一种可实现自由调节的三维旋转球副机构的制作方法

本发明涉及一种可实现自由调节的三维旋转球副机构。

背景技术：

当前，球副机构是用于实现三维旋转功能的重要结构，然而球副机构大多存在着自由度大小与运动方向这两者不平衡的问题，使得机构运动不相协调，不能达到实现连续快速转动改变方向的要求。广泛应用于摄影三脚架云台结构上的球副结构最具代表性，以三维和球形云台上的两种可实现三维旋转的结构为例。

（1）三维云台。

三维云台是各通过一个手柄围绕交叉方向的两个节点，来分别调整水面和俯仰面方向。当三维云台需要连续快速转动改变方向时，由于约束太多导致自由度较小，使得旋转不灵活。

（2）球形云台。

球形云台的调整方式是球副体可以在整个圆周范围内做360度的任意偏转，当球形云台需要连续快速转动改变方向时，其用于控制方向的核心结构为球体，与球副体外壳之间形成高副结构，加之约束少导致自由度大，使其不具有确定方向上的运动。

技术实现要素：

为了解决三维旋转机构存在着自由度大小与运动方向这两者不平衡的问题，本发明提供一种可实现自由调节的三维旋转球副机构。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种可实现自由调节的三维旋转球副机构，包括球副体和底座，所述球副体底部设有顶尖，所述顶尖与所述底座点接触，所述球副体上端安装有连杆组，所述连杆组包括竖直杆和水平杆，所述竖直杆的顶端和所述水平杆的中点固定连接，所述竖直杆一端位于所述球副体内，且与所述球副体的竖直中心线共线，所述水平杆位于所述球副体内，所述球副体下侧外壁面上设有第一滑槽和第二滑槽，所述底座上固定安装有两个第一圆柱插销和两个第二圆柱插销，每个所述第一圆柱插销的一端位于所述第一滑槽内，每个所述第二圆柱插销的一端位于所述第二滑槽内。

上述方案中，两个所述第一圆柱插销的轴线共线，两个所述第二圆柱插销的轴线共线。

上述方案中，，所述竖直杆和所述水平杆均与所述球副体间隙配合。

上述方案中，所述水平杆、所述第一圆柱插销和所述第二圆柱插销在竖直面上的投影构成稳定的三角形。

上述方案中，所述竖直杆的另外一端安装有连接夹。

本发明的有益效果：（1）本发明涉及的三维旋转球副机构，其结构简单，并且能在保证实现三维旋转功能的前提下，减少机构整体运动自由度，降低机构运动的不确定性。（2）该机构既可以单独作为可实现三维旋转的活动构件，又可以配合电机等安装于要求实现三维旋转（如机器人的关节，雷达旋转关节等）处。

附图说明

图1是本发明机构内部结构装配示意图。

图2是本发明机构左视外形图。

图中：1、连接夹；2、连杆组；2-1、竖直杆；2-2、水平杆；3、球副体；3-1、第一滑槽；3-2、第二滑槽；5、底座；5-1、第一圆柱插销；5-2、第二圆柱插销；6、顶尖。

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，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及的机构三维结构示意图如图1和图2所示，包括球副体3和底座5，所述球副体3底部设有顶尖6，所述顶尖6与所述底座5点接触，该机构的主体是以球副体3与底座5之间形成的自由度为3的球副结构。球副体3下侧外壁面上设有第一滑槽3-1和第二滑槽3-2，底座5上固定安装有两个第一圆柱插销5-1和两个第二圆柱插销5-2，每个第一圆柱插销5-1的一端位于第一滑槽3-1内，每个第二圆柱插销5-2的一端位于第二滑槽3-2内，通过第一圆柱插销5-1和第二圆柱插销5-2将球副体3与底座5连接在一起，使球副体3、第一圆柱插销5-1与第二圆柱插销5-2、底座5所形成结构的自由度减少为2，约束球副体3绕其它轴的旋转，从而保证球副体3只做绕竖直轴的旋转运动。同时，该机构的上半部分以一个“丄”形连杆组2和球副体3配合，形成一个自由度为2的转动副结构，类似铰链作用，以保证该连杆组2只能在球副体3中做前后摆动动作。

具体的,“丄”形连杆组2通过连接夹1与外物相连，“丄”形连杆组2包括竖直杆2-1和水平杆2-2，所述竖直杆2-1的顶端和所述水平杆2-2的中点固定连接，所述竖直杆2-1一端位于所述球副体3内，且与所述球副体3的竖直中心线共线，所述水平杆2-2位于所述球副体3内，竖直杆2-1和水平杆2-2均与所述球副体3间隙配合，当需要发生转向作用时，外力通过连接夹1传递至“丄”形连杆组2上，带动“丄”形连杆组2在球副体3做前后摆动动作，同时经力的传导，“丄”形连杆组2由从动件变为主动件，带动球副体3实现在底座5中绕竖直轴2-1的旋转运动，借由“丄”形连杆组2的前后摆动动作和球副体3的绕竖直轴2-1旋转动作的叠加效果，至此，完成了该机构连接夹1到达理想的动作位置，达到自由调节的目的。其中，第一圆柱插销5-1与第二圆柱插销5-2通过球副体3下侧外壁面上设置的第一滑槽3-1和第二滑槽3-2（见图2）的配合作用，限制了球副体3可能绕其它任意轴线的旋转运动；球副体3的底部的顶尖6，使球副体3在底座5中做旋转运动时具有陀螺效应，可以有效保证球副体3在做绕竖直轴的旋转运动时，其旋转轴线不易与竖直轴发生偏离。

图2是本发明机构左视外形图，在球副体3下部开出两道相互平行的第一滑槽3-1和第二滑槽3-2，可使第一圆柱插销5-1与第二圆柱插销5-2在对应的第一滑槽3-1和第二滑槽3-2中自由运动；上部开出一个通孔，使得“丄”形连杆组2的竖直杆2-1能够装入其中，并且能够灵活运动；两个第一圆柱插销5-1的轴线共线，两个第二圆柱插销5-2的轴线共线，水平杆2-2、第一圆柱插销5-1和第二圆柱插销5-2在竖直面上的投影构成稳定的三角形，增强结构的稳定性。该机构主要通过“丄”形连杆组2在球副体3中的前后摆动，同时结合球副体3在底座5中绕竖直轴的360°旋转运动，最终实现机构整体三维旋转运动的自由调节。

以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种可实现自由调节的三维旋转球副机构，包括球副体和底座，所述球副体底部设有顶尖，所述顶尖与所述底座点接触，所述球副体上端安装有连杆组，所述连杆组包括竖直杆和水平杆，所述竖直杆的顶端和所述水平杆的中点固定连接，所述竖直杆一端位于所述球副体内，且与所述球副体的竖直中心线共线，所述水平杆位于所述球副体内，所述球副体下侧外壁面上设有第一滑槽和第二滑槽，所述底座上固定安装有两个第一圆柱插销和两个第二圆柱插销，每个所述第一圆柱插销的一端位于所述第一滑槽内，每个所述第二圆柱插销的一端位于所述第二滑槽内。该机构的优点是结构简单，能够有效减少机构整体运动的自由度，降低机构运动的不确定性。

技术研发人员：张超;衡金龙;王高峰;杨海兵;杨志贤
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2018.12.17
技术公布日：2019.04.02