基于球面电容传感器的精密球铰链关节间隙测量方法研究
发布时间：2021-11-29 02:10
精密球铰链具有结构紧凑、运动灵活等特点,广泛应用在机床、工业机器人等多种机械设备中。在实际应用中,为了保证球铰链运动的灵活性,以及由于球头和球窝在加工和装配过程中产生的误差,球铰链必然会存在关节间隙。然而,球铰链的关节间隙严重影响并联式工业机器人关节等精密运动副的运动精度。因此,检测球铰链的关节间隙,对于补偿工业机器人中由球铰链关节间隙引入的运动误差,从而提高机器人的运动精度具有重要意义。但是,球铰链的关节间隙存在于内部结构之间,间隙量很小,实现精确检测非常困难。为此,论文针对精密球铰链关节间隙难以测量的问题,提出一种新型球面电容传感器结构,利用电容式位移传感器原理以实现球铰链关节间隙的高精度测量。论文的主要研究内容包括:（1）根据精密球铰链的结构特点,提出一种新型球面电容传感器设计方案,可以在不影响球铰链传动精度和结构尺寸的条件下,实现球铰链关节间隙的高精度测量。通过仿真,验证设计方案的可行性。（2）通过有限元仿真的方法,研究球面电容传感器中边缘效应的影响因素,优化球面电容传感器的结构参数:电极的形状、电极间的零位间隙、电极的厚度。（3）研究球面电容传感器的制造、装配误差对测量精度的...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
精密球铰链空
精密滚
杭州电子科技大学硕士学位论文2关节间隙引起的运动误差，提高机构的运动精度、精密球铰链空间姿态角的测量精度，扩展精密球铰链的应用领域等具有重要的理论意义和广泛的应用前景。（a）基于球面电容传感器的姿态角测量方法（b）基于霍尔传感器的姿态角测量方法图1.1精密球铰链空间姿态角测量方法1.2精密球铰链结构及研究现状为了提高球铰链的刚度、运动精度，降低球铰链在传动时的磨损和运动阻力，许多学者或公司提出了不同形式的高精度球铰链，目前主流的高精密球铰链结构为：滚动球铰链、滑动球铰链和静压气浮球铰链。（1）滚动球铰链日本精工株式会社（HEPHAIST）开发了一款高精度滚动球铰链（HephaistSRJ），如图1.2（a）所示。通过在球头和球窝之间布置了若干个高精度滚珠，将球头与球窝之间的面接触形式变为多点接触形式，提高了球铰链的运动精度，降低球头与球窝之间的磨损，延长了球铰链的使用寿命，其运动精度可以达到±1.0μm~±2.5μm。东京理科大学为提高并联机构的运动精度，扩大并联机构的运动范围，研发了一款高精密滚动球轴承，如图1.2（b），经试验在-25°~+25°的摆角范围内其运动平稳[38]。此外，德国的INA公司以及韩国科学技术院[39]为进一步提高球铰链的运动精度，在球头和球窝之间布置了更多的高精密滚珠，如图1.2（c）所示，但是其结构大大限制了球杆的运动摆角范围。（a）Hephaist滚动球铰链（b）TUS滚动球铰链（c）INA滚动球铰链图1.2精密滚动球铰链（2）滑动球铰链
【参考文献】：
期刊论文
[1]电容式电子测压器的边缘效应分析[J]. 吴哲琼,范锦彪,王雪姣. 中国测试. 2018(05)
[2]智能球铰链优化设计与精度提升[J]. 胡鹏浩,陈时毅,廖普,刘文文,祝连庆. 仪器仪表学报. 2018(03)
[3]嵌入式智能球铰链设计及研制[J]. 胡鹏浩,廖普,路翼畅,杨文国,孟晓辰. 机械工程学报. 2017(20)
[4]基于支链受力分析的Stewart平台球铰间隙误差补偿方法[J]. 李新友,李学敏,黄小春,陈乃玉,李强. 航空制造技术. 2016(06)
[5]基于Ansoft的容栅传感器边缘效应分析[J]. 武嘉俊,陈昌鑫,马铁华,刘莉. 仪表技术与传感器. 2016(02)
[6]考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析[J]. 王庚祥,刘宏昭. 机械工程学报. 2015(01)
[7]考虑球面副间隙的并联机构动力学模型[J]. 王庚祥,刘宏昭,邓培生. 振动与冲击. 2014(10)
[8]并联坐标测量机的结构优化[J]. 李松原,胡鹏浩. 光学精密工程. 2013(11)
[9]电极表面粗糙度对检测电容的影响[J]. 张海峰,刘晓为,李海,陈楠. 光学精密工程. 2013(09)
[10]并联机构中精密球铰链的结构和误差特点[J]. 鲍鑫鑫,胡鹏浩,王静,李松原. 机械工程与自动化. 2013(01)
博士论文
[1]陀螺仪气浮轴承—转子系统动力学特性研究[D]. 杨光伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]面向精密定位的平面电容式多自由度位移测量传感器关键技术研究[D]. 余建平.浙江大学 2013
[3]可穿戴型并联式髋关节助力机器人研究[D]. 梁文渊.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]静压气体球轴承设计及静态特性研究[D]. 唐超锋.杭州电子科技大学 2019
[2]基于人工神经网络的精密球铰链空间回转角度测量[D]. 廖普.合肥工业大学 2018
[3]智能球铰链间隙测量及标定技术提升[D]. 路翼畅.合肥工业大学 2018
[4]基于精密球关节的空间二连杆式球杆仪[D]. 朱晔文.杭州电子科技大学 2018
[5]智能球铰链空间回转角度测量及精度提升技术[D]. 杨文国.合肥工业大学 2017
