CN115325020B - 一种球关节装置及机械设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种球关节装置及机械设备，该球关节装置包括：弹性套组件，内部形成有容置腔，容置腔包括具有第一开口部的球形腔体；滑套，套设于弹性套组件的外侧壁上，滑套远离球形腔体的一端凸出于弹性套组件，形成有第二开口部；第一连接组件，穿设于第二开口部；第二连接组件，包括容置于球形腔体的旋转球体件，旋转球体件自第一开口部暴露出；其中，在第一连接组件由第一外接件带动朝抵接或远离滑套一端的内侧壁运动时，滑套收缩或恢复弹性套组件对应形成的球形腔体，以对旋转球体件进行制动或解锁。通过上述方式，本申请的球关节装置结构简单，自锁可靠，且不需要额外的控制装置，仅依靠关节结构自身的受力特点便能够实现自锁。

Description

一种球关节装置及机械设备

技术领域

本发明涉及机械装置技术领域，尤其涉及一种球关节装置及机械设备。

背景技术

在外骨骼设计中经常需要使用球关节，例如：人的踝关节，髋关节，腕关节和肩关节等关节都是三自由度关节。特别是在被动式外骨骼设计中，在运动阶段，外骨骼的关节需要和穿戴者的关节实现同步运动，而在穿戴者的关节保持静止进行传递力量阶段，需要外骨骼的关节进行锁死，辅助穿戴者进行力量的传递，从而减缓穿戴者关节的受力。因此需要设计一种结构简单，能够灵活实现自锁模式和运动模式两种模式转换的三自由度关节。

然而，针对三自由度关节，通常是使用三个单自由度旋转副串联构成，以在每个旋转副处设置锁死机构进行锁死。而三个单自由度旋转副串联通常会导致体积过大，锁死机构复杂，锁死和解锁两种模式之间切换复杂的问题。

发明内容

本申请提供的一种球关节装置及机械设备，能够解决现有技术中的球关节装置体积过大，锁死机构复杂，锁死和解锁两种模式之间切换复杂的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种球关节装置，其中，该球关节装置包括：弹性套组件，弹性套组件内部形成有容置腔，容置腔包括具有第一开口部的球形腔体；滑套，套设于弹性套组件的外侧壁上，滑套远离球形腔体的一端凸出于弹性套组件，并形成有第二开口部；第一连接组件，第一连接组件的一端穿设于第二开口部，其另一端用于连接第一外接件；第二连接组件，包括旋转球体件，旋转球体件容置于球形腔体，旋转球体件的球体半径小于球形腔体的球体半径，且旋转球体件自第一开口部暴露出，以用于连接第二外接件，并由第二外接件带动在球形腔体内向任一方向运动；其中，在第一连接组件由第一外接件带动朝抵接或远离滑套一端的内侧壁运动时，滑套收缩或恢复弹性套组件对应形成的球形腔体，以对旋转球体件进行制动或解锁。

其中，滑套一端的内侧壁上形成有朝向第一方向的定位台阶，弹性套组件对应球形腔体的外侧壁为锥形面，第一连接组件的一端抵接于定位台阶，以带动滑套一端沿第二方向来回运动，从而使滑套收缩或恢复弹性套组件对应形成的球形腔体；其中，第一方向为滑套的延伸方向，第二方向垂直第一方向。

其中，球关节装置还包括弹性挡圈，滑套一端的内侧壁上形成有挡圈沟槽，弹性挡圈嵌设于挡圈沟槽，第一连接组件包括连接杆和径向轴承，径向轴承套设在连接杆的外侧壁上，且其一端抵接于定位台阶，另一端抵接于弹性挡圈。

其中，球关节装置还包括销轴，滑套的一端边缘形成有开口朝向第一方向的第一限位槽，第一连接组件的侧壁上形成有通孔，销轴穿过通孔，以容置第一限位槽。

其中，球关节装置还包括限位钉，滑套靠近球形腔体的另一端的侧壁上形成有第二限位槽，弹性套组件的外侧壁上对应第二限位槽形成有第一连接孔，限位钉的一端穿过第二限位槽，以嵌入第一连接孔中；其中，第二限位槽在第二方向上的长度大于限位钉的直径。

