[發明專利]一種基于空間分度定位的新型球鉸鏈的測角方法

有效

• 申請號: 201910796702.8
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110487218B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 王文;徐建軒;楊賀;郭宗福;時光;陳占鋒;盧科青;桑志謙;許自鎳;仇文軍;吳海梅
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種基于空間分度定位的新型球鉸鏈的測角方法?，F有位姿檢測方法構建的球鉸鏈一般結構比較復雜。本發明在球頭上開設盲孔組，盲孔中布置彈簧和滾珠；球窩開設球形孔組；球窩頂面固定設有一個激光發射器；半球形殼體固定在球頭的球頭輸出桿上；半球形殼體的內球面設有光電傳感器組；對每個光電傳感器采用(i，j)形式進行編號，且預先對球形孔的角度進行標定，則當球頭在球窩中轉動至激光發射器發出的激光打在編號為(i，j)的光電傳感器上時，便可以得到球頭的方位角和偏擺角。本發明利用低精度和低成本的光電傳感器便可獲得高精度的球鉸空間轉角。

技術領域

本發明屬于機械結構設計以及測量技術領域，具體涉及一種基于空間分度定位的新型球鉸鏈的測角方法。

背景技術

隨著現代工業的快速發展，球面鉸鏈具有轉動靈活、能實現空間機構運動和力的傳遞等特點，廣泛應用于機器人、并聯機床、電子機械設備、醫療儀器設備、汽車零部件等領域。球面鉸鏈作為系統傳動中的關鍵部件，其運動空間角度的測量有利于系統傳動的精確反饋控制和補償，對提高系統的傳動精度和整機的工作性能具有重要的意義。

球鉸鏈運動是一種典型的多自由度運動。相比單自由度位移測量，多自由度位移測量難度較大，技術還不成熟，國內外的部分學者開展了相關的研究。國外，美國佐治亞理工學院Kok-Meng Lee等先后提出了用光學旋轉編碼器獲得變磁阻型球形電機轉子運動位置的接觸式測量方法和利用視覺傳感器、雙光學傳感器等非接觸式測量方法來獲取球形轉子位置。專利CN1643343A中提出用于測量一個球窩接頭的旋轉和傾翻角度的裝置，基于磁光效應，該裝置通過在鉸接球中布置磁鐵，隨著球頭在球窩中位置的變化其磁場強度也發生變化，反映在顯示裝置上，被光學檢測裝置接受，進行相應的圖像處理，獲得球窩接頭的旋轉和傾翻角度。國內，北京航空航天大學寇金橋等開展了三自由度球形電機位置測量研究，利用二自由度光學傳感器測量球電機三自由度位移的測量原理，提出了傳感器的安裝和位移計算方法。合肥工業大學胡鵬浩、李姜姜等開展了關于基于機器視覺的永磁球形電動機位置檢測方法的相關研究。

然而基于上述位姿檢測方法構建的球鉸鏈一般都有比較復雜的結構，測量數據處理較繁瑣，難以保證較高的測量精度，經濟成本較高，同時在實際應用中受到安裝空間和工作環境的限制，研究方案有局限性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種基于空間分度定位的新型球鉸鏈的測角方法。

本發明具體如下：

步驟一、搭建基于空間分度定位的新型球鉸鏈?；诳臻g分度定位的新型球鉸鏈包括半球形殼體、球頭、激光發射器、球窩、光電傳感器、彈簧和滾珠；所述的球頭開設有沿經線方向等距排布的m個盲孔組，m≥5；其中一個盲孔組設置在0°緯線位置，其余盲孔組對稱設置在0°緯線兩側；所述的盲孔組包括沿緯線方向均布的n個盲孔；各盲孔組中盲孔的數量相等；每個盲孔與一個滾珠通過彈簧連接；滾珠直徑與盲孔內徑相等，且滾珠有一半嵌入盲孔內。所述的球窩開設有排布規律與m個盲孔組排布規律一致的m個球形孔組；所述的球形孔組包括沿緯線方向均布的k個球形孔，k≥8，n＝2k或n＝3k；球形孔的半徑與滾珠直徑相等。球窩頂面固定設有一個激光發射器；球窩的每個球形孔與球頭位置對應的一個滾珠嵌合。所述的半球形殼體固定在球頭的球頭輸出桿上，且半球形殼體與球頭同心。所述半球形殼體的內球面設有沿經線方向等距排布的m個光電傳感器組；所述的光電傳感器組包括沿緯線方向均布的k個光電傳感器；球頭輸出桿與球窩底面垂直狀態下，激光發射器對準從下至上的第(m-1)/2個光電傳感器組所在的緯線。