[6]基于电容测量原理的精密球铰链多维运动位移测量方法研究[D]. 张敏.杭州电子科技大学 2016
[7]基于磁效应的嵌入式精密球铰链空间回转角度测量技术研究[D]. 朱良.合肥工业大学 2016
[8]面向拾取作业的Delta机器人工作性能与含球铰间隙的位姿误差研究[D]. 黄勉.华南理工大学 2015
[9]智能球关节的测量原理及关键技术研究[D]. 李帅鹏.合肥工业大学 2014
[10]基于位移测量的差动电容传感器研究[D]. 海静.东华大学 2014
本文编号：3525624
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
精密球铰链空
精密滚
杭州电子科技大学硕士学位论文2关节间隙引起的运动误差，提高机构的运动精度、精密球铰链空间姿态角的测量精度，扩展精密球铰链的应用领域等具有重要的理论意义和广泛的应用前景。（a）基于球面电容传感器的姿态角测量方法（b）基于霍尔传感器的姿态角测量方法图1.1精密球铰链空间姿态角测量方法1.2精密球铰链结构及研究现状为了提高球铰链的刚度、运动精度，降低球铰链在传动时的磨损和运动阻力，许多学者或公司提出了不同形式的高精度球铰链，目前主流的高精密球铰链结构为：滚动球铰链、滑动球铰链和静压气浮球铰链。（1）滚动球铰链日本精工株式会社（HEPHAIST）开发了一款高精度滚动球铰链（HephaistSRJ），如图1.2（a）所示。通过在球头和球窝之间布置了若干个高精度滚珠，将球头与球窝之间的面接触形式变为多点接触形式，提高了球铰链的运动精度，降低球头与球窝之间的磨损，延长了球铰链的使用寿命，其运动精度可以达到±1.0μm~±2.5μm。东京理科大学为提高并联机构的运动精度，扩大并联机构的运动范围，研发了一款高精密滚动球轴承，如图1.2（b），经试验在-25°~+25°的摆角范围内其运动平稳[38]。此外，德国的INA公司以及韩国科学技术院[39]为进一步提高球铰链的运动精度，在球头和球窝之间布置了更多的高精密滚珠，如图1.2（c）所示，但是其结构大大限制了球杆的运动摆角范围。（a）Hephaist滚动球铰链（b）TUS滚动球铰链（c）INA滚动球铰链图1.2精密滚动球铰链（2）滑动球铰链
【参考文献】：
期刊论文
[1]电容式电子测压器的边缘效应分析[J]. 吴哲琼,范锦彪,王雪姣. 中国测试. 2018(05)
[2]智能球铰链优化设计与精度提升[J]. 胡鹏浩,陈时毅,廖普,刘文文,祝连庆. 仪器仪表学报. 2018(03)
[3]嵌入式智能球铰链设计及研制[J]. 胡鹏浩,廖普,路翼畅,杨文国,孟晓辰. 机械工程学报. 2017(20)
[4]基于支链受力分析的Stewart平台球铰间隙误差补偿方法[J]. 李新友,李学敏,黄小春,陈乃玉,李强. 航空制造技术. 2016(06)
[5]基于Ansoft的容栅传感器边缘效应分析[J]. 武嘉俊,陈昌鑫,马铁华,刘莉. 仪表技术与传感器. 2016(02)
[6]考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析[J]. 王庚祥,刘宏昭. 机械工程学报. 2015(01)
[7]考虑球面副间隙的并联机构动力学模型[J]. 王庚祥,刘宏昭,邓培生. 振动与冲击. 2014(10)
[8]并联坐标测量机的结构优化[J]. 李松原,胡鹏浩. 光学精密工程. 2013(11)
[9]电极表面粗糙度对检测电容的影响[J]. 张海峰,刘晓为,李海,陈楠. 光学精密工程. 2013(09)
[10]并联机构中精密球铰链的结构和误差特点[J]. 鲍鑫鑫,胡鹏浩,王静,李松原. 机械工程与自动化. 2013(01)
博士论文
[1]陀螺仪气浮轴承—转子系统动力学特性研究[D]. 杨光伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]面向精密定位的平面电容式多自由度位移测量传感器关键技术研究[D]. 余建平.浙江大学 2013
[3]可穿戴型并联式髋关节助力机器人研究[D]. 梁文渊.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]静压气体球轴承设计及静态特性研究[D]. 唐超锋.杭州电子科技大学 2019
[2]基于人工神经网络的精密球铰链空间回转角度测量[D]. 廖普.合肥工业大学 2018
[3]智能球铰链间隙测量及标定技术提升[D]. 路翼畅.合肥工业大学 2018
[4]基于精密球关节的空间二连杆式球杆仪[D]. 朱晔文.杭州电子科技大学 2018
[5]智能球铰链空间回转角度测量及精度提升技术[D]. 杨文国.合肥工业大学 2017
[6]基于电容测量原理的精密球铰链多维运动位移测量方法研究[D]. 张敏.杭州电子科技大学 2016
[7]基于磁效应的嵌入式精密球铰链空间回转角度测量技术研究[D]. 朱良.合肥工业大学 2016
[8]面向拾取作业的Delta机器人工作性能与含球铰间隙的位姿误差研究[D]. 黄勉.华南理工大学 2015
[9]智能球关节的测量原理及关键技术研究[D]. 李帅鹏.合肥工业大学 2014
[10]基于位移测量的差动电容传感器研究[D]. 海静.东华大学 2014
本文编号：3525624
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