机械手手爪设计类型及其计算演示幻灯片

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机器人手部结构详解PPT课件

机器人手部结构
主讲周兰
1
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器，它直接装在工业机器人的手腕上用于夹持工件或让工具按照规定的程序完成指定的工作。
2
一、手部的特点
3
1．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口：根据夹持对象的不同，手部结构会有差异，通常一个机器人配有多个手部装置或工具，因此要求手部与手腕处的接头具有通用性和互换性。
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4．自适应吸盘：
结构特点：
该吸盘具有一个球关节，使吸盘能倾斜自如，适应工件表面倾角的变化。
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5．异形吸盘：
结构特点：
可用来吸附鸡蛋、锥颈瓶等物件。扩大了真空吸盘在机器人上的应用。
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6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高的气流速度而形成负压。
手部可能还有一些电、气、液的接口：由于手部的驱动方式不同造成。对这些部件的接口一定要求具有互换性。
4
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是专用工具。
5
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或四个关节。技术关键是手指之间的协调控制。
6
末端操作器图例（2）：
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确性。握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。

PPT课件—工业机器人集成系统数字化设计与仿真2.6.2 平口手爪

（4）单击“菜单”→“在任务环境中绘制草图”，弹出“创建草图”对话框，选择步骤（3）创建的基准平面为工作平面，单击“确定”，进入绘制草图工作界面，如绘制图2-257所示的草图曲线，单击“完成草图”，退出草图工作环境。
图2-257 绘制草图
6.2 平口手爪
（5）选择“菜单”→“插入”→“设计特征”→“圆柱”，弹出“圆柱”对话框，选择如图2-258所示的半径为“指定矢量”，“指定点”为直径48的圆与半径的交点，“直径”输入8，“高度”输入0.5，单击“应用”，创建一圆柱体。重复操作，在“圆柱”对话框中，“直径”输入5，“高度”输入7.5， “布尔”操作选择“合并”，选中直径8，高0.5的圆柱体，单击“应用”。重复上述操作，创建6个圆柱体。
（22）选择“倒斜角”快捷工具，或选择“菜单”→“插入”→“细节特征”→“倒斜角”，可弹出“倒斜角”对话框，“选择边”如图2-275所示，“距离”为1，单击“确定”。
图2-275 倒斜角
6.2 平口手爪
（23）选择“菜单”→“插入”→“基准/点”→“基准平面”，弹出“基准平面”对话框。如图2-276 所示，“类型”为“按某一距离”，“平面参考”基准坐标系YZ平面，“距离”输入39，单击“确定”，插入一基准平面。
图2-289 插入基准平面
6.2 平口手爪
图2-263 创建圆台并求差
6.2 平口手爪
（11）单击“拉伸”快捷命令，弹出“拉伸”对话框，“曲线规则”选择“单条曲线”。选择如图 2-264所示的草图曲线，“指定矢量”为-ZC，“开始距离”为-1，“结束距离”为9，单击“确定”。
图2-264 拉伸实体
6.2 平口手爪
（12）选择“减去”快捷工具，弹出“求差”对话框，选择目标体为步骤（2）创建的拉伸实体，选择工具体为步骤（11）创建的拉伸实体，勾选“保存工具”，单击“确定”。单击“拉伸”快捷命令，弹出“拉伸”对话框，“曲线规则”选择“单条曲线”。选择如图2-265所示的两个圆，“指定矢量”为 -ZC，“开始距离”为-1，“结束距离”为9，“布尔”操作选择减去，对象为步骤（11）创建的实体，单击“确定”。

工业机器人课件2.2手部设计-2.3腕部设计

No.39
类人机器人的手部
具有多关节的三指手
No.40
类人机器人的手部
1
4
2
3
5
6
11 10
7
9
8
1,9-适应弹簧 2,3,8-连杆 4－食指 5－中指 6－无名指 7－小指 10－蜗轮 11－驱动杆
贝尔格莱德手
No.41
BH-4型灵巧手有四个手指，每个手指有4个关节， 4个手指共16个自由度，其关节由齿轮传动，包括直流伺服电机、行星减速器和光码盘在内的电机单元驱动。光码盘用于测量电机轴相对转角，关节轴绝对转角由电位计测量。
在张启先院士的主持下，北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发。
灵巧手有三个手指，每个手指有3个关节，3个手指共9个自由度，微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。
北航研制的BH-3灵巧手北航研制的BH-4灵巧手 No.42
No.16
二、传动机构——其它结构型式
重力式手爪
No.17
二、传动机构——其它结构型式
拨杆杠杆式钳爪
No.18
二、传动机构——其它结构型式
内撑式三指钳爪
No.19
2.2.1 钳爪式手部的设计
三、钳爪式手部的设计要点
应具有足够的夹紧力应具有足够的张开角应能保证工件的可靠定位应具有足够的强度和刚度应适应被抓取对象的要求应尽量做到结构紧凑、重量轻、效率高应具有一定的通用性和可互换性
2.2 手部设计
SIWR-Ⅰ型和Ⅱ型水下作业机械手模拟试验装置
No.1
2.2 手部设计
新松的装配机器人

