WO2018033046A1

WO2018033046A1 - 一种万向球头、安装该万向球头的模块及部件连接方法

Info

Publication number: WO2018033046A1
Application number: PCT/CN2017/097366
Authority: WO
Inventors: 杨健勃; 刘旸
Original assignee: 杨健勃
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-02-22
Also published as: CN106089982A; CN106089982B

Abstract

一种万向球头（100），包括固定部（101）和球头（130），固定部（101）设置有由腔体壁围成且具有开口端的容纳腔（102），球头（130）包括球头本体（131）、连接件（132）和至少一根导柱（133），球头本体（131）设置在容纳腔（102）内，连接件（132）和导柱（133）均设置于球头本体（131）的外壁，腔体壁设置有导槽（104），连接件（132）位于容纳腔（102）的外部且能够在开口端摆动，导柱（133）滑动设置于导槽（104）内。当导柱（133）沿导槽（104）的长度方向滑动时，导柱（133）基本不会对导槽（104）施加作用力，当导柱（133）在球头本体（131）的带动下沿导槽（104）的宽度方向运动或导柱（133）具有沿导槽（104）的宽度方向运动的趋势时，导柱（133）抵住导槽（104）的侧壁并对其施加一定的作用力，导柱（133）带动固定部（101）或固定部（101）的一部分转动，实现扭矩的传递。还涉及一种安装该万向球头的模块及部件连接方法，模块及部件连接方法均采用万向球头连接。

Description

一种万向球头、安装该万向球头的模块及部件连接方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年08月18日提交中国专利局的申请号为201610688840.0、名称为“一种万向球头及安装该万向球头的”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及机械连接结构领域，具体而言，涉及一种万向球头、安装该万向球头的模块及部件连接方法。

背景技术

万向球头，即球铰，是一种空间连接铰，主要由两部分组成，即球头与球壳，该铰只允许两部件绕公共的球心相对转动，在机械领域应用非常广泛。现有的万向球头功能较为单一，使用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种万向球头，万向球头的球头本体既可以实现在各方向的自由摆动，又可以传递扭矩，万向球头的结构简单，同时可以很容易的更换两端连接器件，功能更加丰富。

本发明的目的还在于提供一种模块，该模块安装有上述的万向球头，模块上的两个部件分别与万向球头的固定部和球头连接，既可以实现两个部件的相对摆动，又可以传递扭矩，适用范围更广。

本发明的目的还在于提供一种部件的连接方法，该方法能够实现第二部件相对于第一部件在任意方向自由转动的条件下，又能够实现扭矩的传递，将万向球头锁定后可以使第一部件和第二部件保持特定姿态。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供了一种万向球头，包括固定部和球头，所述固定部设置有由腔体壁围成且具有开口端的容纳腔，所述球头包括球头本体、连接件和至少一根导柱，所述球头本体设置在所述容纳腔内，所述连接件和所述导柱均设置于所述球头本体的外壁，所述腔体壁设置有导槽，所述连接件位于所述容纳腔的外部且能够在所述开口端摆动，所述导柱的中心线为第一参考线，所述开口端的中心线为第二参考线，所述导柱滑动设置于所述导槽内且能够绕所述第一参考线转动，所述导槽沿所述第二参考线的所在平面设置。

球头本体设置于容纳腔内形成普通的万向球头，即球铰，当然，球头本体并非完全位于容纳腔内，有一部分球头本体从开口端伸出，另外，从开口端伸出的球头本体部分是会随着球头本体的转动发生变化的，连接件与伸出的部分连接，球头本体可以在容纳腔内绕自身球心在规定的范围内沿任意方向自由转动，球头本体转动过程中，连接件可以在开口端的位置摆动，规定的范围是指在开口端和连接件的限制下，球头本体的能够活动的范围。

开口端用于限制球头本体从容纳腔内脱离且使连接件能够在一定范围内摆动，开口端的最小宽度应当小于球头本体的直径，开口端的最大宽度可以小于球头本体的直径，也可以大于或等于球头本体的直径，当然，也可以在开口端增设其他部件组织球头本体从容纳腔内脱离，这一点是所有的万向球头都需要具备的条件，不需要进行赘述，只要在万向球头组装完毕后确保球头本体无法从开口端脱离即可。