其中，弹性套组件包括第一弹性套件和第二弹性套件，第一弹性套件和第二弹性套件相对滑套的中心轴呈对称设置，且至少部分第一弹性套件和第二弹性套件的内侧壁相互配合，以形成球形腔体。

其中，第一弹性套件与第二弹性套件相间隔设置，且第一弹性套件和第二弹性套件的侧壁上分别对应形成有至少一个沿第二方向延伸的通槽。

其中，球关节装置还包括端盖，端盖套设于第一连接组件的外侧壁上，并覆盖第二开口部。

其中，旋转球体件包括弹性球壳、球体以及定位稍，弹性球壳包覆球体设置，弹性球壳上形成有第二连接孔，球体对应第二连接孔形成有第三连接孔，定位稍穿设于第二连接孔和第三连接孔中，以连接弹性球壳和球体。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种机械设备，其中，该机械设备包括第一外接件、第二外接件以及球关节装置，第一外接件连接球关节装置的第一连接组件，第二外接件连接球关节装置的旋转球体件，第二外接件用于带动旋转球体件在球关节装置中的球形腔体内向任一方向运动，第一外接件用于带动第一连接组件对旋转球体件进行制动或解锁；其中，该球关节装置为如上任一项所述的球关节装置。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的球关节装置中的弹性套组件内部形成有容置腔，该容置腔包括具有第一开口部的球形腔体，而滑套套设在弹性套组件的外侧壁上，滑套远离球形腔体的一端凸出于弹性套组件，形成有第二开口部，第一连接组件的一端穿设于第二开口部，另一端用于连接第一外接件，而第二连接组件中的旋转球体件容置于球形腔体中，并自第一开口部暴露出，以在第一连接组件由第一外接件带动朝抵接或远离滑套一端的内侧壁运动时，该滑套能够收缩或恢复弹性套组件对应形成的球形腔体，以利用弹性组件与旋转球体之间产生的摩擦力实现三自由度的自锁或解锁，从而仅依靠球关节装置自身的受力特点和几何形状便能够实现自锁，而无需要额外的控制系统，以使结构相较简单，且自锁可靠。此外，当该摩擦力不足以提供球关节装置自锁时所需要的力时，便会产生打滑，以能够避免对其他构件造成损坏，以能够适用于自锁和变阻尼关节等场景，使用范围较广。

附图说明

图1是本申请球关节装置一实施例的结构示意图；

图2是图1中球关节装置的爆炸结构示意图；

图3是图1中球关节装置的剖视图；

图4是图1中球关节装置中的第一连接组件一详细结构示意图；

图5是图1中球关节装置中的弹性套组件一详细结构示意图；

图6是图1中球关节装置中的第二连接组件一详细结构示意图；

图7是本申请机械设备一实施例的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

请参阅图1-图3，其中，图1是本申请球关节装置一实施例的结构示意图，图2是图1中球关节装置的爆炸结构示意图，图3是图1中球关节装置的剖视图。在本实施例中，该球关节装置1包括：弹性套组件10、滑套20、第一连接组件30以及第二连接组件40。

其中，本申请中提供的一种球关节装置1具体可用于外骨骼设计中，以构成为人的踝关节，髋关节，腕关节和肩关节等关节，以在穿戴者的运动阶段，该外骨骼的关节，也即该球关节装置1能够与穿戴者的关节实现同步运动，而在穿戴者的关节保持静止进行传递力量阶段，该外骨骼的关节能够进行自锁，以辅助穿戴者进行力量的传递，从而减缓穿戴者关节的受力。当然，在其它实施例中，该球关节装置1还可以用在智能机器人的关节上或其他任一合理的机械装置中，本实施例对此并不加以限制。

具体地，该球关节装置1中的弹性套组件10内部对应形成有容置腔(图未标出)，且至少部分容置腔对应形成为球形腔体(图未标出)，也即该容置腔具体可以包括球形腔体，且该球形腔体具有第一开口部(图未标出)。

