一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链。传统的球铰链角度测量方式复杂，难以保证高测量精度。本发明的两块弧形滑块均与球头的滑槽通过滚动副连接；固定在两块弧形滑块的两根销轴分别支承在球窝底座的一个销轴孔内；球头连接杆与球头固定，输出杆的支承孔支承在球头连接杆上；滑槽底部设有电容电极阵列；销轴上设有四个第二电容电极组；球头连接杆上设有四个第三电容电极组；弧形滑块的内侧、球窝的销轴孔孔壁和输出杆的支承孔孔壁均设有电容传感电极对。本发明可实现球铰链空间回转角度及偏移量的非接触式检测，且算法简单、精度高。
【专利说明】-种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量【技术领域】，具体涉及一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球 铰链。
【背景技术】
[0002] 球铰链是一种普遍采用的三自由度机械关节，具有结构紧凑、运动灵活和承载力 强等优点，成为并联机构、工业机器人（机械臂）和汽车零部件等机械设备中的关键构件 。例如，并联机床作为新型的数控加工装备，其中每一个支链均通过铰链与动、静平台相连， 系统的准静态误差对机床精度的影响约占70%，而球铰链误差对准静态误差有着重要影响 。由于球铰链的运动受制于铰链的关节间隙和结构刚性等，引起的运动误差影响系统的传 动精度，因此球铰空间回转角度的检测对系统误差预测分析、反馈和补偿十分必要，有利于 运动机构控制的优化。 传统的角度测量由以单自由度运动对象为主，通常有机械式测角、电磁式测角和光学 测角等方法。球铰链空间回转角度的测量对象是在约束球窝中绕球心进行三自由度转动 的球形转子，传统的单自由度角位移检测方法难以直接应用，许多研究者针对相关问题提 出一些新的方法和机构。当前，球形转子的运动位姿测量按照测量方式可分为接触式和非 接触式。其中，接触式测量方案的主要代表有采用滑轨支架机构和三个旋转编码器实现测 量结构上解耦，转化为单自由度测量问题；非接触式测量结构主要是基于光学传感器、视觉 传感器和霍尔传感器等原理进行设计，从数据处理上实现多自由度角位移的解耦测量。 然而上述检测方法所要构建系统比较复杂，测量数据的处理难度较大，难以保证较高 的测量精度，且在实际应用中对于安装空间和工作环境等有较高的要求，要投入较大的成 本，研究方案有明显的局限性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可测空间三自由度回转角及偏移 量的球铰链，基于柱面形电容极板间的面积变化引起输出电容变化的原理，以实现球铰链 运动角度测量为目标，在普通球铰链的基础上布置柱面电容电极，从结构上实现对球铰链 三自由度回转角度的解耦和测量。 本发明采用的技术方案是： 本发明包括球窝底座、球头、球头连接杆、输出杆、弧形滑块、销轴和空间回转角测量装 置；所述的空间回转角测量装置包括电容电极阵列、第二电容电极组、第三电容电极组、第 一电容传感电极对、第二电容传感电极对、第三电容传感电极对、第四电容传感电极对、第 五电容传感电极对、第六电容传感电极对、第七电容传感电极对、第八电容传感电极对、第 九电容传感电极对、第十电容传感电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电极 对。
[0004] 所述球窝底座的球窝两侧对称开设有销轴孔；所述球头的顶部与球头连接杆固 定，侧部开设有圆弧形的滑槽；两块弧形滑块设置在滑槽的两端，且均与滑槽的两侧壁通过 滚动副连接；所述弧形滑块的外侧固定有销轴；球头嵌入球窝内，两根销轴通过轴承支承 在两个销轴孔内；所述输出杆的支承孔通过轴承支承在球头连接杆上。
