永磁磁铁5,所述柱状永磁磁铁5优选为钕铁 硼磁铁，全部所述柱状永磁磁铁5均匀布满所述球体1的内表面，相邻三个所述柱状永磁磁 铁5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5形成一个磁铁组， 每个所述磁铁组中的四个柱状永磁磁铁5靠近所述球体1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1内表面一端的磁极极性均相反；
[0037] 所述半球形凹槽2的内部还设有与所述凹槽弧面3相匹配的半球形空腔6,所述 半球形空腔6内设有多个柱状电磁铁7,全部所述柱状电磁铁7均匀布满所述半球形空腔6 靠近所述凹槽弧面3的侧壁，相邻三个所述柱状电磁铁7之间形成的三角形均为等边三角 形，相邻所述柱状电磁铁7的间距与相邻所述柱状永磁磁铁5的间距相等，每个所述柱状电 磁铁7均包括导磁体和缠绕在所述导磁体外的通电线圈，所述导磁体由软铁或硅钢材料制 成，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，所述控制 器可以为单片机或可编程逻辑控制器，控制器最好设置在所述半球形空腔6内，所述电源 可以为蓄电池或者外接电源，若为蓄电池，最好设置在在所述半球形空腔6内，所述球体1 与所述半球形凹槽2接触面两侧的所述柱状永磁磁铁5与所述柱状电磁铁7的位置相互对 应。
[0038] 本实用新型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7的磁极方向，使球体1与半球形凹槽2 接触面两侧相互对应的柱状永磁磁铁5与柱状电磁铁7的磁极相互匹配，达到控制关节转 动和定位的效果。
[0039] 为说明本实用新型产品的工作原理，下面以简化的4*4磁极阵列模拟弧面磁场的 走动：
[0040] 球体1与半球形凹槽2接触面内侧的柱状永磁磁铁5的磁极分布排列方式如下，
[0042] 且球体1内部其他柱状永磁磁铁5的磁极分布规律与上述排列方式相同，
[0043] 若半球形凹槽2内柱状电磁铁7的磁极分布排列方式如下，
[0045] 则球体1与半球形凹槽2接触面两侧的相互对应的每对柱状永磁磁铁5与柱状电 磁铁7的磁极极性刚好--相反，异性相吸，球体1与半球形凹槽2通过相吸磁力固定连接 在一起，机械关节处于锁定状态；
[0046] 若通过控制器分别改变每个通电线圈内的电流方向，使半球形凹槽2内柱状电磁 铁7的磁极分布排列方式如下，
[0048] 则球体1与半球形凹槽2接触面两侧的相互对应的每对柱状永磁磁铁5与柱状电 磁铁7的磁极极性部分相同、部分相反，同性相斥、异性相吸，这样球体1与半球形凹槽2在 相斥磁力和相吸磁力的双重作用下就会产生错位移动，从而使移动后球体1与半球形凹槽 2接触面两侧新的相互对应的每对柱状永磁磁铁5与柱状电磁铁7的磁极极性重新恢复至 刚好一一相反的状态，使机械关节继续处于锁定状态，而按照上述磁极分布排列方式进行 错位移动，球体1就相对于半球形凹槽2往左移动一个单位，若再次按照上述磁极分布排列 方式改变半球形凹槽2内柱状电磁铁7的磁极分布，则球体1就相对于半球形凹槽2继续 往左移动一个单位，从而实现球体1相对于半球形凹槽2往左转动的操作；
[0049] 同理，通过改变通过控制器分别改变每个通电线圈内的电流方向，使半球形凹槽2 内柱状电磁铁7的磁极分布排列方式发生改变，可以使得球体1相对于半球形凹槽2往右 转动、往前转动或者往后转动，从而实现机械关节在三维空间（前后左右四通道）内全角度 运动。
[0050] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种全角度转动机械关节，其特征在于，它包括球体（I)、与所述球体（1)相匹配的 半球形凹槽（2)、电源以及能够调节多个支路电流方向的控制器，所述球体（1)内部中空且 外表面光滑，所述半球形凹槽（2)设有光滑的凹槽弧面（3)，所述球体（1)位于所述半球形 凹槽（2)内，且与所述半球形凹槽（2)转动连接，所述球体（1)与所述半球形凹槽（2)的球 心位置重合，所述球体（1)的外表面上和所述半球形凹槽（2)远离所述球体（1)的一侧中 部均径向设置有向外延伸的连接杆（4); 所述球体（1)内部固定安装有多个柱状永磁磁铁（5)，全部所述柱状永磁磁铁（5)均匀 布满所述球体（1)的内表面，相邻三个所述柱状永磁磁铁（5)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（5)形成一个磁铁组，每个所述磁铁组中的四个柱 状永磁磁铁（5)靠近所述球体（1)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（1)内表面一端的磁极极性均相反； 所述半球形凹槽（2)的内部还设有与所述凹槽弧面（3)相匹配的半球形空腔（6)，所述 半球形空腔（6)内设有多个柱状电磁铁（7)，全部所述柱状电磁铁（7)均匀布满所述半球形 空腔（6)靠近所述凹槽弧面（3)的侧壁，相邻三个所述柱状电磁铁（7)之间形成的三角形 均为等边三角形，相邻所述柱状电磁铁（7)的间距与相邻所述柱状永磁磁铁（5)的间距相 等，每个所述柱状电磁铁（7)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（1)与所述 半球形凹槽（2)接触面两侧的所述柱状永磁磁铁（5)与所述柱状电磁铁（7)的位置相互对 应。2. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述控制器为单片机或 可编程逻辑控制器。3. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述柱状永磁磁铁（5)为 钦铁棚磁铁。4. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述导磁体由软铁或硅 钢材料制成。5. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述球体（1)固定，所述 半球形凹槽（2)可转动。6. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述半球形凹槽（2)固 定，所述球体（1)可转动。7. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述控制器设置在所述 半球形空腔（6)内。8. 根据权利要求1所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述电源为蓄电池或者 外接电源。9. 根据权利要求8所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述蓄电池设置在所述 半球形空腔（6)内。10. 根据权利要求1-9中任一项所述的全角度转动机械关节，其特征在于，所述凹槽弧 面（3)上涂有一层润滑油。
【专利摘要】本实用新型涉及一种全角度转动机械关节，它包括球体、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，球体内部中空且外表面光滑，与半球形凹槽转动连接，球体内部安装有多个柱状永磁磁铁，相邻三个柱状永磁磁铁之间形成等边三角形，每四个相邻柱状永磁磁铁形成一个磁极方向相同的磁铁组，相邻磁铁组靠近球体内表面一端的磁极极性相反；半球形凹槽的内部设有分别与控制器电连接的多个柱状电磁铁，球体与半球形凹槽接触面两侧的柱状永磁磁铁与柱状电磁铁相互对应；与现有技术相比，本实用新型产品控制柱状电磁铁中的电流方向，改变其磁极方向，使产能品全角度转动和定位，提高控制精度，降低关节复杂性及生产成本，方便使用和维护。
【IPC分类】B25J17/00
【公开号】CN204868903
【申请号】CN201520682220
【发明人】钟光耀
【申请人】钟光耀
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月6日