机械手手爪设计类型及其计算[借鉴材料]

斜楔杠杆式手爪02
机特械选手材结料构形式 Page 26
斜楔杠杆式手爪03 电动机座加工自动线卸料机械手
机特械选手材结料构形式 Page 27
适应不同直径手爪
机特械选手材结料构形式 Page 28
槽轮自动调节位置手爪
机特械选手材结料构形式 Page 29
柔性自适应手爪
机特械选手材结料构形式 Page 30
机特械选手材结料构形式 Page 15
三爪(外抓)02
机特械选手材结料构形式 Page 16
三爪(外抓)03
机特械选手材结料构形式 Page 17
三爪(外抓)04
机特械选手材结料构形式 Page 18
三爪(外抓)05
机特械选手材结料构形式 Page 19
三爪(外抓)06
机特械选手材结料构形式 Page 20
机械手手爪设计类型及其计算
人手抓取方式有那些？
夹
捏
握
H特e选re材co料mes your footer Page 2
机械手抓取方式
捏
握
夹
H特e选re材co料mes your footer Page 3
机械手手爪从人手抓取物体中得到的结构形式
形式最多用途最广
H特e选re材co料mes your footer Page 4
机特械选手材结料构形式 Page 36
仿生机械手
机特械选手材结料构形式 Page 37
机械手结构类型总结
从爪子数量来分：两个、三个、四个或者更多其中两爪最多从抓取方式来分：外卡式与内撑式从结构形式来分：1、平行连杆
2、齿轮齿条 3、双齿轮驱动 4、斜楔杠杆式 5、槽轮滑动式 6、柔性自适应 7、真空及电磁吸附式 8、仿生机械手

机器人机械手爪综述

机器人机械手爪综述目录一、夹钳式手部设计的基本要求 (3)二、典型机械爪结构 (4)1）回转型 (4)2）移动型 (5)三、夹钳式手部的计算与分析 (9)1）夹紧力的计算 (9)2）夹紧缸驱动力计算 (11)3）计算步骤 (12)4）手爪的夹持误差分析与计算 (12)四、常用气爪 (17)1）气动手指气缸具有如下特点： (17)2）气动手指气缸主要类型与型号 (18)工业机器人的手部(亦称机械爪或抓取机构)是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。

常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。

夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。

夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种，如图1所示。

吸附类中，有气吸式和磁吸式。

a)回转型内撑式b)回转型外夹式c)平移型外夹式d)钩托式e)弹簧式f)气吸式g)磁吸式图1 机械爪类型夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。

一般情况下，多采用两个手指，少数采用三指或多指。

驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压、气动和电动等几种形式。

常见的传动机构往往通过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实现夹紧或松开。

平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板、方料。

在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中心位置的偏移。

但这种手指结构比较复杂、体积大，要求加工精度高。

回转型手指的张开闭合靠手指根部(以枢轴支点为中心)的回转运动来完成。

枢轴支点为一个的，称为单支点回转型；为两个的，称为双支点回转型。

这种手指结构简单，形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持定位偏差。

a)单支点回转型b)双支点回转型C）平移型(平直指)图2 回转型和平移型手指一、夹钳式手部设计的基本要求1. 应具有适当的夹紧力和驱动力。

机器手爪结构.

