發(fā)布時(shí)間：2018-10-19 12:18

【摘要】：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(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±20°范圍以內(nèi),α和β的平均誤差分別為18.84′和20.34′。和前期研究成果相比,該測(cè)量方法的量程、測(cè)量精度和分辨率都有提高,基本具備在中、低精度要求場(chǎng)合應(yīng)用的條件。
[Abstract]:The spherical hinge has three degrees of freedom of rotation, can realize free rotation in any direction, and has the characteristics of compact structure, high stiffness, flexible motion, strong bearing capacity, large workspace and so on. It is widely used in robot and parallel mechanism. Parallel machine tool and parallel measuring machine, etc. The detection of spherical hinge space rotation angle is of great significance to the prediction, feedback and attitude control of the motion error of the mechanism. At present, there is still a lack of methods to detect the spherical hinge space rotation angle with high precision. In this paper, a kind of embedded intelligent ball hinge based on magnetic effect is developed, which embeds the permanent magnet into the ball head without affecting the key indexes such as the bearing capacity of the ball hinge, the precision of rotation and the flexibility of movement, and so on, in this paper, a kind of embedded intelligent ball hinge based on magnetic effect is developed. A number of Hall sensors are embedded in the ball nest and the permanent magnet rotates with the ball rod. The sensor detects the magnetic field of its position changes. According to the theory of magnetic field modeling and inverse solution the spherical hinge space rotation angle can be identified and measured. The main work of this thesis is as follows: based on the equivalent magnetic charge model, the expressions of the external magnetic field distribution with single and multiple permanent magnets as magnetic field sources are established respectively; The shape of permanent magnet and the placement mode of Hall sensor are determined. The optimal matching position between the sensor and permanent magnet is obtained by Matlab simulation, and the first embedded spherical hinge prototype of the project team is designed and manufactured. The measuring accuracy and resolution of the prototype are analyzed by the experimental comparison device. The experimental data show that when the angle of spherical hinge is small, the measurement accuracy of 偽 and 尾 angle is higher, and the measurement error increases with the increase of measuring range. In the range of 鹵10 擄rotation, the maximum error of 偽 is 32.34, and the minimum error is 0.12. The average error is 11.58, the maximum error of 尾 is 26.16, the minimum error is -0.24 and the average error is 12.060.The average error of 偽 and 尾 is 18.84 'and 20.34' respectively within 鹵20 擄. Compared with the previous research results, the measuring range, measuring precision and resolution of this method are improved, and it basically has the conditions of application in the field of medium and low precision.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG82

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊文國(guó);胡鵬浩;黨學(xué)明;;智能球鉸鏈空間磁場(chǎng)分布仿真及其影響分析[J];中國(guó)測(cè)試;2017年02期

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3 張小紅;曾勵(lì);;磁懸浮球形主動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)子位置與姿態(tài)檢測(cè)研究[J];徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年01期

4 劉記川;;MATLAB在二重積分計(jì)算中的應(yīng)用[J];學(xué)園;2015年27期

5 劉昱;王濤;范偉;王渝;黃清珊;;氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)仿人肩關(guān)節(jié)機(jī)器人的設(shè)計(jì)及力學(xué)性能分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

6 李爭(zhēng);馬駿;郭曼潔;;多自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子位置實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)[J];微特電機(jī);2015年04期

7 王春艷;李玉福;;基于等效磁荷理論的磁力驅(qū)動(dòng)器磁場(chǎng)計(jì)算[J];長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

8 邱雪松;楊龍;侯雨雷;周玉林;;新型大工作空間仿生被動(dòng)球面鉸鏈構(gòu)型及工作空間分析[J];中國(guó)機(jī)械工程;2015年03期

9 廖開方;魏春艷;;基于Matlab的解非線性方程算法設(shè)計(jì)[J];電腦編程技巧與維護(hù);2014年21期

10 傅平;胡錫幸;郭吉豐;;二自由度行波型超聲波電機(jī)的軌跡控制[J];振動(dòng)與沖擊;2014年18期

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2 王妍;基于光學(xué)傳感器的永磁球形電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)研究[D];安徽大學(xué);2015年

3 楊昕澎;基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的換電機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 耿燕飛;平面二自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人控制[D];西安電子科技大學(xué);2014年

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6 胡庚;粘結(jié)NdFeB/鍶鐵氧體復(fù)合磁體的制備與性能研究[D];華南理工大學(xué);2014年

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10 李增明;新型二自由度平移并聯(lián)機(jī)器人性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2281089