1.一种电磁驱动机械关节,包括:旋转内体(1)、固定外体(2)和轴(3),其特征在于,旋转内体(1)的外表面为球面;固定外体(2)的内部设置有球形面内腔,固定外体(2)的球形面内腔大小与旋转内体(1)的外表面相适应,以保证旋转内体(1)正好放置于固定外体(2)的球形面内腔内;旋转内体(1)的球心与固定外体(2)的球心重合于一点;所述旋转内体(1)与所述固定外体(2)之间为活动连接,具体地,旋转内体(1)与固定外体(2)之间采用固体润滑方式摩擦接触,当旋转内体(1)在固定外体(2)内部活动时,旋转内体(1)与固定外体(2)存在相对运动,但旋转内体(1)不会脱离固定外体(2);所述轴(3)刚性连接或焊接于旋转内体(1)上,由旋转内体(1)运动带动轴(3)运动。
2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,所述旋转内体(1)包括内体球(1-1)、第一球缺壳体(1-2)以及若干内体圆柱形电磁铁(1-3);所述内体球(1-1)为球体形状,内体球(1-1)正上方设置有一个第一圆孔,所述第一圆孔用于固定轴(3);内体球(1-1)周围设置有若干第二圆孔,第二圆孔的孔半径小于第一圆孔的孔半径,第二圆孔的数量与内体圆柱形电磁铁(1-3)的数量相对应,所述第二圆孔用于固定内体圆柱形电磁铁(1-
3),一个第二圆孔固定一个内体圆柱形电磁铁(1-3);
第一球缺壳体(1-2)的内半径等于内体球(1-1)的半径加上内体圆柱形电磁铁(1-3)的长度减去第三圆孔深度再减去第二圆孔深度;第一球缺壳体(1-2)的内腔表面均匀设置有若干个用于固定内体圆柱形电磁铁(1-3)的第三圆孔,第三圆孔的轴线均过内体球(1-1)球心,第三圆孔与第二圆孔的数量、大小相同,且第三圆孔与对应位置的第二圆孔同轴线,第二圆孔和第三圆孔均为盲孔;
内体圆柱形电磁铁(1-3)的数量与第三圆孔的数量相同,内体圆柱形电磁铁(1-3)的圆柱半径与第三圆孔的圆孔半径相同;将内体圆柱形电磁铁(1-3)的两端分别插入内体球(1-
1)的第二圆孔和第一球缺壳体(1-2)的内腔表面的第三圆孔,以实现内体球(1-1)、球缺壳体(1-2)和内体圆柱形电磁铁(1-3)的固定。
3.根据权利要求2所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,第一圆孔的轴线过内体球(1-1)球心,第二圆孔的轴线均过内体球(1-1)球心,且满足:第二圆孔成圈状有序排列在内体球(1-1)周围,将与第一圆孔同轴线的一个第二圆孔视为第0圈,将靠近第0圈的第二圆孔由近到远依次视为第1圈、第2圈、……第N圈,N表示第二圆孔的圈数;第n圈上每一个第二圆孔轴线与第0圈第二圆孔轴线夹角大小均为n*β,1≤n≤N,β表示任意相邻两圈第二圆孔轴线之间的夹角,且β满足90/β=x,x表示第x圈第二圆孔,且x为正整数,第x圈第二圆孔的轴线均与第0圈第二圆孔的轴线垂直;第二圆孔的圈数N最小为2圈,最大为2x-1圈,同一圈上所有相邻第二圆孔之间的轴线夹角均相等;从第0圈至第x圈,每一圈上的第二圆孔数量依次递增,第x+m圈上的第二圆孔数量等于x-m圈上的第二圆孔数量,m为正整数,且m<x。
4.根据权利要求2所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,所述第一球缺壳体(1-
2)包括第一内体外壳(1-2-1)和第二内体外壳(1-2-2),所述第一内体外壳(1-2-1)为一球缺壳体(1-2)的一半,第二内体外壳(1-2-2)为该第一球缺壳体(1-2)另一半,第一内体外壳(1-2-1)和第二内体外壳(1-2-2)无缝拼接组成完整的第一球缺壳体(1-2)。
