本文關(guān)鍵詞：基于電容測(cè)量原理的精密球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量方法研究

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【摘要】：球鉸鏈?zhǔn)且环N應(yīng)用較普遍的三自由度機(jī)械關(guān)節(jié),具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn),已成為并聯(lián)機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人、汽車零部件和醫(yī)療器械等重要機(jī)械裝備的關(guān)鍵基礎(chǔ)構(gòu)件。由于球鉸鏈的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)空間限制,合適的多維角度測(cè)量器件缺乏,目前的球鉸鏈一般沒有配置運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量傳感器。但是,隨著機(jī)械裝備工作精度要求的不斷提高,對(duì)球鉸鏈運(yùn)動(dòng)精度的要求也越來越高,若能設(shè)計(jì)一種球鉸鏈的關(guān)節(jié)傳感器使之能夠?qū)崿F(xiàn)空間多維回轉(zhuǎn)角度的精密檢測(cè),將有利于鉸鏈傳動(dòng)的監(jiān)測(cè)與控制;開展球鉸鏈的關(guān)節(jié)間隙測(cè)量方法研究,不僅可用于分析球鉸鏈間隙誤差的隨機(jī)性特點(diǎn)進(jìn)而提高球鉸鏈傳動(dòng)精度,而且可為系統(tǒng)誤差預(yù)測(cè)和反饋提供參考依據(jù)。因此,研究球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移檢測(cè)方法、研制多維位移測(cè)量傳感器裝置具有重要意義。本論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于柱狀電容傳感器的高精度主軸回轉(zhuǎn)誤差在線檢測(cè)方法研究(No.51275465)”和浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于球面電容傳感器的機(jī)器人精密球關(guān)節(jié)多維運(yùn)動(dòng)位移檢測(cè)研究(No.LZ16E050001)”,以球鉸鏈空間多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量為研究對(duì)象,基于電容測(cè)量原理,提出精密球鉸鏈的運(yùn)動(dòng)位移檢測(cè)方案,采用理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,重點(diǎn)研究精密球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度和關(guān)節(jié)間隙的檢測(cè)技術(shù)。論文的主要研究內(nèi)容包括:第1章首先介紹論文的研究背景和意義,闡述了球鉸鏈的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。然后綜述了球形轉(zhuǎn)子空間回轉(zhuǎn)角度和球面關(guān)節(jié)間隙檢測(cè)技術(shù)的國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀,最后提出了論文研究的主要思路與框架結(jié)構(gòu)。第2章分析球鉸鏈的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,明確被測(cè)位移量,提出了基于球面電容傳感器的精密球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移檢測(cè)原理。介紹電容傳感器測(cè)量的基本原理和應(yīng)用,并且闡述了傳感器邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的原因和消減方法。第3章基于變極板面積型的電容傳感器原理,提出一種球冠形電極結(jié)構(gòu)的球面電容傳感器用于精密球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角位移檢測(cè)的方法,建立球鉸鏈空間二維回轉(zhuǎn)角度與待測(cè)電容值關(guān)系的理論模型。分析了電容極板的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)傳感器的電容值影響,并通過Ansoft Maxwell軟件仿真驗(yàn)證了球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度測(cè)量方案的可行性。第4章基于變極板間隙型的電容傳感器原理,分別提出球冠形電極結(jié)構(gòu)和球面弧形電極結(jié)構(gòu)的球面電容傳感器用于精密球鉸鏈關(guān)節(jié)間隙測(cè)量的方法,建立測(cè)量電容值與球鉸鏈的球頭相對(duì)于球窩產(chǎn)生空間偏心位移關(guān)系的理論模型。分析了電容極板的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)傳感器的電容值影響,并通過Ansoft Maxwell軟件仿真驗(yàn)證了球鉸鏈關(guān)節(jié)間隙測(cè)量方案的可行性。第5章設(shè)計(jì)和搭建球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),主要對(duì)傳感器電極和實(shí)驗(yàn)的部分輔助連接件等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試等。然后分別對(duì)自制的、簡化結(jié)構(gòu)的球面電容傳感器原型開展球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度測(cè)量和球鉸鏈單自由度偏心位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究,在靜態(tài)條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極之間的相對(duì)位移與傳感器電容值變化進(jìn)行了檢測(cè),通過商品化的精密電容測(cè)量儀測(cè)量極板間的電容值,將測(cè)量結(jié)果與理論電容值進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證測(cè)量方案的可行性與正確性。第6章對(duì)論文的研究工作進(jìn)行總結(jié),并對(duì)后續(xù)的研究工作提出了建議。
