(推荐)机器人手部结构详解及大量结构图

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机器人手部结构

与机器人配合工作的零件馈送器或储存装置对手爪必需的最小和最大爪钳之间的距离以及必需的夹紧力都有要求同时还应了解其它可能的不确定的因素对手爪工作的影一台机器人在齿轮箱装配作业中需要搬运齿轮和轴并进行装配虽然手部可以既抓握齿轮也可以夹持轴但是不同零件所需的夹紧力和爪钳张开距离是不同的手部设计上要考虑到被夹持对象物的顺序
轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构, 用以改变传动
比和运动方向等。
图 1.2.4 斜楔杠杆式手部
图1.2.5所示为滑槽式杠杆回转型手部简图, 杠杆形手指 4的一端装有V形指5,另一端则开有长滑槽。驱动杆1上的圆
柱销2套在滑槽内, 当驱动连杆同圆柱销一起作往复运动时,
即可拨动两个手指各绕其支点(铰销3)作相对回转运动, 从而实现手指的夹紧与松开动作。
1.2.1.机器人手部的功能及组成
• 功能 • 它的主要功能是：抓住工件，握持工件，释放工件。 • 抓住——在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，工件在手爪内必须具有可靠的定位，保持工件与手爪之间准确的相对位姿，并保证机器人后续作业的准确性。 • 握持——确保工件在搬运过程中或零件在装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。 • 释放——在指定点上除去手爪和工件之间的约束关系。 • 组成 • 驱动机构，传动机构，手指
指5固连在一起, 可绕支点回转。驱动力推动齿条作直线往复运
动, 即可带动扇齿轮回转, 从而使手指松开或闭合。
图 1.2.7 齿条齿轮杠杆式手部
(2) 平移型传动机构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(如冰箱等)。其结构较复杂,不如回转型手部应用广泛。 ① 直线往复移动机构:实现直线往复移动的机构很多, 常用的斜楔传动、齿条传动、螺旋传动等均可应用于手部结构。如图1.9所示中，(a)为斜楔平移机构, (b)为连杆杠杆平移结构, (c)为螺旋斜楔平移结构。它们既可是双指型的, 也可是三指(或多指)型的; 既可自动定心, 也可非自动定心。

机器人手部结构

空, 吸取物料。放料时, 管路接通大气, 失去真空, 物体放下。为避免在取、放料时产生撞击, 有的还在支承杆上配有弹簧
缓冲。为了更好地适应物体吸附面的倾斜状况,有的在橡胶吸
盘背面设计有球铰链。真空吸附取料手有时还用于微小无法抓取的零件, 如图1.2.11所示。
图 1.2.10 真空吸附取料手
•
1.2.3.机器人手部的分类 • 由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同,因此机器人取料手是多种多样的, 大致可分为以下几类: • (1) 夹钳式取料手； • (2) 吸附式取料手； • (3) 仿生多指灵巧手； • (4)其它手。
1.2.3.1 夹钳式取料手 • 夹钳式手部与人手相似, 是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手指(手爪) 和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成, 如图1.2.1所示, 能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。
用时, 往往采用如图1.2.15(b)所示的盘式电磁铁, 衔铁是固
定的, 衔铁内用隔磁材料将磁力线切断, 当衔铁接触磁铁物体零件时, 零件被磁化形成磁力线回路,并受到电磁吸力而被吸
住。
图 1.2.15 电磁铁工作原理
图1.2.16所示为盘状磁吸附取料手的结构图。铁心1和磁盘
3之间用黄铜焊料焊接并构成隔磁环2,既焊为一体又将铁心和磁盘分隔, 这样使铁心1成为内磁极, 磁盘3成为外磁极。其磁路
如图1.2.2所示的三种V型指的形状, 用于夹持圆柱形工件。如图1.2.3所示的平面指为夹钳式手的指端,一般用于夹持方形工件(具有两个平行平面), 板形或细小棒料。另外，尖指和薄、长指一般用于夹持小型或柔性工件。其中, 薄指一般用
于夹持位于狭窄工作场地的细小工件, 以避免和周围障碍物相碰; 长指一

