5 误差源分析

• 霍尔传感器电路板的安装位置错误和方向错误。例如，霍尔传感器不直接位于磁体下方，其轴与缓冲器的中心轴不重合。安装错误会导致磁体运动轨迹如图 5-1 所示。在本例中，测得的角度应在 0° 至大约 180° 范围内，但由于发生移位，结果为 5° 至大约 195°，更大的移位会导致角度为 -15° 至大约 195°。
  图 5-1 由于安装错误产生的磁体位置轨迹
• 磁体底部与霍尔传感器封装不平行。这种轻微偏移也会在磁体和传感器 IC 之间产生一个角度，从而产生如图 5-1 所示的误差。这个偏移的磁体还会导致输出数据的波形不像图 4-3 中所示的数据波形那样平滑和对称。图 5-2 显示了当磁体与霍尔传感器不平行时的测量数据。
  图 5-2 从 0° 到大约 180° 碰撞角内的霍尔传感器输出原始数据
• 低 SNR 时，传感器 SNR 取决于磁体和传感器之间的距离、磁体强度以及霍尔传感器范围设置。TMAG5170 提供两种不同的灵敏度，每种灵敏度有三种可配置的范围设置。这些选项的范围为 ±25mT 至 ±300mT。
• 弹簧横向变形不均。
• 机器人运动速度、方向和弹簧强度以及表面材料的影响。
  图 5-3 霍尔传感器的原始数据和滤波数据波形

在使用满量程数据的统计曲线拟合计算之后，可以得到大规模生产中的大多数一般机械误差。可以在研发设计阶段减少测量误差，以确保系统所需的精度。二阶曲线拟合公式主要可减少误差并有助于满足误差要求。公式的源数据应为 X 轴和 Y 轴的原始角度数据，而不是使用 X 轴和 Y 轴的原始磁性数据。应首先计算原始反正切角，因为如果直接使用原始 X 和 Y 磁性数据，碰撞深度将与曲线拟合角度相关。

设置数据阈值以设置计算点。这有助于滤除移动机器人产生的噪声。碰撞后的磁点轨迹如图 5-4 所示。

机器人移动导致的误差主要归因于机器人的速度、移动方向、弹簧强度和缓冲器表面材料。由于撞击的方向不是朝向缓冲器弧形的中心部分，因此在使用霍尔传感器输出数据时，这种碰撞会导致测量角度和实际碰撞角度之间的误差相对较大。如图 5-5 所示，通过使用一个公式，可以对机器人的速度和方向原始角度数据进行补偿。