而在其他实施例中，该容置腔还进一步包括有呈圆柱状或方体状等任一合理的腔体，且该腔体具体可以与上述球形腔体相连通，或与之不连通，本申请对此不做限定。

进一步地，滑套20的内部具体形成与弹性套组件10外侧壁相对应的腔体，以能够套设于弹性套组件10的外侧壁上，而包覆弹性套组件10。且滑套20远离球形腔体的一端凸出于弹性套组件10，并形成有暴露弹性套组件10远离其球形腔体一端的第二开口部(图未标出)。

其中，第一连接组件30一端具体是穿设于第二开口部，而其另一端用于连接第一外接件，以能够由该第一外接件带动朝抵接或远离滑套20一端的内侧壁运动。

第二连接组件40进一步包括连杆42，该连杆42具体是容置于球形腔体，且连杆42的球体411半径小于球形腔体的球体411半径，并自弹性套组件10对应形成的球形腔体的第一开口部暴露出，以用于连接第二外接件，并由第二外接件带动在球形腔体内向任一方向运动，而使连杆42能够在该球形腔体内形成三个自由度。

可理解的是，在第一连接组件30由第一外接件带动，而朝抵接滑套20一端的内侧壁运动时，能够带动滑套20挤压弹性套组件10对应形成的球形腔体，以缩小该球形腔体的体积，使弹性套组件10对应于该球形腔体的内侧壁抵接于连杆42的外侧壁上，以对连杆42进行制动，也即利用弹性组件与旋转球体411之间产生的摩擦力对连杆42实现三自由度的自锁。

而在第一连接组件30朝远离滑套20一端的内侧壁运动时，滑套20便能够使弹性套组件10对应形成的球形腔体恢复到初始状态，以对连杆42进行解锁，也即使连杆42在该球形腔体内重新形成三个自由度。

需说明的是，该自由度是指物理学当中描述一个物理状态，独立对物理状态结果产生影响的变量的数量，如运动自由度是确定一个系统在空间中的位置所需要的最小坐标数。例如，火车车厢沿铁轨的运动，只需从某一起点站沿铁轨量出路程，就可完全确定车厢所在的位置，即其位置用一个量就可确定，我们说火车车厢的运动有一个自由度；汽车能在地面上到处运动，自由程度比火车大些，需要用两个量(例如直角坐标x，y)才能确定其位置，我们说汽车的运动有两个自由度；飞机能在空中完全自由地运动，需要用三个量(例如直角坐标x，y，z)才能确定其位置，我们说飞机在空中的运动有三个自由度。所谓自由度数就是确定物体在空间的位置所需独立坐标的数目。

为方便理解，在以该球关节装置1具体是可穿戴在人体上，以辅助人体行走的外骨骼设备中的对应人体关节处设置的部分构件为例时，则可知，在人体行走过程中，能够通过对第一外接件和第二外接件进行驱动，以使第一外接件和第二外接件跟随人体的每一步态周期的不同阶段带动连杆42在球形腔体内向任一方向运动，或带动第一连接组件30对连杆42进行制动或解锁，而无需额外设置驱动装置。

在另一实施例中，该弹性套组件10内部形成的球形腔体及相应的连杆42具体还可以被改造为椭球状、水滴状或方体状等其他任一合理的形状，以对应实现单自由度或二自由度的关节自锁，而具体可以由实际的应用场景确定，本申请对此不做限定。

上述方案，通过在第一连接组件30朝抵接或远离滑套20一端的内侧壁运动时，使滑套20收缩或恢复弹性套组件10对应形成的球形腔体，以利用弹性组件与旋转球体411之间产生的摩擦力实现三自由度的自锁或解锁，从而仅依靠球关节装置1自身的受力特点和几何形状便能够实现自锁，而无需要额外的控制系统，以使结构相较简单，且自锁可靠。此外，当该摩擦力不足以提供球关节装置1自锁时所需要的力时，便会产生打滑，以能够避免对其他构件造成损坏，以能够适用于自锁和变阻尼关节等场景，使用范围较广。

在一实施例中，该滑套20一端的内侧壁上具体形成有朝向第一方向的定位台阶201，而弹性套组件10对应于球形腔体的外侧壁具体为锥形面，且该锥形面的横截面尺寸在第一方向上逐渐减小。

