可測空間三自由度回轉角及偏移量的球鉸鏈制造技術

本實用新型專利技術公開了一種可測空間三自由度回轉角及偏移量的球鉸鏈。傳統的球鉸鏈角度測量方式復雜，難以保證高測量精度。本實用新型專利技術的兩塊弧形滑塊均與球頭的滑槽通過滾動副連接；固定在兩塊弧形滑塊的兩根銷軸分別支承在球窩底座的一個銷軸孔內；球頭連接桿與球頭固定，輸出桿的支承孔支承在球頭連接桿上；滑槽底部設有電容電極陣列；銷軸上設有四個第二電容電極組；球頭連接桿上設有四個第三電容電極組；弧形滑塊的內側、球窩的銷軸孔孔壁和輸出桿的支承孔孔壁均設有電容傳感電極對。本實用新型專利技術可實現球鉸鏈空間回轉角度及偏移量的非接觸式檢測，且算法簡單、精度高。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于測量
，具體涉及一種可測空間三自由度回轉角及偏移量 的球鉸鏈。
技術介紹
球鉸鏈是一種普遍采用的三自由度機械關節，具有結構緊湊、運動靈活和承載力 強等優點，成為并聯機構、工業機器人（機械臂）和汽車零部件等機械設備中的關鍵構件 。例如，并聯機床作為新型的數控加工裝備，其中每一個支鏈均通過鉸鏈與動、靜平臺相連， 系統的準靜態誤差對機床精度的影響約占70%，而球鉸鏈誤差對準靜態誤差有著重要影響 。由于球鉸鏈的運動受制于鉸鏈的關節間隙和結構剛性等，引起的運動誤差影響系統的傳 動精度，因此球鉸空間回轉角度的檢測對系統誤差預測分析、反饋和補償十分必要，有利于 運動機構控制的優化。 傳統的角度測量由以單自由度運動對象為主，通常有機械式測角、電磁式測角和 光學測角等方法。球鉸鏈空間回轉角度的測量對象是在約束球窩中繞球心進行三自由度 轉動的球形轉子，傳統的單自由度角位移檢測方法難以直接應用，許多研究者針對相關問 題提出一些新的方法和機構。當前，球形轉子的運動方位測量按測量方式可分為接觸式和 非接觸式。其中，接觸式測量方案的主要代表有采用滑軌支架機構和三個旋轉編碼器實現 測量結構上解耦，轉化為單自由度測量問題；非接觸式測量結構主要是基于光學傳感器、視 覺傳感器和霍爾傳感器等原理進行設計，從數據處理上實現多自由度角位移的解耦測量。 然而上述檢測方法所要構建系統比較復雜，測量數據的處理難度較大，難以保證 較高的測量精度，且在實際應用中對于安裝空間和工作環境等有較高的要求，要投入較大 的成本，研究方案有明顯的局限性。
技術實現思路
本技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種可測空間三自由度回轉角及 偏移量的球鉸鏈，基于柱面形電容極板間的面積變化引起輸出電容變化的原理，以實現球 鉸鏈運動角度測量為目標，在普通球鉸鏈的基礎上布置柱面電容電極，從結構上實現對球 鉸鏈三自由度回轉角度的解耦和測量。 本技術采用的技術方案是： 本技術包括球窩底座、球頭、球頭連接桿、輸出桿、弧形滑塊、銷軸和空間回轉 角測量裝置；所述的空間回轉角測量裝置包括電容電極陣列、第二電容電極組、第三電容電 極組、第一電容傳感電極對、第二電容傳感電極對、第三電容傳感電極對、第四電容傳感電 極對、第五電容傳感電極對、第六電容傳感電極對、第七電容傳感電極對、第八電容傳感電 極對、第九電容傳感電極對、第十電容傳感電極對、第i^一電容傳感電極對和第十二電容傳 感電極對。 所述球窩底座的球窩兩側對稱開設有銷軸孔；所述球頭的頂部與球頭連接桿固 定，側部開設有圓弧形的滑槽；兩塊弧形滑塊設置在滑槽的兩端，且均與滑槽的兩側壁通過 滾動副連接；所述弧形滑塊的外側固定有銷軸；球頭嵌入球窩內，兩根銷軸通過軸承支承 在兩個銷軸孔內；所述輸出桿的支承孔通過軸承支承在球頭連接桿上。 