作为上述方案的可选实施例，所述导柱的数量为至少两根，任意两根所述导柱的中心线重合或垂直，全部所述导柱的中心线位于同一个平面内，所述导柱的中心线分别穿过所述球头本体的球心，所述腔体壁设置有至少两个所述导槽，所述导槽之间相互连通或断开，所述导槽的数量大于或等于所述导柱的数量，每根所述导柱均对应设置于其中一个所述导槽内。

一般情况下，一个导槽内只能设置最多一根导柱，若一个导槽内设置两根或多根导柱，则导槽的宽度一般要大于或等于导柱之间的最大距离，导柱的总数量可以为一根、两根、三根、四根等，需要注意的是，如果导柱的数量为两根以上并且导槽的宽度与导柱的最大宽度相差较小的情况下，那么不同导柱的中心线最好是重合或垂直相交于球头本体的球心，导槽的数量随导柱的数量变化而变化。需要注意的是，本发明中所说的重合、垂直、中心线穿过球头的球心并非是绝对概念，而是可以根据需要或制造公差等存在一定的偏差，即两根导柱的中心线之间基本垂直或基本重合也应该落在本发明的保护范围内。导槽的数量可以大于导柱的数量，这是因为导柱的数量可以不局限于一根或两根，从而使得一个固定部可以适应带有不同数量导柱的球头。

作为上述方案的可选实施例，所述连接件包括第一连接部和第一柱状部，所述第一连接部与所述第一柱状部之间固定连接或一体成型，所述第一柱状部与所述球头本体之间固定连接或一体成型，所述第一柱状部的中心线与全部所述导柱的中心线垂直，所述第一柱状部的中心线穿过所述球头本体的球心。

连接件的第一柱状部将第一连接部和球头本体连接固定，第一连接部用于连接外接部件，外接部件可以为电源等，第一柱状部的结构及位置可以使得其在开口端处的活动范围更大。

作为上述方案的可选实施例，所述开口端为圆形，所述开口端的直径小于所述球头本体的直径，所述导槽始于所述开口端。

以所述球头本体的球心为原点建立三维坐标轴，分别包括X轴、Y轴和Z轴，所述X轴与所述第一中心线重合，所述Y轴与所述第三中心线重合，所述Z轴与所述第一中心线垂直相交且所述Z轴与所述第三中心线垂直相交，所述球头本体能够绕所述X轴转动且所述球头本体能够绕所述Z轴转动。

作为上述方案的可选实施例，所述万向球头还包括锁定件，所述球头本体通过所述锁定件固定于所述容纳腔内。

当球头到达指定位置后，通过锁定件实现球头的位置固定，即球头本体无法继续转动，此处的锁定既可以是完全锁死，也可以是通过摩擦力相对固定，在外力较大的情况下球头本体与固定部能够发生相对转动也是可以的。

作为上述方案的可选实施例，所述固定部包括能够相对运动的第一固定部和第二固定部，所述第一固定部设置有通孔，所述通孔的一端为开口端，所述通孔的另一端为被封闭端，所述第二固定部设置有伸入部，所述伸入部从所述被封闭端伸入所述通孔内围成所述容纳腔，所述导槽设置于所述通孔的内壁和/或所述伸入部，所述锁定件分别与所述第一固定部和所述第二固定部连接且用于调节所述伸入部在所述通孔内的相对位置。

在安装过程中，可以先将球头放入通孔内，然后再将第二固定部的伸入部插入通孔内围成容纳腔，方便安装，当球头安装完毕后，可以使球头本体在任意方向自由转动，球头本体转动至一定位置后，调节锁紧件，使伸入部在通孔内的位置发生一定的改变，伸入部与开口端共同作用对球头本体进行挤压，从而实现球头的固定，将第一固定部和第二固定部分体制作，制作较为简便、成本较低，并且方便球头的锁紧。

作为上述方案的可选实施例，所述伸入部设置有至少两个所述导槽，所述导槽之间断开。

作为上述方案的可选实施例，所述锁定件包括旋钮、第二连接部和第二柱状部，所述第二连接部与所述第二柱状部固定连接或一体成型，所述旋钮套设于所述第二柱状部的外侧，所述第二柱状部包括第一螺纹段，所述旋钮包括第二螺纹段，所述第一螺纹段设置有内螺纹，所述第二螺纹段设置有外螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹啮合，所述第二连接部与所述第一固定部之间通过第一部件连接，所述旋钮与所述第二连接部之间设置有第二部件，所述第二部件与所述第二固定部固定，所述旋钮转动时，所述第二连接部拉动所述第一固定部相对于所述第二固定部运动且所述伸入部能够将所述球头本体挤压固定。

