机器人手部结构
工业机器人技术 机器人手部结构
知识准备
三、后驱RBR手腕结构
2. 手腕单元传动系统
手腕单元由B/T轴输入组件、B轴 减速摆动组件、T轴中间传动组件、 T轴减速输出组件，4个组件组成。 这四个组件安装在连接体1和摆动体 26中间。
各部分的结构如图所示。
任务实施
学习视频， 完成工作页内容
视频1
工业机器人技术与应用
任务一
项目三 工业机器人的机械系统
机器人手部结构
导入
什么是机器人的手部结构？ 机器人的手部在哪里？
目录
学习目标
知识准备
任务实施
主题讨论
学习目标
学习目标
知识目标
1 前驱RBR手腕结构 2 后驱RBR手腕结构
学习重点
机器人RBR手腕结构
知识准备
一、机器人的基本结构
六自由度机器人的运动关节包括：J1轴（又称腰回转S 轴），J2轴（下臂摆动L轴），J3轴（上臂摆动U轴），J4 轴（手腕回转R轴），J5轴（腕摆动B轴），J6轴（手回转 T轴）。
“前驱”是指B轴和T轴的驱动电机直 接安装在上臂前段的内腔中。
这种结构对于小型机器人，手部负载 较低，采用的驱动电机体积小，重量轻， 布置在上臂前端，不会使上臂的重量增加 很多，又能够缩短传动链，简化结构。
知识准备
二、前驱RBR手腕结构
前驱RBR手腕传动系统由B轴减速摆 动、T轴中间传动、T轴减速输出三个组件 构成，这三个组件可以整体安装、拆卸。
B、T轴驱动电机2、26安装在上臂前 段内腔中,通过同步皮带和同步带轮向后面 传动系统传输动力。件
B轴减速摆动组件由摆动体、输入轴、 输出轴、谐波减速器的刚轮、柔轮、谐波 发生器组成，可整体安装，然后用键和螺 栓将同步带轮固定在输入轴上，即可完成 该组件的安装。
机器人手部结构详解
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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。
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。
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电磁吸盘图例:
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29
3．真空式吸盘：
构成:
由真空泵、电磁阀、电机和吸盘等构成。
工作原理：
形成真空吸附工件：
电机→真空泵→3＃电磁阀左侧→从吸盘5处抽 气
释放工件：
电机、泵停转→大气经6＃口→ 4＃电磁阀左侧 → 3＃电磁阀右侧→送气至吸盘5处
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30
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。
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五、典型结构
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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：
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24
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？
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6
末端操作器图例（2）：
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7
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。
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机器人腕部结构上课
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构
1-定片；2-动片；3-后盖；4-夹紧缸体；5-活塞杆；6-回转缸体；7-前盖；8-指座
3.3 机器人腕部结构
1.1 工业机器人的基本概念
2023/6/29
问题： 手部转轴是与油缸的什么部件相联？
3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
2 二自由度手腕
1.1 工业机器人的基本概念 ❖ 结构特点：
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3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
3.3.3
❖ R1R.R1型工手业腕机器人的基本概念
制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍。
RRR型手腕结构示意图
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3.3 机器人腕部结构
❖ RRR型手腕
1.1 工业机器人的基本概念
2023/6/29
RRR型手腕结构示意图
RRR型手腕关节远程传动示意图
▪ 腕部关节结构紧凑，尺寸和质量小，但传动设计复杂，传 动刚度也降低了。
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3.3 机器人腕部结构
3.3.3
2 远1.程1驱工动业机器人的基本概念
2023/6/29
偏转运动 俯仰运动 回转运动
问题：
1、各轴分别实现什么运动？
2、当手腕进行俯仰运动时，能否 同时进行回转运动？
3、三个运动能否同时进行？
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
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3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖回转运动：
▪ 轴S旋转→锥齿轮副 Z1、Z2→锥齿轮副Z3 、Z4→手腕与锥齿轮 Z4为一体→手腕实现 绕C轴的旋转运动
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
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腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
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腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 远距离传动手腕：
–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。
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1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
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2）. 单回转腕部 结构示例
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3）双回转油缸驱动手腕
机器人手部设计
§4-5手部设计
一、概述 工业机器人的手部(Hand)也叫做末端操作器
(End-effector)，它是装在工业机器人手腕上直 接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种 含义：第一种含义是医学上把包括上臂、手腕 在内的整体叫做手；第二种含义是把手掌和手 指部分叫做手。工业机器人的手部接近于第二 种含义。
