智能球關(guān)節(jié)的測(cè)量原理及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、精密球鉸鏈和球關(guān)節(jié)是機(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)上重要運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)用十分廣泛。如果能實(shí)時(shí)獲知球鉸桿在空間任意方向上的回轉(zhuǎn)角度，將有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)球鉸鏈的運(yùn)動(dòng)控制和間隙誤差的補(bǔ)償。在不影響球關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)精度、力學(xué)性能，不破壞結(jié)構(gòu)的前提下，本文研制一種基于磁效應(yīng)的智能球關(guān)節(jié)，可實(shí)時(shí)獲悉其在空間任意方向上的回轉(zhuǎn)角度并辨別運(yùn)動(dòng)方向。該項(xiàng)研究如果在精度和分辨率上獲得突破將有非常寬闊的應(yīng)用前景，不只局限于機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，凡是有多維回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需

2、要測(cè)量角度的場(chǎng)合均可應(yīng)用。
　　本文根據(jù)智能球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計(jì)，樣機(jī)有兩部分組成，第一部分是智能球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，依據(jù)永磁體磁場(chǎng)分布和傳感器的檢測(cè)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(chǎng)理論、坐標(biāo)變換矩陣來(lái)構(gòu)建測(cè)量原理的數(shù)學(xué)模型。第二部分是標(biāo)定裝置，此標(biāo)定結(jié)構(gòu)能模擬球關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，且實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)計(jì)算的測(cè)量角度值進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)樣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)硬件搭建和軟件設(shè)計(jì)。
　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(dāng)回轉(zhuǎn)角度比較小時(shí)，相對(duì)于預(yù)期的智能球關(guān)節(jié)的測(cè)量精度，樣機(jī)的測(cè)量誤差依然比較大，離進(jìn)入精密機(jī)械領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，還需要進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)其主要的誤差源進(jìn)行分析，通過(guò)誤差建模、誤差修正來(lái)進(jìn)一步提