智能球关节的测量原理及关键技术研究

【摘要】精密球铰链和球关节是机器人、并联机构、并联机床和并联测量机上重要运动部件，应用十分广泛。如果能实时获知球铰杆在空间任意方向上的回转角度，将有助于实现对球铰链的运动控制和间隙误差的补偿。在不影响球关节运动精度、力学性能，不破坏结构的前提下，本文研制一种基于磁效应的智能球关节，可实时获悉其在空间任意方向上的回转角度并辨别运动方向。该项研究如果在精度和分辨率上获得突破将有非常宽阔的应用前景，不只局限于机器人和并联机构领域，凡是有多维回转运动需要测量角度的场合均可应用。本文根据智能球关节结构进行样机设计，样机有两部分组成，第一部分是智能球关节结构，依据永磁体磁场分布和传感器的检测区域，完成了永磁体和传感器的空间位置匹配，并采用磁场理论、坐标变换矩阵来构建测量原理的数学模型。第二部分是标定装置，此标定结构能模拟球关节运动，且实现对传感器信号计算的测量角度值进行标定。根据样机的系统设计思路，进行测试系统硬件搭建和软件设计。经过实验测试及数据分析，球铰链空间回转角度分量、都在-15°~15°范围内变动时，在其区域内的平均误差为1.1°，在其区域内的平均误差为0.74°；、都在-9°~9°范围内变动时，在其区域内的平均误差为0.78°，在其区域内的平均误差为0.42°。当回转角度比较小时，相对于预期的智能球关节的测量精度，样机的测量误差依然比较大，离进入精密机械领域实际应用还有很长的路要走，还需要进一步优化系统结构，并对其主要的误差源进行分析，通过误差建模、误差修正来进一步提高测量精度。
【作者】李帅鹏；
【导师】胡鹏浩；
【作者基本信息】合肥工业大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】智能球关节；球铰链；测量原理；标定装置；样机；

【参考文献】
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