(1)夹钳式
传动机构：它是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。１）回转型传动机构
夹钳式手部中较多的是回转型手部，其手指就是一队（或几对）杠杆，再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构，来改变传力比、传动比及运动方向等。
(1)夹钳式
回转型传动机构
(1)夹钳式
２）平移型传动机构平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的，常用于夹持具有平行平面的工件（如箱体等）。其结构较复杂，不如回转型应用广泛。平移型传动机构据其结构，大致可分平面平行移动机构和直线往复移动机构两种类型。
(1)夹钳式
平移型传动机构
(1)夹钳式驱动装置：它是向传动机构提供动力的装置。按驱动方式不同有液压、气动、电动和机械驱动之分。支架：使手部与机器人的腕或是不靠夹紧力来夹持工件，而是利用手指对工件钩、拖、捧等动作来拖持工件。应用钩拖方式可降低驱动力的要求，简化手部结构，甚至可以省略手部驱动装置。它适用于在水平面内和垂直面内作低速移动的搬运工作，尤其对大型笨重的工件或结构粗大而质量较轻且易变形的工件更为有利。
３.仿人机器人的手部
（１）柔性手
（２）多指灵活手
(2)钩拖式手部
有驱动装置
工作原理：依靠机构内力来平衡工件重力而保持拖持状态。驱动液压缸５以较小的力驱动杠杆手指６和７回转，使手指闭合至拖特工件的位置。手指与工件的接触点均在其回转支点O1、O2的外侧，因此在手指拖持工件后，工件本身的重量不会使手指自行松脱。
(2)钩拖式手部
弹簧式手部靠弹簧力的作用将工件夹紧，手部不需要专用的驱动装置，结构简单。它的使用特点是工件进入手指和从手指中取下工件都是强制进行的。由于弹簧力有限，故只适用于夹持轻小工件。

机械手手爪装配图

2134567891011121317161514序号代号名称数量材1NBR5磁性橡胶1合成橡胶6活塞1不锈钢硬镀7缓冲圈1聚氨酯橡胶8外壳1铝合金硬镀9滚针1高碳铬合金轴承钢10曲柄2不锈钢热处理11导杆1不锈钢热处理12钢珠28高碳铬合金轴承钢13手指2不锈钢热处理14钢珠挡片2不锈钢15平行销2不锈钢16曲轴2不锈钢氮化处理17推杆密封圈1NBR借 (通) 用件登记旧底图总号底图总号签字日期日期档案员标记处数更改文件号签字日期设计日期图样标记重量比例共张第张机械手手爪装配图4:155g11朱培雷05.05.17φ10K7h6φ4G7h6A-AAA15.2+2.20技术要求1.手指开闭行程为4mm。}2.装钢珠时需加入润滑脂。φ4G7h6φ10K7h6\fFangSong_GB2312\fFangSong_GB2312\fFangSong_GB2312\fFangSong_GB2312

机械手手爪设计类型及其计算

柔性自适应手爪
机械手结构形式 Page 30
真空吸盘手爪
机械手结构形式 Page 31
码垛机械手手爪袋装
机械手结构形式 Page 32
码垛机械手手爪纸箱
机械手结构形式 Page 33
轮胎手爪（内撑式）
机械手结构形式 Page 34
仿生机械手
机械手结构形式 Page 35
仿生机械手指
章鱼吸盘（大面积真空吸具）运用类型
工业机器人.pdf
比较老的书，讲机械手手抓设计与计算等
真空吸盘计算
工件参数材料：SUS304 表面特征：光滑、平坦、干燥尺寸：2500x1250x2.5mm 搬运加速度：x ,y ,z轴 5m/s^2
解：(1求工件质量 m=LxWxHxρ L=长度（m） W=长度（m） H=长度（m） ρ=密度（kg/m^3）
机械手结构计算 Page 49
连杆结构计算
解：P=2*P1*SINa P1=P/(2*SINa)
因N*L1=P1*L2 N=P1*L2/L1
=P*L2/(2*L1*SINa)
机械手结构计算 Page 50
一些其它方面计算问题
机械手结构计Leabharlann Page 51Here comes your footer Page 52
机械手手爪设计类型及其计算
人手抓取方式有那些？
夹
捏
握
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机械手抓取方式
捏
握
夹
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机械手手爪从人手抓取物体中得到的结构形式
形式最多用途最广
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《机器手爪结构》课件

