[實用新型]可測空間三自由度回轉角及偏移量的球鉸鏈

有效

• 申請號: 201420743323.5
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN204327745U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: F16C11/06
• 分類號: F16C11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型屬于測量技術領域，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。

背景技術

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。

發明內容

本實用新型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?

本實用新型采用的技術方案是：

本實用新型包括球窩底座、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。