[发明专利]全角度转动机械关节

说明书

技术领域

本发明涉及机械关节领域，尤其涉及一种全角度转动机械关节。

背景技术

在现代机械结构中经常会遇到需要采用调节转动角度并且定位的部件，即机械关节，例如对定位要求不高的躺椅，对定位精度要求较高的活动监控摄像头，对定位精度要求非常高的机械臂；而传统的机械关节一般都是电动机或液压装置带动轴的转动，通过电路板控制角度和力量来达到工作的目的，虽然结构简单，成本低，维护方便，但是它一般只能在二维平面内的运动，不能全角度转动；虽然也有利用关节两侧面摩擦实现全角度转动的机械关节，例如万向节结构，但是这样的结构不仅比较复杂，必须安装两套电动机或液压装置来驱动才能使万向节能够分别在水平面和竖直面内运动，而且关节两侧能承受的扭矩小，当承受较大的扭矩时，还需要另外添加制动器对关节进行锁定，使结构更加复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、生产成本低、使用和维护方便、控制精度高的全角度转动机械关节。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种全角度转动机械关节，它包括球体、与所述球体相匹配的半球形凹槽、电源以及能够调节多个支路电流方向的控制器，所述球体内部中空且外表面光滑，所述半球形凹槽设有光滑的凹槽弧面，所述球体位于所述半球形凹槽内，且与所述半球形凹槽转动连接，所述球体与所述半球形凹槽的球心位置重合，所述球体的外表面上和所述半球形凹槽远离所述球体的一侧中部均径向设置有向外延伸的连接杆；

所述球体内部固定安装有多个柱状永磁磁铁，全部所述柱状永磁磁铁均匀布满所述球体的内表面，相邻三个所述柱状永磁磁铁之间形成的三角形均为等边三角形，每四个相邻所述柱状永磁磁铁形成一个磁铁组，每个所述磁铁组中的四个柱状永磁磁铁靠近所述球体内表面一端的磁极极性均相同，相邻所述磁铁组靠近所述球体内表面一端的磁极极性均相反；

所述半球形凹槽的内部还设有与所述凹槽弧面相匹配的半球形空腔，所述半球形空腔内设有多个柱状电磁铁，全部所述柱状电磁铁均匀布满所述半球形空腔靠近所述凹槽弧面的侧壁，相邻三个所述柱状电磁铁之间形成的三角形均为等边三角形，相邻所述柱状电磁铁的间距与相邻所述柱状永磁磁铁的间距相等，每个所述柱状电磁铁均包括导磁体和缠绕在所述导磁体外的通电线圈，每个所述通电线圈分别与所述控制器电连接，所述控制器与所述电源电连接，所述球体与所述半球形凹槽接触面两侧的所述柱状永磁磁铁与所述柱状电磁铁的位置相互对应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明产品利用磁铁同性相斥、异性相吸的原理，通过控制器分别控制各个通电线圈中的电流方向进而控制每个柱状电磁铁的磁极，使得半球形凹槽内的柱状电磁铁的磁极与球体内柱状永磁磁铁的磁极相互匹配，就能达到控制关节转动和定位的效果，就能够克服传统机械关节只能在二维平面(左右双通道)内运动的缺点，从而在三维空间(前后左右四通道)内全角度运动，这样不仅极大的降低了机械关节的复杂性，简化工艺水平，使得机械关节的结构更加简单，生产成本更低，使用和维护更加方便，而且大大提高了机械关节的控制精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

作为本发明的一种优选实施方式，所述控制器为单片机或可编程逻辑控制器。

采用上述优选方案的有益效果是：单片机或可编程逻辑控制器均能很好的分别控制各个通电线圈中的电流方向，各有优缺点，使用者可以根据实际情况灵活选择。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述柱状永磁磁铁为钕铁硼磁铁。

采用上述优选方案的有益效果是：钕铁硼磁铁作为永磁磁铁不仅磁性好，而且成本低。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述导磁体由软铁或硅钢材料制成。

采用上述优选方案的有益效果是：电磁铁采用软铁或硅钢材料制成的导磁体，消磁较快，这样电磁铁在通电时有磁性，断电后磁性就随之消失，改变通电线圈中的电流方向以后，磁极方向能够迅速发生变化，能够更好的实现本申请中技术方案的效果。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述球体固定，所述半球形凹槽可转动。

采用上述优选方案的有益效果是：将球体通过连接杆固定，半球形凹槽就可以绕着球体转动，这样在半球形凹槽上的连接杆上固定需要转动的部件就能实现转动操作，使用安全方便。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述半球形凹槽固定，所述球体可转动。