六自由度搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、2. 六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的基本要求能快速、準(zhǔn)確地拾起 - 放下搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、 快速反應(yīng)、一定的承載能力、 足夠的工作空間和靈活的自由度及在任一位置都能自動(dòng)定位等特征。設(shè)計(jì)原則是：充分分析作業(yè)對(duì)象（工件）的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝、 并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件； 明確工件的形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)該機(jī)械手結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制的要求； 盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程， 兼顧通用性和專用性， 并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)接和編程控制。本課題設(shè)計(jì)的是一種小型的多關(guān)節(jié)式六自由度機(jī)械手， 能夠滿

2、足相應(yīng)的動(dòng)作要求，并對(duì)一些小質(zhì)量工件實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)等一些列動(dòng)作。2.1六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的功能分析該機(jī)械手系統(tǒng)共有 6 個(gè)自由度，分別為肩的回轉(zhuǎn)與曲擺， 大臂的曲擺， 小臂的曲擺，手腕的曲擺與回轉(zhuǎn)，以及手抓的回轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)中基座固定， 與基座相連的肩可以進(jìn)行 360 度的回轉(zhuǎn)；與肩相連接的大臂可以進(jìn)行 -90 +90度曲擺，與大臂相連接的小臂可以進(jìn)行 -90+90 度曲擺，大臂和小臂動(dòng)作幅度較大， 可以滿足俯仰要求。 手腕可以進(jìn)行 360 度的旋轉(zhuǎn)，手腕也可以完成 -90 +90 度的曲擺，末端的手爪部分可以 -90+90 度夾持，手爪部分通過一對(duì)齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)， 及其四桿機(jī)構(gòu)完成手爪的開合，

3、可以滿足夾持工件的要求。通過預(yù)先編好的程序， 下載到單片機(jī)內(nèi)， 從而使該六自由度搬運(yùn)機(jī)械手能獨(dú)立的完成一套指定的搬運(yùn)動(dòng)作，并一直重復(fù)進(jìn)行下去！2.2六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度2.2.1六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的坐標(biāo)形式按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及組合情況，其坐標(biāo)形式可以分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械手直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它的手臂可以伸縮，左右和上下移動(dòng)，按照直角坐標(biāo)形式x、y、z 三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)，其工作范圍可以是 1 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)、2 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或 3 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。如在 x、y、z 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上各

4、有 A 、B、C 3 個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成了 6 個(gè)自由度。如圖 2-1 所示，直角式坐標(biāo)機(jī)械手具有以下優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量大、節(jié)拍短，能滿足高速的要求。容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機(jī)械相配合。適于裝箱類、多工序復(fù)雜的工作，定位容易改變。定位精度高，可以達(dá)到0.5mm 以下，載重變化時(shí)不會(huì)影響精度。易于實(shí)行數(shù)控，可于開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用。但是，直角坐標(biāo)式機(jī)械手也有自身的缺點(diǎn)，這種機(jī)械手作業(yè)范圍較小圖 2-1 直角式坐標(biāo)機(jī)械手（2）圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種形式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。 具有直觀性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、本體占用空間較小的特點(diǎn)。其動(dòng)作范圍可以分為：一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、一個(gè)直

5、線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如上圖2-2所示：圖 2-2 圓柱直角坐標(biāo)式機(jī)械手 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本動(dòng)作A. 手臂水平回轉(zhuǎn)。B. 手臂伸縮。C. 手臂上下。D. 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。E. 手爪夾緊動(dòng)作。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的特征圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的特征是垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒， 手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可以做上下直線運(yùn)動(dòng)（ z）和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng)（ ）。（3）球坐標(biāo)式機(jī)械手球坐標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多、用途較廣的機(jī)械手。它是由 x、3個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)組成，如下圖 2-3 所示：圖 2-3 球坐標(biāo)式機(jī)械手圖中： X手臂伸縮上下俯仰水平旋轉(zhuǎn)1手腕擺動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)球坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范

