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嵌入式智能球铰链设计及研制

机械工程学报 2017年第20期53卷 1-6页

作者：胡鹏浩廖普路翼畅杨文国孟晓辰合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

精密球铰链在并联机构中应用广泛,但其在被动运动中,其回转方位及回转角无法自知。基于磁效应,提出一种霍尔传感器与永磁体组合的回转方位辨识及角度测量新方法。在球头上嵌入永磁体,在球窝上植入霍尔传感器阵列,当球头回转时,霍尔传感... 详细信息

精密球铰链在并联机构中应用广泛,但其在被动运动中,其回转方位及回转角无法自知。基于磁效应,提出一种霍尔传感器与永磁体组合的回转方位辨识及角度测量新方法。在球头上嵌入永磁体,在球窝上植入霍尔传感器阵列,当球头回转时,霍尔传感器阵列测量磁感应强度的变化,反解出角度信息。在完成理论建模、仿真计算和可行性试验的基础上,完成了嵌入式样机的研制。在实现信号冗余计算的基础上,优化了反解算法,基本实现了球铰链多维回转角度的实时测量。球铰链也从单纯的精密传动部件转变为集传动和感测为一体的综合智能部件。随研究的继续,其精度将有大幅提高,有望应用到精密工程中。

关键词：球铰链霍尔传感器角度测量等效磁荷

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球铰链的多维回转角度测量方法研究综述

电子测量与仪器学报 2017年第1期31卷 1-8页

作者：王文张敏朱晔文唐超锋杭州电子科技大学机械工程学院杭州310018

球铰链具有结构紧凑、运动灵活和承载能力强等优点,是一种应用较普遍的多自由度机械关节,其回转角度的检测对系统运动误差预测分析、反馈和控制具有十分重要的意义。首先介绍球铰链的应用与结构特点,然后分析球铰链多维回转角度的测量需... 详细信息

球铰链具有结构紧凑、运动灵活和承载能力强等优点,是一种应用较普遍的多自由度机械关节,其回转角度的检测对系统运动误差预测分析、反馈和控制具有十分重要的意义。首先介绍球铰链的应用与结构特点,然后分析球铰链多维回转角度的测量需求,对国内外球铰链多维角度检测的相关研究发展进行综述,主要包括基于结构解耦测量、基于光学原理测量和基于磁场理论测量等方法。最后,对球铰链多维回转角度测量的研究现状进行总结,指出了其研究的重点、难点以及关键技术突破面临的挑战。

关键词：球铰链多自由度角度测量综述

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并联机器人球铰链的仿真设计

机械设计 2007年第2期24卷 53-55页

作者：高金莲韩英强李波张小俊刘更谦河北工业大学机械工程学院天津300130 河北北方学院牧业工程系河北张家口075000

球铰链作为一种能够提供3个自由度的铰链机构,在各种形式的并联机器人中得到了广泛应用。但由于其工作空间较小,限制了机器人的工作空间,从而增大了设计难度。在3-RSS/S型踝关节康复并联机器人的球铰链的设计过程中,提出了一种运用MATLA... 详细信息

球铰链作为一种能够提供3个自由度的铰链机构,在各种形式的并联机器人中得到了广泛应用。但由于其工作空间较小,限制了机器人的工作空间,从而增大了设计难度。在3-RSS/S型踝关节康复并联机器人的球铰链的设计过程中,提出了一种运用MATLAB和UG软件相结合的仿真设计法,充分利用球铰转动时极限转角不对称的特点,完成了球铰链的设计,并给出了球铰链仿真设计法的一般步骤。

关键词：球铰链并联机器人工作空间仿真

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球铰链回转角度测量系统集成化设计

球铰链回转角度测量系统集成化设计

作者：赵林超合肥工业大学

学位级别：硕士

精密球铰是一种可在空间任意方向回转的球形运动机构,目前已广泛应用于机器人、并联机构、测量仪器等工业设备中。然而,对其空间回转角度的实时检测还缺乏高精度的测量方法,准确的获取其空间回转角度对于应用设备的运动误差预测分析、... 详细信息

精密球铰是一种可在空间任意方向回转的球形运动机构,目前已广泛应用于机器人、并联机构、测量仪器等工业设备中。然而,对其空间回转角度的实时检测还缺乏高精度的测量方法,准确的获取其空间回转角度对于应用设备的运动误差预测分析、反馈和姿态控制具有重要意义。课题组经过几年的研究和经验积累,目前已经提出了基于磁效应和电涡流效应的两种测量方法,通过对传感器获取的测量数据辅以人工神经网络或采用等效磁荷解析法建立被测物理量与回转角度之间的非线性模型关系。本文主要研究内容是针对原基于磁效应的球铰链测角方案进行系统集成化改进,在保证测量精度的同时实现测量系统集成化、智能化和便携化,为未来的产品化和应用做准备。主要内容包括:通过仿真和实验测试完成了基于STM32F407的数据采集电路的设计,包括传感器恒流源供电电路、模拟信号放大和滤波电路、模数转换电路以及蓝牙通讯电路等设计和研制;通过C语言编程将训练后的RBF人工神经网络模型嵌入至STM32芯片中进行角度的实时计算,并将计算结果通过USB接口或蓝牙模块传输至显示终端,从而实现球铰链空间回转角度的实时显示;构建实验平台,对集成的角度测量系统进行测试验证,完成实验数据进行处理和误差源分析。实验测试表明:该测量系统在球铰链±20°回转范围内,α角测量均方差为29′43″,β角测量均方差为26′8″,实现了在±20°内的测量基本功能;而α和β在-20°～0°的回转范围内,α角测量均方差为10′47″,β角测量均方差为4′8″,说明该测量系统在小角度回转范围内具有较高的测量精度。与现有技术方案相比,本方案实现了信号采集处理电路集成化,传感器数据可直接在STM32中进行RBF人工神经网络计算,在满足测量精度和测量速度的同时,大大缩小了测量系统所占用的空间便于集成装配在球铰链底座的预留空间内,初步实现了测量系统集成化、智能化和便携化的目标,同时制造成本大幅下降。