5.根据权利要求1所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,所述固定外体(2)包括第二球缺壳体(2-1)、第三球缺壳体(2-2)以及若干外体圆柱形电磁铁(2-3),第二球缺壳体(2-1)的外表面设置有若干用于固定外体圆柱形电磁铁(2-3)的第四圆孔;第三球缺壳体(2-2)的内腔表面设置有若干个第五圆孔;第五圆孔的数量、大小与第四圆孔的数量、大小均相同,且第五圆孔与对应位置的第四圆孔同轴线,第四圆孔和第五圆孔均为盲孔;外体圆柱形电磁铁(2-3)的数量与第五圆孔的数量相同,外体圆柱形电磁铁(2-3)的圆柱体半径与第四圆孔和第五圆孔的圆孔半径均相同;第三球缺壳体(2-2)的内腔表面半径等于第二球缺壳体(2-1)外表面半径加上外体圆柱形电磁铁(2-3)长度之和减去第四圆孔深度再减去第五圆孔深度,将外体圆柱形电磁铁(2-3)的两端分别插入第二球缺壳体(2-1)的第四圆孔和第三球缺壳体(2-2)的第五圆孔,以实现第二球缺壳体(2-1)、第三球缺壳体(2-2)以及若干外体圆柱形电磁铁(2-3)的固定。
6.根据权利要求5所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,第四圆孔的轴线均过内体球(1-1)球心,第五圆孔的轴线均过内体球(1-1)球心,且满足:第四圆孔成圈状有序排列在第二球缺壳体(2-1)外表面,将与第一圆孔同轴线的一个第四圆孔视为第0圈,将靠近第0圈的第四圆孔由近到远依次视为第1圈、第2圈、……第N圈,N表示第四圆孔的圈数;第n圈上每一个第四圆孔轴线与第0圈第四圆孔轴线夹角大小均为n*β,1≤n≤N,β表示任意相邻两圈第四圆孔轴线之间的夹角,且β满足90/β=x,x表示第x圈第四圆孔,且x为正整数,第x圈第四圆孔的轴线均与第0圈第四圆孔的轴线垂直;第四圆孔的圈数N最小为2圈,最大为2x-1圈,同一圈上所有相邻第四圆孔之间的轴线夹角均相等;从第0圈至第x圈,每一圈上的第四圆孔数量依次递增,第x+m圈上的第四圆孔数量等于x-m圈上的第四圆孔数量,且m为正整数,且m<x。
7.根据权利要求5所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,所述第二球缺壳体(2-
1)包括第一外体内壳(2-1-1)和第二外体内壳(2-1-2),所述第一外体内壳体(2-1-1)为第二球缺壳体的一半,第二外体内壳(2-1-2)为该第二球缺壳体的另一半,第一外体内壳(2-
1-1)和第二外体内壳(2-1-2)无缝拼接组成完整的第二球缺壳体(2-1);
第三球缺壳体(2-2)包括第一外体外壳(2-2-1)和第二外体外壳(2-2-2),所述第一外体外壳(2-2-1)为第三球缺壳体(2-2)的一半,第二外体外壳(2-2-2)为该第三球缺壳体另一半,第一外体外壳(2-2-1)和第二外体外壳(2-2-2)无缝拼接组成成一个完整的第三球缺壳体(2-2)。
8.根据权利要求1-6任一所述的一种电磁驱动机械关节,其特征在于,电磁驱动机械关节具有绕X、Y、Z三个方向的旋转自由度,通过分别给部分或全部内体圆柱形电磁铁(1-3)和外体圆柱形电磁铁(2-3)通电,以获得想要的电磁力和电磁转矩,控制和驱动旋转内体(1)绕X、Y、Z三个方向的转动,若内体球(1-1)上的第二圆孔有N圈,则轴(3)绕X、Y方向旋转角度可达360-(2*N+1)*β度,绕Z方向旋转角度可达360度。