CN106931031A - 自锁式球形接头 - Google Patents

Abstract

一种自锁式球形接头包括第一细长件、球体和第二细长件。第一细长件包括置于一端的容置器。容置器具有限定井状物的内表面。球体可置于井状物中旋转。球体由多个分部形成，这些分部可相对彼此朝向并且远离球轴移动。第二细长件可沿球轴平移。处于锁定结构时，球体的外表面与内表面摩擦接合，以防止球体在井状物中旋转。球形接头处于非锁定结构时，球体可在井状物中旋转。将第二细长件沿球轴按压，使球形接头从锁定结构转变为非锁定结构。

Description

自锁式球形接头

技术领域

本发明涉及球形接头，更具体地，涉及包括自锁机构的球形接头。

背景技术

球形接头使得两种连接物联接在一起，同时使连接物能够围绕接头在所有三个旋转自由度(DOF)旋转。一些球形接头包括锁定机构，使得球形接头锁定，在一个或多个自由度将连接物彼此固定。

通常地，锁定机构包括外部件，其移动至与球形接头的球体接触，这样外部件和球体的接合将球形接头锁定。这类锁定件的限制是，当向其中一个连接物施加力，使该连接物相对彼此围绕已锁定的球形接头移动时，外部件施加在球体上的力必须增大或大于施加至连接物上的力。当向其中一个连接物施加很大的力以使该连接物相对彼此移动时，对使用者而言很难通过外部件向球体施加足够大的力，来锁定球形接头。

因此，一直需要一种球形接头，该球形接头能够在已经向连接物施加很大力的前提下，将两个连接物相对彼此锁定。

发明内容

本发明一般涉及一种自锁式球形接头，其偏向锁定结构，此时球形接头的臂或连接物相对彼此固定。在锁定状态下，球形接头设置为利用连接物上的力来提升连接物相对彼此的锁定或固定，并充当自动制动器。作为自动制动器，为了移动球形接头所施加的力越大，接头的锁定力越大。通过将其中一个连接物压向球形接头，使球形接头转变为非锁定状态，其使得球形接头的连接物能够相对彼此在一个或多个自由度旋转。当松开被按压的连接物时，球形接头恢复至锁定状态。预期的是，比起连接物在除了朝向球形接头以使球形接头解锁的方向上所经受的力，按压连接物所需的力比较小。

在本发明的一方面，自锁式球形接头包括第一细长件、球体和第二细长件。第一细长件包括置于一端的容置器。该容置器具有内表面，该内表面限定了可旋转地容置球体的井状物。该球体限定了球轴以及围绕球轴的通道。该球体由多个分部形成，该分部可朝向并远离球轴移动。球体的分部相互配合限定了球体的外表面。第二细长件可沿球轴平移，并具有第一端部和第二端部。该第一端部置于球体的通道中。在自锁式球形接头的锁定结构中，球体的外表面与限定井状物的内表面摩擦接合，以防止球体在井状物中旋转。在自锁式球形接头的非锁定结构中，球体可在井状物中旋转。将第二细长件沿球轴压向容置器，使自锁式球形接头从锁定结构转变为非锁定结构。

在一些方面，自锁式球形接头偏向锁定结构。自锁式球形接头可包括偏压件，该偏压件置于井状物中，并与第二细长件的第一端部接合，以促使自锁式球形接头向锁定结构转变。

在一些方面，球体的多个分部处于锁定结构时在相邻分部之间限定第一间隙，处于非锁定结构时在相邻分部限定第二间隙，其中第二间隙小于第一间隙。在非锁定结构，第二间隙可基本为零，这样相邻分部彼此接触。第二细长件的第一端部可包括平面和在相邻平面交汇处所限定的边。第一端部的边可置于球体的相邻分部间的间隙中，这样第二细长件的旋转将边与其中一个相邻分部接合，使球体分部向外移动，并与限定了容置器井状物的内表面接合。自锁式球形接头的几何形状可设计为，使第二细长件的旋转增加接头的锁定力。此外，为了旋转第二细长件所施加的力越大，自锁式球形接头的锁定能力越强。