第一连接组件30的一端具体是抵接在滑套20内侧壁的定位台阶201上，以能够带动滑套20的一端沿第二方向来回运动，并在滑套20的一端沿第二方向靠近第二连接组件40进行移动时，滑套20的内侧壁能够对弹性套组件10的锥形面进行挤压收缩，而使其横截面尺寸依次缩小，进而缩小球形腔体，使弹性套组件10对应于该球形腔体的内侧壁抵接于连杆42的外侧壁上，以对连杆42进行制动。

而在滑套20的一端沿第二方向远离第二连接组件40进行移动时，滑套20的内侧壁能够释放对弹性套组件10的锥形面进行的收缩，进而使球形腔体恢复到初始状态，以对连杆42进行解锁，也即使连杆42在该球形腔体内重新形成三个自由度。其中，第一方向具体为滑套20的延伸方向，且第二方向垂直于第一方向。

请继续参阅图4，图1中球关节装置中的第一连接组件一详细结构示意图。

在一实施例中，球关节装置1还进一步包括弹性挡圈50，而滑套20一端的内侧壁上还形成有挡圈沟槽202，该弹性挡圈50具体是嵌设在该挡圈沟槽202中。且第一连接组件30还进一步包括连接杆31和径向轴承32，该径向轴承32具体是套设在连接杆31的外侧壁上，且径向轴承32的一端抵接于滑套20内侧壁的定位台阶201上，另一端抵接于弹性挡圈50，以能够限制第一连接组在第一方向上的运动。其中，该连接杆31的外侧壁上还形成有朝向第三方向对位台阶311，该第三方向具体与第一方向相反。

进一步地，在一实施例中，第一连接组件30还进一步包括轴承挡圈33、轴向轴承34以及弹性套圈35，连接杆31具体是依次穿设于径向轴承32、轴承挡圈33、轴向轴承34以及弹性套圈35，并保持同轴。第一连接组件30与滑套20保持同轴，径向轴承32的内圈的一端面具体是与连接杆31的外侧壁上的对位台阶311相抵接，其另一端面与轴承挡圈33的一端面相抵接，轴承挡圈33的另一端面与轴向轴承34的一端接触，轴向轴承34的另一端与弹性套圈35的一端面接触，并嵌设于连接杆31外侧壁上对应形成的安装沟槽312中，以此限制径向轴承32、轴承挡圈33以及轴向轴承34在连接杆31上的轴向移动。

需说明的是，该轴向通常是指圆柱体类物体旋转中心的方向，就是与中心轴共同的方向，轴就是中心轴；而径向就是沿直径或者半径的直线方向，径向是相对的，比如一个轴，肯定会有轴心，有轴心就有中心线，垂直于轴心的中心线的任何方向，都可以称为径向。且轴就是中心轴，径就是直径，轴向指的就是中心轴方向，径向指的就是直径方向。垂直于表面的是轴向，平行于表面的是径向。

在一实施例中，球关节装置1还包括销轴60，滑套20的一端的边缘处还形成有开口朝向第一方向的第一限位槽203，而第一连接组件30的侧壁上还形成有通孔301，且该销轴60具体是穿过该通孔301，以容置第一限位槽203。

可理解的是，该第一限位槽203的数量具体为两个，且为弧形槽，而该弧形槽的弧长大于销轴60的横截面直径，销轴60的相对两端具体是分别设置在两个相对设置的第一限位槽203中，也即其摆动范围将被第一限位槽203所限制，以进而能够限制第一连接组件30相对滑套20进行轴向旋转的角度范围。

在一实施例中，球关节装置1还包括限位钉70，滑套20靠近弹性套组件10对应形成的球形腔体的另一端的侧壁上还形成有第二限位槽204，且弹性套组件10的外侧壁上对应该第二限位槽204还形成有第一连接孔101，而限位钉70的一端能够穿过第二限位槽204，以嵌入第一连接孔101中。

其中，该第二限位槽204在第二方向上的长度大于限位钉70的直径，以使限位钉70能够沿第二方向在第二限位槽204中来回移动，并借助于第二限位槽204的延伸长度限制弹性套组件10在滑套20中进行轴向运动的距离。

