CN115781752B - 一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节 - Google Patents

Abstract

一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，属于机械臂的关节。为了解决现有的充气式机械臂的每个关节仅有两个自由度，而无法实现更加高难的任务动作的问题。本发明中的被动旋转基座和被动弯折基座同轴依次安装在支撑外壳的顶端，传动齿轮副和被动移动挤压副安装在支撑外壳内；主动驱动副安装在被动弯折基座上，主动驱动副的输出端与传动齿轮副的输入端连接，传动齿轮副的输出端与被动移动挤压副的输入端连接；换挡调节机构中的调节套筒套在传动齿轮副上，调节套筒由上至下移动过程中，在主动驱动副的驱动下和三组锁紧副的配合下可实现驱动关节在机械臂上的上下移动、机械臂的径向弯折和机械臂弯折方向的改变。本发明主要作为软体机械臂的关节。

Description

一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节

技术领域

本发明属于机械臂的关节，尤其涉及一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节。

背景技术

机械臂包括刚性多关节机械臂和充气式软体机械臂；刚性机械臂虽然可以实现多自由的操作，但是其整体体积大、质量重、机械臂的使用受到空间的限制和存在运输过程成本高的问题；充气式软体机械臂由于小型化、质量轻、具有较大的收缩比的特点，多用于空间在轨服务和狭小空间的使用，但是其一般采用绳驱的方式来改变其状态，或者在充气式机械臂上安装刚性的关节，实现机械臂的变形。其中，公开号为CN115213879A的专利，提出一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂及其使用方法，其为解决“如何满足空间机械臂较工大作空间、更加广泛的适用性、较轻质量及较小体积的需求，提升空间机械臂的作业效率和降低空间机械臂的应用成本的问题”，其在机械臂上安装若干个驱动关节，相邻的两个驱动关节之间垂直设置，每个驱动关节具有两个自由度，分别是沿着充气式机械臂的臂体上下移动的一个自由度，以及实现每个关节处充气式机械臂左右摆动的一个自由度；在面对空间站内舱以及舰船舱室等管路纵横的狭小多避让空间环境时，充气式机械臂每个关节处仅有的两个自由度无法实现更加高难的任务动作，故为了提高单关节的三维空间避障能力，从而提升充气式机械臂面对不同复杂任务的适应性，提出一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的充气式机械臂的每个关节处，由于仅有两个自由度，而无法实现更加高难的任务动作；进而提供一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，本申请的软体机械臂的每个关节具备三个自由度，分别为上下移动的自由度、左右摆动的自由度和旋转自由度，实现充气式机械臂的更多姿态，进而实现充气式机械臂可以实现更加高难的任务动作。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，它包括支撑外壳、被动旋转基座、被动弯折基座、主动驱动副、传动齿轮副、换挡调节机构和被动移动挤压副；所述的被动旋转基座和被动弯折基座同轴依次安装在支撑外壳的顶端，且被动旋转基座可以支撑外壳的中心轴为轴旋转，所述的被动弯折基座可相对于被动旋转基座径向弯折；所述的传动齿轮副轴向安装在支撑外壳和被动旋转基座内，并可以支撑外壳的中心轴为轴旋转，所述的被动移动挤压副安装在支撑外壳内，并处于传动齿轮副的底端；所述的主动驱动副安装在被动弯折基座上，主动驱动副的输出端与传动齿轮副的输入端连接，所述传动齿轮副的输出端与被动移动挤压副的输入端连接；

所述的换挡调节机构包括锁紧副Ⅰ、锁紧副Ⅱ、锁紧副Ⅲ、调节套筒和换挡驱动副；锁紧副Ⅱ安装在被动旋转基座上，用于被动旋转基座的锁紧；锁紧副Ⅰ安装在被动旋转基座与被动弯折基座上，用于被动弯折基座的锁紧；锁紧副Ⅲ安装在传动齿轮副上，用于传动齿轮副的锁紧；所述的调节套筒套装在传动齿轮副上，并在换挡驱动副的作用下可相对于传动齿轮副上下移动，所述的调节套筒由上至下移动的过程中，在主动驱动副的驱动下和三组锁紧副的配合下可分别实现驱动关节在机械臂上的上下移动、机械臂的径向弯折和机械臂的径向弯折方向的改变。

进一步的，所述的被动旋转基座为环形，其包括固定环体和两根竖直支撑杆Ⅰ，所述的两根竖直支撑杆Ⅰ相对设置在固定环体顶端的两侧，并与固定环体一体制成；所述的固定环体转动安装在支撑外壳上；所述的被动弯折基座转动安装在被动旋转基座两根竖直支撑杆Ⅰ的顶端。

进一步的，所述的被动弯折基座包括导向圆环和两根竖直支撑杆Ⅱ，所述的两根竖直支撑杆Ⅱ相对设置在导向圆环的两侧，两根竖直支撑杆Ⅱ的顶端固定在导向圆环上，两根竖直支撑杆Ⅱ的底端分别铰连接在被动旋转基座的两根竖直支撑杆Ⅰ上。

进一步的，所述的主动驱动副包括运动驱动电机、主动轮、传动轮、被动轮和小锥齿轮，所述运动驱动电机的机身安装在导向圆环上，所述的主动轮安装在运动驱动电机的输出轴上，所述的传动轮通过销轴转动安装在被动弯折基座的其中一根竖直支撑杆Ⅱ上，所述的被动轮和小锥齿轮通过一根销轴同轴转动安装在竖直支撑杆Ⅰ与竖直支撑杆Ⅱ的铰接点处，所述的小锥齿轮处于被动轮的内侧；所述的主动轮与传动轮相咬合，所述的传动轮与被动轮相咬合，所述的小锥齿轮作为主动驱动副的动力输出端。

进一步的，所述的传动齿轮副包括大锥齿轮、连接圆筒和传递输出齿轮；所述的连接圆筒转动安装在支撑外壳内，连接圆筒的顶端伸出被动旋转基座的固定环体；所述的大锥齿轮处于连接圆筒的顶端，并与小锥齿轮相啮合；传递输出齿轮处于连接圆筒的底端，并作为传动齿轮副的动力输出端。

