CN114811348A - 一种球关节机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球关节机构，包括中空的转动球芯、壳体、底座、平台螺杆、阻尼器、定位杆；转动球芯的上部设有竖直的球柄，该球柄设有一个与转动球芯空腔连通的轴向的小圆孔，小圆孔分为两段，一段为螺纹孔，一段为光孔，在转动球芯的下部设有一个大圆孔，小圆孔和大圆孔位于同一轴心线上；平台螺杆用于将一个对接平台固定于球柄上端面，平台螺杆的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯空腔内后与阻尼器的上端部连接；定位杆安装于壳体下部的轴孔内，定位杆的上端部通过万向联轴器与阻尼器的下端部进行连接；转动球芯能够相对定位杆向任意方向摆动，且能够相对定位杆或底座作平面旋转运动。

Description

一种球关节机构

技术领域

本发明涉及球关节技术领域，具体涉及一种具有阻尼的球关节机构。

背景技术

球关节是一种常见的机械结构，它能够使得安装于其上的物体实现多个方向的自由摆动和旋转。例如，用于安装照相机和摄影机的云台就是一种典型的球关节。球关节通常由具有球形安装槽的壳体和转动球芯构成，转动球芯活动安装于壳体内。现有技术中，很多球关节的转动球芯在做三自由度的转动时，由于自身结构的问题，难以设置阻尼，因此基本无法实现运动的平稳可控。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种球关节机构，使球关节在三自由度运动时可根据需要切换为有阻尼状态或无阻尼状态。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种球关节机构，包括中空的转动球芯和能够容纳转动球芯的壳体，以及平台螺杆、阻尼器、支撑件；所述转动球芯的上部设有竖直的球柄，该球柄设有一个与转动球芯空腔连通的轴向的小圆孔，小圆孔分为两段，一段为螺纹孔，一段为光孔，在转动球芯的下部设有一个大圆孔，小圆孔和大圆孔位于同一轴心线上；平台螺杆用于将一个对接平台固定于球柄上端面，平台螺杆的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯空腔内后与阻尼器的上端部连接，平台螺杆与小圆孔的光孔之间为过渡配合；所述支撑件安装于壳体内下部，支撑件通过万向连接头与阻尼器的下端部进行连接，所述阻尼器为弹性杆状件，其受力时长度会缩短；所述支撑件在壳体内的位置能够被上下调节且能够被锁定；所述壳体的下部安装有底座和水平旋转机构，所述水平旋转机构可通过锁紧螺栓进行锁定；所述转动球芯能够相对支撑件向任意方向摆动，且能够相对支撑件作水平旋转运动。

上述技术方案中，由于在转动球芯的空腔内安装有与平台螺杆相连接的阻尼器，且阻尼器的下端部通过万向连接头与支撑件的上端部连接，再加上转动球芯的下部设有大圆孔，这样就方便转动球芯带动阻尼器一同绕万向连接头向任意方向摆动以及作旋转运动，从而使转动球芯处于三自由度活动的状态。当转动球芯进行三自由度活动时，随着转动球芯位置的变化，阻尼器的长度也会产生变化，进而使得阻尼器产生了相应位置上的阻尼力。由于支撑件在壳体内的位置能够上下调节且能够被锁定，这样就使得万向连接头与阻尼器下端部的联接点的位置会发生变化，这个联接点位置的变化也会使阻尼器的长度发生改变。当支撑件向下运动通过万向连接头将阻尼器的长度拉伸到极限长度时，此时阻尼器处于无阻尼状态，当支撑件向上运动则通过万向连接头压缩阻尼器，阻尼器的长度越短转动球芯偏摆时的阻尼就越大，但是当阻尼器的长度被压缩到特定位置时，即下部万向连接头的活动结点与转动球芯的中心点重合，此时转动球芯向任意方向偏摆阻尼器的长度都不再会发生改变，因此不会产生阻尼，这样就实现了球关节在三自由度运动时可根据需要切换为有阻尼状态或无阻尼状态。

