机器人讲义手部设计
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）∆γ，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。
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：Φ20-Φ30 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N F a 6.11max =，G=mg (g 取10N/kg)。
第八讲机器人的腕部结构
一、手腕的自由度
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。
直线运动转化为旋转运动
轮系驱动三自由度手腕图例（3）：
偏转运动
油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮副 Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在 一起→带动行星架及手腕作偏转运动
轮系驱动三自由度手腕图例（4）：
附加俯仰运动： 附加俯仰运动：
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Z22 绕齿轮Z21 的过程中自转→经过Z20、 Z16、Z17、Z18实现附加俯仰运动
直接驱动手腕： 直接驱动手腕： 手腕
驱动源直接装在手腕上。这种直接驱动手腕的 关键是能否设计和加工出尺寸小、重量轻而驱 动扭矩大、驱动性能好的驱动电机或液压马达。
远距离传动手腕： 远距离传动手腕： 手腕
有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置 又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕的重 量，采用远距离的驱动方式，可以实现三个自 由度的运动。
轮系驱动二自由度手腕图例（4）
思考题： 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？
4．轮系驱动的三自由度手腕 ．
结构特点： 结构特点： 特点
该机构为由齿轮、链轮传动实现的偏转、 俯仰和回转三个自由度运动的手腕结构。
直线运动转化为旋转运动
俯仰
轮系驱动三自由度手腕图例（1）：
工业机器人课件2.2手部设计-2.3腕部设计
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
工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-机械手手部结构教材
喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：
主要构成：
吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘
工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：
工作原理：
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。
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）：
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。
应用：
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。
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。
3．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： 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。
机械手手部课程设计
2022年秋季学期语文老师个人经验总结5篇秋季学期语文老师个人经验总结篇1作为一名小学语文教师，应对如何教好学生，如何胜任这份使命？我深感职责之重大。
在这漫漫之路摸索，不断前进中，我觉得，要上好课就应当了解教材、理解的意图、锤炼学生。
开学初，我浏览了下新书，根据教材及我班学生情景制定了相应的教学计划，尽可能的体现编者意图。
在备课时，认真研究课文，根据大纲、编者意图以及本单元的训练重点，去追踪的思路，与产生共鸣。
上好课的前提是备好课，而要备好课，不能光依靠于“教参”，要让学生学好一篇课文，教师先要反复研读课文，摸清课文的思路、抓住重点词语、弄清重点词语与所表达的思想感情；要分清段落，归纳出段意，捕捉文章的中心思想。
在这方面，我自认为做的还不错。
其次就是设计好教学环节。
我认为，在制定教学环节时，教师要像导演一样，精心设计出层次性清、操作性强、实效性高的引导学生自我实践的课堂活动程序。
要根据教材资料和学生实际，把握住教学必须突出的重点和需要解决的难点，围绕一个“读”字，做到以问促读、读必所思，以议细读、读能明理。
把学生的自读、教师的范读、师生的齐读等形式有机地安排在初读、细读、精读等各个教学环节之中。
要精心设计课堂设问，每次让学生读书时，都必须带着问题去读。
杜绝“小和尚念经，有口无心”的读法。
课堂设问要有思维的容量、思考的价值、恰当的深度，着眼点要放在文章的关键处、的精心构思处、事物的联系处、学生的不意处、情感的发展处以及资料的矛盾处。
相信，如果能做到这些，将会是一节不错的课。
而实际操作过程中，总有太多的不如意。
有时明明是a想法，上课时却变成b法了。
越是想上好，越容易出差错，不成熟，令我汗颜。
有人说是一门科学，也是一门艺术。
作为语文教师，要想在教学中取得事半功倍效果，创设良好的课堂气氛也是很重要的。
教师是课堂教学的组织者和领导者，其知识，人格和威信是一种巨大的精神力量，具有很大的震憾作用，是影响学生情感、制约课堂气氛的关键要素。
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
A
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。
A
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。
A
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
A
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。
A
10
三、手部的构成
主要有手指、驱动机构和传动机构组成。
A
11
四、手部的分类
A
12
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。
A
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。
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？
工业机器人2.2手部设计-2.3腕部设计
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