进一步的，所述的锁紧副Ⅰ包括锁紧块Ⅰ、复位弹簧Ⅰ、锁紧齿轮、不完全齿轮和销轴；所述的销轴垂直安装在被动旋转基座的竖直支撑杆Ⅰ上；所述的锁紧块Ⅰ、复位弹簧Ⅰ与锁紧齿轮同轴套在销轴上，锁紧块Ⅰ套在销轴的内端端部，并可沿着销轴的轴线方向移动而无法转动；复位弹簧Ⅰ处于锁紧块Ⅰ与锁紧齿轮之间，复位弹簧Ⅰ的一端伸入到锁紧块Ⅰ内，并连接在锁紧块Ⅰ的内壁上，复位弹簧Ⅰ的另一端抵接在锁紧齿轮上，所述的锁紧齿轮可相对于销轴转动，所述的不完全齿轮安装在被动弯折基座的其中一根竖直支撑杆Ⅱ的底端，所述的锁紧齿轮与不完全齿轮相咬合；所述不完全齿轮的中心点为所述其中一根竖直支撑杆Ⅱ与竖直支撑杆Ⅰ的铰接点，且不完全齿轮与小锥齿轮相对设置。

进一步的，所述的锁紧副Ⅱ与锁紧副Ⅲ结构相同，以锁紧副Ⅱ为例进行说明；所述的锁紧副Ⅱ包括若干个锁紧块Ⅱ，每个锁紧块Ⅱ包括一个支撑座、一个锁紧销和一个复位弹簧Ⅱ，所述的锁紧销插在支撑座内，且锁紧销的两端分别伸出支撑座；所述的复位弹簧Ⅱ套在锁紧销上，复位弹簧Ⅱ的一端抵接在支撑座的内壁上，复位弹簧Ⅱ的另一端抵接在锁紧销的头部。

所述锁紧副Ⅱ中的若干个锁紧块Ⅱ周向均匀设置在固定环体的下表面上，且锁紧块Ⅱ中的锁紧销径向设置；同理，锁紧副Ⅲ中的若干个锁紧块Ⅱ周向均匀设置在传动齿轮副上，且锁紧块Ⅱ中的锁紧销径向设置。

进一步的，所述调节套筒由上至下包括弯折锁紧面Ⅰ、弯折解锁面、弯折锁紧面Ⅱ、旋转解锁面和旋转移动锁紧面；弯折锁紧面Ⅰ和弯折锁紧面Ⅱ的外径相同，且弯折锁紧面Ⅰ与弯折锁紧面Ⅱ的外径大于弯折解锁面的外径，其中弯折锁紧面Ⅰ与弯折解锁面之间设置有锥面过渡段，弯折解锁面与弯折锁紧面Ⅱ之间设置有锥面过渡段；旋转移动锁紧面的外径大于旋转解锁面的外径，且旋转解锁面与旋转移动锁紧面之间设置有锥面过渡段，旋转移动锁紧面的底端设置有锥面过渡段；

所述的锁紧副Ⅰ可在弯折锁紧面Ⅰ、弯折解锁面和弯折锁紧面Ⅱ之间进行切换；所述的锁紧副Ⅱ可在旋转解锁面和旋转移动锁紧面之间进行切换；所述的锁紧副Ⅲ可在旋转移动锁紧面与传动齿轮副的连接圆筒之间进行切换。

进一步的，所述支撑外壳的侧壁上开有两个相对设置的移动滑槽Ⅰ和一个移动滑槽Ⅱ，其中一个移动滑槽Ⅰ与移动滑槽Ⅱ上下相对设置；所述换挡驱动副包括换挡电机基座、换挡驱动电机、换挡驱动轮、移动齿条、L形弯折杆和限位杆；所述的换挡驱动电机通过换挡电机基座安装在支撑外壳内，并处于传动齿轮副的下方，所述的换挡驱动轮安装在换挡驱动电机的输出端；移动齿条通过支撑圆筒上的移动滑槽Ⅱ伸入到支撑外壳内，并与换挡驱动轮相啮合；L形弯折杆的一端连接在移动齿条的背面，L形弯折杆的另一端穿过支撑圆筒上的其中一个移动滑槽Ⅰ并连接在调节套筒的旋转移动锁紧面上，所述的其中一个移动滑槽Ⅰ与移动滑槽Ⅱ相对设置；限位杆的一端穿过另一个移动滑槽Ⅰ并连接在调节套筒的旋转移动锁紧面上。

进一步的，所述的被动移动挤压副包括两组相对设置在支撑外壳内的导辊组件；每组导辊组件包括一根导辊、一个移动被动轮和一个移动驱动轮，所述导辊的两端分别转动安装在支撑圆筒上，移动被动轮套装在导辊的一端上，移动驱动轮通过一根销轴转动安装在支撑圆筒上，所述的移动驱动轮分别与传动齿轮副的传递输出齿轮和移动被动轮相啮合；两组导辊组件中的两个移动驱动轮径向相对设置在传递输出齿轮的两侧，两组导辊组件中的两根导辊分别处于两个移动驱动轮的两侧。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

1、本申请的驱动关节可沿着软体机械臂的外壁轴向移动，进而改变软体机械臂的关节位置，重新分配节段长度；本申请的驱动关节在每个关节处使得软体机械臂具有两个自由度，即径向弯折的一个自由度和弯折方向改变的一个自由度，实现了软体机械臂的三维空间多姿态运动，在多个驱动关节套装在软体机械臂上时，由于驱动关节具备旋转自由度，所以在面对未知的环境下，可以不预先调整相邻的两个驱动关节之间的轴向夹角角度，每个驱动关节可以根据未知的环境自行进行调整旋转角度(旋转角度调整范围为0～360度)，改变机械臂弯折的方向，进而可以完成更加复杂的任务。

2、本申请通过两个驱动机构和一个换挡调节机构实现三种模式下的自由切换，不仅减少了驱动数目、减轻驱动关节自身的重量、提高结构的紧凑性，而且减少了驱动关节的能耗。

3、本申请的换挡调节机构具有被动自锁能力，在处于某一自由度下，其他两种自由度实现锁定，保证机械臂的最终运动姿态，并且在断电后仍能够实现运动锁定，功耗低、续航能力更强。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的轴侧图。