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。

机器人手部结构详解

机器人手部结构详解机器人手是指机器人的末端执行器件，负责具体的抓取、控制、操作等任务。

机器人手的结构设计直接关系到机器人的功能和性能，因此机器人手的结构设计是机器人技术领域中的一个重要研究方向。

机器人手的结构通常由手指、关节、驱动器和传感器等组成。

手指是机器人手部的关键部位，通过手指可以实现抓取、握持、操纵等功能。

手指通常由多个关节连接而成，通过关节的灵活运动，实现对目标物体的精确控制。

机器人手的关节通常采用伺服驱动器或步进驱动器来实现精确的控制。

伺服驱动器通过反馈控制系统，可以实现对关节位置、速度和力矩的精确控制，使机器人手能够完成复杂的操作任务。

步进驱动器则通过精确的步进运动控制，实现关节的位置控制，适用于一些简单的操作任务。

机器人手的传感器通常包括力传感器、触觉传感器和位置传感器等。

力传感器可以测量机器人手对物体施加的力或力矩，从而实现对力的感知和控制。

触觉传感器可以模拟人手的触觉感知功能，使机器人手能够感知物体的质量、硬度、形状等特征。

位置传感器用于测量机器人手的位置和姿态，实现对手指和关节的精确控制。

机器人手的结构设计不仅要考虑功能和性能，还要满足实际应用的需求。

例如，在工业机器人中，机器人手通常需要具备高负载、高速度和高精度的特点；在服务机器人中，机器人手需要具备轻巧、柔软和安全的特点，以适应不同的环境和任务。

随着机器人技术的不断发展和应用的不断扩大，机器人手的结构设计也在不断创新和进化。

一些新兴的结构设计包括柔性手指、并联机构和生物启发式结构等。

柔性手指是一种利用柔性材料构造的手指，具有良好的柔软性和适应性。

柔性手指可以通过变形来适应不同形状和大小的物体，具有良好的握持能力和抓取精度。

并联机构是一种由多个并联连接的杆件和关节组成的手指结构，通过并联机构的运动，可以实现更高的载荷和更大的工作空间。

生物启发式结构则是借鉴生物的结构和运动原理，设计具有类似生物手的机器人手，具有更强的适应性和灵活性。

机器人手部结构详解

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。
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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。
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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。
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6
末端操作器图例（2）：
电磁吸盘的结构：
主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。
工作原理：
夹持工件：
线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生磁场）→吸附工件
放开工件：
线圈断电→磁吸力消失→工件落位
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27
2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于由有色金属和非金属材料制成的工件。
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三、手部的构成
主要有手指、驱动机构和传动机构组成。
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11
四、手部的分类
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1．按用途分：
手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工件、握持工件、释放工件。
抓住：在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，
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。
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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34
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。

机器人手部结构详解

吸盘式：

负压吸盘：真空式、喷气式、挤气式。磁力吸盘：永磁吸盘、电磁吸盘。
五、典型结构
1．机械式手爪结构：

气动驱动手爪：

气缸驱动活塞平移→齿条移动→扇形齿轮摆动→连杆机构摆动→手爪平动

其它四种机械式手爪机构：
气动手爪图例：
问题：
1、分析手部的运动。 2、手部作的是什么类型运动？
机械手爪图例：
2．设有检测开关的手爪装置：

工作原理：
手爪装有限位开关5和7。在指爪 4沿垂直方向接近工件6的过程中，限位开关检测手爪与工件的相对位置。当工件接触限位开关时发信号，汽缸通过连杆3驱动指爪夹紧工件。
4．上料吸盘（1）：
4．上料吸盘（2）：
4．手部的通用性比较差：

工业机器人的手部通常是专用装置：一种手爪往往只能抓住一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近的工件；一种工具只能执行一种作业任务。
二、手部的设计要求

具有足够的夹持力。保证适当的夹持精度：

手指应能顺应被夹持工件的形状，应对被夹持工件形成所要求的约束。主要是根据作业对象的大小、形状、位置、姿态、重量、硬度和表面质量等来综合考虑。由于感知手爪和物体之间的接触状态、物体表面状况和夹持力的大小等，以便根据实际工况进行调整等。
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。
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。
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。在工厂一般都有空压站，喷气式吸盘在工厂得到广泛的应用。

(完整版)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。

机器人手部结构详解及大量结构图

回转型图例
平动型图例
用作图法分析当主动件左移才处于某个位置时，手指所处的位置。

平移型图例
⏹手指式：
⏹外夹式、内撑式、内外夹持式。

⏹平移式、平动式、旋转式。

⏹二指式、多指式。

⏹单关节式、多关节式。

⏹吸盘式：
⏹负压吸盘：真空式、喷气式、挤气式。

⏹磁力吸盘：永磁吸盘、电磁吸盘。

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。

回转动力源1和6驱动构件2和5顺时针或逆时针旋转，通过平行四边形机构带动手指3和4作平动，夹紧或释放工件。

手爪装有限位开关5和7。

在指爪4沿垂直方向接近工件6的过程中，限位开关检测手爪与工件的相对位置。

当工件接触限位开关时发信号，汽缸通过连杆3驱动指爪夹紧工件。

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机器人手部结构详解

2．手部是末端操作器：．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。
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。
末端操作器图例（2）：
3．手部是一个独立的部件：．手部是一个独立的部件：
工业机器人通常分为三个大的部件：工业机器人通常分为三个大的部件：机身、手臂（含手腕）、手部。手部对整个机器人完成任务的好坏起着关键的作用，它直接关系着夹持工件时的定位精度、夹持力的大小等。
机器人手部结构
主讲周兰
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。
一、手部的特点
1．手部与手腕相连处可拆卸：．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：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。手部可能还有一些电、液的接口：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。
2．电磁吸盘(2)：．电磁吸盘：
适用范围：适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于由有色金属和非金属材料制成的工件。适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工作性能的工件。适合于定位精度要求不高的工件。适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下的磁性会消失。
电磁吸盘图例:
3．真空式吸盘：．真空式吸盘：
平移型图例：
此时手部是张开还是合拢？
该丝杆的螺纹具有什么特点？

