，平均誤差為0.42°，β在-16°～16°的平均誤差0.36°，相對先前的方案，測量精度和反解速度都