本发明进一步的技术方案是：所述转动球芯的侧面设有一个自由度转换孔，所述壳体上设有自由度转换销，当将自由度转换销插入转动球芯的自由度转换孔内后，所述转动球芯只能以该自由度转换销为轴心作绕轴运动。将插销插入转动球芯的自由度转换孔内，这样就限制了转动球芯除了前后之外无法往其它方向偏摆，然后借助水平旋转机构，球关节机构便实现了从三自由度转为二自由度的变化。反之亦然。

又进一步地，所述壳体和转动球芯之间设有阻尼衬垫，壳体上设有能够夹紧转动球芯的球芯锁紧机构。拧紧球芯锁紧机构并松动锁紧螺栓，就能够将转动球芯固定于某一位置，再转动壳体便可借助水平旋转机构实现球关节结构的一自由度旋转。

在一个实施例中，球芯锁紧机构包括两个位于壳体外周面的凸耳和一个锁紧螺栓，两个凸耳上均设有供锁紧螺栓穿过的螺纹孔，所述壳体在两凸耳之间的位置设有一道纵向缺口，在两凸耳下部的位置设有一道环向缺口，纵向缺口的下端与环向缺口连通。

在一个实施例中，在壳体的内下部横向设置有一块带中心通孔的夹板以及一个带螺纹轴孔的蜗轮，蜗轮的轴端安装在夹板的通孔内并通过卡簧限位，蜗轮的齿部与一根蜗杆相啮合，所述蜗杆从壳体穿出后装有旋钮，所述支撑件为带有外螺纹的顶杆，该顶杆通过外螺纹竖直插装在蜗轮的螺纹轴孔内，顶杆的下端从蜗轮的螺纹轴孔穿出后安装有卡簧或限位螺钉，顶杆的上端设有内螺纹用于安装万向连接头，当蜗杆带动蜗轮旋转时，顶杆就能够在蜗轮的轴孔内上下移动，进而使阻尼器的长度发生改变。

在一个实施例中，所述支撑件整体呈矮脚杯状，包括杯体、杯颈、杯座，杯体的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头，杯体的下底面为圆锥面，杯体和杯座的圆周面与壳体内壁面为间隙配合，所述壳体对应支撑件圆锥面的位置横向安装有一根调节螺杆，该调节螺杆内侧端的端面也为圆锥面，调节螺杆的圆锥面与支撑件的圆锥面接触配合，当拧动调节螺杆使其向内移动时，调节螺杆内侧端的圆锥面会给支撑件的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件在壳体内向上移动，进而压缩阻尼器的长度，当拧动调节螺杆使其向外移动时，支撑件在自身重力和阻尼器弹力的共同作用下会向下移动。

在一个实施例中，所述支撑件整体为锥形盘，锥形盘的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头，锥形盘的下底面为圆锥面，锥形盘的圆周面与壳体内壁面为间隙配合，在支撑件的下部安装有一根径向贯穿壳体的调节螺杆，该调节螺杆包括正反丝螺杆和旋钮，正反丝螺杆上装有一个左斜楔和一个右斜楔，左斜楔和右斜楔的上端均设有内凹的锥面且通过该锥面与支撑件的圆锥面接触配合，在调节螺杆的下方还安装有斜楔导向块，该斜楔导向块固定安装在壳体的下部且与左斜楔和右斜楔的下端接触配合，当拧动调节螺杆使左斜楔和右斜楔沿着调节螺杆相向移动时，左斜楔和右斜楔的锥面会给支撑件的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件在壳体内向上移动，进而压缩阻尼器的长度，当拧动调节螺杆使左斜楔和右斜楔沿着调节螺杆反向移动时，支撑件在自身重力和阻尼器弹力的共同作用下会向下移动。

在一个实施例中，所述支撑件为竖直安装在壳体内的齿条，通过齿轮进行上下调节。

优选地，所述阻尼器为液压阻尼器或弹簧阻尼器。

优选地，平台螺杆的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯空腔内后与阻尼器的上端部通过万向连接头连接。