在某些方面，自锁式球形接头包括围绕球体的紧缩件，该紧缩件可促使球体的多个分部移向球轴。该紧缩件可促使每个分部移向相邻分部，以减少球体的直径。

在特别的方面，第二细长件限定了围绕球轴设置的内腔，并且第一细长件限定了与井状物连通的孔道。自锁式球形接头可包括栓以及孔道，该栓置于内腔中，该孔道使第一细长件和第二细长件彼此对齐，同时使自锁式球形接头处于非锁定结构时仅在一个自由度内旋转。

在某些方面，球体至少一部分的通道是截锥形，并且第二细长件的第一端部是截锥形。球体的整个通道可为截锥形。第二细长件的第二端部可从球体伸出。

在某些方面，第二细长件和球体之间的接触长度在处于非锁定结构时比处于锁定结构时更大。在锁定结构中，第二细长件可设置为在具有高载荷情况下挠曲，这样自锁式球形接头在锁定结构滑动。

在本发明的另一方面，自锁式球形接头包括第一细长件、球体以及第二细长件。第一细长件包括置于一端的容置器。该容置器具有限定了井状物的内表面。该球体可旋转地置于井状物中，并具有外表面。球体限定了球轴和围绕球轴的通道。第二细长件可沿球轴平移，并包括置于球体的通道内的一部分。在自锁式球形接头的锁定结构中，球体的外表面与限定了井状物的内表面摩擦接合，以防止球体在井状物中旋转。在自锁式球形接头的非锁定结构中，球体可在井状物中旋转。第二细长件沿球轴被压向容置器，将自锁式球形接头转变为非锁定结构。

在某些方面，球体包括围绕球轴设置的多个分部。多个分部可朝着以及远离球轴移动，以改变球体的外表面所限定的球体直径。或者，球体可由弹性可压缩材料制成，这样由球体的外表面限定的球体直径可变化。

在本发明的另一方面，人体模型包括第一解剖结构、第二解剖结构以及第一解剖结构和第二解剖结构之间的接头。该接头包括自锁式球形接头，来提供第一解剖结构和第二解剖结构之间的选择性运动。自锁式球形接头包括第一细长件、球体以及第二细长件。该第一细长件包括置于一端的容置器。该容置器具有限定了井状物的内表面。第一细长件置于第一解剖结构内，并相对该第一解剖结构固定。球体可旋转地置于井状物中，并限定球轴和围绕该球轴的通道。球体由多个分部形成，该多个分部可朝向以及远离球轴移动。球体的分部相互配合限定了球体的外表面。第二细长件可沿球轴平移，并具有第一端部和第二端部。第一端部置于球体的通道中，第二端部置于第二解剖结构中并相对第二解剖结构固定。在人体模型的接头的锁定结构中，球体的外表面与限定井状物的内表面摩擦接合，以防止第一解剖结构与第二解剖结构相对彼此移动。在人体模型的接头的非锁定结构中，球体可在井状物中旋转，使得第一解剖结构和第二解剖结构相对彼此移动。将第一解剖结构压入接头，使接头从锁定结构转变为非锁定结构。

在某些方面，当接头处于非锁定结构时，第一解剖结构和第二解剖结构相对彼此在三个自由度上可移动。或者，当接头处于非锁定结构时，第一解剖结构和第二解剖结构可相对彼此仅在一个自由度上移动。