6、圍包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)械手的基本動(dòng)作A. 手臂上下運(yùn)動(dòng)，即俯仰運(yùn)動(dòng)。B. 手臂左右運(yùn)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。C.手臂前后運(yùn)動(dòng)，即伸縮運(yùn)動(dòng)。D.手腕上下彎曲。E. 手腕左右擺動(dòng)。F. 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。G.手爪夾緊運(yùn)動(dòng)。H.機(jī)械手整體移動(dòng)。 球坐標(biāo)機(jī)械手的特點(diǎn)球坐標(biāo)機(jī)械手的特點(diǎn)是將手臂裝在樞軸上， 樞軸又裝在叉形架上， 能在垂直面內(nèi)做圓弧上下俯仰運(yùn)動(dòng)，它的臂可以伸縮，橫向水平擺動(dòng)，還可以上下擺動(dòng)，工作范圍和人手的動(dòng)作相似。 它的特點(diǎn)是能自動(dòng)選擇最合理的動(dòng)作線路， 所以工效高。另外，由于上下擺動(dòng)， 它的相對(duì)體積小。 而動(dòng)作范圍大。 以行程為 203mm

7、的工作油缸為例，其手臂的上下移動(dòng)距離就能達(dá)到 2450mm。若采用圓柱坐標(biāo)式則其高度就要達(dá)到 2450mm。球坐標(biāo)式機(jī)械手作業(yè)范圍可以達(dá)到 9m3，較其他形式約大 3 5 倍。（4）關(guān)節(jié)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適合于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)形式。 它像人手一樣有關(guān)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適合于窄空間工作。早在 20 實(shí)際 40 年代，關(guān)節(jié)式機(jī)械手就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用， 隨后又應(yīng)用于海洋開發(fā)， 有一定的發(fā)展前途。關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，見下圖2-4 所示：圖 2-4 關(guān)節(jié)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手具有上肢結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)近似人手操作的機(jī)能，表2-1 為關(guān)節(jié)

8、式機(jī)械手與人體上肢動(dòng)作角度對(duì)比：表 2-1： 關(guān)節(jié)式機(jī)械手與人體上肢動(dòng)作角度對(duì)比肩旋轉(zhuǎn)上臂曲擺下臂曲擺下臂旋轉(zhuǎn)手腕曲擺手臂曲擺手旋轉(zhuǎn)人體上肢8009000 -1300-450 +650-600 +900-600 +90 0關(guān)節(jié)式機(jī)械手180090090018008001800為具有人手操作的機(jī)能， 需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪式、 齒條式和擺動(dòng)式。 其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用哪一種形式， 主要根據(jù)工件的輕重來決定。特別是靠近關(guān)節(jié)式前端的關(guān)節(jié)部位的重量對(duì)肩部影響很大。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在承受負(fù)荷的同時(shí)必須承受自重，因此要合理進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常把傳送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)稱為傳送機(jī)構(gòu)的自由度。人從手指

9、到肩部共有 27 個(gè)自由度。而如將機(jī)械手的手臂也制成這樣多的自由度， 既有困難又不必要。 從力學(xué)的角度分析， 物件在空間只有 6 個(gè)自由度。因此為抓取和傳送在空間不同位置和方位的物件，傳送機(jī)構(gòu)應(yīng)具有 6 個(gè)自由度，三個(gè)沿 x、y、z 坐標(biāo)軸的移動(dòng)和三個(gè)沿 x、y、z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2.2六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的自由度自由度是指機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)部件在三維空間坐標(biāo)軸上說具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)。它的構(gòu)成和工作范圍概括如下：（1）一個(gè)自由度A. 一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成直線。B. 一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成曲線。（2）兩個(gè)自由度A. 兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成平面。B. 一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)在直線運(yùn)動(dòng)所在平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成平面。C.一個(gè)

10、直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成圓柱曲面。（3）三個(gè)自由度A. 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成立方體。B. 兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成圓柱體。有上述可見， 要達(dá)到空間任意一點(diǎn)， 原則上需要 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸， 而把一件工具送到相應(yīng)工件的一定位置時(shí)又需要3 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。因此，一臺(tái)通用機(jī)械手能夠達(dá)到空間任意點(diǎn)，并將工具送到相對(duì)于工件的任意位置，最低限度需要6 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，其中位置自由度為3 個(gè)，姿態(tài)自由度為3 個(gè)。綜合考慮，本課題設(shè)計(jì)采用多自由度關(guān)節(jié)式形式。相應(yīng)的機(jī)械手具有6 個(gè)自由度，包括：1. 肩的旋轉(zhuǎn)2. 大臂的曲擺3. 小臂的曲擺4. 手腕的曲擺5. 手腕的旋轉(zhuǎn) 6. 手部的夾持。其

