多自由度球关节结构能同时提供多个方向的旋转自由度,其在现代工业、航空、智能机器人等领域的应用越来越广泛,其优越性也日益显著。多自由度球关节的运动姿态检测是实现球关节闭环运动控制最重要的一环。多自由度球关节运动姿态检测方法主要可以分为接触式姿态检测和非接触式姿态检测。接触式姿态检测法通常需要将编码器、陀螺仪、加速度计等通过额外的机械装置安装在球关节上,这种方法通常会引入新的摩擦力和惯性力,在一定程度上会影响球关节的运动性能。非接触式姿态检测通常可以分为基于视觉的姿态检测方法和基于磁场的姿态检测方法,基于视觉的姿态检测方法通常需要较大的计算量且设备昂贵,基于磁场的姿态检测方案受环境磁场影响较大,应用场合局限。本课题提出了一种基于距离传感实现球关节三自由度姿态测量的非接触式姿态检测系统。通过设计一种非均匀的球壳安装在球关节的动子上随着动子一起运动,利用激光位移传感器测量球壳的半径解算出球关节的运动姿态。该测量系统无需标定初始位置,最多只需要四个激光位移传感器便能够得出球关节运动姿态的解析解,该解析解法计算简单,鲁棒性强。通过仿真得出传感器量程和分辨率以及球壳加工误差对最后解算精度的影响,其结果在理想范围内。最后,通过实验验证了该检测系统的可行性。