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基于虚拟现实学科方向的焊接模拟器是当前国内外工程领域研究的热点之一，其手握焊枪的空间姿态与虚拟焊接轨迹质量的映射技术是该研究方向的关键难题，目前国内外研制出的焊接模拟器都存在空间定位测量和姿态测量不精准的问题。全文以电磁定位系统为主要研究对象，综合运用现代传感与测控技术、电子信息技术、电磁场理论、数学矩阵和优化设计等多学科知识，改进并设计了适用于虚拟焊接手握焊枪的空间定位系统，主要研究成果和创新点如下： （1）研究并设计了以电磁与惯性导航相结合的虚拟焊接定位系统 在分析国内外虚拟焊接模拟器的焊枪定位方法之后得出，惯性导航对于测量物体的姿态较为成熟，而电磁定位以其良好的空间无障碍性适用于小范围的定位，因此文章结合两者的优势，确定了虚拟焊接手握焊枪的空间定位系统总体设计思想和原则：以电磁定位方式获取焊枪的空间位置，以惯性导航获取焊枪的空间姿态。 （2）改进了现有三维正交式电磁定位系统 基于磁偶极子模型，对传统的三维正交式电磁定位系统进行了深入的理论研究，对其算法之中的耦合矩阵diag(2,?1,?1)修正为diag(?1,?1,2)，使得目标空间位置的解算方法得以简化，同时设计了双磁场源的信号发射系统，增大了磁场的覆盖空间和定位半径。 （3）设计了新型阵列式电磁定位系统 在研究了现有的阵列式电磁定位系统之后，针对其在直流驱动下，磁场源与传感器之间的耦合定位的非线性方程组求解困难，文章设计了新型双层式阵列磁场源，极大地简化了其定位方程组的形式，同时结合高斯牛顿迭代法和二分法得到了该设计的解析算法，该设计提高了定位精度，降低了工艺要求，并能够根据需要拓展定位系统的覆盖范围。 （4）完成了虚拟焊接定位系统的硬件设计 针对系统实时精巧的硬件要求，合理选择了所需的传感器和电器元件，制作了发射线圈。该系统以开源的Arduino开发板为系统的处理器，弱化了编程的要求，以 MPU-9150为接收传感器，该传感器同时满足了惯性导航和磁信号接收的要求，并在此基础之上合理设计了驱动电路，满足了系统的设计需求。 （5）完成了虚拟焊接定位系统的实验仿真验证 文章结合 MATLAB软件，对所设计的虚拟焊接定位系统仿真研究。利用MATLAB强大的矩阵运算能力，建立磁场发射系统模型，模拟了磁场在空间的分布与传感器对磁场的获取，并针对于三维正交式电磁定位系统，通过多次修正优化，得到了较为理想的结果；针对于新型双层阵列式电磁定位系统，多次优化后得到的设计，其可用区域定位精度可以达到1mm，并且响应快，拓展性能高，适合虚拟焊接焊枪的位置求解。