自从进入工业4.0时代以来,人们大力发展机器人技术,传输机器人作为制造系统中物品运输的重要组成部分被广泛应用在各个行业。为保证物资传输的准确性,因此对传输机器人位置信息的测量就显得尤为重要。本文设计了一种二维平面磁栅位移测量系统,该系统可以实现在平面三个自由度（x轴方向、y轴方向、绕z轴旋转）的位移测量。二维平面磁栅位移测量系统主要包括二维磁栅和传感器电路板。二维磁栅是由多块方形永磁体排列而成,传感器电路板上集成了多个霍尔元件以及处理器芯片。对二维平面磁栅位移测量系统进行了建模和结构设计。构建了二维磁栅的三维磁场分布模型,分析了磁场的特性,并对二维磁栅的结构以及传感器电路板进行设计,确定了组成磁栅的永磁体的型号以及数量,确定了二维磁栅与传感器电路板之间的间隙为4.2mm。对测量系统的在平面三个自由度的位移测量原理进行了研究。二维平面磁栅位移测量系统测量线性位移时采用绝对位置加相对位置的形式,绝对位置是由二维磁栅覆盖的霍尔元件阵列所在的区域提供,相对位置由位于阵列中心处的霍尔元件测量得到。系统测量转角时使用四个与中心霍尔元件相距一个磁栅极距的霍尔元件进行测量。测量系统通过系数修正将任意位置处测量的转角信号转化成霍尔元件与永磁体中心重合时的转角信号,实现系统在任意位置处的转角测量。通过理论计算加仿真的方式分析了由永磁体尺寸公差引起的误差、霍尔阵列排列位置的不精确引起的误差以及二维磁栅与传感器电路板不平行引起的误差。分析三种误差对霍尔元件测量的磁场造成的误差,并给出了误差分析模型。对测量系统进行了实验验证与分析。通过实验验证测量原理的可行性,通过实验测试了测量系统线性位移和转角值的分辨力、线性度以及重复性。通过实验分析可得,测量系统在x轴方向的线性测量的分辨力优于10μm,线性度为0.81%,重复性较好,单点测量标准差为0.0065mm,测量系统在y轴方向的线性测量的分辨力为10μm,线性度为0.97%,重复性较好,单点测量标准差为0.0107mm。系统转角角位移测量的分辨力优于0.1°,线性度为1.2 8%,重复性较好,在单点测量的标准差为0.12°。