【摘要】：球鉸鏈具有三個回轉自由度,可實現任意方向的自由轉動,同時具有結構緊湊、剛度較高、運動靈活、承載能力強、工作空間大等特點,廣泛應用于機器人、并聯機構、并聯機床和并聯測量機等。球鉸鏈空間回轉角度的檢測對機構的運動誤差預測分析、反饋和姿態(tài)控制具有十分重要的意義,目前,球鉸鏈空間回轉角度的高精度檢測還缺少方法。在不影響球鉸鏈承重能力、回轉精度、運動靈活性等關鍵指標的前提下,本文研制了一種基于磁效應的嵌入式智能球鉸鏈,將永磁體嵌入在球頭內、若干霍爾傳感器嵌入在球窩中,永磁體隨球桿一起轉動,傳感器檢測其所在位置變化的磁場,根據磁場理論知識建模、反解,實現球鉸鏈空間回轉角度的辨識和測量。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、多個永磁體為磁場源的外部空間磁場分布表達式;結合矩陣旋轉理論完成了球鉸鏈空間回轉角度測量的理論模型的構建;為單個、多個永磁體模型選定了適當的數值積分算法,也為反解函數fsolve選取了有效的初值設置方法;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;設計并制作了項目組的第一臺嵌入式球鉸鏈樣機,經實驗比對裝置分析了樣機的測量精度和分辨率。實驗數據表明,在球鉸鏈轉角較小時,α和β角度的測量精度較高,量程增大后,測量誤差隨之增大,在±10°旋轉范圍以內,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,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,該測量方法的量程、測量精度和分辨率都有提高,基本具備在中、低精度要求場合應用的條件。
[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.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG82

【參考文獻】

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本文編號：2281089