可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸鏈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于機械領(lǐng)域，涉及球鉸鏈，具體涉及一種可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸 鏈。
【背景技術(shù)】
[0002] 球鉸鏈是一種普遍采用的三自由度機械關(guān)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動靈活和承載力 強等優(yōu)點，成為并聯(lián)機構(gòu)、工業(yè)機器人(機械臂)和汽車零部件等機械設(shè)備中的關(guān)鍵構(gòu)件。例 如，并聯(lián)機床作為新型的數(shù)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(tǒng)的準靜態(tài)誤差對機床精度的影響約占70%，而球鉸鏈誤差對準靜態(tài)誤差有著重要影響。 由于球鉸鏈的運動受制于鉸鏈的關(guān)節(jié)間隙和結(jié)構(gòu)剛性等，引起的運動誤差影響系統(tǒng)的傳動 精度，因此球鉸空間回轉(zhuǎn)角度的檢測對系統(tǒng)誤差預(yù)測分析、反饋和補償十分必要，有利于運 動機構(gòu)控制的優(yōu)化。
[0003] 傳統(tǒng)的角度測量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(xué)測角等方法。球鉸鏈位姿的測量對象是在約束球窩中繞球心進行三自由度轉(zhuǎn)動的球形轉(zhuǎn) 子，傳統(tǒng)的單自由度角位移檢測方法難以直接應(yīng)用，許多研究者針對相關(guān)問題提出一些新 的機構(gòu)和方法。當(dāng)前，球形轉(zhuǎn)子的運動位姿測量按照測量方式可分為接觸式和非接觸式。其 中，接觸式測量主要代表有采用滑道支架機構(gòu)和三個旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)測量結(jié)構(gòu)上解耦，轉(zhuǎn) 化為單自由度測量問題；非接觸式測量結(jié)構(gòu)主要是基于光學(xué)傳感器、視覺傳感器和霍爾傳 感器等原理進行設(shè)計，從數(shù)據(jù)處理上實現(xiàn)多自由度角位移的解耦。
[0004] 然而基于上述位姿檢測方法構(gòu)建的球鉸鏈比較復(fù)雜，測量數(shù)據(jù)處理難度較大，難 以保證較高的測量精度，經(jīng)濟成本較高，同時在實際應(yīng)用中受到安裝空間和工作環(huán)境的限 制，研究方案有明顯的局限性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸 鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)球鉸鏈三個自由度空間角度的在線測量。
[0006] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本實用新型包括球窩、球頭、第一柵狀柱面電容電極、第二柵狀柱面電容電極、第 三柵狀柱面電容電極和滑塊組件；所述球窩的內(nèi)壁開設(shè)有球窩環(huán)形槽，球窩環(huán)形槽的兩側(cè) 均開設(shè)有環(huán)形的球窩滑道；所述的球頭開設(shè)有交角為90°的兩個球頭環(huán)形槽；球頭環(huán)形槽 的兩側(cè)均開設(shè)有環(huán)形的球頭滑道；球窩與球頭之間設(shè)有四個滑塊組件，所述的滑塊組件包 括銷軸和通過軸承支承在銷軸兩端的兩個弧形滑塊；每個滑塊組件外端的弧形滑塊兩側(cè)的 滑動桿分別與球窩環(huán)形槽對應(yīng)一側(cè)的球窩滑道通過滑動副連接，每個滑塊組件內(nèi)端的弧形 滑塊兩側(cè)的滑動桿分別與一個球頭環(huán)形槽對應(yīng)一側(cè)的球頭滑道通過滑動副連接。