可理解的是，通过增加限位槽，并合理的设置限位槽的长度，便能够有效控制弹性套组件10对应形成的球形腔体与连杆42进行相互抵接的接触面积及位置，从而能够对连杆42实现单自由度或二自由度的关节的自锁。且通过调整弹性套组件10的可移动距离，还能实现对弹性套组件10对应球形腔体的内侧壁与连杆42之间的摩擦力的控制，以用于实现变阻尼关节或旋转变阻尼的场景，而使其应用范围较广。

请继续参阅图5，图5是图1中球关节装置中的弹性套组件一详细结构示意图。

在一实施例中，弹性套组件10还进一步包括第一弹性套件11和第二弹性套件12，第一弹性套件11和第二弹性套件12相对于滑套20的中心轴呈对称设置，且至少部分第一弹性套件11和第二弹性套件12的内侧壁相互配合，以形成球形腔体，而对应于该球形腔体的至少部分第一弹性套件11和第二弹性套件12的外侧壁为锥形面。

进一步地，第一弹性套件11与第二弹性套件12相间隔设置，且第一弹性套件11和第二弹性套件12的侧壁上分别对应形成有至少一个沿第二方向延伸的通槽102，以使得第一弹性套件11与第二弹性套件12在初始状态下，能够形成较大尺寸的球形腔体，并在第一连接组件30的一端带动滑套20一端沿第二方向朝靠近连杆42的方向移动时，能够更方便于对该连杆42进行收缩。

在一实施例中，弹性套组件10还包括连接盖14和连接件13，且第一弹性套件11与第二弹性套件12的内侧壁上还对应形成有安装槽103，该连接件13具体安装在第一弹性套件11和第二弹性套件12组成的周向安装槽103中，并保持同轴安装，而连接盖14套设在第一弹性套件11和第二弹性套件12背离连杆42的一端的外侧壁上，以将第一弹性套件11和第二弹性套件12连接为一个整体。

在一实施例中，球关节装置1还包括端盖80，该端盖80具体套设于第一连接组件30的外侧壁上，并覆盖第二开口部，以与穿设于第二开口部的第一连接组件30相互配合对滑套20和弹性套组件10进行密封，以保护其内部结构。

请继续参阅图6，图6是图1中球关节装置中的第二连接组件一详细结构示意图。

在一实施例中，旋转球体件41还进一步包括球体411、弹性球壳412以及定位稍413，且弹性球壳412包覆球体411，并与球体411保持同球心设置，且该弹性球壳412上还形成有第二连接孔4121，而球体411对应该第二连接孔4121形成有第三连接孔4111，该定位稍413具体是穿过第二连接孔4121，而安装在第三连接孔4111中，以将连接弹性球壳412和球体411连接在一起，从而在弹性球壳412与弹性套组件10对应于球形腔体的内侧壁相互抵接时，通过相对应的弹性设置，对连杆42实现更良好的制动，也即自锁效果。

在一实施例中，第二连接组件40还进一步包括连杆42，而第二连接组件40中的球体411还对应于该连杆42形成有安装孔，该连杆42的一端具体是嵌设在该安装孔中，并采用螺纹连接或其他任意合理的方式与球体411的安装孔的内侧壁实现连接。

且该连杆42的另一端用于连接第二外接件，并由第二外接件带动，使弹性球壳412和球体411在弹性套组件10对应形成的球形腔体内向任一方向运动。

可理解的是，在该球关节装置1中，当第一连接组件30未承受轴向力，也即第一方向的力时，滑套20的锥形面，也即滑套20对应于弹性套组件10形成球形腔体的至少部分内侧面与弹性套组件10的锥形面，也即弹性套组件10对应形成球形腔体的至少部分外侧面之间没有接触力，弹性套组件10不产生弹性变形，第二连接组件40在弹性套组件10的球形腔体中有三个方向的旋转运动。

