精密球铰是一种可在空间任意方向回转的球形运动机构,目前已广泛应用于机器人、并联机构、测量仪器等工业设备中。然而,对其空间回转角度的实时检测还缺乏高精度的测量方法,准确的获取其空间回转角度对于应用设备的运动误差预测分析、反馈和姿态控制具有重要意义。课题组经过几年的研究和经验积累,目前已经提出了基于磁效应和电涡流效应的两种测量方法,通过对传感器获取的测量数据辅以人工神经网络或采用等效磁荷解析法建立被测物理量与回转角度之间的非线性模型关系。本文主要研究内容是针对原基于磁效应的球铰链测角方案进行系统集成化改进,在保证测量精度的同时实现测量系统集成化、智能化和便携化,为未来的产品化和应用做准备。主要内容包括:通过仿真和实验测试完成了基于STM32F407的数据采集电路的设计,包括传感器恒流源供电电路、模拟信号放大和滤波电路、模数转换电路以及蓝牙通讯电路等设计和研制;通过C语言编程将训练后的RBF人工神经网络模型嵌入至STM32芯片中进行角度的实时计算,并将计算结果通过USB接口或蓝牙模块传输至显示终端,从而实现球铰链空间回转角度的实时显示;构建实验平台,对集成的角度测量系统进行测试验证,完成实验数据进行处理和误差源分析。实验测试表明:该测量系统在球铰链±20°回转范围内,α角测量均方差为29′43″,β角测量均方差为26′8″,实现了在±20°内的测量基本功能;而α和β在-20°～0°的回转范围内,α角测量均方差为10′47″,β角测量均方差为4′8″,说明该测量系统在小角度回转范围内具有较高的测量精度。与现有技术方案相比,本方案实现了信号采集处理电路集成化,传感器数据可直接在STM32中进行RBF人工神经网络计算,在满足测量精度和测量速度的同时,大大缩小了测量系统所占用的空间便于集成装配在球铰链底座的预留空间内,初步实现了测量系统集成化、智能化和便携化的目标,同时制造成本大幅下降。