11、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如下圖2-5 所示：圖 2-5 關(guān)節(jié)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手臂作用手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng)，包括伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動(dòng)主要由橫臂和立柱完成。手臂的基本作用是將手爪移動(dòng)到所需位置和承受手爪抓取工件的最大重量，以及手臂自身的重量。2.3.2六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手臂組成（1）運(yùn)動(dòng)元件，如：油缸、氣缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動(dòng)手臂的主要運(yùn)動(dòng)部件。（2）導(dǎo)向裝置，是保證手臂運(yùn)動(dòng)的正確方向及承受由于工件的重量說產(chǎn)生的彎矩和扭矩的力矩。（3）手臂，起著承接外力和連接的作用，手臂上的零部件，如：油缸、導(dǎo)向桿、控制件都安裝在手臂上。2

12、.3.3六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì)要求（1）該系統(tǒng)中手臂應(yīng)承受能力較大，剛性好，自重輕手臂的剛性直接影響到手臂抓取工件的平穩(wěn)性， 運(yùn)動(dòng)的速度和定位精度。 如果剛性差，則會(huì)引起手臂在垂直平面內(nèi)彎曲變形或水平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)變形， 手臂就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)， 或工作時(shí)工件卡死無法工作。 因此，手臂一般都采用硬度高的材質(zhì)來加大手臂的剛度， 各支撐、連接件的剛性也有一定的要求， 以保證能承受所需的驅(qū)動(dòng)力。（2）手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)，慣性要小機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度一般是根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍要決定的， 但是不要盲目追求高速。手臂由靜止?fàn)顟B(tài)到達(dá)正常運(yùn)動(dòng)速度稱為啟動(dòng)，由常速到停止不動(dòng)為制動(dòng)，其速度變化過程為速度特征曲線。 手臂要

13、滿足自重輕， 自身的慣性矩小， 其啟動(dòng)和停止的平穩(wěn)性就好。（3）手臂動(dòng)作要靈活手臂的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使手臂運(yùn)動(dòng)輕快、靈活。此外，對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，還要考慮零件在手臂的布置， 就是要計(jì)算手臂移動(dòng)零件時(shí)的重量對(duì)回轉(zhuǎn)、升降和支撐中心的偏重力矩。 偏重力矩對(duì)對(duì)手臂的運(yùn)動(dòng)不利， 偏重力矩過大， 會(huì)引起手臂的震動(dòng)， 在升降時(shí)還會(huì)發(fā)生一種沉頭現(xiàn)象， 會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的靈活性， 嚴(yán)重時(shí)手臂與立柱會(huì)卡死。 所以在設(shè)計(jì)中要盡量使手臂重心通過回轉(zhuǎn)中心， 或者離回轉(zhuǎn)中心盡量接近， 以減小偏重力矩。 對(duì)于雙臂同時(shí)操作的機(jī)械， 則應(yīng)使兩臂的分布盡量對(duì)稱于中心，以達(dá)平衡。（4）通用性強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種作業(yè)；工藝性好，便于維修

14、調(diào)整以上的種種要求，有時(shí)往往相互矛盾，剛性好、載重大，結(jié)構(gòu)往往粗大，增加手臂自重；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，沖擊力就大，位置精度就越低。 因此，設(shè)計(jì)手臂時(shí)，需要根據(jù)機(jī)械手抓取速度、自身重量、抓取重量、自由度、工作范圍及機(jī)械手的整體布局和工作條件等各種因素考慮，以達(dá)到動(dòng)作精準(zhǔn)、可靠、靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、自重小，從而保證一定的位置精度和適應(yīng)快速動(dòng)作。此外，對(duì)于熱加工的機(jī)械手，還要考慮熱輻射、手臂要較長(zhǎng)，遠(yuǎn)離熱源，并須裝冷卻裝置。綜合考慮，確定其大臂和小臂三維模型如下圖2-6 所示：圖 2-6 機(jī)械手大臂（左），小臂（右）三維模型圖（附舵機(jī)）2.4六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1六自由度搬運(yùn)機(jī)械