进一步地，为保持一致性，本文所描述的任意方面可与本文所描述的任意或所有其他方面共同应用。

附图说明

在下文中，参照附图对本发明的不同方面进行描述，该附图并入本发明，并构成本发明的一部分，其中：

图1为现有技术的锁定球形接头的示例；

图2为根据本发明的自锁式球形接头的透视图；

图3为图2球形接头的部件相分离的爆炸图；

图4为沿图2剖面线4-4的剖视图，其示出了处于锁定结构的球形接头；

图5为图3球形接头的球体处于锁定结构时的正视图；

图6为图4的球体处于非锁定结构的正视图；

图7为图2的球形接头处于非锁定结构的剖视图；

图8为图2的球形接头处于非锁定结构的剖视图，其具有栓，将球形接头限制在单一旋转自由度；

图9为图2的球形接头处于锁定结构的剖视图，其具有在高载荷下弯曲的杆，以使该球形接头离合；

图10为根据本发明所提供的人体模型的透视图，其在肩关节包括处于锁定结构的图2的球形接头，并且在肘关节包括处于锁定结构的图8的球形接头；

图11为图10的人体模型的透视图，其在肩关节具有处于非锁定结构的球形接头，在肘关节具有处于锁定结构的球形接头；

图12为图11的人体模型的透视图，其在肩关节具有围绕肩关节旋转后恢复锁定结构的球形接头，在肘关节具有处于非锁定结构的球形接头；并且

图13为图12的人体模型的透视图，其在肩关节具有处于锁定结构的球形接头，在肘关节具有围绕肘关节旋转后恢复锁定结构的球形接头。

具体实施方式

现参照附图对本发明的实施例进行详细说明，其中同样的标号指示各个附图中相同或相应的元件。

通常地，现有技术的锁定球形接头使用锁定件的摩擦接合使球体摩擦接合，并促使球体与球形接头的一部分进行摩擦接合。例如，参照图1，示出的现有技术的锁定球形接头1000包括颈圈1010、球端1020和锁定手柄1030。该颈圈1010限定了凹口1012和锁定开口1014。球端1020包括球体1022，其可旋转地置于颈圈1010的凹口1012内。锁定手柄1030包括锁定件1032，其贯穿锁定颈圈1010的锁定开口1014与球体1022接合。锁定件1032和球体1022的接合将球端1020相对颈圈1010锁定，这样锁定球形接头1000被锁定。应当认识到，锁定件1032与球体1022的接合促使球体1022进入颈圈1010，这样通过球体1022与颈圈1010接合，锁定件1032施加在球体1022上的力增加，以确定总锁紧力。锁定球形接头1000要求总锁紧力大于施加至从颈圈1010伸出的连接物以及从球端1020伸出的连接物上的力，以将球形接头1000维持在锁定状态。

一般地，本发明涉及一种包括杯体的自锁式球形接头，其具有轴、球体和杆。该杯体容置有球体，该球体容置有杆，这样随着杆旋转，该球体在杯体中旋转。该球形接头包括置于杆和杯体内表面之间的偏压件，其使杆偏压，这样球形接头偏向锁定状态，此时球体与杯体的内表面摩擦接合以防止杆相对杯体旋转。为了使球形接头转变为非锁定结构，此时杆相对杯体可旋转，将杆压向球体，这样杆相对球向偏压件移动，使得球体的直径减小。当在非锁定结构中松开杆时，偏压件促使杆远离球体，将球形接头恢复至锁定结构。

现参照图2-4，提供根据本发明的锁定球形接头10，其包括杯体20、锁定偏压件38、球体40、杆50和环60。该杯体20包括容置器22，该容置器22具有外表面24并限定了半球形井状物30。该外表面24限定了围绕井状物30开口侧32的环形凹口26。环形凹口26可包括邻近井状物30开口侧32的唇边27。该杯体20包括轴28，其从与井状物30开口端32相对的外表面24伸出。预期的是，轴28可从沿外表面24的任意位置延伸。如下文详细说明，轴28的外表面可包括接合表面29。特别参照图4，轴28可限定与井状物30连通的纵向孔道36。

球体40容置于杯体20的井状物30中，并限定通道42。该球体40的通道42限定了球轴B-B。通道42包括限定第一直径的第一端或大直径端43a、以及限定第二直径的第二端或小直径端43c，该第二直径小于该第一直径。如图所示，邻近大直径端43a的一部分通道42为截锥形，邻近小直径端43c的通道42的一部分43b基本为圆柱形。预期整个通道42可为截锥形。此外，预期的是，至少一部分通道42可为具有大直径端43a和小直径端43c的其它形状(例如，楔形)。