图3为支撑外壳的结构示意图。

图4为被动旋转基座的结构示意图一。

图5为被动旋转基座的结构示意图二。

图6为被动弯折基座的结构示意图。

图7为传动齿轮副的结构示意图。

图8为调节套筒的结构示意图。

图9为被动移动挤压副的结构示意图。

图10为驱动关节实现上下移动自由度时本申请的状态示意图。

图11为机械臂实现径向弯折自由度时本申请的状态示意图。

图12为机械臂实现弯折方向改变的自由度时本申请的状态示意图。

图13为锁紧副Ⅰ的结构示意图。

图14为本发明的状态示意图一。

图15为本发明的状态示意图二。

图16为本发明驱动关节套在软体机械臂上的示意图。

附图标记说明：1-支撑外壳；1-1-支撑圆筒；1-1-1-安装孔；1-1-2-移动滑槽Ⅰ；1-1-3-移动滑槽Ⅱ；1-2-中间支撑限位环；1-3-顶端支撑限位环；2-被动旋转基座；2-1-固定环体；2-1-1-环形槽；2-2-竖直支撑杆Ⅰ；2-2-1-销孔；2-2-2-固定孔；3-被动弯折基座；3-1-导向圆环；3-2-竖直支撑杆Ⅱ；4-主动驱动副；4-1-运动驱动电机；4-2-主动轮；4-3-传动轮；4-4-被动轮；4-5-小锥齿轮；5-传动齿轮副；5-1-大锥齿轮；5-2-连接圆筒；5-3-安装圆环；5-4-传递输出齿轮；5-5-限位块；5-6-轴向限位环槽；6-锁紧副Ⅰ；6-1-锁紧块Ⅰ；6-1-1-半球形挤压部Ⅰ；6-1-2-抵接部；6-1-2-1-第一凹槽；6-1-2-2-第二凹槽；6-2-复位弹簧Ⅰ；6-3-锁紧齿轮；6-4-不完全齿轮；6-5-销轴；6-5-1-多棱柱；6-5-2-圆柱；7-锁紧副Ⅱ；7-1-锁紧块Ⅱ；7-1-1-支撑座；7-1-2-锁紧销；7-1-3-复位弹簧Ⅱ；8-锁紧副Ⅲ；9-被动移动挤压副；9-1-导辊；9-2-移动被动轮；9-3-移动驱动轮；10-调节套筒；10-1-弯折锁紧面Ⅰ；10-2-弯折解锁面；10-3-弯折锁紧面Ⅱ；10-4-旋转解锁面；10-5-旋转移动锁紧面；11-换挡驱动副；11-1-换挡电机基座；11-2-换挡驱动电机；11-3-换挡驱动轮；11-4-移动齿条；11-5-L形弯折杆；11-6-限位杆。

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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图16，本申请实施例提供一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其包括支撑外壳1、被动旋转基座2、被动弯折基座3、主动驱动副4、传动齿轮副5、换挡调节机构A和被动移动挤压副9；所述的被动旋转基座2和被动弯折基座3同轴依次安装在支撑外壳1的顶端，且被动旋转基座2可以支撑外壳1的中心轴为轴旋转，所述的被动弯折基座3可相对于被动旋转基座2轴线径向弯折；所述的传动齿轮副5轴向安装在支撑外壳1和被动旋转基座2内，并可以支撑外壳1的中心轴为轴旋转，所述的被动移动挤压副9安装在支撑外壳1内，并处于传动齿轮副5的底端；所述的主动驱动副4安装在被动弯折基座3上，主动驱动副4的输出端与传动齿轮副5的输入端连接，所述传动齿轮副5的输出端与被动移动挤压副9的输入端连接；所述的换挡调节机构A包括三组锁紧副、一个调节套筒10和一个换挡驱动副11，其中被动旋转基座2上安装一组锁紧副，用于被动旋转基座2的锁紧；被动旋转基座2与被动弯折基座3上共同安装一组锁紧副，用于被动弯折基座3的锁紧；传动齿轮副5上安装一组锁紧副，用于传动齿轮副5的锁紧；所述的调节套筒10套装在传动齿轮副5上，并在换挡驱动副11的作用下可相对于传动齿轮副5上下移动，所述的调节套筒10由上至下移动的过程中，在主动驱动副4的驱动下和三组锁紧副的配合下可分别实现驱动关节在机械臂上的上下移动、机械臂的径向弯折和机械臂的径向弯折方向的改变。

参见图3，所述的支撑外壳1用于为其它机构提供安装位置和支撑强度；所述的支撑外壳1为环形壳体，其包括支撑圆筒1-1、中间支撑限位环1-2和顶端支撑限位环1-3，所述的顶端支撑限位环1-3同轴设置在支撑圆筒1-1的上端开口处，并与支撑圆筒1-1一体制成；所述的顶端支撑限位环1-3用于承载被动旋转基座2，被动旋转基座2装卡在顶端支撑限位环1-3上，并可相对于顶端支撑限位环1-3转动；所述的中间支撑限位环1-2同轴设置在支撑圆筒1-1内的中间位置，并用于承载传动齿轮副5，所述的传动齿轮副5装卡在中间支撑限位环1-2上，并可相对于中间支撑限位环1-2转动。

进一步的，所述支撑圆筒1-1相对的两侧侧壁上，且处于中间支撑限位环1-2的下方开有若干个安装孔1-1-1，所述的被动移动挤压副9通过支撑圆筒1-1上的安装孔1-1-1安装在支撑圆筒1-1内；所述支撑圆筒1-1的侧壁上，处于中间支撑限位环1-2的上方开有两个相对设置的移动滑槽Ⅰ1-1-2，处于中间支撑限位环1-2的下方开有一个移动滑槽Ⅱ1-1-3，其中一个移动滑槽Ⅰ1-1-2与移动滑槽Ⅱ1-1-3上下相对设置，且用于为换挡驱动副11提供上下移动的空间。

参见图4和图5，软体机械臂在被动旋转基座2的旋转下，可以实现机械臂绕固定关节的旋转；所述的被动旋转基座2为环形，其包括固定环体2-1和两根竖直支撑杆Ⅰ2-2，所述的两根竖直支撑杆Ⅰ2-2相对设置在固定环体2-1顶端的两侧，并与固定环体2-1一体制成；所述的固定环体2-1转动安装在顶端支撑限位环1-3上；所述的被动弯折基座3转动安装在被动旋转基座2顶端的两根竖直支撑杆Ⅰ2-2上。

进一步的，所述固定环体2-1的外侧壁上沿圆周方向开有一圈同轴设置的环形槽2-1-1，所述的固定环体2-1通过环形槽2-1-1套在支撑外壳1的顶端支撑限位环1-3上，即顶端支撑限位环1-3处于环形槽2-1-1内，且二者之间为间隙配合。

进一步的，每根竖直支撑杆Ⅰ2-2的顶端开有一个销孔2-2-1，用于被动旋转基座2与被动弯折基座3的铰连接；其中一根竖直支撑杆Ⅰ2-2的下端开有一个固定孔2-2-2，用于锁紧副的安装。

参见图6，所述的被动弯折基座3可以带动软体机械臂的径向弯折，其包括导向圆环3-1和两根竖直支撑杆Ⅱ3-2，所述的两根竖直支撑杆Ⅱ3-2相对设置在导向圆环3-1的两侧，两根竖直支撑杆Ⅱ3-2的顶端固定在导向圆环3-1上，两根竖直支撑杆Ⅱ3-2的底端分别铰连接在被动旋转基座2的两根竖直支撑杆Ⅰ2-2上。