15、手的腕部作用工業(yè)機(jī)械手的手腕部件設(shè)置于手部和手臂之間， 它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位， 以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍， 并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。工業(yè)機(jī)械手是否設(shè)置腕部， 需要根據(jù)具體情況而定。 對(duì)于那些動(dòng)作較簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手， 為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)， 可以不設(shè)置腕部， 而直接由臂部的運(yùn)動(dòng)驅(qū)使手部實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)工件或操作工具。但有時(shí)單靠臂部運(yùn)動(dòng)往往行動(dòng)不便，或者顯得很不經(jīng)濟(jì)，這就有必要設(shè)置腕部。 尤其在運(yùn)動(dòng)空間受控制， 不可能由臂部運(yùn)動(dòng)來完成動(dòng)作要求的情況下，更有必要設(shè)置腕部。顯然，對(duì)于課題所研究的通用機(jī)械手來說，要求動(dòng)作的適應(yīng)性較廣，是有必要設(shè)置腕部的。2.4.2六自由

16、度搬運(yùn)機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，對(duì)于六自由度機(jī)械手系統(tǒng)中，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)、重量輕。從現(xiàn)有的腕部結(jié)構(gòu)看來， 用機(jī)械傳動(dòng)的腕部， 已有三個(gè)活動(dòng)度， 腕部的旋轉(zhuǎn)和其他部件的運(yùn)動(dòng)配合，可以完成整個(gè)機(jī)械手的多方位工作，完成其操作任務(wù)。（2）綜合考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 又承擔(dān)著連接和支撐作用。 不僅要保證力和運(yùn)動(dòng)的要求，而且要具有足夠的強(qiáng)度和剛度。（3）必須考慮工作條件對(duì)于高溫作業(yè)和在腐蝕介質(zhì)中工作的機(jī)械手， 其腕部與手部

17、經(jīng)常在高溫區(qū)域或腐蝕介質(zhì)中停留與作業(yè)， 直接受高溫輻射的影響或易于腐蝕。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分估算對(duì)機(jī)械手腕部的不良影響（如：熱膨脹、壓力油的燃點(diǎn)及其粘度、有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性能等） ，采取相應(yīng)的措施，保證機(jī)械手腕部仍有良好的工作性能和較長(zhǎng)的使用壽命。由于本課題研究的機(jī)械手屬于教學(xué)演示型，工作條件可以不予考慮。2.4.3六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的腕部運(yùn)動(dòng)選擇多關(guān)節(jié)型機(jī)械手腕部工作的情況和直線型機(jī)械手不完全相同。 如果沒有腕部的運(yùn)動(dòng)，手部在提取水平安放的工件后做水平回轉(zhuǎn)時(shí)， 工件的軸線方向每一瞬間都在改變（沿著手臂回轉(zhuǎn)的圓周切線方向） 。如果在臂部水平回轉(zhuǎn)的情況下能夠根據(jù)要求改變工件方向，必

18、須增加腕部擺動(dòng)這一自由度。這樣，從表面上看，似乎腕部的擺動(dòng)和臂部的水平回轉(zhuǎn)動(dòng)作重復(fù)了， 而實(shí)際上臂部的水平回轉(zhuǎn)主要是實(shí)現(xiàn)工件的移位，腕部的曲擺是為了實(shí)現(xiàn)工件在水平面內(nèi)不同位置時(shí)的定向運(yùn)動(dòng)，不能互相替代。如果要將水平放置的工件改變?yōu)榇怪狈胖茫?必須要有腕部繞自身軸軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn) （轉(zhuǎn) 90 度）。也就是說有了腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 就可以實(shí)現(xiàn)工件的調(diào)頭和翻身。如果腕部同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)和曲擺這兩個(gè)自由度， 那么手部既可以水平提取工件，也可以垂直提取工件。因此，通過軟件 SolidWorks 三維建模，得到如下手腕的結(jié)構(gòu)模型，如圖 2-7 所示：此模型中腕部具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)， 一個(gè)是使手部繞本身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)