作为上述方案的可选实施例，所述第一部件为杆件，所述第一部件的一端与所述第二连接部连接，所述第一部件的另一端与所述第一部件连接，所述第二部件或所述第二固定部设置有定位通孔，所述杆件穿设于所述定位通孔。

作为上述方案的可选实施例，所述球头本体的球心位于所述第二参考线上。

本发明实施例还提供了一种万向球头，包括固定部和球头，所述固定部设置有由腔体壁围成且具有开口端的容纳腔，所述球头包括球头本体、连接件和至少一根导柱，所述球头本体设置在所述容纳腔内，所述连接件和所述导柱均设置于所述球头本体的外表面，所述腔体壁设置有导槽，所述连接件位于所述容纳腔的外部且能够在所述开口端摆动，所述导柱可滑动且可转动的设置于所述导槽内，所述导槽从所述开口端朝向远离所述开口端的方向延伸。

作为上述方案的可选实施例，所述导柱的数量为至少两根，所述导柱的轴线为旋转轴线，所述球头本体的球心位于所述旋转轴线上，所述导柱能够绕所述旋转轴线转动，任意两根所述导柱的轴线重合或垂直，所述连接件包括与所述球头本体一体成型的柱状部，所述柱状部的轴线与所述导柱的轴线垂直。

作为上述方案的可选实施例，所述导柱为圆柱状，所述导柱的直径与所述导槽的宽度相等且为间隙配合。

作为上述方案的可选实施例，所述固定部的设置有所述开口端的一侧具有球面凹槽，所述开口端位于所述球面凹槽的底部。

本发明实施例还提供了一种模块，包括模块本体和上述任意一种方案所述的万向球头，所述固定部固定设置于所述模块本体，所述连接件用于连接外接部件。

本发明实施例还提供了一种部件连接方法，使用万向球头连接第一部件和第二部件，所述第一部件与所述万向球头的固定部连接，所述第二部件与所述万向球头的球头连接，包括：使所述固定部和所述球头保持自由状态，旋拧所述第二部件，使所述第二部件相对于所述第一部件绕X轴转动和/或绕Z轴转动；使所述固定部和所述球头保持自由状态，旋拧所述第二部件，使所述第二部件相对于所述第一部件绕Y轴转动，并向所述第一部件传递扭矩；将所述固定部和所述球头锁定，以使第一部件相对于所述第二部件保持不动；其中，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴两两垂直且相交于所述球头的球心。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：导柱与导槽配合，导柱可以在导槽内滑动，导槽分为长度方向和宽度方向，当导柱沿导槽的长度方向滑动时，导柱基本不会对导槽施加作用力，当导柱在球头本体的带动下沿导槽的宽度方向运动或导柱具有沿导槽的宽度方向运动的趋势时，导柱抵住导槽的侧壁并对其施加一定的作用力，导柱带动固定部或固定部的一部分转动，实现扭矩的传递。另外，增设导柱和导槽，仅仅限定了球头本体不能绕第二参考线方向旋转，连接件的活动范围不会发生变化，能够在开口端随意摆动，并不影响万向球头在空间坐标系中的任意向的旋转。具有万向球头的模块通过球头连接端可以与其他模块相连接，球头的固定端则是模块本体，模块本体可以是细胞机器人的任意模块，也可以是各种传感器模块，球头可以使模块相对于其他模块向任意方向摆动，并且在安装模块的时候，可以手握着模块本体，将球头的连接端旋入其他模块中，使之成为一体。同时作为运用万向球头的模块，能够在任意位置锁死，并且能够通过模块本体传递扭矩，使此模块旋入其他模块中，链接为一体。

附图说明

图1为本发明实施例提供的万向球头轴测图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2的左视图；

图5为图2的剖视图；

图6为图5的局部放大示意图；

图7为图6的局部放大示意图。

万向球头100；

固定部101；容纳腔102；开口端103；导槽104；第一固定部105；第二固定部106；伸入部107；

球头130；球头本体131；连接件132；导柱133；第一导柱134；第二导柱135；第一连接部136；第一柱状部137；

锁定件160；第二连接部162；第二柱状部163；第一部件164。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图7所示，本发明实施例1提供了一种万向球头100，该万向球头100既可以实现普通的万向球头100功能，又可以实现扭矩的传递，并且可以实现锁紧功能，当然锁紧功能可以根据需要选择有或无，即万向球头100可以有锁紧功能也可以没有锁紧功能。

