CN105587757A - 一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法，所述永磁球关节包括永磁体一、永磁体二、转轴、球壳、上底座、下底座及霍尔传感器；永磁体一封装于球壳内，永磁体二固设于下底座上，霍尔传感器设置于永磁体二上；下底座上设置开口朝上的凹槽，球壳一端嵌装于下底座的凹槽内，球壳的另一端伸出上底座与一转轴固定连接，转轴带动球壳相对上底座、永磁体二及下底座转动。本发明实现转轴的多自由度转动，上下永磁体的极化方向相反，排斥力抵消掉转轴的一部分重力，减小转轴对轴承接触部位的正压力进而减小摩擦，降低磨损、延长轴承寿命、减小振动和噪声；磁流变液起到良好的润滑作用，减小摩擦；通过霍尔传感器检测及映射关系，方便快捷地获得转轴位置。

Description

一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法

技术领域

本发明涉及磁场传感领域，特别是涉及一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法。

背景技术

传统的机械轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架等部分组成，轴承与转轴之间存在摩擦，产生无用功耗，这样不仅降低了传动效率而且还会产生噪声。此外，传统轴承中的滚动轴承由于其内部存在很大的相对运动空间，导致轴承承受冲击载荷的能力较差，高速重载工况下寿命较低，存在较大的机械振动和噪声。

在有些需要实现多个自由度的转动的场合，设计者往往采用多自由度轴承。传统的多自由度轴承包括球面滚动轴承、万向节、虎克铰等，这些多自由度轴承虽然都能实现多自由度转动，但是却有一些不足：球面滚动轴承制造要求精度高，长时间运动磨损后无法保证运动的精度；万向节、虎克铰等结构复杂，运动不够灵活。

由于传统机械轴承存在摩擦、磨损、振动和噪声等问题，因此国内外的学者一直在致力于新型轴承的研究以解决传统轴承的这些问题。磁悬浮轴承就是其中被研究得比较多的一种新型轴承。磁悬浮轴承通过控制感应磁场，使轴保持悬浮状态，这样轴能在不接触的情况下转动。磁性轴承的控制系统能够感应轴的位置，并且实时调整使轴保持在目标位置。与传统轴承相比，磁悬浮轴承没有机械接触，转子转速高，具有机械磨损小、寿命长、清洁无油污等优点。

磁悬浮轴承根据磁轴承产生磁场的性质通常可以分为三类：第一、主动磁轴承：控制系统对磁场进行主动控制，使转子的运动达到预期的要求；第二、被动磁轴承：用永磁力或电磁力或超导力实现转子的悬浮；第三、混合磁轴承：用永磁体和电磁铁共同作用，实现转子悬浮。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法，摩擦力小，测量方便快捷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自带姿态传感的永磁球关节，包括永磁体一、永磁体二、转轴、球壳、上底座、下底座及霍尔传感器；所述永磁体一封装于球壳内，永磁体二固设于下底座上，霍尔传感器设置于永磁体二上；所述下底座上设置开口朝上的凹槽，球壳一端嵌装于下底座的凹槽内，球壳的另一端伸出上底座与一转轴固定连接，转轴带动球壳相对上底座、永磁体二及下底座转动。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述永磁体一与永磁体二相邻两个极端的极性设置为同极，构成同极相斥结构。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述永磁体一为圆柱型永磁体。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述永磁体二为圆柱型永磁体，且圆柱型永磁体的中部设置通孔，霍尔传感器置于通孔内。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述永磁体二通过过盈配合与下底座固定连接。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述霍尔传感器为三轴霍尔传感器。

作为本发明的较佳实施例，本发明所述下底座上设置与球壳等半径的凹槽，且下底座与球壳接触面设置磁流变液。

一种应用所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，包括如下步骤：

步骤1.设置转轴的姿态用欧拉角(α,β)表示，转轴带动球壳转动的运动范围是-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀；

步骤2.设置永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1体二在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p2，霍尔传感器测量到的磁感应强度位B；

步骤3.霍尔传感器测量获得当前磁感应强度B；

步骤4.根据磁感应强度矢量叠加定律，磁感应强度B的计算公式为B＝B_p1+B_p2，因永磁体二的位置保持不变，磁感应强度B_p2为固定值；

步骤5，计算获得永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度为B_p1，根据B_p1获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。

作为本发明的较佳实施例，本发明步骤3所述的霍尔传感器当前磁感应强度B的计算公式为：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dS$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，n为永磁体一表面的法向矢量，μ₀为真空磁导率。