[0005] 所述滑槽的底部设有对称布置的两个电容电极阵列；电容电极阵列包括沿滑槽的 槽宽方向等距布置的四个第一电容电极组，每个第一电容电极组包括沿滑槽的槽长方向等 距布置的10?12个第一电容电极；所述弧形滑块的内侧设置有第一电容传感电极对、第二 电容传感电极对、第三电容传感电极对和第四电容传感电极对；第一电容传感电极对包括 沿滑槽的槽宽方向对齐设置且并联连接的第一电容传感电极C θ χ--和第二电容传感电极 C Θ X12 ;第二电容传感电极对包括沿滑槽的槽宽方向对齐设置且并联连接的第三电容传感 电极C θ χ21和第四电容传感电极C θ χ22 ;第三电容传感电极对包括沿滑槽的槽长方向对 齐设置且并联连接的第五电容传感电极C δ xll和第六电容传感电极C δ χ12 ;第四电容传 感电极对包括沿滑槽的槽长方向对齐设置且并联连接的第七电容传感电极C δ χ21和第八 电容传感电极C δ χ22。
[0006] 所述的销轴上设有沿销轴轴向等距布置的四个第二电容电极组，每个第二电容电 极组包括沿销轴周向均布的5?7个第二电容电极；球窝的销轴孔孔壁设有第五电容传感 电极对、第六电容传感电极对、第七电容传感电极对和第八电容传感电极对；第五电容传感 电极对包括沿销轴孔轴向对齐设置且并联连接的第九电容传感电极C Θ yll和第十电容传 感电极C Θ yl2 ;第六电容传感电极对包括沿销轴孔轴向对齐设置且并联连接的第十一电 容传感电极C Θ y21和第十二电容传感电极C Θ y22 ;第七电容传感电极对包括沿销轴孔周 向对齐设置且并联连接的第十三电容传感电极C δ yll和第十四电容传感电极C δ yl2 ;第 八电容传感电极对包括沿销轴孔周向对齐设置且并联连接的第十五电容传感电极CS y21 和第十六电容传感电极C δ y22。
[0007] 所述的球头连接杆上设有沿轴向等距布置的四个第三电容电极组；每个第三电容 电极组包括沿球头连接杆周向均布的5?7个第三电容电极；输出杆的支承孔孔壁设有 第九电容传感电极对、第十电容传感电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电 极对；第九电容传感电极对包括沿支承孔轴向对齐设置且并联连接的第十七电容传感电 极C Θ Zll和第十八电容传感电极C Θ Z12 ;第十电容传感电极对包括沿支承孔轴向对齐设 置且并联连接的第十九电容传感电极C θ z21和第二十电容传感电极C θ z22 ;第^^一电容 传感电极对包括沿支承孔周向对齐设置且并联连接的第二十一电容传感电极C δ zll和第 二十二电容传感电极CS ζ12 ;第十二电容传感电极对包括沿支承孔周向对齐设置且并联 连接的第二十三电容传感电极C δ z21和第二十四电容传感电极C δ z22。
[0008] 所述第一电容电极沿滑槽的槽宽方向上的弧长、沿滑槽的槽长方向上的弧长以 及相邻两个第一电容电极的间距均为P 1 ;第二电容传感电极C Θ Xl2和第四电容传感电 极C θ χ22沿滑槽的槽长方向对齐设置，且第二电容传感电极C θ χ?2与第一电容传感电极 C Θ xll、第四电容传感电极C θ χ22与第三电容传感电极C θ χ21的间距均为2Pi ;第一电容 传感电极C Θ xll与第三电容传感电极C θ χ21的间距为I. SP1 ;第六电容传感电极C δ χ12 和第八电容传感电极C δ Χ22沿滑槽的槽宽方向对齐设置，且第六电容传感电极C δ Χ12与 第五电容传感电极C δ xll、第八电容传感电极C δ Χ22与第七电容传感电极C δ X21的间距 均为2Pi ;第五电容传感电极C δ xll与第七电容传感电极C δ X21的间距为I. 5Plt)
[0009] 所述第二电容电极沿销轴周向的弧长、沿销轴轴向的长度以及相邻两个第二电容 电极的间距均为P 2 ;第十电容传感电极C Θ y12和第十二电容传感电极C Θ y22沿销轴孔周 向对齐设置，且第十电容传感电极C Θ y12与第九电容传感电极C Θ yll、第十二电容传感电 极C Θ y22与第十一电容传感电极C Θ y21的间距均为2P2 ;第九电容传感电极C Θ yll与第 i^一电容传感电极C Θ y21的间距为I. 5P2 ;第十四电容传感电极C δ yl2和第十六电容传感 电极C δ y22沿销轴孔轴向对齐设置，且第十四电容传感电极C δ yl2与第十三电容传感电 极C δ yll、第十六电容传感电极C δ y22与第十五电容传感电极C δ y21的间距均为2P2 ;第 十三电容传感电极C δ yll与第十五电容传感电极C δ y21的间距为I. 5P2。
