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影响。球面电极在制造过程中会产生形状误差,装配过程中也会产生位置安装误差,分析了这些误差因素对其测量精度的影响,为球面电容传感器在制造、装配过程中的误差控制提供理论依据。(4)设计基于球面电容传感器的球铰链关节间隙测量实验平台,开展实验研究,通过对比理论值、仿真值和实验值,验证所设计球面电容传感器测量球铰链关节间隙的可行性与有效性。