另外参照图5，球体40由三个分部44形成，这三个分部44绕球轴B-B放射状设置，每个分部44基本为楔形，这样每个分部44限定一部分通道42，并限定一部分的球体40外表面41，该球体40具有球直径。相邻分部44限定了其间的间隙G。如图所示，球体40包括三个分部44；但是，预期球体40可包括两个分部(例如半球形分部)，或四个或更多分部。预期球体40还可包括由弹性可压缩材料制成的单个分部，这样球体40的球直径可如下文详细说明所变化。如图所示，分部44径向尺寸相同(即每个分部44限定相同部分的通道42和球体40的外表面41)。但是，预期分部44的径向尺寸可不同于一个或多个其它分部44。

球体40的分部44相互配合限定了环形槽46，该环形槽46围绕球体40的外表面41，垂直于球轴B-B(图4)。环形槽46容置紧缩件48。当该紧缩件48容置于环形槽46内时，紧缩件48的外表面与球体40的外表面41等高，或处于球体40的外表面41以内。当杆50沿球体40所限定的轴B-B向杯体20平移时，该紧缩件48可促使分部44移向彼此，这样减小球体40的球直径。

杆50是可沿球体40所限定的球轴B-B平移的细长件或连接物，其包括第一端部52、第二端部56、以及置于第一端部52和第二端部56之间的中心部分54。杆50的第一端部52置于球体40的通道42内，并且杆50的第二端部56从通道42的小直径端43b伸出。杆50的第一端部52可为截锥形，并包括围绕杆50外表面的平面53a。第一端部52的平面53a限定了相邻平面53a交汇处的边53b(图3)。如图所示，第一端部52包括六条边53b。但是，杆50第一端部52的边53b的数量是球体40的分部44数目的倍数，并且可预期的是，有多于或少于六条边53b。例如，如图所示，球体40具有三个分部44，并且杆50的第一端部52具有六条边53b，其比例系数是每一个分部44有两条边53b。倍数可在一至四的范围内。杆50的第二端部56可包括接合部件57，以促进与另一主体(例如，上臂部分106(图9))的连接。如图所示，该接合部件57为绕球轴B-B设置的多个平面，其形成垂直于球轴B-B的六边形。该中心部分54基本为圆柱形，其直径小于或等于杆50第一端部52的直径，并等于或大于杆50第二端部56的直径。杆50可限定围绕球轴B-B的内腔58，该内腔58穿过杆50。如下文关于图8的详细说明，该球形接头20可包括栓70，该栓70穿过内腔58，进入在杯体20的轴28中限定的孔道36。

参照图3和图4，环60为局部球形，其直径与杯体20的容置器22在井状物30开口端32处的直径基本相同。环60包括凸缘62，该凸缘62围绕容置器22的环形凹口26放置。该凸缘62固定在杯体20的凹口26上，这样该环60限定了部分的井状物30。凸缘62可限定环形通道63，该环形槽63容置有杯体20的唇边27，将环60可松开地固定至杯体20的容置器22。该环60限定了与凸缘62相对的开口64。该开口64的尺寸使杆50、以及球体40能够绕三个自由度(DOF)运动，同时保持球体40处于井状物30中。

现参照图4和5，球形接头10具有锁定结构，此时轴28相对杆50固定。在锁定结构中，杆50的第一端部52与杯体20的内表面31隔开，这样第一端部52与球体40通道42的内壁相接合，以使分部44相对彼此产生向外的运动或分离，增加如图5所示相邻分部之间的间隙G。由于分部44彼此隔开，促使球体40的外表面41与容置器22的内表面31、以及限定了井状物30的环60(图3)相接合。球体40的外表面41与限定了井状物30的内表面31之间的接合相对于井状物30固定或锁定球体40(即防止球体40旋转)。通过相对于井状物30锁定球体40，球轴B-B以及杆50相对于轴28被锁定。该锁定偏压件38放置于限定了井状物30的内表面31和杆50的第一端部52之间，以促使球形接头10向锁定结构转变(即促使杆50远离内表面31，并迫使球体分部44呈放射状朝内表面外移)。此外，第一端部52的边53b(图3)中的一条放置于球体40的相邻分部44之间，这样响应于杆50的旋转，放置于球体40相邻分部44之间的边53b促使球体40的分部44外移，并与限定了井状物30的内表面31接合。可预计的是，限定了井状物30的内表面31或球体40外表面41中的一个或两者各自可包括表面增强物，以增强表面间的摩擦接合，或减少表面间的摩擦接合，或提供表面的耐磨性。