[0010] 所述第三电容电极沿球头连接杆周向的弧长、沿球头连接杆轴向的长度以及相 邻两个第三电容电极的间距均为P 3 ;第十八电容传感电极C θ Z12和第二十电容传感电 极C θ Z22沿支承孔周向对齐设置，且第十八电容传感电极C Θ Zl2与第十七电容传感电极 Ce zll、第二十电容传感电极C0 Z22与第十九电容传感电极Ce z21的间距均为2P3 ;第 十七电容传感电极C Θ zll与第十九电容传感电极C ΘΖ21的间距为1.5P3;第二十二电容 传感电极C δ zl2和第二十四电容传感电极C δ z22沿支承孔轴向对齐设置，且第二十二电 容传感电极CS zl2与第二^^一电容传感电极C δ zll、第二十四电容传感电极CS z22与第 二十三电容传感电极C δ z21的间距均为2P3 ;第二i^一电容传感电极C δ zll与第二十三电 容传感电极C δ z21的间距为I. 5Ρ3。 toon] 本发明的有益效果是： 1、 本发明根据电容极板间的面积变化引起输出电容变化的原理，布置柱面电容电极， 实现了球铰链空间三自由度转动角位移和三自由度窜动线位移的非接触式检测。 2、 本发明结构紧凑，对测量装置的安装空间要求降低。
[0012] 3、本发明采用电容测量角度，算法简单、精度高、成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的整体结构立体图； 图2为本发明中所有电容电极组和电容传感电极对的分布立体图； 图3为本发明中弧形滑块与球头的装配示意图； 图4为本发明中弧形滑块的电容传感电极对与球头的电容电极阵列的相对位置立体 图； 图5为本发明中弧形滑块的电容传感电极对与球头的电容电极阵列的相对位置展开 示意图； 图6为本发明中销轴与球窝底座的装配示意图； 图7为本发明中球窝的电容传感电极对与销轴的第二电容电极组的相对位置立体图； 图8为本发明中球窝的电容传感电极对与销轴的第二电容电极组的相对位置展开示 意图； 图9为本发明中球头连接杆与输出杆的装配示意图； 图10为本发明中输出杆的电容传感电极对与球头连接杆的第三电容电极组的相对位 置立体图； 图11为本发明中输出杆的电容传感电极对与球头连接杆的第三电容电极组的相对位 置展开示意图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1和2所示，一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链，包括球窝底座 1、球头2、球头连接杆3、输出杆4、弧形滑块5、销轴12和空间回转角测量装置；空间回转角 测量装置包括电容电极阵列、第二电容电极组、第三电容电极组、第一电容传感电极对、第 二电容传感电极对、第三电容传感电极对、第四电容传感电极对、第五电容传感电极对、第 六电容传感电极对、第七电容传感电极对、第八电容传感电极对、第九电容传感电极对、第 十电容传感电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电极对。
[0015] 如图1、2、4、6和9所示，球窝底座1的球窝1-1两侧对称开设有销轴孔1-2 ;球头 2的顶部与球头连接杆3固定，侧部开设有圆弧形的滑槽11 ;两块弧形滑块5设置在滑槽11 的两端，且均与滑槽11的两侧壁通过滚动副连接，使得弧形滑块5沿滑槽11运动时摩擦力 较小，同时保证弧形滑块5和滑槽11的两侧密切接触以及弧形滑块5内侧与滑槽11底部 的间隙不变；弧形滑块5的外侧固定有销轴12 ;球头2嵌入球窝1-1内，两根销轴12通过 滚动轴承10支承在两个销轴孔1-2内；输出杆4的支承孔4-1通过交叉滚子轴承9支承在 球头连接杆3上。