参见图2，所述的主动驱动副4安装在被动弯折基座3上，其用于提供驱动力，实现驱动关节的上下移动、机械臂的径向弯折和机械臂径向弯折方向的改变；所述的主动驱动副4包括运动驱动电机4-1、主动轮4-2、传动轮4-3、被动轮4-4和小锥齿轮4-5，所述运动驱动电机4-1的机身垂直安装在导向圆环3-1的下表面上，所述的主动轮4-2安装在运动驱动电机4-1的输出轴上，所述的传动轮4-3通过销轴转动安装在被动弯折基座3的其中一根竖直支撑杆Ⅱ3-2上，所述的被动轮4-4和小锥齿轮4-5固连，通过一根销轴同轴转动安装在竖直支撑杆Ⅰ2-2与竖直支撑杆Ⅱ3-2的铰接点处，所述的小锥齿轮4-5处于被动轮4-4的内侧；所述的主动轮4-2与传动轮4-3相咬合，所述的传动轮4-3与被动轮4-4相咬合，所述的小锥齿轮4-5作为主动驱动副4的动力输出端。

在本实施例中，所述的运动驱动电机4-1驱动主动轮4-2转动，主动轮4-2带动与其啮合的传动轮4-3转动，传动轮4-3带动与其啮合的被动轮4-4转动，被动轮4-4带动与其同轴连接的小锥齿轮4-5转动。

参见图7，所述的传动齿轮副5包括大锥齿轮5-1、连接圆筒5-2、安装圆环5-3、传递输出齿轮5-4和若干个限位块5-5；所述的连接圆筒5-2转动安装在中间支撑限位环1-2上，连接圆筒5-2的顶端伸出被动旋转基座2的固定环体2-1，连接圆筒5-2的底端处于支撑外壳1的中间支撑限位环1-2的下端；所述的大锥齿轮5-1、安装圆环5-3和传递输出齿轮5-4由上至下同轴安装在连接圆筒5-2上，大锥齿轮5-1处于连接圆筒5-2的顶端，并与小锥齿轮4-5相啮合；传递输出齿轮5-4处于连接圆筒5-2的底端，并作为传动齿轮副5的输出端；所述的安装圆环5-3套在连接圆筒5-2上，并与传递输出齿轮5-4的上端面固连，所述的安装圆环5-3用于安装换挡调节机构A中的锁紧副；所述的若干个限位块5-5周向均匀安装在安装圆环5-3的侧壁上。

进一步的，所述的锁紧副与若干个限位块5-5之间形成轴向限位环槽5-6，所述的传动齿轮副5通过轴向限位环槽5-6套在中间支撑限位环1-2上，即中间支撑限位环1-2处于轴向限位环槽5-6内，且二者之间为间隙配合。

在本实施例中，所述的小锥齿轮4-5带动与其啮合的大锥齿轮5-1转动，大锥齿轮5-1带动与其连接的连接圆筒5-2转动，连接圆筒5-2带动与其连接的传递输出齿轮5-4转动。

参见图2，所述换挡调节机构A中的三组锁紧副分别为锁紧副Ⅰ6、锁紧副Ⅱ7和锁紧副Ⅲ8；所述的锁紧副Ⅰ6安装在被动旋转基座2与被动弯折基座3上，所述的锁紧副Ⅱ7和锁紧副Ⅲ8分别安装在被动旋转基座2中固定环体2-1的下端与传动齿轮副5的安装圆环5-3上。

进一步的，参见图13，所述的锁紧副Ⅰ6安装在被动旋转基座2与被动弯折基座3上，其包括锁紧块Ⅰ6-1、复位弹簧Ⅰ6-2、锁紧齿轮6-3、不完全齿轮6-4和销轴6-5；所述的销轴6-5垂直安装在被动旋转基座2的竖直支撑杆Ⅰ2-2上的固定孔2-2-2内；所述的锁紧块Ⅰ6-1、复位弹簧Ⅰ6-2与锁紧齿轮6-3同轴套在销轴6-5上，锁紧块Ⅰ6-1套在销轴6-5的内端端部，并可沿着销轴6-5的轴线方向移动而无法转动；复位弹簧Ⅰ6-2处于锁紧块Ⅰ6-1与锁紧齿轮6-3之间，复位弹簧Ⅰ6-2的一端伸入到锁紧块Ⅰ6-1内，并连接在锁紧块Ⅰ6-1的内壁上，复位弹簧Ⅰ6-2的另一端抵接在锁紧齿轮6-3上，所述的锁紧齿轮6-3可相对于销轴6-5转动，所述的不完全齿轮6-4安装在被动弯折基座3的其中一根竖直支撑杆Ⅱ3-2的底端，并与竖直支撑杆Ⅱ3-2一体制成，所述的锁紧齿轮6-3与不完全齿轮6-4相咬合。所述不完全齿轮6-4的中心点为所述其中一根竖直支撑杆Ⅱ3-2与竖直支撑杆Ⅰ2-2的铰接点，且不完全齿轮6-4与小锥齿轮4-5相对设置。

更进一步的，所述的锁紧块Ⅰ6-1包括一体制成的半球形挤压部Ⅰ6-1-1和抵接部6-1-2，所述的半球形挤压部Ⅰ6-1-1和抵接部6-1-2同轴设置，且所述的半球形挤压部Ⅰ6-1-1处于内侧，抵接部6-1-2的内径大于复位弹簧Ⅰ6-2的外径。

更进一步的，所述的抵接部6-1-2朝向锁紧齿轮6-3侧同轴依次开有第一凹槽6-1-2-1和第二凹槽6-1-2-2，所述第一凹槽6-1-2-1的内径大于第二凹槽6-1-2-2的内径；所述的第二凹槽6-1-2-2为多棱槽，即第二凹槽6-1-2-2可以为三棱槽、方形槽或六边形槽；所述的销轴6-5包括同轴一体设置的多棱柱6-5-1和圆柱6-5-2，所述的多棱柱6-5-1与第二凹槽6-1-2-2相配合，所述的锁紧齿轮6-3套在圆柱6-5-2上，所述的复位弹簧Ⅰ6-2抵接在第一凹槽6-1-2-1的槽底。

在本实施例中，当被动弯折基座3通过锁紧齿轮6-3与不完全齿轮6-4锁紧时，当主动驱动副4产生驱动力时，为了防止传动轮4-3受到被动轮4-4的反作用力而带动被动弯折基座3发生弯折，不完全齿轮6-4通过锁紧齿轮6-3给锁紧块Ⅰ6-1一个反作用力而发生旋转，故将锁紧块Ⅰ6-1的内部设计成多棱槽形，销轴6-5的内端端部设计成多棱柱形，可以防止锁紧块Ⅰ6-1的转动，进而可以防止不完全齿轮6-4发生转动，实现真正锁紧的目的。