关键词：球铰链空间回转角度霍尔传感器 RBF人工神经网络

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微机器人中用细钢丝替代球铰链的定位误差

机械设计 2003年第5期20卷 7-9页

作者：刘德忠费仁元许意华潘新文北京工业大学机电学院北京100022

设计的双指微动操作手的本体是基于并联机构的微机器人 ,其工作盘上装有针状手指。微机器人的传动支链采用柔性铰链微位移放大机构 ,并用细钢丝代替球铰链。讨论了柔性铰链的定位误差 ,建立了用细钢丝代替球铰链的误差模型 ,借助于柔性... 详细信息

设计的双指微动操作手的本体是基于并联机构的微机器人 ,其工作盘上装有针状手指。微机器人的传动支链采用柔性铰链微位移放大机构 ,并用细钢丝代替球铰链。讨论了柔性铰链的定位误差 ,建立了用细钢丝代替球铰链的误差模型 ,借助于柔性铰链相对于理想运动轨迹的偏离曲线。

关键词：微机器人并联机构双指微动操作手定位误差球铰链细钢丝压电陶瓷柔性铰链

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智能球铰链空间磁场分布仿真及其影响分析

中国测试 2017年第2期43卷 130-133页

作者：杨文国胡鹏浩党学明合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

智能球铰链中球头周边磁场分布对其测量范围和分辨率有直接的影响。该文设计一种新的结构形式,采用多个永磁体和多个磁效应传感器沿球面阵列布置的方案改善测量分辨率,给出其理论模型和新的数值积分算法。Maxwell软件的仿真结果证实理... 详细信息

智能球铰链中球头周边磁场分布对其测量范围和分辨率有直接的影响。该文设计一种新的结构形式,采用多个永磁体和多个磁效应传感器沿球面阵列布置的方案改善测量分辨率,给出其理论模型和新的数值积分算法。Maxwell软件的仿真结果证实理论模型的正确性,并运用理论建模完成相应的理论分析,得出永磁体和传感器的最佳空间位置匹配,对于进一步提高智能球铰链的分辨率和精度有重要意义。

关键词：霍尔传感器球铰链永磁体测量分辨率

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汽车后视镜球铰链联接松动问题的分析与解决

机械设计与制造 2005年第5期 72-73页

作者：宁汪洋杨公明袁格侠西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100

针对汽车后视镜易松动问题,经过对其球铰链联结进行受力分析和实验,得出过盈配合是解决问题的最佳方案。

关键词：球铰链摩擦阻力过盈配合

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球铰链防尘罩抱紧力优化

北京汽车 2019年第6期 50-52页

作者：程开强一汽-大众汽车有限公司技术开发部

球铰链是汽车底盘上与安全相关的零件,起到了连接转向节和控制臂,实现车辆的转向以及车轮跳动的作用。由于其使用环境恶劣,采用防尘罩隔绝外界污物、潮气来保证其性能和使用寿命。结合工程实际,利用试验与模拟仿真,分析了防尘罩跟转扭... 详细信息

球铰链是汽车底盘上与安全相关的零件,起到了连接转向节和控制臂,实现车辆的转向以及车轮跳动的作用。由于其使用环境恶劣,采用防尘罩隔绝外界污物、潮气来保证其性能和使用寿命。结合工程实际,利用试验与模拟仿真,分析了防尘罩跟转扭曲的原因,通过增大密封唇内径减小了抱紧力,并进行试验验证,最终完成防尘罩的优化。

关键词：球铰链防尘罩抱紧力密封性能

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并联机构中精密球铰链的结构和误差特点

机械工程与自动化 2013年第1期 217-218,224页

作者：鲍鑫鑫胡鹏浩王静李松原合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

精密球铰链在并联机构中有着非常广泛的应用,但其自身结构的局限影响了并联机构的工作空间,而且其制造误差及装配过程中所产生的间隙误差是提高并联机构运动精度的主要障碍之一。从球铰链结构、误差特点及运动学建模等方面进行了比较深... 详细信息

精密球铰链在并联机构中有着非常广泛的应用,但其自身结构的局限影响了并联机构的工作空间,而且其制造误差及装配过程中所产生的间隙误差是提高并联机构运动精度的主要障碍之一。从球铰链结构、误差特点及运动学建模等方面进行了比较深入的阐述,讨论了提高球铰链精度的措施以及误差补偿的方法。

关键词：球铰链制造误差并联机构