[發明專利]一種自帶姿態傳感的永磁球關節及其測量方法

有效

• 申請號: 201610037796.7
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105587757B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 白坤;李國民;趙杰;王瑜輝;張超
• 申請（專利權）人: 東莞思谷數字技術有限公司;華中科技大學
• 主分類號: F16C11/06
• 分類號: F16C11/06;G01B7/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 羅曉林

1.一種永磁球關節的測量方法，應用于自帶姿態傳感的永磁球關節中，所述永磁球關節包括永磁體一(2)、永磁體二(7)、轉軸(8)、球殼(1)、上底座(3)、下底座(4)及霍爾傳感器(6)；所述永磁體一(2)封裝于球殼(1)內，永磁體二(7)固設于下底座(4)上，霍爾傳感器(6)設置于永磁體二(7)上；所述下底座(4)上設置開口朝上的凹槽，球殼(1)一端嵌裝于下底座(4)的凹槽內，球殼(1)的另一端伸出上底座(3)與一轉軸(8)固定連接，轉軸(8)帶動球殼(1)相對上底座(3)、永磁體二(7)及下底座(4)轉動；

其特征在于，所述測量方法包括如下步驟：

步驟1.設置轉軸的姿態用歐拉角(α,β)表示，轉軸帶動球殼轉動的運動范圍是-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀。

步驟2.設置永磁體一在霍爾傳感器處產生的磁感應強度記為B_p1，永磁體二在霍爾傳感器處產生的磁感應強度記為B_p2，霍爾傳感器測量到的磁感應強度為B；

步驟3.霍爾傳感器測量獲得當前磁感應強度B；

步驟4.根據磁感應強度矢量疊加定律，磁感應強度B的計算公式為B＝B_p1+B_p2，因永磁體二的位置保持不變，磁感應強度B_p2為固定值；

步驟5，計算獲得永磁體一在霍爾傳感器處產生的磁感應強度為B_p1，根據B_p1獲得永磁體一當前的姿態(α,β)及轉軸位置。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，步驟3所述的霍爾傳感器當前磁感應強度B的計算公式為：

其中，M為永磁體一的極化強度矢量，所述R為霍爾傳感器的坐標點，R＇為永磁體一上的點的坐標，n為永磁體一表面的法向矢量,μ₀為真空磁導率。

3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟5具體步驟如下：

步驟501.根據B＝B_p1+B_p2獲得B_p1的值；

步驟502.永磁體一在霍爾傳感器處產生的磁感應強度記為B_p1的計算公式為：

其中，M為永磁體一的極化強度矢量，所述R為霍爾傳感器的坐標點，R＇為永磁體一上的點的坐標，n為永磁體一表面的法向矢量，μ₀為真空磁導率，Rot(α,β)是與歐拉角(α,β)對應的旋轉矩陣，Rot’(α,β)是Rot(α,β)的逆矩陣；

步驟503.Rot(α,β)具體表達形式如下：

步驟504.根據步驟502及503獲得永磁體一當前的姿態(α,β)及轉軸位置。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的測量方法，其特征在于：所述永磁體一(2)與永磁體二(7)相鄰兩個極端的極性設置為同極，構成同極相斥結構。

5.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：所述永磁體一(2)為圓柱型永磁體。

6.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：所述永磁體二(7)為圓柱型永磁體，且圓柱型永磁體的中部設置通孔，霍爾傳感器(6)置于通孔內。

7.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于：所述永磁體二(7)通過過盈配合與下底座(4)固定連接。

8.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：所述霍爾傳感器(6)為三軸霍爾傳感器。

9.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：所述下底座(4)上設置與球殼(1)等半徑的凹槽，且下底座(4)與球殼(1)接觸面設置磁流變液(5)。