而当第一连接组件30承受轴向力时，第一连接组件30便将产生朝第二连接组件40靠近的位移，对位台阶311将第一连接组件30的轴向力传递至径向轴承32的内圈，内圈通过且内部的滚动体将部分力传递至外圈，外圈将力传递至定位台阶201上，并在轴向力的作用下，滑套20相对弹性套组件10产生向下的位移，同时径向轴承32的内圈通过轴承挡圈33将其余部分力传递至轴向轴承34，轴向轴承34将力传递至滑套20的内侧壁上形成的与定位台阶201相对应的台阶上，并在轴向力的作用下，滑套20相对弹性套组件10产生向下的位移。

进一步地，滑套20的向下移动将迫使其锥面压紧弹性套组件10对应形成球形腔体的锥面，以在挤压力的作用下，使球形腔体进行收缩，以压紧腔体中的连杆42，而使弹性套组件10对应于球形腔体的内侧壁与连杆42之间产生摩擦力，以限制球形腔体中连杆42的转动，从而实现自锁。

本申请还提供了一种机械设备，请参阅图7，图7是本申请机械设备一实施例的框架示意图。在本实施例中，该机械设备90具体包括第一外接件91、第二外接件92以及球关节装置93。

其中，该球关节装置93具体为如上任一项所述的球关节装置1，具体请参阅图1-图6及相关文字内容，在此不再赘述。

具体地，该第二外接件92连接于球关节装置93的旋转球体件(图未示出)，以用于带动旋转球体件在球关节装置93中的球形腔体内向任一方向运动。而第一外接件91连接于球关节装置93的第一连接组件(图未示出)，以能够带动第一连接组件朝抵接或远离球关节装置93的滑套(图未示出)一端的内侧壁运动，以使该滑套收缩或恢复球关节装置93的弹性套组件对应形成的球形腔体，进而对旋转球体件进行制动或解锁。

可理解的是，该机械设备90具体可以是可穿戴在人体上，以辅助人体行走的外骨骼设备，而球关节装置93的穿戴位置即对应为人体的关节处，以在人体行走过程中，对第一外接件91和第二外接件92进行驱动，以使第一外接件91和第二外接件92跟随人体的每一步态周期的不同阶段带动旋转球体件在球形腔体内向任一方向运动，或带动第一连接组件对旋转球体件进行制动或解锁。

而在其他实施例中，该机械设备90具体还可以是机器人、工业制造机械臂或其他任一合理的机械装置，本申请对此不做限定。

在一实施例中，该机械设备90具体还可以包括驱动装置，该驱动装置连接于第一外接件91和第二外接件92，以用于驱动第二外接件92带动旋转球体件在球关节装置93中的球形腔体内向任一方向运动，并驱动第一外接件91带动第一连接组件对旋转球体件进行制动或解锁。

在一实施例中，该机械设备90具体还可以包括有控制器，以能够根据预先设置的程序参数控制机械设备90的驱动装置对第二外接件92和第一外接件91进行驱动，进而通过第一外接件91和第二外接件92带动旋转球体件在球形腔体内进行相应运动，或对其进行制动或解锁。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的球关节装置中的弹性套组件内部形成有容置腔，该容置腔包括具有第一开口部的球形腔体，而滑套套设在弹性套组件的外侧壁上，滑套远离球形腔体的一端凸出于弹性套组件，形成有第二开口部，第一连接组件的一端穿设于第二开口部，另一端用于连接第一外接件，而第二连接组件中的旋转球体件容置于球形腔体中，并自第一开口部暴露出，以在第一连接组件由第一外接件带动朝抵接或远离滑套一端的内侧壁运动时，该滑套能够收缩或恢复弹性套组件对应形成的球形腔体，以利用弹性组件与旋转球体之间产生的摩擦力实现三自由度的自锁或解锁，从而仅依靠球关节装置自身的受力特点和几何形状便能够实现自锁，而无需要额外的控制系统，以使结构相较简单，且自锁可靠。此外，当该摩擦力不足以提供球关节装置自锁时所需要的力时，便会产生打滑，以能够避免对其他构件造成损坏，以能够适用于自锁和变阻尼关节等场景，使用范围较广。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种球关节装置，其特征在于，所述球关节装置包括：