[0016] 如图3、4和5所不，滑槽11的底部设有对称布置的两个电容电极阵列；电容电极 阵列包括沿滑槽11的槽宽方向等距布置的四个第一电容电极组，每个第一电容电极组包 括沿滑槽11的槽长方向等距布置的十个第一电容电极7 ;第一电容电极7沿滑槽11的槽 宽方向上的弧长、沿滑槽11的槽长方向上的弧长以及相邻两个第一电容电极7的间距均 为P 1 ;弧形滑块5的内侧设置有第一电容传感电极对、第二电容传感电极对、第三电容传感 电极对和第四电容传感电极对；第一电容传感电极对包括沿滑槽11的槽宽方向对齐设置 且并联连接的第一电容传感电极C Θ xll和第二电容传感电极C θ χ?2 ;第二电容传感电极 对包括沿滑槽11的槽宽方向对齐设置且并联连接的第三电容传感电极C θ χ21和第四电 容传感电极C Θ X22 ;第三电容传感电极对包括沿滑槽11的槽长方向对齐设置且并联连接 的第五电容传感电极C δ xll和第六电容传感电极C δ χ12 ;第四电容传感电极对包括沿滑 槽11的槽长方向对齐设置且并联连接的第七电容传感电极C δ χ21和第八电容传感电极 CS χ22 ;第二电容传感电极C θ χ12和第四电容传感电极C θ χ22沿滑槽11的槽长方向对齐 设置，且第二电容传感电极C θ χ12与第一电容传感电极C Θ xll、第四电容传感电极C θ χ22 与第三电容传感电极C θ χ21的间距均为2Pi ;第一电容传感电极C Θ xll与第三电容传感电 极C θ χ21的间距为I. SP1 ;第六电容传感电极C δ χ12和第八电容传感电极C δ χ22沿滑槽 11的槽宽方向对齐设置，且第六电容传感电极C δ xl2与第五电容传感电极C δ xll、第八电 容传感电极C δ χ22与第七电容传感电极C δ χ21的间距均为2Pi ;第五电容传感电极C δ xll 与第七电容传感电极C δ X21的间距为I. SP1 ;第一电容传感电极对、第二电容传感电极对 用于检测球头2绕图1所示X轴的转角θ χ，第三电容传感电极对和第四电容传感电极对用 于检测球头2沿X轴的窜动量δ χ。
[0017] 如图6、7和8所示，销轴12上设有沿销轴12的轴向等距布置的四个第二电容电 极组，每个第二电容电极组包括沿销轴12周向均布的五个第二电容电极8 ;第二电容电极8 沿销轴12周向的弧长、沿销轴12轴向的长度以及相邻两个第二电容电极8的间距均为P2 ; 球窝的销轴孔1-2孔壁设有第五电容传感电极对、第六电容传感电极对、第七电容传感电 极对和第八电容传感电极对；第五电容传感电极对包括沿销轴孔1-2轴向对齐设置且并联 连接的第九电容传感电极C Θ yll和第十电容传感电极C Θ yl2 ;第六电容传感电极对包括 沿销轴孔1-2轴向对齐设置且并联连接的第十一电容传感电极C Θ y21和第十二电容传感 电极C Θ y22 ;第七电容传感电极对包括沿销轴孔1-2周向对齐设置且并联连接的第十三电 容传感电极C δ yll和第十四电容传感电极C δ yl2 ;第八电容传感电极对包括沿销轴孔1-2 周向对齐设置且并联连接的第十五电容传感电极C δ y21和第十六电容传感电极C δ y22 ; 第十电容传感电极C Θ yl2和第十二电容传感电极C Θ y22沿销轴孔1-2周向对齐设置，且 第十电容传感电极C Θ yl2与第九电容传感电极C Θ yll、第十二电容传感电极C Θ y22与第 i^一电容传感电极〇 Θ y21的间距均为2P2 ;第九电容传感电极0 Θ yll与第^^一电容传感电 极C Θ y21的间距为I. 5P2 ;第十四电容传感电极C δ yl2和第十六电容传感电极C δ y22沿 销轴孔1-2轴向对齐设置，且第十四电容传感电极C δ yl2与第十三电容传感电极C δ yll、 第十六电容传感电极C δ y22与第十五电容传感电极C δ y21的间距均为2P2 ;第十三电容传 感电极C δ yll与第十五电容传感电极C δ y21的间距为I. 5P2 ;第五电容传感电极对和第六 电容传感电极对用于检测球头2绕图1所示y轴的转角Θ y，第七电容传感电极对和第八电 容传感电极对用于检测球头2沿y轴的窜动量Sy。