作为本发明的较佳实施例，本发明步骤5具体步骤如下：

步骤501.根据B＝B_p1+B_p2获得B_p1的值；

步骤502.永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1的计算公式为：

$B_{p1}=f(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})(\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dS)$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，n为永磁体一表面的法向矢量，μ₀为真空磁导率，Rot(α,β)是与欧拉角(α,β)对应的旋转矩阵，Rot’(α,β)是Rot(α,β)的逆矩阵；

步骤503.Rot(α,β)具体表达形式如下：

$Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ 0& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

步骤504.根据步骤502及503获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：转轴带动球壳相对上底座、永磁体二及下底座转动，实现转轴的多自由度转动；上下永磁体的极化方向相反，排斥力可以抵消掉转轴的一部分重力，减小转轴对轴承接触部位的正压力进而减小摩擦，降低磨损、延长轴承寿命、减小振动和噪声；在下底座与球壳接触面设置磁流变液，磁流变液可以充满机械部件间的间隙，起到良好的润滑作用，减小摩擦，降低机械部件的磨损，同时降低系统密封性能的要求；通过霍尔传感器检测及映射关系，方便快捷地获得转轴位置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的转轴姿态欧拉角定义结构示意图；

图3为本发明的磁场和姿态映射关系结构示意图。

具体实施方式

本发明的主旨在于克服现有技术的不足，提供一种自带姿态传感的永磁球关节及其测量方法，属于上述磁悬浮轴承中的被动磁轴承，利用永磁体产生的磁力来实现转子的悬浮，霍尔传感器可以实时测量该点的磁感应强度。下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征及优点进行更深入的诠释。

本发明的结构示意图如图1所示，一种自带姿态传感的永磁球关节，包括永磁体一2、永磁体二7、转轴8、球壳1、上底座3、下底座4及霍尔传感器6；所述永磁体一2封装于球壳1内，永磁体二7固设于下底座4上，霍尔传感器6设置于永磁体二7上；所述下底座4上设置开口朝上的凹槽，球壳1一端嵌装于下底座4的凹槽内，球壳1的另一端伸出上底座3与一转轴8固定连接，转轴8带动球壳1相对上底座3、永磁体二7及下底座4转动。如图1所示，永磁球轴承属于上述磁悬浮轴承中的被动磁轴承，利用永磁体一、二产生的磁力来实现转子的悬浮。图1所涉及到的两个永磁体都是圆柱形的，其中上面的永磁体一与转轴固连，其姿态会随着转轴姿态的改变而改变；下面的永磁体二与下底座固连，姿态保持不变，永磁体二中间有一个内孔，用来安装霍尔传感器，霍尔传感器可以实时测量该点的磁感应强度。

如图1所示，本发明所述永磁体一2与永磁体二7相邻两个极端的极性设置为同极，构成同极相斥结构。通过设置上下永磁体的极化方向相反，由于同极相斥，上下永磁体之间会产生相互排斥的力，永磁体一会受到向上的力F，这种排斥力可以抵消掉转轴的一部分重力，减小转轴对轴承接触部位的正压力进而减小摩擦，降低磨损、延长轴承寿命、减小振动和噪声。当永磁体一发生倾斜时，永磁体二还会对上永磁体产生力矩T，力矩总是使永磁体一恢复到平衡位置。

本发明中，本发明所述永磁体一2为圆柱型永磁体。本发明所述永磁体二7为圆柱型永磁体，且圆柱型永磁体的中部设置通孔，霍尔传感器6置于通孔内，所述永磁体二7通过过盈配合与下底座4固定连接。永磁体二是一个圆柱形的带孔永磁体，通过过盈配合与下底座固连；永磁体一是一个圆柱形永磁体，它被封装在一个球壳中，球壳置于下底座的等半径的凹槽处，球壳的另一端通过螺纹与转轴连接，这样可以实现转轴的多自由度转动，转轴的运动范围为-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀。底座通过螺纹与其他固定的部件连接。

本发明所述霍尔传感器6为三轴霍尔传感器。在带孔的圆柱形永磁体的孔中布置有三轴霍尔传感器，该霍尔传感器能够测量该点的磁感应强度B＝[B_XB_YB_Z]。根据图3中利用神经网络工具建立的这两者之间的映射关系，控制系统就能够根据霍尔传感器的测量值B求解出永磁体当前的姿态(α,β)。