19、動(dòng) （簡(jiǎn)稱自轉(zhuǎn)）；另一個(gè)是使手部繞軸軸線的擺動(dòng) （簡(jiǎn)稱腕部的曲擺），這樣也就可以滿足工件水平和垂直的抓取。圖 2-7 機(jī)械手腕部三維模型圖（附電機(jī)）2.5六自由度搬運(yùn)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5.1機(jī)械手手部概述工業(yè)機(jī)械手的手部 （亦稱抓取機(jī)構(gòu)） 是用來直接握持工件的部件。由于被握持工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料性能，表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求專門設(shè)計(jì)的。各種手部的結(jié)構(gòu)， 不僅結(jié)構(gòu)形式不完全相同，而且他們的工作原理也并不一樣。歸納起來，常用的手部，按照其握持工件的原理，大致可以分為夾持式和吸附式兩大類。本課題的關(guān)節(jié)式機(jī)械手根據(jù)抓取工件形狀， 采用夾持式手部

20、， 在此，主要介紹夾持式手部的幾種主要形式。如下圖 2-8 所示：（a） 夾持式手部（b） 移動(dòng)式手部（ c） 回轉(zhuǎn)型外夾式圖 2-8 手部的種類2.5.2夾鉗式手部夾持式中最常見的主要形式有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式， 夾持類手部按照其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)不同，又可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種。如上圖中所示。夾鉗式手部是夾持類機(jī)械手部中最常見的一種。 它的動(dòng)作與鋼絲鉗或臺(tái)虎鉗相似。夾鉗式手部一般由以下幾個(gè)部分組成：（1）手指它是直接與工件接觸的構(gòu)件。 手部松開和夾緊工件就是通過手指的張開和閉合來實(shí)現(xiàn)的。一般情況下，機(jī)械手手部只用兩個(gè)手指。很少為三指或多指。它們的結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工

21、件的形狀和特性。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)它是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。（3）驅(qū)動(dòng)裝置它是向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置，按照驅(qū)動(dòng)方式的不同，有液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械之分。此外，尚有連接與支撐元件， 將上述有關(guān)部分連成一個(gè)整體， 使手部與機(jī)械手的腕部（或臂部）連接。由于夾持式手部適應(yīng)性強(qiáng)， 故在生產(chǎn)中應(yīng)用最多。 其中回轉(zhuǎn)型手部一般都具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、制造容易等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)上應(yīng)用比平移型手部多。而且通常以雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型作為夾鉗式手部的基本形式。本課題的手部設(shè)計(jì)主要參考回轉(zhuǎn)形外夾式夾鉗手部， 通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿的旋轉(zhuǎn)，使之相嚙合的蝸輪運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)連桿、手指運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)工件的抓取任務(wù)。其模

22、型如下圖 2-9 所示：圖 2-9 機(jī)械手手部平面模型圖（附電機(jī)）2.5.3夾鉗式手部設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍夾持式手部的手指開閉范圍就是從張開到閉合 （夾緊）時(shí)，每個(gè)手指的變動(dòng)量。顯然，為了讓手指閉合時(shí)能夠夾緊工件，張開時(shí)能使手指順利的接近工件，而不和其他設(shè)備等相碰， 手指必須具有一定的開閉范圍， 其大小直接與工件和手指的形狀、尺寸、及手部如何接近工件的路線等有關(guān)， 同時(shí)還要注意經(jīng)過路線的周圍環(huán)境。手指的開閉范圍， 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析后加以確定。 一般來說， 如果工作環(huán)境允許， 采用較大的開閉范圍， 可以降低對(duì)工件的尺寸公差、 位置精度的要求，且有利于手部順利地夾持工件， 但會(huì)增大驅(qū)動(dòng)裝置的行程和結(jié)構(gòu)尺寸， 增加手指開閉時(shí)間，所以手指開閉范圍不宜設(shè)計(jì)過大。（2）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力為了使手指能夾緊工件， 并保證在運(yùn)動(dòng)過程