进一步的，参见图5，所述的锁紧副Ⅱ7与锁紧副Ⅲ8结构相同，以锁紧副Ⅱ7为例进行说明；所述的锁紧副Ⅱ7包括若干个锁紧块Ⅱ7-1，每个锁紧块Ⅱ7-1包括一个支撑座7-1-1、一个锁紧销7-1-2和一个复位弹簧Ⅱ7-1-3，所述的锁紧销7-1-2插在支撑座7-1-1内，且锁紧销7-1-2的两端分别伸出支撑座7-1-1；所述的复位弹簧Ⅱ7-1-3套在锁紧销7-1-2上，复位弹簧Ⅱ7-1-3的一端抵接在支撑座7-1-1的内壁上，复位弹簧Ⅱ7-1-3的另一端抵接在锁紧销7-1-2的头部。

所述锁紧副Ⅱ7中的若干个锁紧块Ⅱ7-1周向均匀设置在固定环体2-1的下表面上，且锁紧块Ⅱ7-1中的锁紧销7-1-2径向设置；同理，锁紧副Ⅲ8中的若干个锁紧块Ⅱ周向均匀设置在传动齿轮副5的安装圆环5-3的上端，且锁紧块Ⅱ中的锁紧销径向设置。

更进一步的，所述锁紧销7-1-2的头部为半球形挤压部Ⅱ，锁紧销7-1-2的尾部为方形带有摩擦面的抵接部，所述锁紧销7-1-2的半球形挤压部Ⅱ朝向传动齿轮副5设置，锁紧销7-1-2的抵接部朝向支撑外壳1的内壁处设置。

参见图8，所述换挡调节机构A中的调节套筒10由上至下包括弯折锁紧面Ⅰ10-1、弯折解锁面10-2、弯折锁紧面Ⅱ10-3、旋转解锁面10-4和旋转移动锁紧面10-5；所述的弯折锁紧面Ⅰ10-1、弯折解锁面10-2、弯折锁紧面Ⅱ10-3、旋转解锁面10-4和旋转移动锁紧面10-5均为直筒段，弯折锁紧面Ⅰ10-1和弯折锁紧面Ⅱ10-3的外径相同，且弯折锁紧面Ⅰ10-1与弯折锁紧面Ⅱ10-3的外径大于弯折解锁面10-2的外径，其中弯折锁紧面Ⅰ10-1与弯折解锁面10-2之间设置有锥面过渡段，弯折解锁面10-2与弯折锁紧面Ⅱ10-3之间设置有锥面过渡段；旋转移动锁紧面10-5的外径大于旋转解锁面10-4的外径，且旋转解锁面10-4与旋转移动锁紧面10-5之间设置有锥面过渡段，旋转移动锁紧面10-5的底端设置有锥面过渡段。

在本实施例中，在锁紧面与解锁面之间设置锥面过渡段，方便锁紧副中锁紧块与调节套筒10的各个面之间的切换。

在本实施例中，所述的弯折锁紧面Ⅰ10-1、弯折锁紧面Ⅱ10-3与锁紧副Ⅰ6用于实现被动弯折基座3的锁紧，当锁紧副Ⅰ6中的锁紧块Ⅰ6-1的半球形挤压部Ⅰ6-1-1抵接在弯折锁紧面Ⅰ10-1或弯折锁紧面Ⅱ10-3上时，锁紧块Ⅰ6-1沿着销轴6-5的轴线方向朝向锁紧齿轮6-3侧移动，复位弹簧Ⅰ6-2受到挤压，锁紧块Ⅰ6-1中的抵接部6-1-2抵接在锁紧齿轮6-3上，使得锁紧齿轮6-3无法转动，由于锁紧齿轮6-3与不完全齿轮6-4相啮合，所以不完全齿轮6-4也无法转动，被动弯折基座3在不完全齿轮6-4的制动下无法转动，并处于某一种姿态。

在本实施例中，所述的弯折解锁面10-2与锁紧副Ⅰ6用于实现被动弯折基座3的解锁；当锁紧副Ⅰ6从弯折锁紧面Ⅰ10-1或弯折锁紧面Ⅱ10-3切换到弯折解锁面10-2上时，由于弯折解锁面10-2不会对锁紧块Ⅰ6-1产生挤压，所以锁紧块Ⅰ6-1在复位弹簧Ⅰ6-2的作用下沿着销轴6-5的轴线方向背向锁紧齿轮6-3侧移动，锁紧块Ⅰ6-1中的抵接部6-1-2不再抵接在锁紧齿轮6-3上，使得锁紧齿轮6-3可以转动，由于锁紧齿轮6-3与不完全齿轮6-4相啮合，所以不完全齿轮6-4也可以转动，被动弯折基座3不会受不完全齿轮6-4的制动，可以径向弯折。

在本实施例中，所述的旋转移动锁紧面10-5与锁紧副Ⅱ7用于实现被动旋转基座2的锁紧，锁紧块Ⅱ7-1中锁紧销7-1-2的头部抵接在旋转移动锁紧面10-5上时，锁紧销7-1-2朝向支撑外壳1的侧壁处移动，复位弹簧Ⅱ7-1-3处于压缩状态，锁紧销7-1-2的抵接部抵接在支撑外壳1的侧壁上；由于被动旋转基座2上设置多个锁紧块Ⅱ7-1，所以多个锁紧块Ⅱ7-1的锁紧销7-1-2共同抵接在支撑外壳1的侧壁上，使得被动旋转基座2无法旋转。

在本实施例中，旋转解锁面10-4与锁紧副Ⅱ7用于实现旋转基座2的解锁；当被动旋转基座2上的锁紧副Ⅱ7从旋转移动锁紧面10-5切换到旋转解锁面10-4上时，旋转解锁面10-4不会对锁紧块Ⅱ7-1中的锁紧销7-1-2产生挤压力，锁紧销7-1-2在复位弹簧Ⅱ7-1-3的作用下复位，锁紧销7-1-2的抵接部不再抵接在支撑外壳1的侧壁上，使得被动旋转基座2可以旋转，进而改变软体机械臂的弯折方向。

在本实施例中，旋转移动锁紧面10-5与锁紧副Ⅲ8用于实现传动齿轮副5的锁紧，锁紧块Ⅱ中锁紧销的头部抵接在旋转移动锁紧面上时，锁紧销朝向支撑外壳1的侧壁处移动，复位弹簧Ⅱ处于压缩状态，锁紧销的抵接部抵接在支撑外壳1的侧壁上；由于传动齿轮副5上设置多个锁紧块Ⅱ，所以多个锁紧块Ⅱ的锁紧销共同抵接在支撑外壳1的侧壁上，使得传动齿轮副5无法旋转。