为了减少摩擦力、振动和噪音，本发明所述下底座4上设置与球壳1等半径的凹槽，且下底座4与球壳1接触面设置磁流变液5。磁流变液是一种由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在机械部件相互接触的部位添加磁流变液5，磁流变液可以充满机械部件间的间隙，起到良好的润滑作用，减小摩擦，降低机械部件的磨损；当磁流变液遇到永磁体时，磁流变液会吸附在永磁体周围，而不会向四周散开，这可以降低对系统密封性能的要求。本发明与现有技术相比，在球壳和底座接触的地方充满了磁流变液，磁流变液能够起到润滑的作用，而永磁体之间的斥力能够减小球壳所承受的正压力，这两者的综合作用可以降低零件磨损、减小振动和噪声，延长轴承的使用寿命；利用霍尔传感器测量得到的磁感应强度值可以求解出永磁体一的当前位置，实现对转轴位置的测量。

本发明还公开了一种应用所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，转轴的姿态用欧拉角(α,β)表示，如图2所示。图中坐标系XYZ是固定坐标系，坐标系xyz是与转轴固连的运动坐标系，坐标系XYZ与xyz初始位置重合,两坐标原点o与球壳球心重合。转轴先绕着x轴旋转α角，然后绕着y轴旋转β角。转轴姿态改变后，与之固连的永磁体一的姿态也会发生改变，永磁体一姿态的改变会引起空间中磁感应强度的分布的改变；永磁体二中间布置的霍尔传感器可以测量空间中某点的磁感应强度，当上面的永磁体的姿态改变后，霍尔传感器的测量值也会发生变化，因此，永磁体一的姿态和固定的霍尔传感器的测量值存在一定的映射关系。建立永磁体姿态和传感器测量值的映射关系，永磁体的姿态就可以通过传感器的测量值计算出来。

本发明中，永磁体在空间中的点R产生的磁感应强度B＝[B_XB_YB_Z]^T可以用如下公式计算：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dS$

这里，M是永磁体的极化强度矢量，R＇是永磁体上的点，n永磁体表面的法向矢量，μ₀是真空磁导率。

由于在该球关节轴承中存在两个永磁体，因此霍尔传感器测量到的磁感应强度是永磁体一和永磁体二的共同作用。由于磁感应强度是矢量，满足叠加定律，将永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1，永磁体二在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p2，因此霍尔传感器的测量值B＝B_p1+B_p2，如图3所示。由于永磁体一的姿态(α,β)一直在变化，因此B_p1是一个与(α,β)有如下关系的量，

$B_{p1}=f(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})(\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dS)$

这里Rot(α,β)是与欧拉角(α,β)对应的旋转矩阵，Rot’(α,β)是Rot(α,β)的逆矩阵，Rot(α,β)具体表达形式如下：

$Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ 0& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

而永磁体二的位置保持不变，因此B_p2保持不变。

由于转轴的运动范围是-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀，结合上述的空间中磁感应强度的计算方法，因此，转轴运动范围内的任意姿态下的磁感应强度B可以用数值计算的方式计算出来。接着神经网络工具被用来拟合磁感应强度和转轴姿态的映射关系，磁感应强度数据作为神经网络的输入层而转轴姿态作为神经网络的输出层，然后训练神经网络即可得到磁感应强度和转轴姿态的映射关系；建立磁感应强度和转轴姿态的映射关系后，将磁感应强度数据输入神经网络即可输出当前转轴的姿态。

在带孔的圆柱形永磁体的孔中布置有三轴霍尔传感器，该霍尔传感器能够测量该点的磁感应强度B＝B_p1+B_p2。根据图3中利用神经网络工具建立的这两者之间的映射关系，控制系统就能够根据霍尔传感器的测量值B求解出永磁体当前的姿态(α,β)。

综合以上，本发明记载的一种应用所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，包括如下步骤：

步骤1.设置转轴的姿态用欧拉角(α,β)表示，转轴带动球壳转动的运动范围是-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀；

步骤2.设置永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1，永磁体二在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p2，霍尔传感器测量到的磁感应强度位B；

步骤3.霍尔传感器测量获得当前磁感应强度B；

步骤4.根据磁感应强度矢量叠加定律，磁感应强度B的计算公式为B＝B_p1+B_p2，因永磁体二的位置保持不变，磁感应强度B_p2为固定值；

步骤5，计算获得永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度为B_p1，根据B_p1获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。

作为本发明的较佳实施例，本发明步骤3所述的霍尔传感器当前磁感应强度B的计算公式为：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)(R-R^{\′})}{{\left|R-R^{\′}\right|}^3}dS$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，在整个关节中建立了一个坐标系xyz，坐标系的原点与球壳的球心重合，由于整个装置的尺寸是已知的，那么根据霍尔传感器的位置就可以得到霍尔传感器在坐标系xyz中的坐标；此外，在坐标系xyz中永磁体一上的任意一点用R＇表示，由于R＇出现在积分项里面即永磁体一上所有的点都要用到，不是特指某一点，因此R＇仅仅与永磁体一的尺寸和形状有关，R＇跟实际旋转角度有关系。n为永磁体一表面的法向矢量，μ₀为真空磁导率。