本发明提供的球关节机构相当于在壳体和转动球芯的活动连接前提下，再利用平台螺杆、阻尼器、万向连接头和支撑件另外构建了一套活动连接系统，这样既强化了壳体和转动球芯之间的连接强度，又能使球关节在三自由度运动时可根据需要切换为有阻尼状态或无阻尼状态。

附图说明

图1为本发明实施例1中的的球关节机构俯视结构示意图；

图2为图1的A-A'线剖视结构示意图；

图3为图1的B-B'线剖视结构示意图；

图4为本发明实施例1中的阻尼器剖视结构示意图；

图5为本发明实施例2中的的球关节机构俯视结构示意图；

图6为图5的A-A'线剖视结构示意图；

图7为图5的B-B'线剖视结构示意图；

图8为本发明实施例3中的的球关节机构俯视结构示意图；

图9为图8的A-A'线剖视结构示意图；

图10为图8的B-B'线剖视结构示意图；

图11为图8的C-C'线剖视结构示意图；

图12为图11中的上壳体下结合面的结构示意图；

图13为图8的A-A'线另一种剖视结构示意图；

图14为图13中的壳体侧壁设有开口的结构示意图；

图15为本发明实施例3中的开口补块结构示意图；

图16为本发明实施例3中的调节螺杆结构示意图。

附图标记为：

1——对接平台 2——转动球芯 3——阻尼衬垫

4——壳体 5——自由度转换销 6——蜗轮

7——蜗杆 8——水平旋转机构 9——底座

10——平台螺杆 11——阻尼器 12——万向连接头

13——夹板 14——支撑件 15——卡簧

16——凸耳 17——锁紧螺栓 18——旋钮

19——相机 20——调节螺杆 21——左斜楔

22——右斜楔 23——斜楔导向块。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、 “外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

实施例1

如图1至4所示的一种球关节机构，包括中空的转动球芯2和能够容纳转动球芯2的壳体4，以及平台螺杆10、阻尼器11、支撑件14；转动球芯2的上部设有竖直的球柄，该球柄设有一个与转动球芯2的空腔连通的轴向的小圆孔，小圆孔分为两段，一段为螺纹孔，一段为光孔，在转动球芯2的下部设有一个大圆孔，小圆孔和大圆孔位于同一轴心线上；平台螺杆10用于将一个对接平台1固定于球柄上端面，对接平台1上则用于安装相机19，平台螺杆10的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯的空腔内后与阻尼器11的上端部通过万向连接头12连接，平台螺杆10与小圆孔的光孔之间为过渡配合；支撑件14安装于壳体4内下部，支撑件14的上端部通过万向连接头12与阻尼器11的下端部进行连接；壳体4的下部安装有底座9和水平旋转机构8，该水平旋转机构8可通过锁紧螺栓17进行锁定；转动球芯2能够相对支撑件14向任意方向摆动，且能够相对支撑件14或底座9作水平旋转运动，从而使转动球芯2能够处于三自由度活动的状态。

以上述结构为基础，再在转动球芯2的侧面设一个自由度转换孔，并在壳体4上设一个自由度转换销5，当将自由度转换销5插入转动球芯2的自由度转换孔内后，就能限制转动球芯2除了前后之外无法往其它方向偏摆，转动球芯2只能以该自由度转换销5为轴心作绕轴运动。拧动自由度转换销5使之插入转动球芯2的自由度转换孔内，然后借助水平旋转机构8，球关节机构便能从三自由度活动转为二自由度活动。反之亦然。

又进一步地，在壳体4和转动球芯2之间设有阻尼衬垫3，并在壳体4上设有能够将阻尼衬垫3推向转动球芯2的球芯锁紧机构。拧紧球芯锁紧机构并松动水平旋转机构8的锁紧螺栓17，就能够将转动球芯2固定于某一位置，再转动壳体4便可借助水平旋转机构8实现球关节结构的一自由度旋转。作为优选的方案，球芯锁紧机构包括两个位于壳体外周面的凸耳16和一个锁紧螺栓17，两个凸耳16上均设有供锁紧螺栓17穿过的螺纹孔，壳体4在两凸耳14之间的位置设有一道纵向缺口，在两凸耳16下部的位置设有一道环向缺口，纵向缺口的下端与环向缺口连通。

