一种球铰链装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种球铰链装置，具体涉及一种带有环形凸台与环形凹槽的的嵌套式球副，属于机器人技术领域。


背景技术：

2.随着加工制造业及机器人领域的快速发展，球铰链以其紧凑性、稳定性和灵活性得到了广泛的使用，被应用于各类机械结构之中。球铰链通常作为一种能提供三个转动自由度的运动副，被大量应用于机架与运动件的连接。
3.专利号为201920957242.8的实用新型专利公布了一种球铰链结构，针对传统球铰链的加工误差问题进行了优化改进，但没有改变传统球铰链的基本结构。在机器人领域，需要控制杆件上的电机来驱动杆的伸长和缩短，以实现机器人的运动。在驱动各支链上的杆进行转动的过程中，由于杆的指向会发生变化，故提供驱动的设备例如电机必须安装在杆上，才能为杆提供稳定的驱动。这导致机器人重量增加，灵活度下降。并且，根据理论力学原理，带有电机的杆件的重量很难忽略，使其力学性质发生改变，不能当作二力构件进行计算，导致实际工况与理论计算相差较大，容易引起误差。目前，尚未见到一种创新的球铰链设计，使驱动设备与传统球铰链上的运动杆件分离，以使驱动设备安装在机架上而减轻杆的重量。因此，有必要研究一种球铰链装置以解决上述问题。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型公开了一种球铰链装置。
5.为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：一种球铰链装置，包括球杆、套壳、球窝杆和基座，所述球杆包括球体及外杆，所述球体的外表面成型有一圈第一环形凸台，所述外杆的一端与球体固定连接，所述外杆的轴线位于第一环形凸台所在平面，且外杆轴线的延长线穿过球体的球心；
6.所述套壳为空心的半球壳结构，该套壳的内表面开设有与第一环形凸台相配合的第一环形凹槽，所述套壳的外表面凸设有第二环形凸台，所述球体嵌入在套壳内，所述第一环形凸台滑动卡入在第一环形凹槽内，所述外杆伸出至套壳外部；
7.所述球窝杆包括球窝和连杆，所述球窝也为空心的半球壳结构，该球窝的内表面开设有第二环形凹槽，所述套壳嵌入在球窝杆内，所述第二环形凸台滑动卡入在第二环形凹槽内；
8.所述基座内开设有球形空腔，该球形空腔的顶部具有一开口，该开口的直径小于球体的直径，所述基座的底部开设有轴孔，所述套壳嵌入在球形空腔内，并与球形空腔的内壁相滑动配合，所述球窝杆的连杆由基座底部的轴孔中伸出。
9.上述方案中，所述球杆的外杆轴线垂直于第一环形凸台的轴线。
10.上述方案中，所述套壳包括凹套壳和凸套壳，所述凹套壳与凸套壳的端面拼接在一起形成一整体，所述凹套壳朝向凸套壳的一面凹设有插槽，所述凸套壳的端部插入在插
槽中，所述凹套壳上开设有沉头孔，所述凸套壳上开设有螺纹孔，所述沉头孔与所述螺纹孔一一对应，且两者之间穿置有螺钉。
11.上述方案中，所述球窝杆包括拼接在一起的凹球窝杆和凸球窝杆，所述凹球窝杆与凸球窝杆通过螺钉连接在一起。
12.上述方案中，所述基座包括两个相同的半基座，该两个半基座对位拼接在一起形成一整体，两所述半基座对位拼接在一起的面为配合面，所述配合面上设置有定位凸台和定位凹槽，两所述半基座中一者的定位凸台卡入在另一者的定位凹槽内。
13.相对于现有技术，本实用新型具有如下优点：球铰链装置包括球杆、套壳、球窝杆和基座，球杆嵌套设置于套壳中，在套壳的环形凹槽中转动，套壳嵌套设置于球窝杆中，在球窝杆的环形凹槽中转动，球窝杆嵌套设置于基座中，在基座中作定轴转动，基座的底部留有轴孔，以便球窝杆与其他驱动连接；本实用新型可通过球窝杆连接外部驱动，各部件之间面面配合，结构紧凑且受力面积增大，球杆可沿任意方向转动，具有驱动方便，承载能力大，灵活性强的优点。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构示意图；
15.图2为去除基座中的一个半基座后的结构示意图；
16.图3为球杆、套壳与球窝杆三者的配合示意图；
17.图4为球杆、套壳与球窝杆的分解示意图；
18.图5为基座的底部结构示意图；
19.图6为实施例中的球铰链装置的驱动连接示意图。