如图5、图6所示，万向球头100的具体结构为：万向球头100包括固定部101、球头130和锁定件160，锁定件160并不是必须的，增设锁定件160后可以增加万向球头100的锁紧功能，当然，在制作万向球头100时不安装锁定件160，在使用过程中安装锁定件160也是可以的，下面对每个部分的具体结构以及各个部分之间的连接关系进行详细的说明。

如图7所示，固定部101设置有由腔体壁围成且具有开口端103的容纳腔102，在本实施例中，将容纳腔102的形状设置为球形空腔，当然，容纳腔102为其它形式也是完全可以的；开口端103的形状不限，例如可以为圆形、矩形、不规则形状等，在本实施例中，将开口端103的形状设计为圆形，开口端103的直径小于容纳腔102的直径。

如图7所示，球头130包括球头本体131、连接件132和至少一根导柱133。

球头本体131可以为球形，球头本体131设置在容纳腔102内且相互配合，球头本体131可以在容纳腔102内转动。

如图6所示，连接件132主要用连接外接的其它部件与球头本体131，连接件132设置于球头本体131的外壁，连接件132与球头本体131之间的连接方式可以为一体成型、固定连接等方式，本申请中的固定连接包括可拆卸连接及不可拆卸连接，连接件132位于容纳腔102的外部且能够在开口端103摆动。

球头本体131设置于容纳腔102内形成普通的万向球头，即球铰，未标明的具体结构可以参照现有技术中的球铰，一般情况下，为了实现万向球头100的顺畅转动，容纳腔102会设计为球形空腔，球头130为球形，连接件132在开口端103位置活动，若没有其他结构，则球头本体131可以绕自身球心自由转动，从而使连接件132可以在开口端103限定的范围内摆动。

在本实施例中，开口端103设计为圆形，则开口端103的直径小于球头本体131的直径，球头本体131无法从开口端103处脱离容纳腔102，从而起到限位的作用。连接件132 可以在开口端103围成的区域内摆动或转动，连接件132的形状不定，主要起到连接外接其它部件的作用。

如图1所示，球头本体131能够通过锁定件160锁紧固定，此处所说的锁紧固定形式不限，只要能够使球头本体131与固定部101之间难以发生相对转动即可，例如既可以是完全锁死使得球头本体131无法转动，也可以是通过挤压作用及摩擦力使得球头本体131转动较为困难等。当然，在松开锁定件160时，球头本体131能够相对于固定部101转动。

如图7所示，导柱133设置于球头本体131的外壁，导柱133与球头本体131之间的连接方式可以为一体成型或固定连接等，腔体壁也可以认为是容纳腔102的内壁，腔体壁设置有导槽104，导槽104可以为条形槽，导柱133与导槽104配合，导柱133滑动设置于导槽104内。

在固定部101的具有开口端103的一侧具有球面凹槽，开口端位于球面凹槽的底部，这种结构，既可以确保球头本体131的球心与开口端103所在平面的距离尽可能的减小，并且，导槽104的长度适当增大，增加了导柱133的可滑动距离，万向球头更加稳定。

以导槽104为条形槽为例，导槽104分为长度方向、宽度方向和深度方向，当然，导槽104的长度方向与宽度方向并不是单单依靠长度进行限定的，而是根据导柱133是否会对导槽104的侧壁施加作用力定义的，关于长度方向和宽度方向的定义，导槽104的长度方向为导柱133运动时不会对固定部101施加作用力的方向，导槽104的宽度方向导柱133运动至一定程度时会对固定部101施加作用力的方向，当然，此处的定义只是相对概念，例如在长度方向上，导柱133到达导槽104的某一位置时也可能会对固定部101施加一定的作用力，但该作用力不是我们想要的作用力，在宽度方向上，导柱133在导槽104内也可以有一定的活动范围不会对固定部101施加作用力。