[0018] 如图9、10和11所示，球头连接杆3上设有沿轴向等距布置的四个第三电容电极 组；每个第三电容电极组包括沿球头连接杆3周向均布的五个第三电容电极6 ;第三电容 电极6沿球头连接杆3周向的弧长、沿球头连接杆3轴向的长度以及相邻两个第三电容电 极6的间距均为P3 ;输出杆4的支承孔4-1孔壁设有第九电容传感电极对、第十电容传感 电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电极对；第九电容传感电极对包括沿支 承孔4-1轴向对齐设置且并联连接的第十七电容传感电极C Θ zll和第十八电容传感电 极C θ zl2 ;第十电容传感电极对包括沿支承孔4-1轴向对齐设置且并联连接的第十九电 容传感电极C θ z21和第二十电容传感电极C θ z22 ;第^^一电容传感电极对包括沿支承孔 4-1周向对齐设置且并联连接的第二十一电容传感电极C δ zll和第二十二电容传感电极 CS ζ12 ;第十二电容传感电极对包括沿支承孔4-1周向对齐设置且并联连接的第二十三电 容传感电极C δ z21和第二十四电容传感电极C δ z22 ;第十八电容传感电极C θ zl2和第 二十电容传感电极C θ z22沿支承孔4-1周向对齐设置，且第十八电容传感电极C θ zl2与 第十七电容传感电极C Θ zll、第二十电容传感电极C θ z22与第十九电容传感电极C θ z21 的间距均为2P3 ;第十七电容传感电极C Θ zll与第十九电容传感电极C θ z21的间距为 I. 5P3 ;第二十二电容传感电极C δ zl2和第二十四电容传感电极C δ z22沿支承孔4-1轴向 对齐设置，且第二十二电容传感电极CS zl2与第二i^一电容传感电极C δ zll、第二十四电 容传感电极CS z22与第二十三电容传感电极CS z21的间距均为2P3 ;第二^^一电容传感电 极C δ zll与第二十三电容传感电极C δ z21的间距为I. 5P3 ;第九电容传感电极对和第十 电容传感电极对用于检测输出杆4绕图1所不z轴的转角θ z，第^ 电容传感电极对和第 十二电容传感电极对用于检测输出杆4与球头连接杆3沿z轴的窜动量δ z。
[0019] 该可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链的工作原理： 第一电容传感电极C Θ xll、第二电容传感电极C θ X12、第三电容传感电极C θ X21、第 四电容传感电极C θ χ22、第五电容传感电极C δ xll、第六电容传感电极C δ χ12、第七电容 传感电极C δ x21、第八电容传感电极C δ x22、第九电容传感电极C Θ yll、第十电容传感电 极C Θ yl2、第^^一电容传感电极C Θ y21、第十二电容传感电极C Θ y22、第十三电容传感电 极C δ yll、第十四电容传感电极C δ y12、第十五电容传感电极C δ y21、第十六电容传感电 极C δ y22、第十七电容传感电极C Θ zll、第十八电容传感电极C θ Z12、第十九电容传感电 极C θ z21、第二十电容传感电极C θ z22、第二^^一电容传感电极C δ zll、第二十二电容传 感电极C δ zl2、第二十三电容传感电极C δ z21和第二十四电容传感电极C δ z22均加载电 压vINTOT ;所有的第一电容电极组、第二电容电极组、第三电容电极组均加载电压〇。
[0020] 如图4和5所示，当球头2绕X轴转动时，第一电容传感电极对、第二电容传感电 极对与第一电容电极组间的电容量均发生变化，经信号采集处理后输出两组相位差为η /2 的正余弦信号，实时检测球头2绕X轴的转角位移，而不受球铰链沿X轴的窜动影响；当球 头2沿X轴产生轴向窜动时，第三电容传感电极对、第四电容传感电极对与第一电容电极组 间的电容量均发生变化，经信号采集处理后输出两组相位差为η/2的正余弦信号，实时检 测球头2沿X轴的轴向窜动位移，而不受球头2绕X轴的转动影响。
[0021] 如图7和8所示，当球头2绕y轴转动时，第五电容传感电极对、第六电容传感电 极对与第二电容电极组间的电容量均发生变化，经信号采集处理后输出两组相位差为η /2 的正余弦信号，实时检测球头2绕y轴的转角位移，而不受球头2沿y轴的轴向窜动影响； 当球头2沿y轴产生轴向窜动时，第七电容传感电极对、第八电容传感电极对与第二电容电 极组间的电容量均发生变化，经信号采集处理后输出两组相位差为n/2的正余弦信号，实 时检测球头2沿y轴的轴向窜动位移，而不受球头2绕y轴的转动影响。