在本实施例中，阻尼器11优选为弹簧阻尼器，而要实现支撑件14在壳体4内的位置能够上下调节且能够被锁定这种功能，可以采用蜗轮蜗杆、斜楔机构、凸轮机构或齿轮齿条机构。本实施例采用的是蜗轮蜗杆进行调节，其具体结构如下：在壳体4的内下部横向设置有一块带中心通孔的夹板13以及一个带螺纹轴孔的蜗轮6，蜗轮6的轴端安装在夹板13的通孔内并通过卡簧15限位，蜗轮6的齿部与一根蜗杆7相啮合，蜗杆7从壳体4穿出后装有旋钮18，支撑件14为带有外螺纹的顶杆，该顶杆通过外螺纹竖直插装在蜗轮6的螺纹轴孔内，顶杆的下端从蜗轮6的螺纹轴孔穿出后安装有卡簧15或限位螺钉，顶杆的上端设有内螺纹用于安装万向连接头12，当蜗杆7带动蜗轮旋转时，顶杆就能够在蜗轮6的轴孔内上下移动，进而使阻尼器11的长度发生改变。

由于支撑件14在壳体4内的位置能够上下调节且能够被锁定，这样就使得万向连接头12与阻尼器11下端部的联接点的位置会发生变化，这个联接点位置的变化也会使阻尼器11的长度发生改变。当支撑件14向下运动通过万向连接头12将阻尼器11的长度拉伸到极限长度时，此时阻尼器11处于无阻尼状态，当支撑件14向上运动则通过万向连接头12压缩阻尼器11，阻尼器11的长度越短转动球芯2偏摆时的阻尼就越大，但是当阻尼器11的长度被压缩到特定位置时，即下部万向连接头12的活动结点与转动球芯2的中心点重合，此时转动球芯2向任意方向偏摆阻尼器11的长度都不再会发生改变，因此不会产生阻尼，这样就实现了球关节在三自由度运动时可根据需要切换为有阻尼状态或无阻尼状态。

下面结合图2、3、4对阻尼器的工作原理和方式进行详细说明：

一、阻尼的产生方式

如图2、3所示，只要支撑件14在壳体4轴孔内进行上下调节时，不使下部万向连接头12的活动结点与转动球芯2的中心点重合，或者不使下部万向连接头12下行到极限位置，阻尼器11就处于有阻尼状态。当对接平台1进行运动时，平台螺杆10将会带动阻尼器11绕下部万向连接头12的活动结点向外偏摆，平台螺杆10和阻尼器11上端部的联结点与阻尼器11下端部的万向连接头12的活动结点之间将产生距离上的改变，从而给予阻尼器11产生一个反向的弹力，使得对接平台1得到了一个反向阻尼。

二、阻尼力度的调节方式

如图2、3、4所示，扭转蜗杆旋钮20带动蜗杆15使得蜗轮5产生转动，带有外螺纹的顶杆就能够相对蜗轮在蜗轮的轴孔内上下移动，由于顶杆的上端通过万向连接头与阻尼器相连，阻尼器的长度就会随着顶杆的位移而发生改变，使得阻尼器11得到了相应的压力或拉力，从而使得本机构的阻尼力度得到调节。

三、无阻尼运动模式

1）当阻尼器11采用的是压簧时，通过涡轮蜗杆驱动顶杆向下移动，使下部万向连接头12下行到极限位置。这样平台螺杆10与顶杆就脱离了由阻尼器11构成的弹性联结范围，从而使得转动球芯2可以实现无阻尼状态下三自由度运动。

