基于磁效应的嵌入式精密球铰链空间回转角度测量技术研究

发布时间：2017-09-11 20:42

  本文关键词：基于磁效应的嵌入式精密球铰链空间回转角度测量技术研究

  更多相关文章： 精密球铰链 空间回转角度测量 变系数理论模型 磁敏传感器

【摘要】：球铰链是一种能够提供3自由度的回转运动机构,由球铰杆、球头和球基座组成。由于其特殊的结构特点并且能够灵活地承受来自任意方向的载荷,所以在各种形式的并联机构中得到了广泛的应用。如果能实时准确地获得球铰链的回转角度,将有助于并联机器人的运动控制及精度提高。本文在先前研究的永磁体分离式测量方式的基础上,进一步深入探索,研究一种矩形永磁体嵌入式精密球铰链空间回转角度的测量方法。选用特定型号的永磁体嵌入到球头的底部,在球铰链球窝底部放置多个磁敏传感器组成传感器阵列,通过磁激励源与磁敏传感器相互配合的方式可以实时获知球铰链回转角度信息。本文首先建立了两种矩形永磁体空间磁场分布理论模型,并探讨了两种理论模型的优缺点。通过实验来验证理论模型的合理性,对建立模型的相关参数进行实验标定,探索了永磁体附近适合用来角度信息检测的空间区域。接着根据球铰链的结构进行样机设计和改进,样机结构能够模拟球铰链运动,实现对传感器信号反解角度值的标定。大量的实验和数据分析表明,球铰链空间回转角度分量α、β都在-100～10°范围内变动时,α在其区域内的平均误差为0.36°,β在其区域内的平均误差也为0.36°°当α、β超过该范围时,磁感应强度的实测值变化强于理论值,但变化趋势基本相同,针对该问题本文给出一种新的变系数理论模型,有效地利用了磁场待测空间,扩大了量程。通过该模型反解出的α在-20°～20°范围内变动时,平均误差为0.42°,β在-16°～16°的平均误差0.36。,相对先前的方案,测量精度和反解速度都有很大提高。
【关键词】：精密球铰链 空间回转角度测量 变系数理论模型 磁敏传感器
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TH712
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 相关技术国内外现状16-22
• 1.2.1 球铰链空间回转角度测量相关技术国外现状16-20
• 1.2.2 球铰链空间回转角度测量相关技术国内现状20-21
• 1.2.3 相关技术现状评述21-22
• 1.3 课题来源及主要研究内容22
• 1.3.1 课题来源22
• 1.3.2 主要研究内容22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 测量技术原理23-45
• 2.1 测量基本思路23-24
• 2.1.1 永磁体分离式测量方案23
• 2.1.2 永磁体嵌入式测量方案23-24
• 2.2 永磁体相关技术及应用24-25
• 2.3 矩形永磁体空间磁场分布模型的建立25-31
• 2.3.1 矩形永磁体分子环流模型25-29
• 2.3.2 矩形永磁体等效磁荷模型29-31
• 2.4 矩形永磁体等效磁荷模型验证以及剩磁B_r的标定31-37
• 2.4.1 实验平台32
• 2.4.2 实验过程和数据分析32-36
• 2.4.3 误差分析36-37
• 2.4.4 结论37
• 2.5 坐标转换理论37-39
• 2.6 嵌入式测量模型的建立39-40
• 2.7 球铰杆回转角度和方位角的反算40-42
• 2.8 理论模型正解与角度反解分析42-43
• 2.8.1 理论模型正解42
• 2.8.2 角度反解42-43
• 2.9 本章小节43-45
• 第三章 实验测量方案设计45-54
• 3.1 传感器和永磁体的选型45-46
• 3.2 测量系统软件设计46-47
• 3.3 矩形永磁体嵌入式方案47-48
• 3.4 测量样机的设计48-49
• 3.5 矩形永磁体外部空间磁场仿真49-50
• 3.6 不同材料对矩形永磁体磁场分布的影响50-51
• 3.7 传感器与永磁体的位置匹配51-53
• 3.8 本章小节53-54
• 第四章 实验与数据分析54-71
• 4.1 实验平台搭建54-55
• 4.2 理论数据与实验数据分析55-63
• 4.2.1 理论数据55-57
• 4.2.2 磁感应强度实测数据57-59
• 4.2.3 磁感应强度误差分布59-60
• 4.2.4 -10°～10°区域内角度反解及误差分布60-63
• 4.3 变系数理论模型与大角度测量数据处理63-69
• 4.3.1 变系数理论模型63-67
• 4.3.2 变系数理论模型角度反解67-69
• 4.4 误差分析69-70
• 4.5 本章小节70-71
• 第五章 总结与展望71-72
• 5.1 课题总结71
• 5.2 课题展望71-72
• 参考文献72-76
• 附录1 位置1处磁感应强度测量值76-78
• 附录2 位置2处磁感应强度测量值78-80
• 附录3 位置3处磁感应强度测量值80-82
• 附录4 位置4处磁感应强度测量值82-84
• 附录5 位置5处磁感应强度测量值84-86
• 读硕士学位期间的学术活动及成果情况86

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