参照图6和7，示出了具有非锁定结构的球形接头10，其中轴28和杆50相对于彼此在三个自由度是可移动的。为了将球形接头10从图4所示的锁定结构转变为图7所示的非锁定结构，杆50沿球轴B-B朝向限定了井状物30的内表面31平移，这样杆50的第一端部52邻近内表面31。随着杆50平移，第一端部52的平面53a和边53b(图3)从球体40的分部44移开，使得分部44能够相对于彼此接近或压紧，这样球体40外表面41的直径变小。在非锁定结构中，相邻分部44之间的间隙G(参见图6)小于锁定结构(参见图5)中的间隙G。如图6所示，在非锁定结构中，相邻分部44可彼此接触。可以理解的是，在非锁定结构中，平面53a和边53b仍可接触分部44，同时使分部44收缩，以减少球体40的直径。由于球体40外表面41的直径减小，外表面41和限定了井状物30的内表面31之间的摩擦接合减少，使得球体40能够在井状物30中旋转。当在非锁定结构中，紧缩件48向球体40的分部44施加紧缩力，以减少球体40外表面41的直径。

该锁定偏压件38可将杆50的第一端部52偏压至与球体40的分部44相接合，以促使分部44外移至与限定了井状物30的杯体20内表面31相接合。

现参照图8，栓70可从杆50的内腔58延伸至杯体20的轴28的纵向孔道36中。当栓70容置于纵向孔道36中，并且球形接头10处于非锁定结构时，该球形接头10减少至绕栓70的单一自由度旋转。如下文详细说明，在单一自由度上，球形接头10可充当铰链接合。

回到图4和图7，锁定球形接头10为自动制动器，当处于锁定结构时，在三个自由度上锁定。此外，当处于非锁定结构中时，锁定球形接头10在三个自由度或一个自由度上自由旋转，后者是当栓70容置于通路36中时发生的。

在锁定结构中，当向杆50施加载荷时，而且第一端部52置于球体40中，锁定球形接头10的几何形状设计为，杆50迫使球体40的分部44外移进入容置器22的井状物30中，并且球体40和杯体20的容置器22之间的摩擦力增大。施加额外的载荷使杆50相对于杯体20移动，球体40和容置器22之间的摩擦力增大。该几何形状设计为，使球体40和杯体20容置器22之间的摩擦力μ增大的比率等于或大于使杆50相对于杯体20移动的载荷所增大的比率。由于载荷的原因施加有摩擦力，由此不需要外部锁定力使锁定球形接头10锁定(例如在图1现有技术的锁定球形接头中拧紧锁定手柄1030)。

在给定载荷的情况中，为了确定锁定球形接头10是否维持杆50相对于杯体20的位置(即保持锁定)，可考虑两种加载情况。特别参照图4，第一种加载情况是，当载荷L施加于XY平面时。可以力矩的形式施加载荷L，而不是一种将引起所示杆50上内部载荷L的力。第一种加载情况的简化数学分析显示，如果载荷作用在XY平面，那么对于保持锁定的锁定球形接头10来说，球体40和杯体20的容置器22之间测得的摩擦系数μ(其是球体40和容置器22的材料性能)必须大于或等于杆50接触球体40的有效接触长度(即处于锁定结构的长度L₁)比上球体分部的外直径D的比率：μ≥L/D。应当认识到，沿平行于球轴B-B的Z轴的载荷L的任意分力，极少地或并没有有助于锁定球形接头40的锁定能力。

如图7所示，当处于非锁定结构时，如长度L₂所示，有效接触长度改变。如果使用合适的材料和几何形状，当处于非锁定结构时，杆50与球体40接触的长度L₂增加，这样L/D比大于摩擦系数μ，这样杆50可相对于杯体20旋转。此外，预期的是随着锁定球形接头10转变为非锁定结构，L/D比的提高有助于锁定球形接头10从锁定结构向非锁定结构转变。

