球形电机是一种基于中心球关节的三自由度电磁驱动电机,其转动灵活,结构紧凑,相比传统的多自由度平台省去了复杂的传动机构,旋转无奇异点,在机器人关节,曲面共形打印等方向有着重要的应用前景。球形电机的应用中,准确,高数据率的姿态传感方案对电机的闭环控制至关重要,现有的姿态传感方案,如图形编码或导向框架等姿态测量方案在数据率或测量灵活性方面有着较大的限制。启发于飞行器惯性姿态融合系统中结合不同传感器的测量,通过数据融合弥补传感器的不足,本文将研究针对球形电机多自由度系统的姿态融合方法。常用的惯性测量方案在球形电机姿态测量中需要面对严重的地磁干扰与加速度干扰等问题。多自由度姿态融合方法的关键即为克服现有的测量干扰,为球形电机提供优质的姿态反馈。本文从数据融合中使用的陀螺仪与加速度的测量模型出发,给出姿态测量的方案,并推导测量姿态与转子姿态的转换关系。基于广义卡尔曼滤波详细地给出姿态融合算法,针对数据融合中的干扰问题,提出一种基于定子加速度测量的时变参考矢量姿态融合算法,构建仿真数据并验证了姿态融合算法的有效性。考虑到实际传感器测量的误差,对传感器的噪声进行仔细的测量与分析,设计相应的数字滤波和标定方案,最终在实验平台上对姿态融合算法进行实验验证。实验结果说明了数据融合算法在方位校正与姿态检测上的有效性。