并非是所有朝向的导槽104都能够满足需求的，即导槽104的朝向有一定的限制，具体为：如图6所示，以导柱133的中心线为第一参考线，固定部101能够带动导柱133绕第一参考线转动，导槽104的宽度要大于或等于导柱133的宽度，可选的，导槽104的宽度与导柱133的宽度相等并且二者为间隙配合。

在本实施例中，导柱133为圆柱状，导槽104的宽度大于或等于导柱133的直径，优选的，导槽104的宽度约等于导柱133的直径。导槽104的长度以及导槽104的长度方向起始位置不限，但可以尽量保证连接件132能够在开口端103限定的范围内自由活动。

开口端103的中心线为第二参考线，导槽104沿第二参考线的所在平面设置。中心线并不是为了限定开口端103必须为圆形(需要说明的是，因为开口端103具有一定的长度，因此开口端103可以认为是二维的图形，也可以认为是三维立体结构、截面为二维图形，若将开口端103认为是二维图形，则第二参考线是指开口端103的中心点与球头本体131 的球心之间的连线所在直线，若将开口端103认为是三维立体结构，则第二参考线最好是经过圆心或与圆心之间的距离较小)，即使开口端103的形状为不规则形状，也是可以的，当然，一般情况下，开口端103的形状较为规则。

对应的，导柱133可滑动且可转动的设置于导槽104内，导槽104始于开口端，并朝着远离开口端的方向延伸。

导柱133的数量根据需要进行选择，例如导柱133的总数量可以为一根、两根、三根、四根等。任意两根导柱133的中心线均重合或垂直，并且全部导柱133的中心线位于同一个平面内，导柱133的中心线分别穿过球头本体131的球心。

其中，“任意两根导柱133的中心线均重合或垂直”并非是指所有的导柱133的中心线只能重合或只能垂直，而是指：当导柱133的数量为两根时，两根导柱133的中心线只能重合或只能垂直，当导柱133的数量为三根以上时，部分导柱133的中心线重合，部分导柱133的中心线垂直，即两根导柱133的中心线垂直与两根导柱133的中心线重合同时存在。

如图7所示，在本实施例中，导柱133的数量为两根。在两根导柱133中，其中一根导柱133为第一导柱134，另外一根导柱133为第二导柱135，第一导柱134的中心线为第一中心线，第二导柱135的中心线为第二中心线，第一中心线与第二中心线重合或垂直。

在本实施例中，第一中心线与第二中心线重合，第一中心线和第二中心线分别穿过球头本体131的球心，腔体壁设置有至少两个导槽104，导槽104之间相互连通或断开导槽104的起始位置不固定，例如导槽104可以始于开口端103，也可以始于腔体壁的任意位置。若导槽104始于开口端103，并且导柱133为相对设置的两个或多个时，在某些时刻，其中一根导柱133可以从导槽104内脱离，另外一根导柱133位于导槽104内，当然，所有的导柱133也可以全部位于导槽104内。

导槽104的宽度一般要大于或等于导柱133之间的最大距离，若导柱133为圆柱形，则导槽104的宽度大于或等于导柱133的直径，而为了减少万向球头100的晃动，需要尽量减小导槽104的宽度，因此，较好的方案是导槽104的宽度约等于导柱133的直径。

一般情况下，一个导槽104内只能设置最多一根导柱133，若一个导槽104内设置两根或多根导柱133，则应该将一个导槽104内的两根或多根导柱133视为一根切除了部分的导柱133，这是因为，若要使万向球头100可以绕导柱133的中心线转动，则需要使万向球头100能够绕一个导槽104内的多根导柱133形成的整体之间的中心线转动。

导槽104的数量大于或等于导柱133的数量，在本实施例中，导槽104的数量与导柱133的数量相等，并且，导槽104的数量和导柱133的数量均为两个，每个导槽104内均设置有一根导柱133，每根导柱133也只能对应一个导槽104，当然，其中有一部分导槽 104内没有导柱133也是可以的，每根导柱133均对应设置于其中一个导槽104内。

若导槽104的数量大于导柱133的数量，即有部分导槽104内没有设置导柱133，例如导槽104的数量为四个，导柱133的数量为两个，则导槽104关于第二参考线呈旋转对称，一个固定部101可以适应不同的球头130需求，方便球头130的更换，适应不同的强度等需求。