3.按手指或吸盘数目分 机械手爪可分为：二指手爪、多指手瓜。 机械手爪按手指关节分：单关节手指手爪、多关节手指手爪。 吸盘式手爪按吸盘数目分：单吸盘式手爪、多吸盘式手爪。 图4-49所示为一种三指手爪的外形图，每个手指是独立驱动的。
这种三指手爪与二指手瓜相比可以抓取像立方体、圆柱体、球体 等不同形状的物体。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。
工业机器人手部的特点：
(1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接 口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对 象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。
(2)手都是工业机器人末端操作器。它可以像人手那 样具有手指，也可以是不具备手指的手；可以是类人 的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机 器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
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）：
机器人手部结构详解
工具：进行作业的专用工具。
工件的定位和夹紧：
F
2．按夹持方式分：
外夹式：
手部与被夹件的外表面相接触。 手部与工件的内表面相接触。
内撑式：
内外夹持式：
手部与工件的内、外表面相接触。
夹持方式图例：
Y
X Z
3．按手爪的运动形式分：
回转型：
当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。 手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 体时，手指姿态不变，作平动。 当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
应用：
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。
齿轮齿条式手爪重力式手爪滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪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适用于用铁磁材料做成的工件
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。
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。
简述机器人手部的特点
探秘机器人手部的特点
机器人手部是机器人最为重要的构成之一，其特点决定了机器人
在不同领域的应用。
以下将从机器人手部的结构、功能、灵活性以及
精度等方面进行探讨。
首先，机器人手部的结构分为爪式和手指式两种。
爪式多用于物流、工厂等领域，具有稳定的抓力和负重能力；而手指式多用于医疗、服务等领域，具有更高的灵活性和精度。
其中，手指式结构在手指数量、材质、长度、连接方式等方面都有所区别，根据应用场景选择不
同的手指结构是机器人手部设计中的重要环节。
其次，机器人手部在功能上需要具备抓取、放置、旋转、翻转、
拔取等操作。
为了实现这些功能，机器人手部还需要配备各种传感器
和执行器，如摄像头、力传感器、角度传感器、电机等。
这些传感器
和执行器配合使用，可以让机器人手部实现更加精细的操作，如对物
品进行分类、装配、拆卸等。
再次，机器人手部需要具备灵活性和精度。
灵活性指机器人手部
可以在不同姿态进行抓取、放置操作，同时还需要具备避免碰撞和识
别物品大小、形状、重量等能力。
而精度则体现在机器人手部能够实
现微调、精细操作，如医疗机器人手术操作、电子产品的贴片等。
这
就需要机器人手部配备高精度的传感器和执行器，并且通过良好的控
制算法使其实现精确操作。
综上所述，机器人手部的特点决定了机器人在不同领域的应用。
机器人手部的结构、功能、灵活性和精度等因素需要综合考虑，并根据应用场景进行巧妙设计。
《机器人手臂》PPT课件
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五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转 肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
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五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
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5．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电转机运M动5n→5 减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋 腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 肘关节摆动：
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5
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。
2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。
3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
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工字钢
工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长 条钢材。其规格以腰高( h)*腿宽(b)*腰 厚(d)的毫数表示，如“工160*88*6”， 即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米， 腰厚为6毫米的工字钢。工字钢的规格也 可用型号表示，型号表示腰高的厘米数， 如工16#。
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丝杆螺母传动手臂升降机构
P47 图2.41
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3．手臂俯仰运动机构
机器人手臂的俯仰运动一般采用活塞油 (气)缸与连杆机构联用来实现。手臂的 俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方, 其活塞杆和手臂用铰链连接, 缸体采用 尾部耳环或中部销轴等方式与立柱联接, 如图2.42、图2.43所示。此外,还有采用 无杆活塞缸驱动齿轮齿条或四连杆机构 实现手臂的俯仰运动。
电关节机摆M3动→n两3 级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘 肩关节的摆动：
机器人手部结构
图 1.2.5 滑槽式杠杆回转型手部
图1.2.6所示为双支点连杆杠杆式手部简图。 驱动杆2末 端与连杆4由铰销3铰接, 当驱动杆2作直线往复运动时, 则通
过连杆推动两杆手指各绕其支点作回转运动, 从而使手指松开
或闭合。
图 1.2.6 双支点连杆杠杆式手部
图1.2.7所示为齿轮齿条直接传动的齿轮杠杆式手部的结构。 驱动杆2末端制成双面齿条,与扇齿轮4相啮合, 而扇齿轮4与手