在本实施例中，传动齿轮副5中的安装圆环5-3与旋转移动锁紧面10-5之间的这部分连接圆筒5-2作为传动齿轮副5的解锁面，其与锁紧副Ⅲ8用于实现传动齿轮副5的解锁；当传动齿轮副5上锁紧副Ⅲ8从旋转移动锁紧面10-5切换到连接圆筒5-2的解锁面上时，连接圆筒5-2不会对锁紧块Ⅱ中的锁紧销产生挤压力，锁紧销在复位弹簧Ⅱ的作用下复位，锁紧销的抵接部不再抵接在支撑外壳1的侧壁上，使得传动齿轮副5可以旋转。

参见图2，所述换挡调节机构A中的换挡驱动副11包括换挡电机基座11-1、换挡驱动电机11-2、换挡驱动轮11-3、移动齿条11-4、L形弯折杆11-5和限位杆11-6；所述的换挡驱动电机11-2通过换挡电机基座11-1安装在支撑外壳1内，并处于传动齿轮副5的下方，所述的换挡驱动轮11-3安装在换挡驱动电机11-2的输出端；移动齿条11-4通过支撑圆筒1-1上的移动滑槽Ⅱ1-1-3伸入到支撑外壳1内，并与换挡驱动轮11-3相啮合；L形弯折杆11-5的一端连接在移动齿条11-4的背面，L形弯折杆11-5的另一端穿过支撑圆筒1-1上的其中一个移动滑槽Ⅰ1-1-2并连接在调节套筒10的旋转移动锁紧面10-5上，所述的其中一个移动滑槽Ⅰ1-1-2与移动滑槽Ⅱ1-1-3相对设置；限位杆11-6的一端穿过另一个移动滑槽Ⅰ1-1-2并连接在调节套筒10的旋转移动锁紧面10-5上。

在本实施例中，所述限位杆11-6的宽度等于移动滑槽Ⅰ1-1-2的横向内径，所述的移动滑槽Ⅰ1-1-2与移动滑槽Ⅱ1-1-3除了为调节套筒10提供上下移动的空间，还可以用于防止调节套筒10随着传动齿轮副5的转动而转动。

在本实施例中，当换挡驱动电机11-2驱动换挡驱动轮11-3转动时，换挡驱动轮11-3驱动移动齿条11-4上下移动，移动齿条11-4带动与其连接的L形弯折杆11-5上下移动，L形弯折杆11-5带动与其连接的调节套筒10上下移动，从而使得各组锁紧副切换到相应的锁紧面上或者解锁面上。

参见图9，所述的被动移动挤压副9用于驱动关节在软体机械臂上的上下移动，以实现软体机械臂驱动关节在软体机械臂上位置的改变，改变各节段长度，进而实现更多姿态的变化；所述的被动移动挤压副9包括两组相对设置在支撑圆筒1-1内的导辊组件；每组导辊组件包括一根导辊9-1、一个移动被动轮9-2和一个移动驱动轮9-3，所述导辊9-1的两端分别转动安装在支撑圆筒1-1上，移动被动轮9-2套装在导辊9-1的一端上，移动驱动轮9-3通过一根销轴转动安装在支撑圆筒1-1上，所述的移动驱动轮9-3分别与传动齿轮副5的传递输出齿轮5-4和移动被动轮9-2相啮合；

两组导辊组件中的两个移动驱动轮9-3径向相对设置在传递输出齿轮5-4的两侧，两组导辊组件中的两根导辊9-1分别处于两个移动驱动轮9-3的两侧。

在本实施例中，当主动驱动副4通过小锥齿轮4-5向传动齿轮副5传递输出力矩时，传动齿轮副5以自身的中轴线转动，故传递输出齿轮5-4转动，传递输出齿轮5-4带动与其啮合的两个移动驱动轮9-3转动，由于两个移动驱动轮9-3相对设置，所以两个移动驱动轮9-3反向转动，两个移动驱动轮9-3分别带动与其啮合的移动被动轮9-2反向转动，两个移动被动轮9-2分别带动与其啮合的导辊9-1反向转动，所述的软体机械臂处于两根导辊9-1之间，并与两根导辊9-1处于挤压状态，从而实现驱动关节在软体机械臂上的上移或者下移。

参见图16，软体机械臂从支撑外壳1下端的端口依次穿过两根导辊9-1之间的位置、传动齿轮副5的中心通孔和被动弯折基座3上的导向圆环3-1的中心通孔并伸出；软体机械臂与驱动关节之间通过两根导辊9-1对软体机械臂的夹持实现位置固定不动；每个软体机械臂上可以套多个驱动关节，由于每个驱动关节可以实现三个自由度的运动，故以图16中的三个驱动关节(驱动关节ⅠB、驱动关节ⅡC、驱动关节ⅢD)为例，对本发明的三个工作过程做进一步的说明，以进一步展示本发明的工作原理和优点：

驱动关节上下移动的自由度：参见图10和图16，调节套筒10在换挡驱动副11的驱动下套在传动齿轮副5中的连接圆筒5-2的最上端，此时锁紧副Ⅰ6中的锁紧块Ⅰ6-1抵接在弯折锁紧面Ⅱ10-3的端面上，被动弯折基座3在锁紧副Ⅰ6的制动下无法实现弯折运动；锁紧副Ⅱ7抵接在旋转移动锁紧面10-5面上，被动旋转基座2在锁紧副Ⅱ7的制动下无法实现旋转运动；锁紧副Ⅲ8切换到连接圆筒5-2的解锁面上，所述的传动齿轮副5可以旋转；所述的主动驱动副4通过小锥齿轮4-5向传动齿轮副5传递输出力矩时，传动齿轮副5以自身的中轴线为轴转动，传动齿轮副5通过传递输出齿轮5-4向被动移动挤压副9传递输出力矩，被动移动挤压副9中的两个移动驱动轮9-3反向转动，从而实现两根导辊9-1的反向转动；两根导辊9-1依靠自身的摩擦力、软体机械臂外表面的摩擦力与软体机械臂向外的膨胀力实现驱动关节沿着软体机械臂轴线方向的移动，如图16中驱动关节ⅠB的位置移动至驱动关节ⅡC的位置。

机械臂径向弯折的自由度：参见图11、图14至图16，调节套筒10在换挡驱动副11的驱动下向下移动一定距离，此时锁紧副Ⅱ7与锁紧副Ⅲ8均抵接在旋转移动锁紧面10-5上，被动旋转基座2在锁紧副Ⅱ7的制约下无法转动，传动齿轮副5在锁紧副Ⅲ8的制约下无法转动；锁紧副Ⅰ6切换到弯折解锁面10-2上，锁紧副Ⅰ6处于解锁状态，被动弯折基座3不受锁紧副Ⅰ6的制约，可以径向弯折；所述的主动驱动副4通过小锥齿轮4-5向传动齿轮副5传递输出力矩时，由于传动齿轮副5无法转动，故小锥齿轮4-5和被动轮4-4无法转动，被动轮4-4给传动轮4-3一个反向的驱动力，传动轮4-3以被动轮4-4的中心点为轴转动，传动轮4-3带动与其连接的被动弯折基座3转动，被动弯折基座3带动软体机械臂实现径向弯折运动，如图16中驱动关节ⅠB的状态变换到驱动关节ⅡC的状态。