机器手爪结构
这是一份关于机器手爪结构的PPT课件，介绍了机器手爪的概述、结构、不同类型的应用场景以及优缺点的分析。
概述
机器手爪是机器人的重要组成部分，具有抓取和握持物体的功能。本节将介绍机器手爪的作用和应用场景。
机器手爪的结构
组成部分
机器手爪通常由指部、连杆、运动副等组成，每个部分都扮演着特定的角色。
材料选择
机器手爪的材料选择依赖于应用需求，常见的材料包括金属合金、塑料和弹性材料。
基本工作原理
机器手爪通过运动副的控制实现开合和旋转的动作，从而完成抓取和握持的任务。
常见的机器手爪结构类型
• 两指平行机器手爪 • 两指异形机器手爪 • 三指机器手爪 • 多指机器手爪
不同机器手爪结构的应用场景
• 两指平行机器手爪的应用场景 • 两指异形机器手爪的应用场景 • 三指机器手爪的应用点分析
优点
不同结构类型的机器手爪各有优势，能够满足不同应用需求。例如，多指机器手爪具有更好的抓取稳定性。
缺点
机器手爪的缺点也是根据结构类型而异的，比如两指平行机器手爪在握持某些形状复杂的物体时可能会存在困难。
总结
机器手爪结构的发展呈现出不断向着多指多动作、精准可靠的方向发展，并将在未来的机器人应用中发挥更重要的作用。
参考文献
• 相关文献和资料已被引用，以供参考和进一步学习。

机械手手爪的三维设计

机械手手爪的三维设计1手部设计基本要求(1)应具有适当的夹紧力和驱动力。

应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。

(2)手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)△"以便于抓取工件。

(3)要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。

(4)应保证手抓的夹持精度。

2典型的手部结构(1)回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。

(2)移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。

(3)平面平移型。

3机械手手爪的设计计算3.1选择手爪的类型及夹紧装置本设计是设计抓取圆柱形物块的机械手。

常用的工业机械手手部，按握持工件的原理，分为夹持和吸附两大类。

吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体，不适合用于本方案。

本设计机械手采用夹持式手指，夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。

平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，这种手指结构简单，适于夹持平板和圆柱类材料，且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置，其理论夹持误差为零。

通过综合考虑，本设计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式。

运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动零件移动。

丝杆电机图1二维手爪结构图3.2手爪夹持范围计算加工毛坯尺寸：①20-①30长度：100左右毛坯质量（以钢材的密度计算）：约246g-555g （按最大600g计算）装夹深度：约25mm纵向定位精度：0.1mm横向定位精度：1mm手爪接触块为橡胶，橡胶具有弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点图2手爪橡胶3.3滑动丝杠设计设计条件：需自锁丝杠长度145mm最大质量共计约1100g。

丝杠载荷：丝杠竖直时承受最大轴向力F amax=11.6N, G=mg （g取10N/kg）设计计算：（计算部分由小组成员张益完成本人参与讨论）（1）牙型、材料和许用应力采用梯形单头螺纹螺杆材料选45钢，调制处理，仃s=360N/mm2,由机械手册查表可得许用拉应力2o=—匚=120〜72N/mm (1)p3〜5手爪部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。

机械手PPT2(1)

4
机械手的组成
•
机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分四个方面组成。采集感知信号及控制信号均由气动缸驱动。主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。人们根据应用工况的要求，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，这是一种先进的设计思想，代表气动技术今后的发展方向，也将始终贯穿着机械手的发展及实用性模块化拼装的气动机械手比组合导向装置更具有灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于采用了模块化拼装结构，可组成立柱型气动机械手、门架型气动机械手及滑块型气动机械手，及其它各种类型的机械手。这些模块化机械手组装方便，动作灵活，具有较高的定位精度，但工作空间比较小，主要应用于一般的送料自动线上。气动机械手具有三个自由度，即水平(Z)方向自由度、垂直(Y)方向自由度和旋转自由度，并可以采用多种灵活的控制方案。
8
机械手流程图
• 根据分析可得出机械手的工作流程图，如下图所示。
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实现要求功能需要如下条件（1）
•
•
(1)底座与横梁之间需要旋转盘，旋转盘的驱动由电机来完成，普通电机转速较高，需要考虑安装减速机，在这种频繁启动制动的场合下，选用低速电机会更方便。 • (2)横梁在普通情况下，长度是固定的，如果工作台不进行调整，横梁长度可永远不变。课题任务也未作横梁要求，但在实际应用中，可能出现工作台距离调整的情况，为增加机械手的通用性，本设计中在横梁上安装了执行气缸，可使用手动按钮调整横梁长度。 • (3)竖直方向上是频繁上下工作的机构，可选用电机传动的齿轮齿条啮合机构，也可选用执行气缸，后者是新技术更经济、环保、噪音低，也更符合课题要求。