在第二种加载情况中，用扭矩T来表示绕球轴B-B的扭矩。处于锁定结构时，扭矩T施加至杆50，这样杆50第一端部52的接合使球体分部44外移。扭矩T越大，将球体分部44移至限定了井状物3的壁31所施加的力越大，这增加了将锁定球形接头10锁定的摩擦力。

另外参照图9，杆50由弹性材料构成，这样在高载荷下杆50可变形。当处于锁定情况时，在高载荷L_H作用下，锁定球形接头10能够“离合”，以防止锁定球形接头10超负荷。当低载荷(例如极少引起或不引起杆50挠曲的载荷)施加至弹性杆50时，锁定球形接头10将以上文所详细说明的相似方式作用并保持锁定。但是，当高载荷L_H(例如引起杆50挠曲的载荷)施加至弹性杆50时，高载荷L_H使杆50挠曲，这样杆50的中心部分54或第二端部56可接触球体40，这将获得接触长度L₃，并由此增大L/D比，这样L/D比大于摩擦系数μ，使得锁定球形接头10在高载荷L_H情况下滑动。这种滑动或离合可防止损坏锁定球形接头10和/或与杯体20或杆50相接合的结构。

现参照图10，示出了并入了本发明设备的人体模型100，其包括一个或多个上文详细说明的球形接头100，以允许并限制人体模型100的部分之间运动。第一球形接头10a放置在人体模型100的肩关节102内，第一球形接头10a的杆50置于人体模型100的躯干104中，并且第一球形接头10a的轴28置于人体模型100的上臂部分106中。轴28的接合部件29和杆50的接合部件57可分别容置于躯干104和上臂部分106所限定的互补部件中。此外，躯干104和上臂部分106可包括分别与接合部件29、57接合的部件，以防止轴28相对躯干104旋转，并防止杆50相对上臂部分106旋转。应当认识到，第一球形接头10a可颠倒放置，这样杆50置于躯干104中，并且轴28可置于上臂部分106中。当第一球形接头10a处于非锁定结构时，第一球形接头10a允许上臂部分106相对人体模型的躯干104绕肩关节102在三个旋转自由度上旋转。当第一球形接头10a处于锁定结构，第一球形接头10a防止上臂部分106相对躯干104绕肩关节102旋转。

人体模型100还包括第二球形接头10b，其置于人体模型100的上臂部分106和下臂部分114之间的肘关节112中。当第二球形接头10b处于非锁定接头时，该第二球形接头10b被设定为充当铰链接合，仅允许上臂部分104和下臂部分114相对于彼此在一个自由度上移动。第二球形接头10b的轴28置于上臂部分106中，并且杆50置于下臂部分114中。暂时回到图8，当处于非锁定结构时，为了将第二球形接头10b限制在一个自由度上，栓70穿过杆50的内腔58进入轴28的孔道36，以限制第二球形接头10b围绕轴28和杆50旋转。栓70可与下臂部分114成一个整体，这样当第二球形接头10b的杆50置于下臂部分114中时，栓70穿过杆50的内腔58进入轴28的孔道36。在处于锁定和非锁定结构时，栓70都可穿过杆50的内腔58和轴28的孔道36。轴28的接合部件29和杆50的接合部件57可分别容置于上臂部分106和下臂部分114所限定的互补部件中。此外，躯干104和上臂部分106可包括互补部件，其与接合部件29、57接合，以防止轴28相对上臂部分106旋转，并防止杆50相对下臂部分114旋转。应当认识到，第二球形接头10b可颠倒放置，这样杆50置于上臂部分106中，并且轴28可置于下臂部分114中。