2）当阻尼器11采用的是拉簧时，则通过涡轮蜗杆驱动顶杆向上顶起万向连接头12至转动球芯2的中心点，此时转动球芯2的任何运动都不会使平台螺杆10和万向连接头12产生距离上的变化，从而使得转动球芯2可实现无阻尼状态下的三自由度运动。

本实施例提供的球关节机构相当于在壳体4和转动球芯2的活动连接前提下，再利用平台螺杆10、阻尼器11、万向连接头12和支撑件14另外构建了一套活动连接系统，这样既强化了壳体4和转动球芯2之间的连接强度，又能确保转动球芯2运动时的平稳可控。以此为基础，本实施例还提供了多种进一步的技术方案，使转动球芯2的运动状态可以根据需要处于三自由度、二自由度和一自由度这三种活动状态中的任意一种，从而使得球关节机构的应用范围更加广泛。本实施例提供的球关节机构能够应用于摄影摄像云台、天文望远镜以及其他需要进行二自由度和三自由度在有可调阻尼下进行相关运动的各种机构。

实施例2

如图5至7所示的一种球关节机构，其发明构思、工作原理与实施例1完全一样，大部分结构也相同，只是在实施例1的基础上，为了实现支撑件14在壳体4内的位置能够上下调节且能够被锁定这种功能，采用了另一种结构来替代实施例1中的蜗轮蜗杆结构，其具体结构如图6、7所示：

支撑件14整体呈矮脚杯状，包括杯体、杯颈、杯座，杯体的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头12，杯体的下底面为圆锥面，杯体和杯座的圆周面与壳体4内壁面为间隙配合，壳体4对应支撑件圆锥面的位置横向安装有一根调节螺杆20，该调节螺杆20内侧端的端面也为圆锥面，调节螺杆20的圆锥面与支撑件14的圆锥面接触配合，当拧动调节螺杆20使其向内移动时，调节螺杆20内侧端的圆锥面会给支撑件14的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件14在壳体4内向上移动，进而压缩阻尼器11的长度，当拧动调节螺杆20使其向外移动时，支撑件14在自身重力和阻尼器11弹力的共同作用下会向下移动。

实施例3

如图8至16所示的一种球关节机构，其发明构思、工作原理与实施例1完全一样，大部分结构也相同，只是在实施例1的基础上，为了实现支撑件14在壳体4内的位置能够上下调节且能够被锁定这种功能，采用了另一种结构来替代实施例1中的蜗轮蜗杆结构，其具体结构如图9、10、11、13所示：

支撑件14整体为锥形盘，锥形盘的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头12，锥形盘的下底面为圆锥面，锥形盘上部的圆周面与壳体内壁面为间隙配合，在支撑件14的下部安装有一根径向贯穿壳体的调节螺杆20，该调节螺杆20包括正反丝螺杆和旋钮，正反丝螺杆上装有一个左斜楔21和一个右斜楔22，左斜楔21和右斜楔22的上端均设有内凹的锥面且通过该锥面与支撑件14的圆锥面接触配合，在调节螺杆20的下方还安装有斜楔导向块23，该斜楔导向块23固定安装在壳体4的下部且与左斜楔21和右斜楔22的下端接触配合，当拧动调节螺杆20使左斜楔21和右斜楔22沿着调节螺杆20相向移动时，左斜楔21和右斜楔22的锥面会给支撑件14的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件14在壳体4内向上移动，进而压缩阻尼器11的长度，当拧动调节螺杆20使左斜楔21和右斜楔22沿着调节螺杆20反向移动时，支撑件14在自身重力和阻尼器11弹力的共同作用下会向下移动。

由于左斜楔21和右斜楔22需要先安装在调节螺杆20的正反丝螺杆上，然后再作为一个整体安装到壳体内。为了便于将装有左斜楔21和右斜楔22的调节螺杆20安装到壳体4内，本实施例提供了以下两种不同的方案。

第一种方案：将壳体4以调节螺杆20的轴线为界分为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间再通过螺栓连接固定为一个整体，其具体结构参见图10至12。