【關(guān)鍵詞】：精密球鉸鏈 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角 關(guān)節(jié)間隙 位移測(cè)量 球面電容傳感器 仿真分析 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 論文研究的背景及意義11-12
• 1.2 球鉸鏈類型與結(jié)構(gòu)12-15
• 1.3 球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度檢測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 基于結(jié)構(gòu)解耦的測(cè)量方法16-17
• 1.3.2 基于光學(xué)原理的測(cè)量方法17-20
• 1.3.3 基于磁場理論的測(cè)量方法20-23
• 1.4 球鉸鏈關(guān)節(jié)間隙檢測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容24-26
• 1.6 本章小結(jié)26-27
• 2 精密球鉸鏈的多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量原理27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移的測(cè)量分析27-30
• 2.2.1 不考慮球頭在球窩中運(yùn)動(dòng)偏心的情況27-29
• 2.2.2 考慮球頭在球窩中運(yùn)動(dòng)偏心的情況29-30
• 2.3 電容傳感器的基本原理與應(yīng)用30-35
• 2.3.1 變間隙型電容傳感器32
• 2.3.2 變面積型電容傳感器32-34
• 2.3.3 電容傳感器的邊緣效應(yīng)34-35
• 2.4 基于電容傳感器的球鉸鏈多維位移測(cè)量方案35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 精密球鉸鏈的二維回轉(zhuǎn)角度測(cè)量方法研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方案36-43
• 3.2.1 基于球冠形電極的SCS測(cè)量原理分析36-39
• 3.2.2 基于變極板面積原理的SCS電容值理論建模39-43
• 3.3 SCS球面電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)分析43-45
• 3.3.1 極板間隙變化對(duì)測(cè)量電容值的影響43-44
• 3.3.2 極板正對(duì)面積變化對(duì)測(cè)量電容值的影響44-45
• 3.4 基于SCS的球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度測(cè)量仿真研究45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 4 精密球鉸鏈的關(guān)節(jié)間隙測(cè)量方法研究49-70
• 4.1 引言49
• 4.2 球鉸鏈關(guān)節(jié)間隙的測(cè)量方案49-59
• 4.2.1 基于球冠形電極的SCS測(cè)量原理分析49-51
• 4.2.2 基于變極板間隙原理的SCS電容值理論建模51-54
• 4.2.3 基于球面弧形電極的SCS改進(jìn)型設(shè)計(jì)54-59
• 4.3 SCS球面電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)分析59-61
• 4.3.1 球冠形電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)SCS電容值的影響59-60
• 4.3.2 球面弧形電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)SCS電容值的影響60-61
• 4.4 基于SCS的球鉸鏈關(guān)節(jié)間隙測(cè)量仿真研究61-69
• 4.4.1 基于球冠形電極的SCS檢測(cè)球鉸鏈間隙仿真研究61-65
• 4.4.2 基于球面弧形電極的SCS檢測(cè)球鉸鏈間隙仿真研究65-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 5 精密球鉸鏈的多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)研究70-80
• 5.1 引言70
• 5.2 基于SCS的球鉸鏈多維位移實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建70-76
• 5.2.1 基于SCS的球鉸鏈二維回轉(zhuǎn)角度測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建70-73
• 5.2.2 基于SCS的球鉸鏈單自由度偏心位移測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建73-75
• 5.2.3 微弱電容信號(hào)的檢測(cè)75-76
• 5.3 基于SCS的球鉸鏈回轉(zhuǎn)角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究76-77
• 5.4 基于SCS的球鉸鏈偏心位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究77-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 6 結(jié)論80-83
• 6.1 總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-83
• 致謝83-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 作者在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加的科研項(xiàng)目91

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1 高金蓮;韓英強(qiáng);李波;張小俊;劉更謙;;并聯(lián)機(jī)器人球鉸鏈的仿真設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2007年02期

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1 朱良;基于磁效應(yīng)的嵌入式精密球鉸鏈空間回轉(zhuǎn)角度測(cè)量技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

2 張敏;基于電容測(cè)量原理的精密球鉸鏈多維運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量方法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1036346