[0008] 所述球窩環(huán)形槽和球頭環(huán)形槽的底部均設(shè)有第一柵狀柱面電容電極，與球窩環(huán)形 槽相對的弧形滑塊外端、與球頭環(huán)形槽相對的弧形滑塊內(nèi)端均設(shè)有第二柵狀柱面電容電極 和第三柵狀柱面電容電極；所述的第二柵狀柱面電容電極和第三柵狀柱面電容電極均與第 一柵狀柱面電容電極相對設(shè)置；第一柵狀柱面電容電極、第二柵狀柱面電容電極和第三柵 狀柱面電容電極展開后柵條的寬度及相鄰柵條的間距均為L ;展開后第二柵狀柱面電容電 極與第三柵狀柱面電容電極的間距為4. 5L ;第一柵狀柱面電容電極加載電壓。
[0009] 本實用新型的有益效果是：
[0010] 1、本實用新型可以在線檢測出球鉸鏈的三個自由度空間角度，實現(xiàn)了智能化。
[0011] 2、本實用新型采用內(nèi)嵌柵狀柱面電容電極測量，沒有占用球鉸鏈以外的空間，結(jié) 構(gòu)緊湊，使用方便，測量準確。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)裝配立體圖；
[0013] 圖2為本實用新型中各個零件的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0014] 圖3為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0015] 圖4為圖3中A部分的局部放大圖；
[0016] 圖5為本實用新型中弧形滑塊與球窩的裝配剖視圖；
[0017] 圖6為圖5中B部分的局部放大圖；
[0018] 圖7為本實用新型中第一柵狀柱面電容電極、第二柵狀柱面電容電極和第三柵狀 柱面電容電極的相對位置展開示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020] 如圖1、2、3、4、5和6所示，可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸鏈，包括球窩1、球頭2、第一 柵狀柱面電容電極42、第二柵狀柱面電容電極41、第三柵狀柱面電容電極43和滑塊組件； 球窩1的內(nèi)壁開設(shè)有球窩環(huán)形槽11，球窩環(huán)形槽11的兩側(cè)均開設(shè)有環(huán)形的球窩滑道111 ; 球頭2開設(shè)有交角為90°的兩個球頭環(huán)形槽21 ;球頭環(huán)形槽21的兩側(cè)均開設(shè)有環(huán)形的球 頭滑道211 ;球窩1與球頭2之間設(shè)有四個滑塊組件，滑塊組件包括銷軸5和通過軸承支承 在銷軸5兩端的兩個弧形滑塊3 ;每個滑塊組件外端的弧形滑塊3兩側(cè)的滑動桿301分別 與球窩環(huán)形槽11對應(yīng)一側(cè)的球窩滑道111通過滑動副連接，每個滑塊組件內(nèi)端的弧形滑塊 3兩側(cè)的滑動桿301分別與一個球頭環(huán)形槽21對應(yīng)一側(cè)的球頭滑道211通過滑動副連接， 保證弧形滑塊3與球窩環(huán)形槽11及球頭環(huán)形槽21底部的相對距離不變；球頭2可在球窩 1內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
[0021] 如圖4、6和7所示，球窩環(huán)形槽11和球頭環(huán)形槽21的底部均設(shè)有第一柵狀柱面 電容電極42,與球窩環(huán)形槽11相對的弧形滑塊3外端、與球頭環(huán)形槽21相對的弧形滑塊3 內(nèi)端均設(shè)有第二柵狀柱面電容電極41和第三柵狀柱面電容電極43 ;第二柵狀柱面電容電 極41和第三柵狀柱面電容電極43均與第一柵狀柱面電容電極42相對設(shè)置；第一柵狀柱面 電容電極42、第二柵狀柱面電容電極41和第三柵狀柱面電容電極43展開后柵條的寬度及 相鄰柵條的間距均為L ;展開后第二柵狀柱面電容電極41與第三柵狀柱面電容電極43的 間距為4. 5L，以保證第二柵狀柱面電容電極41與第一柵狀柱面電容電極42的柵條完全重 疊時，第三柵狀柱面電容電極43與第一柵狀柱面電容電極42的柵條重疊寬度為0. 5L ;第 一柵狀柱面電容電極42加載電SVrapur。
[0022] 該可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸鏈，工作原理：