机械臂径向弯折方向改变的自由度：参见图12和图16，调节套筒10在换挡驱动副11的驱动下再向下移动一定距离，此时锁紧副Ⅰ6抵接在弯折锁紧面Ⅰ10-1上，被动弯折基座3在锁紧副Ⅰ6的制动下无法实现弯折运动；锁紧副Ⅲ8抵接在旋转移动锁紧面10-5上，传动齿轮副5在锁紧副Ⅲ8的制约下无法转动；所述的锁紧副Ⅱ7切换到旋转解锁面10-4上，被动旋转基座2不受锁紧副Ⅱ7的制约可以旋转；所述的主动驱动副4通过小锥齿轮4-5向传动齿轮副5传递输出力矩时，由于传动齿轮副5无法转动，所以传动齿轮副5给小锥齿轮4-5一个反向的驱动力，小锥齿轮4-5沿着大锥齿轮5-1的齿移动，从而带动被动旋转基座2和被动弯折基座3旋转，在被动弯折基座3弯折时，改变了软体机械臂的弯折方向，如图16中驱动关节ⅠC的状态变换到驱动关节ⅡD的状态。

通过上述说明可知，本申请的软体机械臂的每个驱动关节均具备三个自由度，分别为上下移动的自由度、左右摆动的自由度和旋转自由度，实现充气式机械臂的更多姿态，进而实现充气式机械臂可以实现更加高难的任务动作。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其特征在于：它包括支撑外壳(1)、被动旋转基座(2)、被动弯折基座(3)、主动驱动副(4)、传动齿轮副(5)、换挡调节机构(A)和被动移动挤压副(9)；所述的被动旋转基座(2)和被动弯折基座(3)同轴依次安装在支撑外壳(1)的顶端，且被动旋转基座(2)可以支撑外壳(1)的中心轴为轴旋转，所述的被动弯折基座(3)可相对于被动旋转基座(2)径向弯折；所述的传动齿轮副(5)轴向安装在支撑外壳(1)和被动旋转基座(2)内，并可以支撑外壳(1)的中心轴为轴旋转，所述的被动移动挤压副(9)安装在支撑外壳(1)内，并处于传动齿轮副(5)的底端；所述的主动驱动副(4)安装在被动弯折基座(3)上，主动驱动副(4)的输出端与传动齿轮副(5)的输入端连接，所述传动齿轮副(5)的输出端与被动移动挤压副(9)的输入端连接；

所述的换挡调节机构(A)包括锁紧副Ⅰ(6)、锁紧副Ⅱ(7)、锁紧副Ⅲ(8)、调节套筒(10)和换挡驱动副(11)；锁紧副Ⅱ(7)安装在被动旋转基座(2)上，用于被动旋转基座(2)的锁紧；锁紧副Ⅰ(6)安装在被动旋转基座(2)与被动弯折基座(3)上，用于被动弯折基座(3)的锁紧；锁紧副Ⅲ(8)安装在传动齿轮副(5)上，用于传动齿轮副(5)的锁紧；所述的调节套筒(10)套装在传动齿轮副(5)上，并在换挡驱动副(11)的作用下可相对于传动齿轮副(5)上下移动，所述的调节套筒(10)由上至下移动的过程中，在主动驱动副(4)的驱动下和三组锁紧副的配合下可分别实现驱动关节在机械臂上的上下移动、机械臂的径向弯折和机械臂径向弯折方向的改变；

所述的被动旋转基座(2)为环形，其包括固定环体(2-1)和两根竖直支撑杆Ⅰ(2-2)，所述的两根竖直支撑杆Ⅰ(2-2)相对设置在固定环体(2-1)顶端的两侧；所述的固定环体(2-1)转动安装在支撑外壳(1)上；所述的被动弯折基座(3)转动安装在被动旋转基座(2)两根竖直支撑杆Ⅰ(2-2)的顶端；

所述的被动弯折基座(3)包括导向圆环(3-1)和两根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)，所述的两根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)相对设置在导向圆环(3-1)的两侧，两根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)的顶端固定在导向圆环(3-1)上，两根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)的底端分别铰连接在被动旋转基座(2)的两根竖直支撑杆Ⅰ(2-2)上；

所述的主动驱动副(4)包括运动驱动电机(4-1)、主动轮(4-2)、传动轮(4-3)、被动轮(4-4)和小锥齿轮(4-5)，所述运动驱动电机(4-1)的机身安装在导向圆环(3-1)上，所述的主动轮(4-2)安装在运动驱动电机(4-1)的输出轴上，所述的传动轮(4-3)通过销轴转动安装在被动弯折基座(3)的其中一根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)上，所述的被动轮(4-4)和小锥齿轮(4-5)通过一根销轴同轴转动安装在竖直支撑杆Ⅰ(2-2)与竖直支撑杆Ⅱ(3-2)的铰接点处，所述的小锥齿轮(4-5)处于被动轮(4-4)的内侧；所述的主动轮(4-2)与传动轮(4-3)相咬合，所述的传动轮(4-3)与被动轮(4-4)相咬合，所述的小锥齿轮(4-5)作为主动驱动副(4)的动力输出端；

所述的传动齿轮副(5)包括大锥齿轮(5-1)、连接圆筒(5-2)和传递输出齿轮(5-4)；所述的连接圆筒(5-2)转动安装在支撑外壳(1)内，且连接圆筒(5-2)的顶端伸出被动旋转基座(2)的固定环体(2-1)；所述的大锥齿轮(5-1)处于连接圆筒(5-2)的顶端，并与小锥齿轮(4-5)相啮合；传递输出齿轮(5-4)处于连接圆筒(5-2)的底端，并作为传动齿轮副(5)的动力输出端；

所述的被动移动挤压副(9)包括两组相对设置在支撑外壳(1)内的导辊组件；每组导辊组件包括一根导辊(9-1)、一个移动被动轮(9-2)和一个移动驱动轮(9-3)，所述导辊(9-1)的两端分别转动安装在支撑圆筒(1-1)上，移动被动轮(9-2)套装在导辊(9-1)的一端上，移动驱动轮(9-3)通过一根销轴转动安装在支撑圆筒(1-1)上，所述的移动驱动轮(9-3)分别与传动齿轮副(5)的传递输出齿轮(5-4)和移动被动轮(9-2)相啮合；两组导辊组件中的两个移动驱动轮(9-3)径向相对设置在传递输出齿轮(5-4)的两侧，两组导辊组件中的两根导辊(9-1)分别处于两个移动驱动轮(9-3)的两侧；