若一个导槽104内设置一根导柱133，则导柱133的数量一般情况下最多为四根，当然不排除导柱133数量大于四根的方案，四根导柱133交叉成十字形，在四根导柱133中可以选择性地去除一至三根导柱133，即导柱133的数量可以在一根至四根中任意选择，若导柱133的数量为四根，则其中两根导柱133沿导槽104的长度方向滑动过程中，另外两根导柱133绕自身中心线转动。

以导柱133为两根且两根导柱133的中心线重合的情况进行具体分析，以表明万向球头100的工作原理：以球头本体131的球心为原点建立三维坐标轴，分别包括X轴、Y轴和Z轴，X轴、Y轴和Z轴两两垂直且相交于球头本体131的球心，X轴与第一中心线重合，Y轴与第三中心线重合，Z轴与第一中心线垂直相交且Z轴与第三中心线垂直相交，球头本体131能够绕X轴转动且球头本体131能够绕Z轴转动。

球头本体131可以有三种运动状态：

第一种状态，球头本体131绕X轴转动，此时导柱133在导槽104内的相对位置不变，导柱133绕X轴转动。

第二种状态，球头本体131绕Y轴转动，导柱133抵住导槽104并传递扭矩。

第三种状态，球头本体131绕Z轴转动，此时导柱133在导槽104内滑动。

其中第一种状态和第三种状态可以相互叠加，进而使得连接件132可以在锥形区域内摆动，实现球头本体131在任意方向上的自由转动，一定要注意的是，本申请中所说的“任意方向”是指的连接件132的可活动范围，第二种状态时用于扭矩的传递。

三种运动状态可以单独进行，也可以按照顺序选择其中两种或三种进行，当然，顺序可以根据需要自由设定。例如，先进行第一状态，然后进行第二状态；先同时进行第一状态及第三状态，然后进行第二状态等。

球头本体运动完毕后，将球头本体和固定部锁定，使与万向球头连接的两个部件相对固定，保持在特定姿态。

连接件132的结构可以选用但不限于下列方案：如图6所示，连接件132包括第一连接部136和第一柱状部137，第一连接部136与第一柱状部137之间固定连接或一体成型，第一柱状部137与球头本体131之间固定连接或一体成型，第一柱状部137的中心线为第三中心线，第一中心线与第三中心线垂直，第三中心线穿过球头本体131的球心。

锁定件160可以为螺栓，在固定部101的侧壁设置有螺纹孔，螺栓设置有外螺纹，螺纹孔设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹啮合，螺栓穿过螺纹孔且能够伸入容纳腔102内抵住球头本体131，通过螺栓与球头本体131之间的摩擦力使球头本体131锁定。

锁定件160的结构还可以为其它形式，在本实施例中，提供了一种锁定件160的形式，该锁定件160和固定部101的结构配套。具体结构如下：

如图6所示，固定部101包括能够相对运动的第一固定部105和第二固定部106。

第一固定部105设置有通孔，通孔的一端为开口端103，通孔的另一端为被封闭端，通孔可以包括等径段和变径段，等径段处的直径相等，变径段处的直径逐渐减小，等径段使得球头本体131的安装较为方便，变径段使得球头本体131无法从开口端103脱离，并且变径段可以增大腔体壁与球头本体131之间的接触面积，结构更加稳定。

如图7所示，第二固定部106设置有伸入部107，伸入部107从被封闭端伸入通孔内围成容纳腔102，导槽104设置于通孔的内壁和/或伸入部107，在本实施例中，通孔的内壁和伸入部107均设置有两个导槽104，并且通孔的导槽104始于通孔的一端，止于通孔的另一端，万向球头100的安装过程中，导柱133从被封闭端进入导槽104内，安装十分方便，而伸入部107的导槽104之间断开，导槽104之间断开可以增强伸入部107的强度。

锁定件160分别与第一固定部105和第二固定部106连接且用于调节伸入部107在通孔内的相对位置。

锁定件160的具体结构可以为：如图1、图3所示，锁定件160包括旋钮、第二连接部162和第二柱状部163，第二连接部162与第二柱状部163固定连接或一体成型，旋钮套设于第二柱状部163的外侧，第二柱状部163包括第一螺纹段，旋钮包括第二螺纹段，第一螺纹段设置有内螺纹，第二螺纹段设置有外螺纹，内螺纹与外螺纹啮合，第二连接部162与第一固定部105之间通过第一部件164连接，旋钮与第二连接部162之间设置有第二部件，第二部件与第二固定部106固定，旋钮转动时，第二连接部162拉动第一固定部105相对于第二固定部106运动且伸入部107能够将球头本体131挤压固定。