参照图10-13，依照本发明公开一种用于调节人体模型手臂的方法。虽然示出关于调节人体模型的手臂，但是预期锁定球形接头也可用于其他解剖关节，比如臀部、膝盖或踝。首先参照图10，第一球形接头10a和第二球形接头10b处于锁定结构，以防止上臂部分106相对躯干104移动，并防止下臂部分114相对上臂部分106移动。如图11中箭头D所示，为了相对躯干104移动或调节上臂部分106，上臂部分106被压进躯干104的肩关节处，这样容置器22向第一球形接头10a的杆50移动，将第一球形接头10a转变为非锁定结构。由于第一球形接头10a处于非锁定结构，上臂部分106相对于躯干104重新定位，直至上臂部分106相对躯干104处于理想位置。应当认识到，上臂部分106可绕肩关节在三个旋转自由度上旋转。

随着上臂部分106处于理想位置，松开上臂部分106。当松开上臂部分106时，第一球形接头10a的锁定偏压件38(图4)使第一球形接头10a的杆50以图12中箭头R所指的方向移离容置器22，将第一球形接头10a恢复至锁定结构，这样上臂部分106相对躯干104固定。

随着第一球形接头10a恢复锁定结构，通过在肘关节112处将下臂部分114压入上臂部分106，使球形接头10b解锁。这个动作将第二球形接头10b的杆50向容置器平移，使第二球形接头10b转变至非锁定结构，以允许肘关节112旋转。由于第二球形接头10b处于非锁定结构，下臂部分114相对上臂部分106绕肘关节112旋转，直至下臂部分114处于图13所示的理想位置。当下臂部分114相对上臂部分106处于理想位置时，松开下臂部分114。当松开下臂部分114，第二球形接头10b的锁定偏压件使杆50移离第二球形接头10b的容置器22，将第二球形接头10b恢复至锁定结构，这样下臂部分114相对上臂部分106固定。

如本文所述，球形接头10用于人体模型，以选择性地相对于彼此锁定解剖件。预期自锁式球形接头10可用于各种应用，包括但不限于，义肢关节、虎钳或类似设备的安装台、乐谱架、监护器主柱、电视架、计算器显示器架、传声器架、GPS架、手机夹持器、落地灯以及台灯。

虽然附图中已示出了本发明的若干实施例，但是本发明并不打算受限于此，因为本发明的范围期望如本领域所容许的那么宽，并且说明书也是如此解读。可预期上述实施例的任意组合，并且这些组合处于所附权利要求书的范围中。因此，上述描述不应当被解释为限制，而仅仅是特殊实施例的范例。本领域的技术人员将预想到权利要求的范围内的其他修改。

Claims (22)

1.一种自锁式球形接头，其特征在于，包括：

第一细长件，其包括置于一端的容置器，所述容置器具有限定了井状物的内表面；

球体，所述球体可旋转地置于井状物中，所述球体限定球轴和围绕所述球轴的通道，所述球体由多个分部形成，所述分部朝向以及远离所述球轴移动，所述球体的所述分部相互配合限定了球体的外表面；以及

第二细长件，所述第二细长件可沿球轴平移，具有第一端部和第二端部，所述第一端部置于球体的通道中，

其中所述自锁式球形接头具有锁定结构，这样所述球体的外表面与限定了所述井状物的内表面摩擦接合，以防止球体在井状物中旋转，其中所述自锁式球形接头具有非锁定结构，这样球可在井状物中旋转，其中将第二细长件沿球轴压向容置器，使自锁式球形接头从锁定结构转变为非锁定结构。

2.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述自锁式球形接头偏向锁定结构。

3.根据权利要求2的自锁式球形接头，其特征在于，进一步包括置于井状物中的偏压件，所述偏压件与第二细长件的第一端部接合，促使自锁式球形接头向锁定结构转变。

4.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述自锁式球形接头处于锁定结构时，所述球体的多个分部在相邻分部间限定了第一间隙，自锁式球形接头处于非锁定结构时，所述球体的多个分部在相邻分部之间限定了第二间隙，所述第二间隙小于所述第一间隙。

5.根据权利要求4的自锁式球形接头，其特征在于，处于非锁定结构时，所述球体的相邻分部彼此接触。

6.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述第二细长件的第一端部包括平面和在相邻平面的交汇处所限定的边。

7.根据权利要求6的自锁式球形接头，其特征在于，所述第一端部的边置于球体相邻分部之间的间隙中，这样杆的旋转使所述边与其中一个相邻分部相接合，将分部外移，与限定了井状物的内表面接合。