大部分的工业机器人的手部只有两个 手指，而且手指上一般没有关节。为了 使机器人的手臂能完成各种不同的工作， 有更大的适应性和通用性，除了要使臂 部具有更大的空间活动范围外，还要在 其上安装一个更灵巧的手，即类人手。 这种手是由若干带有关节的手指构成。
一、气吸式手部的种类
5 3 4
4
2
1
1-电机 2-真空泵 3,4-电磁阀 5-吸盘 真空吸盘控制系统
No.29
2.2.2 吸附式手部的设计
一、气吸式手部的种类
气流负压喷嘴吸盘结构原理图 挤压负压式吸盘
No.30
2.2.2 吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面积 的大小有关。工件被吸附表面的形状和 表面不平度也对其有一定的影响，设计 时要充分考虑上述各种因素，以保证有 足够的吸附力。
一、手指
No.9
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
斜楔杠杆式手部
No.10
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.11
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.12
2.2.1 钳爪式手部的设计
No.34
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
盘状磁吸附手部结构
No.35
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
几种电磁式吸盘工作示意图
No.36
2.2.2 吸附式手部的设计
工业机器人4[1].3_臂部手腕设计
![工业机器人4[1].3_臂部手腕设计](https://img.taocdn.com/s3/m/1040630169eae009581bec96.png)
• 二、手臂的常用结构
• 1.手臂直线运动机构
• 机器人手臂的伸缩、横向移动均属于直线运 动。实现手臂往复直线运动的机构形式比较多， 常用的有活塞油(气)缸、齿轮齿条机构、丝杠螺 母机构以及连杆机构等。由于活塞油(气)缸的体 积小、重量轻，因而在机器人的手臂结构中应用 比较多。
• 2.手臂回转运动机构
图4-50所示为一种多关节柔性手指手爪，它的每个手指具有 若干个被动式关节(PassivejointS)，每个关节不是独立驱动。 在拉紧夹紧钢丝绳后柔性手指环抱住物体，因此这种柔性 手指手爪对物体形状有一种适应性。但是，这种柔性手指 并不同于各个关节独立驱动的多关节手指。
4.按智能化分
(1)普通式手爪。手爪不具备传感器。
(3)手部的通用性比较差。工业机器人手部通常是 专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或 几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一 种工具只能执行一种作业任务。
(4)手部是一个独立的部件。假如把手腕归属于手 臂，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、 手臂和手部(未端操作器)。手部对于整个工业机器人 来说是完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部件之 一。具有复杂感知能力的坦l能化手爪的出现，增加 了工业机器人作业的灵活性和可靠性。
• 实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种 多样的，常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、 链轮传动机构、活塞缸和连杆机构等。
•
•
下图所示为采用活塞缸和连杆机构的一种双
臂机器人手臂的结构图。手臂的上下摆动由饺接
活塞由缸和连杆机构来实现。当活塞油缸1的两
腔通压力油时，通过连杆2带动曲柄3(即手臂)绕
轴心 O 作 90的上下摆动(如双点划线所示位置)。
二、手部的分类
抓持式机器人手部设计
抓持式机器人手部设计与分析专业：09级机电一体化班级：六班姓名：***学号：***********目录摘要 (3)绪论 (4)一、机器人手部分类及特点 (5)二、机器人结构分析 (5)三、驱动方式 (6)四、手部夹紧力计算 (8)五、抓持式手部运动 (9)摘要机器人手部是安装与机器人手臂末端，直接作用于工作对象的装置，其手部的结构重量尺寸对于机器人整体的运动学和动力学性能有直接显著的影响，因此手部设计是机器人设计中的一个重要环节。
本文进行了一种手部在V型指上增加平面指的设计,能扩大夹持范围,避免因频繁更换手部而影响工作效率;在传动机构上运用连杆平行机构,提高了整个手部的刚性,使爪钳开合不同时夹紧力保持不变,同时手爪运动始终保持平行,保证定心误差为零;通过建立手指库实现机器人的一机多能,减少了设计和制造误差,进而降低成本.【关键词】机器人手部；连杆；手部特点；驱动方式；Robot hand is installed on the end with robot arm, Direct role in the work of the device object,The hand of structural weight dimensions for robot kinematics and dynamics of the whole performance is directly measurable effects,Therefore the hand design is a robot in the design of an important link.This article had a hand in the V-type refers to the increase in the plane on a design that can enlarge clamping range, To avoid frequent replacement of hand and the impact on productivity;In the application link on the drive mechanism, parallel increases the rigidity of the whole hand, claw claws-closing at clamping force remain unchanged, while gripper movement always maintain parallel, centering error is zero;Through the establishment of finger library implementation of multiple robots can, reduced design and manufacturing errors, thereby reducing costs.【Keyword】Robot hand;Connecting rod; Features of the hand;Driving mode绪论工业机器人常用于焊接、喷漆、上下料和搬运，延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作。