可选的，如图3所示，第一部件164为杆件，第一部件164的一端与第二连接部162连接，第一部件164的另一端与第一部件164连接，第二部件或第二固定部106设置有定位通孔，杆件穿设于定位通孔。杆件的结构可以为：杆件包括圆杆、防脱部和螺母，防脱部为圆柱状，防脱部的直径大于圆杆的直径，防脱部设置于杆件的一端，杆件的另一端设置有螺纹段，圆杆贯穿第一固定部105和定位通孔并穿设有螺母，第二固定部106设置于第一固定部105与第二连接部162之间。

对应的，本发明实施例2提供了一种模块，模块包括模块本体和上述实施例中任意一种方案的万向球头100，模块本体可以为车轮等结构，固定部101固定设置于模块本体，当然，将固定部101与模块本体一体制造也是可以的，连接件132用于连接外接部件。通过将实施例1中的万向球头100安装在模块本体上，保证万向球头100在任意方向自由转动的条件下，又能够传递扭矩，同时通过锁定件160可以实现球头本体131与固定部101的锁定。

球头本体131与固定部101之间锁定后能够使模块本体与万向球头100保持在规定的位置，使模块安装到车体后能够保持在特定姿态。

对应的，本发明实施例3提供了一种部件的连接方法，该方法使用万向球头100连接第一部件和第二部件，第一部件与万向球头100的固定部连接，第二部件与万向球头100的球头130连接。首先以球头130的球心(若采用实施例1中的万向球头100结构，则此处的“球头130的球心”应为“球头本体131的球心”)为原点定义X轴、Y轴和Z轴，其中，X轴、Y轴和Z轴两两垂直且相交于球头130的球心。

该方法包括以下步骤：

使固定部101和球头130保持自由状态，旋拧第二部件，使第二部件相对于第一部件绕X轴转动和/或绕Z轴转动；

使固定部101和球头130保持自由状态，旋拧第二部件，使第二部件相对于第一部件绕Y轴转动，并向第一部件传递扭矩；

将固定部101和球头130锁定，以使第一部件相对于第二部件保持不动。

上述三个步骤的顺序并不是绝对的，其中的任意两个步骤，既可以按照上述顺序进行、也可以反向进行或交替进行。另外，前两步也可以同时进行。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

工业实用性

本发明的万向球头的球头本体既可以实现在各方向的自由摆动，又可以传递扭矩，万向球头的结构简单，同时可以很容易的更换两端连接器件，功能更加丰富。本发明的模块上的两个部件分别与万向球头的固定部和球头连接，既可以实现两个部件的相对摆动，又可以传递扭矩，适用范围更广。本发明的部件的连接方法能够实现第二部件相对于第一部件在任意方向自由转动的条件下，又能够实现扭矩的传递，将万向球头锁定后可以使第一部件和第二部件保持特定姿态。

