精密球铰链是可以实现三自由度回转的球面副,具有刚度高、运动灵活、结构紧凑等优势,广泛应用于机器人、并联机构、汽车联接系统以及医疗器械等高精尖领域。针对精密球铰链的空间方位和回转角度无法自知的问题以及球铰链的运动间隙变化,在国家自然科学基金项目支持下,提出了两种基于“霍尔传感器+永磁体”球铰链空间转角测量方法,并系统归纳研究了球铰链间隙的变化规律及概率分布,为这项技术能进一步发展并进入实际应用奠定了基础。在前期工作的基础上,本论文工作主要包括:其一,利用神经网络的强大建模功能,建立了基于三输入霍尔传感器的球铰链空间转角测量新方法,分别调整两种算法的参数、网络结构和训练区域划分以达到理论最高解算精度,并在两台智能球铰链样机上进行了实验和验证,结果表明,GRNN算法在±18°范围内转角?测量均方差为10.52′,转角?测量均方差为9.67′,总体精度较等效磁荷模型法提高了14.09′,ELM算法使用小型球铰链为研究对象,在-20????-13?,-20????0?子区块内转角?测量均方差为5.16′,转角?测量均方差为3.95′,成功预测小球铰链的空间转角值;其二,根据在此项研究中积累的教训、经验和技术,提出了一种基于电涡流传感器的全新测量方案,该方案不再使用永磁体和霍尔传感器,转而采用电涡流传感器阵列识别球头表面形貌,再辅以人工网络建模的技术,实现了球铰链回转方向辨识和回转角度测量,通过电容类比仿真得出电涡流传感器阵列与球头表面形貌特征的配对模型,完成了新样机的研制和后续的电路及信号采集系统配置,其在±14°范围内转角?测量均方差为(17)(15)(13)(21)(20)′,转角?测量均方差为(17)(18)(13)(20)(24)′,证明此方法具备实验测角的可行性,且对球铰链结构影响极小,值得进一步研究;其三,从理论上及实验上进一步研究了球铰链间隙误差分布的特点及规律,得出了沿球铰杆轴线上存在拉伸和压缩时,其间隙分布服从正态分布和泊松分布的结论,多次重复实验表明,该分布具有很高的重复性。