作为本发明的较佳实施例，本发明步骤5具体步骤如下：

步骤501.根据B＝B_p1+B_p2获得B_p1的值；

步骤502.永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1的计算公式为：

$B_{p1}=f(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})(\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}|}^3}dS)$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，n为永磁体一表面的法向矢量，μ₀为真空磁导率，Rot(α,β)是与欧拉角(α,β)对应的旋转矩阵，Rot’(α,β)是Rot(α,β)的逆矩阵；

步骤503.Rot(α,β)具体表达形式如下：

$Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ 0& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

步骤504.根据步骤502及503获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。

通过以上实施例中的技术方案对本发明进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例为本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：包括永磁体一(2)、永磁体二(7)、转轴(8)、球壳(1)、上底座(3)、下底座(4)及霍尔传感器(6)；所述永磁体一(2)封装于球壳(1)内，永磁体二(7)固设于下底座(4)上，霍尔传感器(6)设置于永磁体二(7)上；所述下底座(4)上设置开口朝上的凹槽，球壳(1)一端嵌装于下底座(4)的凹槽内，球壳(1)的另一端伸出上底座(3)与一转轴(8)固定连接，转轴(8)带动球壳(1)相对上底座(3)、永磁体二(7)及下底座(4)转动。

2.根据权利要求1所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述永磁体一(2)与永磁体二(7)相邻两个极端的极性设置为同极，构成同极相斥结构。

3.根据权利要求2所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述永磁体一(2)为圆柱型永磁体。

4.根据权利要求2所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述永磁体二(7)为圆柱型永磁体，且圆柱型永磁体的中部设置通孔，霍尔传感器(6)置于通孔内。

5.根据权利要求4所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述永磁体二(7)通过过盈配合与下底座(4)固定连接。

6.根据权利要求4所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述霍尔传感器(6)为三轴霍尔传感器。

7.根据权利要求1所述的自带姿态传感的永磁球关节，其特征在于：所述下底座(4)上设置与球壳(1)等半径的凹槽，且下底座(4)与球壳(1)接触面设置磁流变液(5)。

8.一种应用权利要求1-7中任一项所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.设置转轴的姿态用欧拉角(α,β)表示，转轴带动球壳转动的运动范围是-α₀≤α≤α₀、-β₀≤β≤β₀。

步骤2.设置永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1，永磁体二在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p2，霍尔传感器测量到的磁感应强度位B；

步骤3.霍尔传感器测量获得当前磁感应强度B；

步骤4.根据磁感应强度矢量叠加定律，磁感应强度B的计算公式为B＝B_p1+B_p2，因永磁体二的位置保持不变，磁感应强度B_p2为固定值；

步骤5，计算获得永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度为B_p1，根据B_p1获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。

9.根据权利要求8所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，其特征在于，步骤3所述的霍尔传感器当前磁感应强度B的计算公式为：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)(R-R^{\′})}{|R-R^{\′}{|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{-(M\·n)(R-R^{\′})}{|R-R^{\′}{|}^3}dS$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，n为永磁体一表面的法向矢量,μ₀为真空磁导率。

10.根据权利要求9所述的自带姿态传感的永磁球关节的测量方法，其特征在于，步骤5具体步骤如下：

步骤501.根据B＝B_p1+B_p2获得B_p1的值；

步骤502.永磁体一在霍尔传感器处产生的磁感应强度记为B_p1的计算公式为：

$B_{p1}=f(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})(\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{V}{\∫}\frac{-(\▿\·M)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}{|}^3}dV+\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\underset{S}{\∫}\frac{(M\·n)\left({\mathrm{Rot}}^{\′}\right(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′})}{|{\mathrm{Rot}}^{\′}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})R-R^{\′}{|}^3}dS)$

其中，M为永磁体一的极化强度矢量，所述R为霍尔传感器的坐标点，R＇为永磁体一上的点的坐标，n为永磁体一表面的法向矢量，μ₀为真空磁导率，Rot(α,β)是与欧拉角(α,β)对应的旋转矩阵，Rot’(α,β)是Rot(α,β)的逆矩阵；

步骤503.Rot(α,β)具体表达形式如下：

$Rot(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ 0& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

步骤504.根据步骤502及503获得永磁体一当前的姿态(α,β)及转轴位置。