机器人腕部结构分析

• 附加俯仰运动：
第35页/共38页
•
轴星经
过架B 、Z回2轴0转、S时Z不1→6转、迫而Z使1T7、轴齿Z回轮18转Z实22现→绕附齿齿加轮轮俯ZZ2仰231、的运Z过动21 不程
转中
→ 自
当转
行 →
轮系驱动三自由度手腕图例（5）：
• 附加回转运动：
第36页/共38页
• 轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行星架回转时→迫使齿轮Z11绕齿轮Z23的过程中自转 →
一、手腕的自由度
第2页/共38页
1．手腕的自由度：
• 为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、 Y、Z 的旋转运动。这便是腕部运动的三个自由度，分别称为翻转 R （Roll）、俯仰P（Pitc h）和偏转Y（Yaw）。
• 并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确定。
→20、手Z腕16壳→
直线运动转化为旋转运动：
第33页/共38页
轮系驱动三自由度手腕图例（3）：
• 偏转运动：
第34页/共38页
• 油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮
副连
在Z 3
/一Z 4起→→带带动动花行键星轴架5 、及6手旋腕转作→偏花转键运轴动6
与
行
星
架
9
轮系驱动三自由度手腕图例（4）：
轮系驱动二自由度手腕图例（4）：
• 思考题：
图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B 轴输入时，腕部存在哪些运动，为什么？
第27页/共38页
轮系驱动二自由度手腕图例（3）：
• 附加回转运动：

机器手爪结构

气吸式手部是利用吸盘内的压力与大气压之间的压力差而工作的。按形成压力差的方法，可分为真空气吸、气流负压气吸、挤压排气负压气吸。
(1)气吸式
(2)磁吸式磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附工件的，其应用较广。磁吸式手部与气吸式手部相同，不会破坏被吸收表面质量。磁吸收式手部比气吸收式手部优越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面粗糙度及通孔、沟槽等无特殊要求。
五、手部机构
机器人的手部是是最重要的执行机构，从功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。
１.夹持类夹持类手部除常用的夹钳式外，还有脱钩式和弹簧式。此类手部按其手指夹持工件时的运动方式不同又可分为手指回转型和指面平移型。
２．吸附类
(1)气吸式
气吸式手部是工业机器人常用的一种吸持工件的装置。它由吸盘（一个或几个）、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单、重量轻、使用方便可靠等优点。广泛应用于非金属材料（如板材、纸张、玻璃等物体）或不可有剩磁的材料的吸附。
气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤，且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质致密，没有透气空隙。
３.仿人机器人的手部
目前，大部分工业机器人的手部只有２个手指，而且手指上一般没有关节。因此取料不能适应物体外形的变化，不能使物体表面承受比较均匀的夹持力，因此无法满足对复杂形状、不同材质的物体实施夹持和操作。为了提高机器人手部和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行各种复杂的作业，就必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手，即仿人手。

任务二机器人的手腕结构

工业机器人的机械结构
手部（末端操作器）工业机器人的机械结构手腕手臂机身确定手部作业方向
工业机器人的手腕
课程目标
掌握机器人的手腕结构组成掌握机器人的手腕工作原理掌握机器人手腕的作用
工业机器人的手腕
机器人的手腕是连接手部与手臂的部件，它的主要作用是支承手部，因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂动作的要求。一、手腕的分类
工业机器人的手腕
工业机器人按自由度数目
二自由度手腕三自由度手腕
按驱动方式
直接驱动手腕
远距离传动手腕
工业机器人的手腕
二、手腕的典型结构确定手部作业方向一般需要3个自由度（1）臂转绕小臂轴线方向的旋转。
（2）手转使手部绕自身的轴线方向旋转。
（3）腕摆使手部相对于臂进行摆动。
柔顺性概念
柔顺装配技术有两种：一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正边装配。另一种是从机械结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装配的要求。

机器人腕部结构分析

精品
偏转运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
精品
四、典型结构
精品
1．摆动液压缸（又称回转液压缸）：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
机器人腕部结构
主讲郝建豹
精品
引言：
腕部是臂部和手部的连接件，起支承手部和改变手部姿态的作用。
精品
一、手腕的自由度
精品
1．手腕的自由度：
为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z 的旋转运动。这便是腕部运动的三个自由度，分别称为翻转R（Roll）、俯仰P （Pitch）和偏转Y（Yaw）。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确定。
精品
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
精品
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻；动作灵活、平稳，定位精度高；强度、刚度高；与臂部及手部的连接部位的合理连接
结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。
俯仰运动：
轴B旋转→齿轮副Z24/Z21，Z21/Z22→齿轮副Z20、Z16→齿轮副Z16、Z17→齿轮副Z17、Z18→轴19旋转→手腕壳体与轴 19固联→实现手腕的俯仰运动
精品
直线运动转化为旋转运动：
精品
轮系驱动三自由度手腕图例（3）：