软体机械臂从支撑外壳(1)下端的端口依次穿过两根导辊(9-1)之间的位置、传动齿轮副(5)的中心通孔和被动弯折基座(3)上的导向圆环(3-1)的中心通孔并伸出；软体机械臂与驱动关节之间通过两根导辊(9-1)对软体机械臂的夹持实现位置固定不动。

2.根据权利要求1所述的一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其特征在于：所述的锁紧副Ⅰ(6)包括锁紧块Ⅰ(6-1)、复位弹簧Ⅰ(6-2)、锁紧齿轮(6-3)、不完全齿轮(6-4)和销轴(6-5)；所述的销轴(6-5)垂直安装在被动旋转基座(2)的竖直支撑杆Ⅰ(2-2)上；所述的锁紧块Ⅰ(6-1)、复位弹簧Ⅰ(6-2)与锁紧齿轮(6-3)同轴套在销轴(6-5)上，锁紧块Ⅰ(6-1)套在销轴(6-5)的内端端部，并可沿着销轴(6-5)的轴线方向移动而无法转动；复位弹簧Ⅰ(6-2)处于锁紧块Ⅰ(6-1)与锁紧齿轮(6-3)之间，复位弹簧Ⅰ(6-2)的一端伸入到锁紧块Ⅰ(6-1)内，并连接在锁紧块Ⅰ(6-1)的内壁上，复位弹簧Ⅰ(6-2)的另一端抵接在锁紧齿轮(6-3)上，所述的锁紧齿轮(6-3)可相对于销轴(6-5)转动，所述的不完全齿轮(6-4)安装在被动弯折基座(3)的其中一根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)的底端，所述的锁紧齿轮(6-3)与不完全齿轮(6-4)相咬合；所述不完全齿轮(6-4)的中心点为所述其中一根竖直支撑杆Ⅱ(3-2)与竖直支撑杆Ⅰ(2-2)的铰接点，且不完全齿轮(6-4)与小锥齿轮(4-5)相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其特征在于：所述的锁紧副Ⅱ(7)与锁紧副Ⅲ(8)结构相同，以锁紧副Ⅱ(7)为例进行说明；所述的锁紧副Ⅱ(7)包括若干个锁紧块Ⅱ(7-1)，每个锁紧块Ⅱ(7-1)包括一个支撑座(7-1-1)、一个锁紧销(7-1-2)和一个复位弹簧Ⅱ(7-1-3)，所述的锁紧销(7-1-2)插在支撑座(7-1-1)内，且锁紧销(7-1-2)的两端分别伸出支撑座(7-1-1)；所述的复位弹簧Ⅱ(7-1-3)套在锁紧销(7-1-2)上，复位弹簧Ⅱ(7-1-3)的一端抵接在支撑座(7-1-1)的内壁上，复位弹簧Ⅱ(7-1-3)的另一端抵接在锁紧销(7-1-2)的头部；

所述锁紧副Ⅱ(7)中的若干个锁紧块Ⅱ(7-1)周向均匀设置在固定环体(2-1)的下表面上，且锁紧块Ⅱ(7-1)中的锁紧销(7-1-2)径向设置；同理，锁紧副Ⅲ(8)中的若干个锁紧块Ⅱ周向均匀设置在传动齿轮副(5)上，且锁紧块Ⅱ中的锁紧销径向设置。

4.根据权利要求1所述的一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其特征在于：所述调节套筒(10)由上至下包括弯折锁紧面Ⅰ(10-1)、弯折解锁面(10-2)、弯折锁紧面Ⅱ(10-3)、旋转解锁面(10-4)和旋转移动锁紧面(10-5)；弯折锁紧面Ⅰ(10-1)和弯折锁紧面Ⅱ(10-3)的外径相同，且弯折锁紧面Ⅰ(10-1)与弯折锁紧面Ⅱ(10-3)的外径大于弯折解锁面(10-2)的外径，其中弯折锁紧面Ⅰ(10-1)与弯折解锁面(10-2)之间设置有锥面过渡段，弯折解锁面(10-2)与弯折锁紧面Ⅱ(10-3)之间设置有锥面过渡段；旋转移动锁紧面(10-5)的外径大于旋转解锁面(10-4)的外径，且旋转解锁面(10-4)与旋转移动锁紧面(10-5)之间设置有锥面过渡段，旋转移动锁紧面(10-5)的底端设置有锥面过渡段；

所述的锁紧副Ⅰ(6)可在弯折锁紧面Ⅰ(10-1)、弯折解锁面(10-2)和弯折锁紧面Ⅱ(10-3)之间进行切换；所述的锁紧副Ⅱ(7)可在旋转解锁面(10-4)和旋转移动锁紧面(10-5)之间进行切换；所述的锁紧副Ⅲ(8)可在旋转移动锁紧面(10-5)与传动齿轮副(5)的连接圆筒(5-2)之间进行切换。

5.根据权利要求4所述的一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节，其特征在于：所述支撑外壳(1)的侧壁上开有两个相对设置的移动滑槽Ⅰ(1-1-2)和一个移动滑槽Ⅱ(1-1-3)，其中一个移动滑槽Ⅰ(1-1-2)与移动滑槽Ⅱ(1-1-3)上下相对设置；所述换挡驱动副(11)包括换挡电机基座(11-1)、换挡驱动电机(11-2)、换挡驱动轮(11-3)、移动齿条(11-4)、L形弯折杆(11-5)和限位杆(11-6)；所述的换挡驱动电机(11-2)通过换挡电机基座(11-1)安装在支撑外壳(1)内，并处于传动齿轮副(5)的下方，所述的换挡驱动轮(11-3)安装在换挡驱动电机(11-2)的输出端；移动齿条(11-4)通过支撑圆筒(1-1)上的移动滑槽Ⅱ(1-1-3)伸入到支撑外壳(1)内，并与换挡驱动轮(11-3)相啮合；L形弯折杆(11-5)的一端连接在移动齿条(11-4)的背面，L形弯折杆(11-5)的另一端穿过支撑圆筒(1-1)上的其中一个移动滑槽Ⅰ(1-1-2)并连接在调节套筒(10)的旋转移动锁紧面(10-5)上，所述的其中一个移动滑槽Ⅰ(1-1-2)与移动滑槽Ⅱ(1-1-3)相对设置；限位杆(11-6)的一端穿过另一个移动滑槽Ⅰ(1-1-2)并连接在调节套筒(10)的旋转移动锁紧面(10-5)上。

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