8.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，进一步包括围绕球体的紧缩件，所述紧缩件促使球体的多个分部移向球轴。

9.根据权利要求8的自锁式球形接头，其特征在于，所述紧缩件促使球体的每个分部移向相邻分部，以减小球体的直径。

10.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述第二细长件限定围绕球轴设置的内腔，所述第一细长件限定与井状物连通的孔道。

11.根据权利要求10的自锁式球形接头，其特征在于，进一步包括栓，所述栓置于所述内腔和孔道内，将所述第一细长件和第二细长件彼此对齐，同时使所述自锁式球形接头仅在一个自由度上旋转。

12.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述球体的至少一部分通道为截锥形，所述第二细长件的第一端部为截锥形。

13.根据权利要求12的自锁式球形接头，其特征在于，所述球体的整个通道为截锥形。

14.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述第二细长件的第二端部从球体伸出。

15.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，所述第二细长件和球体之间的接触长度在处于非锁定结构时比处于锁定结构时更大。

16.根据权利要求1的自锁式球形接头，其特征在于，处于锁定结构时，所述第二细长件设置为在高载荷下挠曲，这样自锁式球形接头在锁定结构滑动。

17.一种自锁式球形接头，其特征在于，包括：

第一细长件，所述第一细长件包括置于一端的容置器，所述容置器具有限定了井状物的内表面；

球体，所述球体可旋转地置于井状物中，并具有外表面，所述球体限定球轴和围绕所述球轴的通道；以及

第二细长件，所述第二细长件可沿球轴平移，所述第二细长件包括置于球体通道内的一部分，

其中所述自锁式球形接头具有锁定结构，这样所述球体的外表面与限定了井状物的内表面摩擦接合，以防止球体在井状物中旋转，其中所述自锁式球形接头具有非锁定结构，这样球体可在井状物中旋转，其中将所述第二细长件沿球轴压向容置器，使自锁式接头向非锁定结构转变。

18.根据权利要求17的自锁式球形接头，其特征在于，所述球体包括围绕球轴设置的多个分部，所述多个分部可朝向以及远离球轴移动，以改变球体的外表面所限定的球体直径。

19.根据权利要求17的自锁式球形接头，其特征在于，所述球体由弹性可压缩材料制成，这样由球体的外表面所限定的球体直径可变化。

20.一种人体模型，其特征在于，包括：

第一解剖结构；

第二解剖结构；以及

第一解剖结构和第二解剖结构之间的关节，所述关节包括自锁式球形接头，以提供第一解剖结构与第二解剖结构之间选择性的运动，所述自锁式球形接头包括：

第一细长件，所述第一细长件包括置于一端的容置器，所述容置器具有限定了井状物的内表面，所述第一细长件置于所述第一解剖结构中并相对所述第一解剖结构固定；

球体，所述球体可旋转地置于井状物中，所述球体限定球轴和围绕所述球轴的通道，所述球体由多个分部形成，所述分部可朝向以及远离所述球轴移动，球体的分部相互配合限定了球体的外表面；以及

第二细长件，所述第二细长件可沿球轴平移，并具有第一端部和第二端部，所述第一端部置于球体的通道中，所述第二端部置于所述第二解剖结构中，并相对所述第二解剖结构固定，

其中所述人体模型的接头具有锁定结构，这样所述球体的外表面与限定了井状物的内表面摩擦接合，以防止第一解剖结构和第二解剖结构相对彼此移动，其中所述人体模型的接头具有非锁定结构，这样球体可在井状物中旋转，使得第一解剖结构与第二解剖结构相对彼此移动，其中将所述第一解剖结构压入接头中，使接头向非锁定结构转变。

21.根据权利要求20的人体模型，其特征在于，当所述接头处于非锁定结构时，所述第一解剖结构和所述第二解剖结构可相对彼此在三个自由度上移动。

22.根据权利要求20的人体模型，其特征在于，当所述接头处于非锁定结构时，所述第一解剖结构和所述第二解剖结构可相对彼此仅在一个自由度上移动。