20.附图标记列表：1球杆、2套壳、3球窝杆、4基座、11球体、12外杆、21第一环形凹槽、22第二环形凸台、23凹套壳、24凸套壳、31球窝、32连杆、33凹球窝杆、34凸球窝杆、41轴孔、42半基座、111第一环形凸台、311第二环形凹槽、5机架6联轴器、7驱动件。
具体实施方式
21.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
23.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
24.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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个
以上，除非另有明确具体的限定。
25.实施例：参见图1
‑
6，一种球铰链装置，包括球杆1、套壳2、球窝杆3和基座4；
26.球杆1包括球体11及外杆12，球体11的外表面成型有一圈第一环形凸台111，外杆12的一端与球体11固定连接，外杆12的轴线位于第一环形凸台111所在平面，且外杆12轴线的延长线穿过球体11的球心；球杆1的外杆12轴线垂直于第一环形凸台111的轴线；外杆12上加工有键槽，外部从动件用联轴器与外杆连接；
27.套壳2为空心的半球壳结构，该套壳2的内表面开设有与第一环形凸台111相配合的第一环形凹槽21，套壳2的外表面凸设有第二环形凸台22，球体11嵌入在套壳2内，第一环形凸台111滑动卡入在第一环形凹槽21内，外杆12伸出至套壳2外部；
28.如图4所示，套壳2包括凹套壳23和凸套壳24，凹套壳23与凸套壳24的端面拼接在一起形成一整体，凹套壳23朝向凸套壳24的一面凹设有插槽，凸套壳24的端部插入在插槽中，凹套壳23上开设有沉头孔，凸套壳24上开设有螺纹孔，沉头孔与螺纹孔一一对应，且两者之间穿置螺钉进行固定连接；
29.球窝杆3包括球窝31和连杆32，球窝31也为空心的半球壳结构，该球窝31的内表面开设有第二环形凹槽311，套壳2嵌入在球窝杆3内，第二环形凸台22滑动卡入在第二环形凹槽311内；
30.如图4所示，球窝杆3包括拼接在一起的凹球窝杆33和凸球窝杆34，凹球窝杆33与凸球窝杆34通过螺钉连接在一起；
31.基座4内开设有球形空腔，该球形空腔的顶部具有一开口，该开口的直径小于球体11的直径，基座4的底部开设有轴孔41，套壳2嵌入在球形空腔内，并与球形空腔的内壁相滑动配合，球窝杆3的连杆32由基座4底部的轴孔41中伸出；
32.如图2及图5所示，基座4包括两个相同的半基座42，该两个半基座42对位拼接在一起形成一整体，两半基座42对位拼接在一起的面为配合面，配合面上设置有定位凸台和定位凹槽，两半基座42中一者的定位凸台卡入在另一者的定位凹槽内；
33.如图6所示，球铰链装置安装使用时，球铰链装置安装在机架6上，通过球窝杆3连接驱动件7，球窝杆3与机架6底部的驱动件7通过联轴器5连接；
34.球窝杆3在基座4内部定轴转动，并同时带动套壳2转动，套壳2在随球窝杆3定轴转动的过程中同时可沿球窝杆3的第二环形凹槽311相对转动，球杆11随套壳2一起运动，并同时可沿套壳2内的第一环形凹槽21相对转动，故球窝杆3在带动球杆11转动的过程中，保留了球杆11轴线的三个转动自由度，使得外部设备可以驱动指向不确定的球杆11。
35.本实施例球铰链装置的安装方法如下：
36.步骤1、安装套壳2
37.将凹套壳23和凸套壳24放置于球杆1外部，使套壳2的第一环形凹槽21与球杆1的第一环形凸台111配合接触，再使凹套壳23和凸套壳24紧密扣合，并上紧套壳2的的螺钉；
38.步骤2、安装球窝杆3
39.将凹球窝杆33和凸球窝杆34放置于套壳2外部，使球窝杆3的第二环形凹槽311与套壳2的第二环形凸台22配合接触，再使凹球窝杆33和凸球窝杆34紧密扣合，拧入螺钉固定；
40.步骤3、安装基座4
41.将两个半基座41紧密扣合于球窝杆3的外部，使半基座41之间的定位凸台和定位凹槽正确接触，再用螺钉将基座4固定在外部设备上。
42.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。