弹性套组件，所述弹性套组件内部形成有容置腔，所述容置腔包括具有第一开口部的球形腔体；

滑套，套设于所述弹性套组件的外侧壁上，所述滑套远离所述球形腔体的一端凸出于所述弹性套组件，并形成有第二开口部；

第一连接组件，所述第一连接组件的一端穿设于所述第二开口部，其另一端用于连接第一外接件；

第二连接组件，包括旋转球体件，所述旋转球体件容置于所述球形腔体，所述旋转球体件的球体半径小于所述球形腔体的球体半径，且所述旋转球体件自所述第一开口部暴露出，以用于连接第二外接件，并由所述第二外接件带动在所述球形腔体内向任一方向运动；

其中，在所述第一连接组件由所述第一外接件带动朝抵接或远离所述滑套一端的内侧壁运动时，所述滑套收缩或恢复所述弹性套组件对应形成的所述球形腔体，以对所述旋转球体件进行制动或解锁。

2.根据权利要求1所述的球关节装置，其特征在于，

所述滑套一端的内侧壁上形成有朝向第一方向的定位台阶，所述弹性套组件对应所述球形腔体的外侧壁为锥形面，所述第一连接组件的一端抵接于所述定位台阶，以带动所述滑套一端沿第二方向来回运动，从而使所述滑套收缩或恢复所述弹性套组件对应形成的所述球形腔体；其中，所述第一方向为所述滑套的延伸方向，所述第二方向垂直所述第一方向。

3.根据权利要求2所述的球关节装置，其特征在于，

所述球关节装置还包括弹性挡圈，所述滑套一端的内侧壁上形成有挡圈沟槽，所述弹性挡圈嵌设于所述挡圈沟槽，所述第一连接组件包括连接杆和径向轴承，所述径向轴承套设在所述连接杆的外侧壁上，且其一端抵接于所述定位台阶，另一端抵接于所述弹性挡圈。

4.根据权利要求2所述的球关节装置，其特征在于，

所述球关节装置还包括销轴，所述滑套的一端边缘形成有开口朝向所述第一方向的第一限位槽，所述第一连接组件的侧壁上形成有通孔，所述销轴穿过所述通孔，以容置所述第一限位槽。

5.根据权利要求2所述的球关节装置，其特征在于，

所述球关节装置还包括限位钉，所述滑套靠近所述球形腔体的另一端的侧壁上形成有第二限位槽，所述弹性套组件的外侧壁上对应所述第二限位槽形成有第一连接孔，所述限位钉的一端穿过所述第二限位槽，以嵌入所述第一连接孔中；其中，所述第二限位槽在所述第二方向上的长度大于所述限位钉的直径。

6.根据权利要求2所述的球关节装置，其特征在于，

所述弹性套组件包括第一弹性套件和第二弹性套件，所述第一弹性套件和所述第二弹性套件相对所述滑套的中心轴呈对称设置，且至少部分所述第一弹性套件和所述第二弹性套件的内侧壁相互配合，以形成所述球形腔体。

7.根据权利要求6所述的球关节装置，其特征在于，

所述第一弹性套件与所述第二弹性套件相间隔设置，且所述第一弹性套件和所述第二弹性套件的侧壁上分别对应形成有至少一个沿所述第二方向延伸的通槽。

8.根据权利要求1所述的球关节装置，其特征在于，

所述球关节装置还包括端盖，所述端盖套设于所述第一连接组件的外侧壁上，并覆盖所述第二开口部。

9.根据权利要求1所述的球关节装置，其特征在于，

所述旋转球体件包括弹性球壳、球体以及定位稍，所述弹性球壳包覆所述球体设置，所述弹性球壳上形成有第二连接孔，所述球体对应所述第二连接孔形成有第三连接孔，所述定位稍穿设于所述第二连接孔和所述第三连接孔中，以连接所述弹性球壳和所述球体。

10.一种机械设备，其特征在于，所述机械设备包括第一外接件、第二外接件以及球关节装置，所述第一外接件连接所述球关节装置的第一连接组件，所述第二外接件连接所述球关节装置的旋转球体件，所述第二外接件用于带动所述旋转球体件在所述球关节装置中的球形腔体内向任一方向运动，所述第一外接件用于带动所述第一连接组件对所述旋转球体件进行制动或解锁；

其中，所述球关节装置为如权利要求1-9中任一项所述的球关节装置。

Images