所述滑槽的底部設有對稱布置的兩個電容電極陣列；電容電極陣列包括沿滑槽的 槽寬方向等距布置的四個第一電容電極組，每個第一電容電極組包括沿滑槽的槽長方向等 距布置的10?12個第一電容電極；所述弧形滑塊的內側設置有第一電容傳感電極對、第二 電容傳感電極對、第三電容傳感電極對和第四電容傳感電極對；第一電容傳感電極對包括 沿滑槽的槽寬方向對齊設置且并聯連接的第一電容傳感電極C θ χ??和第二電容傳感電極 C Θ X12 ;第二電容傳感電極對包括沿滑槽的槽寬方向對齊設置且并聯連接的第三電容傳感 電極C θ χ21和第四電容傳感電極C θ χ22 ;第三電容傳感電極對包括沿滑槽的槽長方向對 齊設置且并聯連接的第五電容傳感電極C δ xll和第六電容傳感電極C δ χ12 ;第四電容傳 感電極對包括沿滑槽的槽長方向對齊設置且并聯連接的第七電容傳感電極C δ χ21和第八 電容傳感電極CSx22。 所述的銷軸上設有沿銷軸軸向等距布置的四個第二電容電極組，每個第二電容電 極組包括沿銷軸周向均布的5?7個第二電容電極；球窩的銷軸孔孔壁設有第五電容傳感 電極對、第六電容傳感電極對、第七電容傳感電極對和第八電容傳感電極對；第五電容傳感 電極對包括沿銷軸孔軸向對齊設置且并聯連接的第九電容傳感電極C Θ yll和第十電容傳 感電極C Qyl2 ;第六電容傳感電極對包括沿銷軸孔軸向對齊設置且并聯連接的第十一電 容傳感電極C Θ y21和第十二電容傳感電極C Θ y22 ;第七電容傳感電極對包括沿銷軸孔周 向對齊設置且并聯連接的第十三電容傳感電極C δ yll和第十四電容傳感電極C δ yl2 ;第 八電容傳感電極對包括沿銷軸孔周向對齊設置且并聯連接的第十五電容傳感電極C δ y21 和第十六電容傳感電極C δ y22。 toon] 所述的球頭連接桿上設有沿軸向等距布置的四個第三電容電極組；每個第三電容 電極組包括沿球頭連接桿周向均布的5?7個第三電容電極；輸出桿的支承孔孔壁設有 第九電容傳感電極對、第十電容傳感電極對、第i^一電容傳感電極對和第十二電容傳感電 極對；第九電容傳感電極對包括沿支承孔軸向對齊設置且并聯連接的第十七電容傳感電 極C Θ Zll和第十八電容傳感電極C Θ Z12 ;第十電容傳感電極對包括沿支承孔軸向對齊設 置且并聯連接的第十九電容傳感電極C θ z21和第二十電容傳感電極C θ z22 ;第^^一電容 傳感電極對包括沿支承孔周向對齊設置且并聯連接的第二十一電容傳感電極C δ zll和第 二十二電容傳感電極CS ζ12 ;第十二電容傳感電極對包括沿支承孔周向對齊設置且并聯 連接的第二十三電容傳感電極C δ z21和第二十四電容傳感電極C δ z22。 所述第一電容電極沿滑槽的槽寬方向上的弧長、沿滑槽的槽長方向上的弧長以 及相鄰兩個第一電容電極的間距均為P1;第二電容傳感電極C Θ Xl2和第四電容傳感電 極C θ χ22沿滑槽的槽長方向對齊設置，且第二電容傳感電極C θ χ12與第一電容傳感電極 C Θ xll、第四電容傳感電極C θ χ22與第三電容傳感電極C θ χ21的間距均為2P1;第一電容 傳感電極C Θ xll與第三電容傳感電極C θ χ21的間距為I. 5P1;第六電容傳感電極C δ χ12 和第八電容傳感電極C δ Χ22沿滑槽的槽寬方向對齊設置，且第六電容傳感電極C δ Χ12與 第五電容傳感電極C δ xll、第八電容傳感電極C δ Χ22與第七電容傳感電極C δ X21的間距 均為2P1;第五電容傳感電極C δ xll與第七電容傳感電極C δ X21的間距為I. 5P lt) 所述第二電容電極沿銷軸周向的弧長、沿銷軸軸向的長度以及相鄰兩個第二電容 電極的間距均為P 2;第十電容傳感電極C Θ y12和第十二電容傳感電極C Θ y22沿銷軸孔周 向對齊設置，且第十電容傳感電極C Θ y12與第九電容傳感電極C Θ yll、第十二電容傳感電 極C Θ y22與第十一電容傳感電極C Θ y21的間距均為2P2;第九電容傳感電極C Θ yll與第 i^一電容傳感電極C Θ y21的間距為I. 5P2;第十四電容傳感電極C δ yl2和第十六電當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