[0022] 如图10和11所示，当输出杆4绕z轴转动时，第九电容传感电极对、第十电容传 感电极对与第三电容电极组间的电容量均发生变化，经信号采集处理后输出两组相位差为 η /2的正余弦信号，实时检测输出杆绕z轴的转角位移，而不受输出杆4与球头连接杆3之 间沿ζ轴的轴向窜动影响；当输出杆4与球头连接杆3之间沿ζ轴产生轴向窜动时，第^^一 电容传感电极对、第十二电容传感电极与第三电容电极组间的电容量均发生变化，经信号 采集处理后输出两组相位差为η /2的正余弦信号，实时检测输出杆4与球头连接杆3之间 沿ζ轴的轴向窜动位移，而不受输出杆4绕ζ轴的转动影响。
[0023] 因此，通过采集处理第一电容传感电极对和第二电容传感电极对分别与第一电容 电极组间的电容变化量、第五电容传感电极对和第六电容传感电极对分别与第二电容电极 组间的电容变化量及第九电容传感电极对和第十电容传感电极对分别与第三电容电极组 间的电容变化量可检测该球铰链的空间三自由度转动角位移；通过采集处理第三电容传感 电极对和第四电容传感电极对分别与第一电容电极组间的电容变化量、第七电容传感电极 对和第八电容传感电极对分别与第二电容电极组间的电容变化量及第i^一电容传感电极 对和第十二电容传感电极对分别与第三电容电极组间的电容变化量可检测该球铰链的空 间三自由度窜动线位移。
【权利要求】
1. 一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链，包括球窝底座、球头、球头连接 杆、输出杆、弧形滑块、销轴和空间回转角测量装置，其特征在于： 所述的空间回转角测量装置包括电容电极阵列、第二电容电极组、第三电容电极组、第 一电容传感电极对、第二电容传感电极对、第三电容传感电极对、第四电容传感电极对、第 五电容传感电极对、第六电容传感电极对、第七电容传感电极对、第八电容传感电极对、第 九电容传感电极对、第十电容传感电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电极 对； 所述球窝底座的球窝两侧对称开设有销轴孔；所述球头的顶部与球头连接杆固定，侧 部开设有圆弧形的滑槽；两块弧形滑块设置在滑槽的两端，且均与滑槽的两侧壁通过滚动 副连接；所述弧形滑块的外侧固定有销轴；球头嵌入球窝内，两根销轴通过轴承支承在两 个销轴孔内；所述输出杆的支承孔通过轴承支承在球头连接杆上； 所述滑槽的底部设有对称布置的两个电容电极阵列；电容电极阵列包括沿滑槽的槽 宽方向等距布置的四个第一电容电极组，每个第一电容电极组包括沿滑槽的槽长方向等距 布置的10?12个第一电容电极；所述弧形滑块的内侧设置有第一电容传感电极对、第二 电容传感电极对、第三电容传感电极对和第四电容传感电极对；第一电容传感电极对包括 沿滑槽的槽宽方向对齐设置且并联连接的第一电容传感电极C 0 xll和第二电容传感电极 C 0 xl2 ;第二电容传感电极对包括沿滑槽的槽宽方向对齐设置且并联连接的第三电容传感 电极C 0 x21和第四电容传感电极C 0 x22 ;第三电容传感电极对包括沿滑槽的槽长方向对 齐设置且并联连接的第五电容传感电极C S xll和第六电容传感电极C S X12 ;第四电容传 感电极对包括沿滑槽的槽长方向对齐设置且并联连接的第七电容传感电极C S X21和第八 电容传感电极C 8x22 ; 所述的销轴上设有沿销轴轴向等距布置的四个第二电容电极组，每个第二电容电极组 包括沿销轴周向均布的5?7个第二电容电极；球窝的销轴孔孔壁设有第五电容传感电极 对、第六电容传感电极对、第七电容传感电极对和第八电容传感电极对；第五电容传感电极 对包括沿销轴孔轴向对齐设置且并联连接的第九电容传感电极C 0 yll和第十电容传感电 极C 0 yl2 ;第六电容传感电极对包括沿销轴孔轴向对齐设置且并联连接的第十一电容传 感电极C 0 y21和第十二电容传感电极C 0 y22 ;第七电容传感电极对包括沿销轴孔周向对 齐设置且并联连接的第十三电容传感电极C S yll和第十四电容传感电极C S y12 ;第八电 容传感电极对包括沿销轴孔周向对齐设置且并联连接的第十五电容传感电极C S y21和第 十六电容传感电极c s y22 ; 所述的球头连接杆上设有沿轴向等距布置的四个第三电容电极组；每个第三电容电极 组包括沿球头连接杆周向均布的5?7个第三电容电极；输出杆的支承孔孔壁设有第九电 