装配方式：

1、首先将装有左斜楔21和右斜楔22的调节螺杆20轴两端放在与之配合的上壳体的半圆孔壁上；

2、将装配好的斜楔导向块23的下壳体与上壳体、左斜楔21和右斜楔22及调节螺杆20装配好，并用螺栓将上、下壳体进行紧固。

运行说明：

拧动调节螺杆20的旋钮，使得左斜楔21和右斜楔22在斜楔导向块23内进行直线相向或相反的方向运动，进而使得支撑件14上升或下降，从而使阻尼器产生伸缩给予转动球芯产生不同的压力。

第二种方案：在壳体4下部用于安装调节螺杆20的位置设一个可供左斜楔21和右斜楔22进出的开口，该开口可通过开口补块予以封堵，具体结构参见图13至15。

装配方式：

1、首先将左斜楔21和右斜楔22等距旋至调节螺杆20上；

2、将装配好左斜楔21和右斜楔22调节螺杆从壳体开口处插入壳体内；

3、将开口补块与调节螺杆16配合连接并与对应的壳体开口处相固定；

4、装上旋钮及斜楔导向块23；

5、装上带有底座旋转体8的底板9。

运行说明：

拧动调节螺杆20的旋钮，使得左斜楔21和右斜楔22在斜楔导向块23内进行直线相向或相反的方向运动，进而使得支撑件14上升或下降，从而使阻尼器产生伸缩给予转动球芯产生不同的压力。

实施例4

本实施例的发明构思、工作原理与实施例1完全一样，大部分结构也相同，只是在实施例1的基础上，为了实现支撑件14在壳体4内的位置能够上下调节且能够被锁定这种功能，采用了齿轮齿条结构来替代实施例1中的蜗轮蜗杆结构，即将支撑件设计为竖直安装在壳体内的齿条，并在壳体内安装与齿条相啮合的齿轮，通过齿轮对支撑件进行上下调节。由于齿轮齿条结构属于常规技术手段，本领域普通技术人员完全可以根据需要自行设计和布置，因此不再赘述。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (10)

1.一种球关节机构，其特征在于：包括中空的转动球芯（2）和能够容纳转动球芯（2）的壳体（4），以及平台螺杆（10）、阻尼器（11）、支撑件（14）；所述转动球芯（2）的上部设有竖直的球柄，该球柄设有一个与转动球芯空腔连通的轴向的小圆孔，小圆孔分为两段，一段为螺纹孔，一段为光孔，在转动球芯（2）的下部设有一个大圆孔，小圆孔和大圆孔位于同一轴心线上；平台螺杆（10）用于将一个对接平台（1）固定于球柄上端面，平台螺杆（10）的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯空腔内后与阻尼器（11）的上端部连接，平台螺杆（10）与小圆孔的光孔之间为过渡配合；所述支撑件（14）安装于壳体（4）内下部，支撑件（14）通过万向连接头（12）与阻尼器（11）的下端部进行连接，所述阻尼器（11）为弹性杆状件，其受力时长度会缩短；所述支撑件（14）在壳体（4）内的位置能够被上下调节且能够被锁定；所述壳体（4）的下部安装有底座（9）和水平旋转机构（8），该水平旋转机构（8）可通过锁紧螺栓（17）进行锁定；所述转动球芯（2）能够相对支撑件（14）向任意方向摆动，且能够相对支撑件（14）作水平旋转运动。

2.根据权利要求1所述的球关节机构，其特征在于：所述转动球芯（2）的侧面设有一个自由度转换孔，所述壳体（4）上设有自由度转换销（5），当将自由度转换销（5）插入转动球芯（2）的自由度转换孔内后，所述转动球芯（2）只能以该自由度转换销（5）为轴心作绕轴运动。

3.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述壳体（4）和转动球芯（2）之间设有阻尼衬垫（3），壳体（4）上设有能够夹紧转动球芯（2）的球芯锁紧机构。