可測空間三自由度回轉角及偏移量的球鉸鏈，包括球窩底座、球頭、球頭連接桿、輸出桿、弧形滑塊、銷軸和空間回轉角測量裝置，其特征在于：所述的空間回轉角測量裝置包括電容電極陣列、第二電容電極組、第三電容電極組、第一電容傳感電極對、第二電容傳感電極對、第三電容傳感電極對、第四電容傳感電極對、第五電容傳感電極對、第六電容傳感電極對、第七電容傳感電極對、第八電容傳感電極對、第九電容傳感電極對、第十電容傳感電極對、第十一電容傳感電極對和第十二電容傳感電極對；所述球窩底座的球窩兩側對稱開設有銷軸孔；所述球頭的頂部與球頭連接桿固定，側部開設有圓弧形的滑槽；兩塊弧形滑塊設置在滑槽的兩端，且均與滑槽的兩側壁通過滾動副連接；所述弧形滑塊的外側固定有銷軸；球頭嵌入球窩內，兩根銷軸通過軸承支承在兩個銷軸孔內；所述輸出桿的支承孔通過軸承支承在球頭連接桿上；所述滑槽的底部設有對稱布置的兩個電容電極陣列；電容電極陣列包括沿滑槽的槽寬方向等距布置的四個第一電容電極組，每個第一電容電極組包括沿滑槽的槽長方向等距布置的10～12個第一電容電極；所述弧形滑塊的內側設置有第一電容傳感電極對、第二電容傳感電極對、第三電容傳感電極對和第四電容傳感電極對；第一電容傳感電極對包括沿滑槽的槽寬方向對齊設置且并聯連接的第一電容傳感電極Cθx11和第二電容傳感電極Cθx12；第二電容傳感電極對包括沿滑槽的槽寬方向對齊設置且并聯連接的第三電容傳感電極Cθx21和第四電容傳感電極Cθx22；第三電容傳感電極對包括沿滑槽的槽長方向對齊設置且并聯連接的第五電容傳感電極Cδx11和第六電容傳感電極Cδx12；第四電容傳感電極對包括沿滑槽的槽長方向對齊設置且并聯連接的第七電容傳感電極Cδx21和第八電容傳感電極Cδx22；所述的銷軸上設有沿銷軸軸向等距布置的四個第二電容電極組，每個第二電容電極組包括沿銷軸周向均布的5～7個第二電容電極；球窩的銷軸孔孔壁設有第五電容傳感電極對、第六電容傳感電極對、第七電容傳感電極對和第八電容傳感電極對；第五電容傳感電極對包括沿銷軸孔軸向對齊設置且并聯連接的第九電容傳感電極Cθy11和第十電容傳感電極Cθy12；第六電容傳感電極對包括沿銷軸孔軸向對齊設置且并聯連接的第十一電容傳感電極Cθy21和第十二電容傳感電極Cθy22；第七電容傳感電極對包括沿銷軸孔周向對齊設置且并聯連接的第十三電容傳感電極Cδy11和第十四電容傳感電極Cδy12；第八電容傳感電極對包括沿銷軸孔周向對齊設置且并聯連接的第十五電容傳感電極Cδy21和第十六電容傳感電極Cδy22；所述的球頭連接桿上設有沿軸向等距布置的四個第三電容電極組；每個第三電容電極組包括沿球頭連接桿周向均布的5～7個第三電容電極；輸出桿的支承孔孔壁設有第九電容傳感電極對、第十電容傳感電極對、第十一電容傳感電極對和第十二電容傳感電極對；第九電容傳感電極對包括沿支承孔軸向對齊設置且并聯連接的第十七電容傳感電極Cθz11和第十八電容傳感電極Cθz12；第十電容傳感電極對包括沿支承孔軸向對齊設置且并聯連接的第十九電容傳感電極Cθz21和第二十電容傳感電極Cθz22；第十一電容傳感電極對包括沿支承孔周向對齊設置且并聯連接的第二十一電容傳感電極Cδz11和第二十二電容傳感電極Cδz12；第十二電容傳感電極對包括沿支承孔周向對齊設置且并聯連接的第二十三電容傳感電極Cδz21和第二十四電容傳感電極Cδz22。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張敏，王文，趙鼎成，程林，袁科杰，諸麗燕，盧科青，范宗尉，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33