智能球鉸鏈空間回轉角度測量及精度提升技術.pdf

1、球鉸鏈具有三個回轉自由度，可實現任意方向的自由轉動，同時具有結構緊湊、剛度較高、運動靈活、承載能力強、工作空間大等特點，廣泛應用于機器人、并聯機構、并聯機床和并聯測量機等。球鉸鏈空間回轉角度的檢測對機構的運動誤差預測分析、反饋和姿態(tài)控制具有十分重要的意義，目前，球鉸鏈空間回轉角度的高精度檢測還缺少方法。在不影響球鉸鏈承重能力、回轉精度、運動靈活性等關鍵指標的前提下，本文研制了一種基于磁效應的嵌入式智能球鉸鏈，將永磁體嵌入在球頭內、若干霍

2、爾傳感器嵌入在球窩中，永磁體隨球桿一起轉動，傳感器檢測其所在位置變化的磁場，根據磁場理論知識建模、反解，實現球鉸鏈空間回轉角度的辨識和測量。
　　本論文主要做了以下工作:基于等效磁荷模型分別建立了以單個、多個永磁體為磁場源的外部空間磁場分布表達式;結合矩陣旋轉理論完成了球鉸鏈空間回轉角度測量的理論模型的構建;為單個、多個永磁體模型選定了適當的數值積分算法，也為反解函數fsolve選取了有效的初值設置方法;確定了永磁體的形狀和霍爾傳

3、感器的放置方式，通過Matlab仿真得出了傳感器與永磁體的最佳匹配位置;設計并制作了項目組的第一臺嵌入式球鉸鏈樣機，經實驗比對裝置分析了樣機的測量精度和分辨率。
　　實驗數據表明，在球鉸鏈轉角較小時，α和β角度的測量精度較高，量程增大后，測量誤差隨之增大，在±10°旋轉范圍以內，α的最大誤差為32.34'，最小誤差為0.12'，平均誤差為11.58'，β的最大誤差為26.16'，最小誤差為-0.24'，平均誤差為12.06';在±