Claims

一种万向球头，其特征在于，包括固定部和球头，所述固定部设置有由腔体壁围成且具有开口端的容纳腔，所述球头包括球头本体、连接件和至少一根导柱，所述球头本体设置在所述容纳腔内，所述连接件和所述导柱均设置于所述球头本体的外壁，所述腔体壁设置有导槽，所述连接件位于所述容纳腔的外部且能够在所述开口端摆动，所述导柱的中心线为第一参考线，所述开口端的中心线为第二参考线，所述导柱滑动设置于所述导槽内且能够绕所述第一参考线转动，所述导槽沿所述第二参考线的所在平面设置。
根据权利要求1所述的万向球头，其特征在于，所述导柱的数量为至少两根，任意两根所述导柱的中心线重合或垂直，全部所述导柱的中心线位于同一个平面内，所述导柱的中心线分别穿过所述球头本体的球心，所述腔体壁设置有至少两个所述导槽，所述导槽之间相互连通或断开，所述导槽的数量大于或等于所述导柱的数量，每根所述导柱均对应设置于其中一个所述导槽内。
根据权利要求2所述的万向球头，其特征在于，所述连接件包括第一连接部和第一柱状部，所述第一连接部与所述第一柱状部之间固定连接或一体成型，所述第一柱状部与所述球头本体之间固定连接或一体成型，所述第一柱状部的中心线与全部所述导柱的中心线垂直，所述第一柱状部的中心线穿过所述球头本体的球心。
根据权利要求1-3任意一项所述的万向球头，其特征在于，所述万向球头还包括锁定件，所述球头本体通过所述锁定件固定于所述容纳腔内。
根据权利要求4所述的万向球头，其特征在于，所述固定部包括能够相对运动的第一固定部和第二固定部，所述第一固定部设置有通孔，所述通孔的一端为开口端，所述通孔的另一端为被封闭端，所述第二固定部设置有伸入部，所述伸入部从所述被封闭端伸入所述通孔内围成所述容纳腔，所述导槽设置于所述通孔的内壁和/或所述伸入部，所述锁定件分别与所述第一固定部和所述第二固定部连接且用于调节所述伸入部在所述通孔内的相对位置。
根据权利要求5所述的万向球头，其特征在于，所述伸入部设置有至少两个所述导槽，所述导槽之间断开。
根据权利要求5或6所述的万向球头，其特征在于，所述锁定件包括旋钮、第二连接部和第二柱状部，所述第二连接部与所述第二柱状部固定连接或一体成型，所述旋钮套设于所述第二柱状部的外侧，所述第二柱状部包括第一螺纹段，所述旋钮包括第二螺纹段，所述第一螺纹段设置有内螺纹，所述第二螺纹段设置有外螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹啮合，所述第二连接部与所述第一固定部之间通过第一部件连接，所述旋钮与所述第二连接部之间设置有第二部件，所述第二部件与所述第二固定部固定，所述旋钮转动时，所述第二连接部拉动所述第一固定部相对于所述第二固定部运动且所述伸入部能够将所述球头本体挤压固定。
根据权利要求7所述的万向球头，其特征在于，所述第一部件为杆件，所述第一部件的一端与所述第二连接部连接，所述第一部件的另一端与所述第一部件连接，所述第二部件或所述第二固定部设置有定位通孔，所述杆件穿设于所述定位通孔。
根据权利要求1-8任意一项所述的万向球头，其特征在于，所述球头本体的球心位于所述第二参考线上。
一种万向球头，其特征在于，包括固定部和球头，所述固定部设置有由腔体壁围成且具有开口端的容纳腔，所述球头包括球头本体、连接件和至少一根导柱，所述球头本体设置在所述容纳腔内，所述连接件和所述导柱均设置于所述球头本体的外表面，所述腔体壁设置有导槽，所述连接件位于所述容纳腔的外部且能够在所述开口端摆动，所述导柱可滑动且可转动的设置于所述导槽内，所述导槽从所述开口端朝向远离所述开口端的方向延伸。
根据权利要求10所述的万向球头，其特征在于，所述导柱的数量为至少两根，所述导柱的轴线为旋转轴线，所述球头本体的球心位于所述旋转轴线上，所述导柱能够绕所述旋转轴线转动，任意两根所述导柱的轴线重合或垂直，所述连接件包括与所述球头本体一体成型的柱状部，所述柱状部的轴线与所述导柱的轴线垂直。
根据权利要求10或11所述的万向球头，其特征在于，所述导柱为圆柱状，所述导柱的直径与所述导槽的宽度相等且为间隙配合。
根据权利要求10-12任意一项所述的万向球头，其特征在于，所述固定部的设置有所述开口端的一侧具有球面凹槽，所述开口端位于所述球面凹槽的底部。
一种模块，其特征在于，包括模块本体和权利要求1-13任意一项所述的万向球头，所述固定部固定设置于所述模块本体，所述连接件用于连接外接部件。
一种部件连接方法，其特征在于，包括：

使用万向球头连接第一部件和第二部件，其中，所述第一部件与所述万向球头的固定部连接，所述第二部件与所述万向球头的球头连接；

使所述固定部和所述球头保持自由状态，旋拧所述第二部件，使所述第二部件相对于所述第一部件绕X轴转动和/或绕Z轴转动；

使所述固定部和所述球头保持自由状态，旋拧所述第二部件，使所述第二部件相对于所述第一部件绕Y轴转动，并向所述第一部件传递扭矩；

将所述固定部和所述球头锁定，以使第一部件相对于所述第二部件保持不动；

其中，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴两两垂直且相交于所述球头的球心。