智能球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度測(cè)量及精度提升技術(shù).pdf

1、球鉸鏈具有三個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，可實(shí)現(xiàn)任意方向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度較高、運(yùn)動(dòng)靈活、承載能力強(qiáng)、工作空間大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)測(cè)量機(jī)等。球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)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(zhuǎn)角度的高精度檢測(cè)還缺少方法。在不影響球鉸鏈承重能力、回轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)靈活性等關(guān)鍵指標(biāo)的前提下，本文研制了一種基于磁效應(yīng)的嵌入式智能球鉸鏈，將永磁體嵌入在球頭內(nèi)、若干霍

2、爾傳感器嵌入在球窩中，永磁體隨球桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器檢測(cè)其所在位置變化的磁場(chǎng)，根據(jù)磁場(chǎng)理論知識(shí)建模、反解，實(shí)現(xiàn)球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度的辨識(shí)和測(cè)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(gè)、多個(gè)永磁體為磁場(chǎng)源的外部空間磁場(chǎng)分布表達(dá)式;結(jié)合矩陣旋轉(zhuǎn)理論完成了球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度測(cè)量的理論模型的構(gòu)建;為單個(gè)、多個(gè)永磁體模型選定了適當(dāng)?shù)臄?shù)值積分算法，也為反解函數(shù)fsolve選取了有效的初值設(shè)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(guò)Matlab仿真得出了傳感器與永磁體的最佳匹配位置;設(shè)計(jì)并制作了項(xiàng)目組的第一臺(tái)嵌入式球鉸鏈樣機(jī)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)比對(duì)裝置分析了樣機(jī)的測(cè)量精度和分辨率。
　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在球鉸鏈轉(zhuǎn)角較小時(shí)，α和β角度的測(cè)量精度較高，量程增大后，測(cè)量誤差隨之增大，在±10°旋轉(zhuǎn)范圍以內(nèi)，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±