4.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：在壳体（4）的内下部横向设置有一块带中心通孔的夹板（13）以及一个带螺纹轴孔的蜗轮（6），蜗轮（6）的轴端安装在夹板（13）的通孔内并通过卡簧（15）限位，蜗轮（6）的齿部与一根蜗杆（7）相啮合，所述蜗杆（7）从壳体（4）穿出后装有旋钮（18），所述支撑件（14）为带有外螺纹的顶杆，该顶杆通过外螺纹竖直插装在蜗轮（6）的螺纹轴孔内，顶杆的下端从蜗轮（6）的螺纹轴孔穿出后安装有卡簧（15）或限位螺钉，顶杆的上端设有内螺纹用于安装万向连接头（12），当蜗杆（7）带动蜗轮（6）旋转时，顶杆就能够在蜗轮（6）的轴孔内上下移动，进而使阻尼器（11）的长度发生改变。

5.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述支撑件（14）整体呈矮脚杯状，包括杯体、杯颈、杯座，杯体的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头（12），杯体的下底面为圆锥面，杯体和杯座的圆周面与壳体（4）内壁面为间隙配合，所述壳体（4）对应支撑件（14）圆锥面的位置横向安装有一根调节螺杆（20），该调节螺杆（20）内侧端的端面也为圆锥面，调节螺杆（20）的圆锥面与支撑件（14）的圆锥面接触配合；当拧动调节螺杆（20）使其向内移动时，调节螺杆（20）内侧端的圆锥面会给支撑件（14）的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件（14）在壳体（4）内向上移动，进而压缩阻尼器（11）的长度；当拧动调节螺杆（20）使其向外移动时，支撑件（14）在自身重力和阻尼器（11）弹力的共同作用下会向下移动。

6.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述支撑件（14）整体为锥形盘，锥形盘的上底面设有螺纹孔用于安装万向连接头（12），锥形盘的下底面为圆锥面，锥形盘的圆周面与壳体内壁面为间隙配合；在支撑件（14）的下部安装有一根径向贯穿壳体（4）的调节螺杆（20），该调节螺杆（20）包括正反丝螺杆和旋钮，正反丝螺杆上装有一个左斜楔（21）和一个右斜楔（22），左斜楔（21）和右斜楔（22）的上端均设有内凹的锥面且通过该锥面与支撑件（14）的圆锥面接触配合；在调节螺杆（20）的下方还安装有斜楔导向块（23），该斜楔导向块（23）固定安装在壳体（4）的下部且与左斜楔（21）和右斜楔（22）的下端接触配合；当拧动调节螺杆（20）使左斜楔（21）和右斜楔（22）沿着调节螺杆（20）相向移动时，左斜楔（21）和右斜楔（22）的锥面会给支撑件（14）的圆锥面施加向上的挤压力，迫使支撑件（14）在壳体（4）内向上移动，进而压缩阻尼器（11）的长度；当拧动调节螺杆（20）使左斜楔（21）和右斜楔（22）沿着调节螺杆（20）反向移动时，支撑件（14）在自身重力和阻尼器（11）弹力的共同作用下会向下移动。

7.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述支撑件（14）为竖直安装在壳体内的齿条，通过齿轮进行上下调节。

8.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述阻尼器（11）为液压阻尼器或弹簧阻尼器。

9.根据权利要求3所述的球关节机构，其特征在于：所述球芯锁紧机构包括两个位于壳体（4）外周面的凸耳（16）和一个锁紧螺栓（17），两个凸耳（16）上均设有供锁紧螺栓（17）穿过的螺纹孔，所述壳体（4）在两个凸耳（16）之间的位置设有一道纵向缺口，在两个凸耳（16）下部的位置设有一道环向缺口，纵向缺口的下端与环向缺口连通。

10.根据权利要求1或2所述的球关节机构，其特征在于：所述平台螺杆（10）的下端部从球柄上的小圆孔拧入转动球芯空腔内后与阻尼器（11）的上端部通过万向连接头（12）连接。

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