[0023] 當(dāng)球頭2在球窩1內(nèi)轉(zhuǎn)動時，弧形滑塊3在球窩環(huán)形槽11和球頭環(huán)形槽21內(nèi)滑 動，第二柵狀柱面電容電極41和第三柵狀柱面電容電極43相對第一柵狀柱面電容電極42 運動，第二柵狀柱面電容電極41和第三柵狀柱面電容電極43的每一條柵條相對第一柵狀 柱面電容電極41的柵條重疊面積就會發(fā)生交替性變化，從而輸出變化的電信號，可以解算 出每一個弧形滑塊3相對球窩環(huán)形槽11或球頭環(huán)形槽21滑動的角度。
[0024] 繞V軸滑動的兩個弧形滑塊3,可測出兩個角度值a 1和α 2,取平均值即為球頭 2繞V軸的轉(zhuǎn)角α ;繞U軸滑動的兩個弧形滑塊3,可測出兩個角度值β 1和β 2,取平均值 即為球頭2繞U軸的轉(zhuǎn)角β ;在球窩的球窩環(huán)形槽11內(nèi)滑動的四個弧形滑塊3,可測出四 個角度值Θ1、Θ2、Θ3和Θ4,這里Θ1和Θ3、Θ2和Θ4分別是兩對相同數(shù)學(xué)意義的角 度值，取θ 1和Θ 3的平均值，即為球頭2繞W軸的轉(zhuǎn)角Θ，最終得到球頭2在三個自由方 向相對球窩1轉(zhuǎn)動的角度。
【主權(quán)項】
1.可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸鏈，包括球窩、球頭、第一柵狀柱面電容電極、第二柵狀柱 面電容電極、第三柵狀柱面電容電極和滑塊組件，其特征在于： 所述球窩的內(nèi)壁開設(shè)有球窩環(huán)形槽，球窩環(huán)形槽的兩側(cè)均開設(shè)有環(huán)形的球窩滑道；所 述的球頭開設(shè)有交角為90°的兩個球頭環(huán)形槽；球頭環(huán)形槽的兩側(cè)均開設(shè)有環(huán)形的球頭 滑道；球窩與球頭之間設(shè)有四個滑塊組件，所述的滑塊組件包括銷軸和通過軸承支承在銷 軸兩端的兩個弧形滑塊；每個滑塊組件外端的弧形滑塊兩側(cè)的滑動桿分別與球窩環(huán)形槽對 應(yīng)一側(cè)的球窩滑道通過滑動副連接，每個滑塊組件內(nèi)端的弧形滑塊兩側(cè)的滑動桿分別與一 個球頭環(huán)形槽對應(yīng)一側(cè)的球頭滑道通過滑動副連接； 所述球窩環(huán)形槽和球頭環(huán)形槽的底部均設(shè)有第一柵狀柱面電容電極，與球窩環(huán)形槽相 對的弧形滑塊外端、與球頭環(huán)形槽相對的弧形滑塊內(nèi)端均設(shè)有第二柵狀柱面電容電極和第 三柵狀柱面電容電極；所述的第二柵狀柱面電容電極和第三柵狀柱面電容電極均與第一柵 狀柱面電容電極相對設(shè)置；第一柵狀柱面電容電極、第二柵狀柱面電容電極和第三柵狀柱 面電容電極展開后柵條的寬度及相鄰柵條的間距均為L ;展開后第二柵狀柱面電容電極與 第三柵狀柱面電容電極的間距為4. 5L ;第一柵狀柱面電容電極加載電壓。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可檢測空間回轉(zhuǎn)角的球鉸鏈。傳統(tǒng)的球鉸鏈角度測量方式復(fù)雜，難以保證高測量精度。本實用新型的球窩開設(shè)有球窩環(huán)形槽；球頭開設(shè)有兩個球頭環(huán)形槽；球窩與球頭之間設(shè)有四個滑塊組件，滑塊組件包括銷軸和通過軸承支承在銷軸兩端的兩個弧形滑塊；每個滑塊組件外端的弧形滑塊均與球窩環(huán)形槽滑動連接，每個滑塊組件內(nèi)端的弧形滑塊與對應(yīng)的球頭環(huán)形槽滑動連接；球窩環(huán)形槽和球頭環(huán)形槽的底部均設(shè)有第一柵狀柱面電容電極，與球窩環(huán)形槽相對的弧形滑塊外端、與球頭環(huán)形槽相對的弧形滑塊內(nèi)端均設(shè)有第二柵狀柱面電容電極和第三柵狀柱面電容電極；第一柵狀柱面電容電極加載電壓。本實用新型能實現(xiàn)球鉸鏈三個自由度空間角度的在線測量。
【IPC分類】G01B7-30, F16C11-06
【公開號】CN204327744
【申請?zhí)枴緾N201420743266
【發(fā)明人】程林, 王文, 張敏, 趙鼎成, 鮑必營, 盧科青, 范宗尉
【申請人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月1日