容传感电极对、第十电容传感电极对、第i^一电容传感电极对和第十二电容传感电极对；第 九电容传感电极对包括沿支承孔轴向对齐设置且并联连接的第十七电容传感电极C 0 zll 和第十八电容传感电极C0zl2;第十电容传感电极对包括沿支承孔轴向对齐设置且并联 连接的第十九电容传感电极C 0 z21和第二十电容传感电极C 0 z22 ;第^^一电容传感电极 对包括沿支承孔周向对齐设置且并联连接的第二十一电容传感电极C S zll和第二十二电 容传感电极C S Z12 ;第十二电容传感电极对包括沿支承孔周向对齐设置且并联连接的第 二十三电容传感电极C S Z21和第二十四电容传感电极C S Z22。
2. 根据权利要求1所述的一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链，其特征在 于：所述第一电容电极沿滑槽的槽宽方向上的弧长、沿滑槽的槽长方向上的弧长以及相邻 两个第一电容电极的间距均为Pi ;第二电容传感电极C 0 xl2和第四电容传感电极C 0 x22 沿滑槽的槽长方向对齐设置，且第二电容传感电极C 0 xl2与第一电容传感电极C 0 xll、第 四电容传感电极C 0 x22与第三电容传感电极C 0 x21的间距均为2Pi ;第一电容传感电极 C 0 xll与第三电容传感电极C 0 x21的间距为1. 5Pi ;第六电容传感电极C S X12和第八电 容传感电极C S X22沿滑槽的槽宽方向对齐设置，且第六电容传感电极C S X12与第五电容 传感电极C S xll、第八电容传感电极C S x22与第七电容传感电极C S x21的间距均为2Pi ; 第五电容传感电极C S X11与第七电容传感电极C S X21的间距为1. 5Plt)
3. 根据权利要求1所述的一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链，其特征 在于：所述第二电容电极沿销轴周向的弧长、沿销轴轴向的长度以及相邻两个第二电容电 极的间距均为P2 ;第十电容传感电极C 0 yl2和第十二电容传感电极C 0 y22沿销轴孔周向 对齐设置，且第十电容传感电极C 0 yl2与第九电容传感电极C 0 yll、第十二电容传感电 极C 0 y22与第十一电容传感电极C 0 y21的间距均为2P2 ;第九电容传感电极C 0 yll与第 i^一电容传感电极C 0 y21的间距为1. 5P2 ;第十四电容传感电极C S yl2和第十六电容传感 电极C S y22沿销轴孔轴向对齐设置，且第十四电容传感电极C S y12与第十三电容传感电 极C s yll、第十六电容传感电极c s y22与第十五电容传感电极C s y21的间距均为2P2 ;第 十三电容传感电极c s yll与第十五电容传感电极c s y21的间距为1. 5P2。
4. 根据权利要求1所述的一种可测空间三自由度回转角及偏移量的球铰链，其特征在 于：所述第三电容电极沿球头连接杆周向的弧长、沿球头连接杆轴向的长度以及相邻两个 第三电容电极的间距均为P3 ;第十八电容传感电极c 0 Z12和第二十电容传感电极C 0 Z22 沿支承孔周向对齐设置，且第十八电容传感电极C 0 zl2与第十七电容传感电极C 0 zll、 第二十电容传感电极C 0 z22与第十九电容传感电极C 0 z21的间距均为2P3 ;第十七电容 传感电极C0zll与第十九电容传感电极C0z21的间距为1.5P3;第二十二电容传感电极 C S Z12和第二十四电容传感电极C S Z22沿支承孔轴向对齐设置，且第二十二电容传感电 极CS Z12与第二i^一电容传感电极CS zll、第二十四电容传感电极CS Z22与第二十三电 容传感电极CS Z21的间距均为2P3 ;第二^^一电容传感电极CS zll与第二十三电容传感电 极CS Z21的间距为1. 5P3。
【文档编号】F16C11/06GK104454963SQ201410717355
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】王文, 张敏, 卢科青, 范宗尉, 赵鼎成, 程林, 袁科杰, 诸丽燕 申请人:杭州电子科技大学