图1.2.23所示为用柔性材料做成的柔性手。一端固定,一端 为自由端的双管合一的柔性管状手爪, 当一侧管内充气体或液体、 另一侧管内抽气或抽液时形成压力差,柔性手爪就向抽空侧弯曲。 此种柔性手适用于抓取轻型、圆形物体, 如玻璃器皿等。
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。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。
图 1.2.14 挤压排气式取料手
1. 磁吸附式取料手 磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料,
因此只能对铁磁物体起作用; 另外,对某些不允许有剩磁的零
件要禁止使用。所以, 磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。 电磁铁工作原理如图1.2.15(a)所示。当线圈1通电后, 在 铁心2内外产生磁场, 磁力线穿过铁心, 空气隙和衔铁3被磁化 并形成回路, 衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。实际使
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。
机器人手部结构与应用实例
机器人手部结构和应用实例
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。
机器人手部结构和应用实例
一、手部的特点
机器人手部结构和应用实例
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： ，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。
2．电磁吸盘(1)：
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
机器人手部结构和应用实例
2．电磁吸盘(2)：
机器人手部结构和应用实例
末端操作器图例（2）：
机器人手部结构和应用实例
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。
机器人手部结构和应用实例
4．手部的通用性比较差：
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。
机器人手部结构和应用实例
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。
机器人手部结构和应用实例
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。
构成:
由真空泵、电磁阀、电机和吸盘等构成。
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。
工业机器人技术机器人手部结构
工业机器人技术机器人手部结构随着工业自动化的发展，越来越多的企业开始采用工业机器人来完成各种工作任务。
而机器人手部结构是机器人的关键组成部分之一，它直接影响着机器人的灵活性、精确性和稳定性。
因此，研究和设计高性能机器人手部结构是非常重要的。
机器人手部结构主要包括机器人手臂、手指和手腕三个部分。
下面我将逐一介绍这三个部分的结构和功能。
首先是机器人手臂。
机器人手臂是机器人手部结构的基础，它连接着机器人的身体和手指，起到支撑和移动手指的作用。
机器人手臂通常由多个关节和连接件组成，可以在一定范围内进行自由运动。
根据机器人的需求和任务，手臂的长度和关节数可以有所不同。
同时，机器人手臂的材料也需要具备一定的刚性和韧性，以承受较大的载荷。
其次是机器人手指。
机器人手指是机器人手部结构的“手”，负责抓取、夹持和放置物体。
机器人手指一般由指节、指骨和指关节组成，通过关节的运动实现手指的伸缩、曲率和旋转。
为了保证机器人手指的精确性和稳定性，手指的设计需要考虑力触觉和位置控制等方面。
此外，机器人手指的表面覆盖材料也需要具备一定的抓握性能，以适应不同形状和材质的物体。
最后是机器人手腕。
机器人手腕起到连接机器人手臂和手指的作用，它能够使手指在多个平面上进行旋转和倾斜。
机器人手腕通常由多个旋转关节和连接件组成，通过关节的运动使机器人手指更加灵活。
为了增加机器人手腕的力矩和刚度，通常会采用外部传动装置来提高机器人手腕的精确性和控制能力。
在工业机器人的应用中，机器人手部结构的设计和研究涉及到多学科的知识，包括机械工程、电子工程和控制工程等。
目前，一些先进的机器人手部结构开始采用柔性和可变形材料，以适应更加复杂和多样化的工作环境。
同时，机器人手部结构的智能化和感知能力也成为了研究的热点。
总之，机器人手部结构是工业机器人的核心组成部分，它直接决定了机器人的灵活性、精确性和稳定性。
随着技术的不断进步，机器人手部结构将会变得更加复杂和智能化，为工业自动化带来更多的便利和效益。
(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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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
图1.2.23所示为用柔性材料做成的柔性手。一端固定,一端 为自由端的双管合一的柔性管状手爪, 当一侧管内充气体或液体、 另一侧管内抽气或抽液时形成压力差,柔性手爪就向抽空侧弯曲。 此种柔性手适用于抓取轻型、圆形物体, 如玻璃器皿等。
1.2.3.2 吸附式取料手 1. 气吸附式取料手 原理： 气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。 分类：
按形成压力差的方法,可分为真空吸附、气流负压气吸、挤压排气负压气吸
式等几种。 优缺点： 气吸式取料手与夹钳式取料手相比, 具有结构简单,重量轻, 吸附力分布均 匀等优点,对于薄片状物体的搬运更有其优越性(如板材、 纸张、 玻璃等 物体), 广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物体表 面较平整光滑, 无孔无凹槽。
图 1.2.1 夹钳式手部的组成
1. 手指
手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件, 就是通 过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指, 也有三个或多个手指,其结构形式常取决于被夹持工件的形状 和特性。按两种情况分析：指端的形状与指面的形状。
指端的形状通常有两类: V型指和平面指。
图 1.2.5 滑槽式杠杆回转型手部
图1.2.6所示为双支点连杆杠杆式手部简图。 驱动杆2末 端与连杆4由铰销3铰接, 当驱动杆2作直线往复运动时, 则通
过连杆推动两杆手指各绕其支点作回转运动, 从而使手指松开
或闭合。
图 1.2.6 双支点连杆杠杆式手部
图1.2.7所示为齿轮齿条直接传动的齿轮杠杆式手部的结构。 驱动杆2末端制成双面齿条,与扇齿轮4相啮合, 而扇齿轮4与手
1.2 机器人末端操作器(机器人手部结构)
机器人的末端操作器也叫做末端执行器，它包含两大部分：手 部与专用操作器。 手部是装在机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。它
具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。
人的手有两种含义：第一种含义是医学上把包括上臂、手腕在 内的整体叫做手；第二种含义是把手掌和手指部分叫做手。机 器人的手部接近于第二种含义。 专用操作器：各种工具
图 1.2.8 直线平移型手部
② 平面平行移动机构： 图1.2.9所示为几种平面平行平移型夹钳式手部的简图。 它们的共同点是: 都采用平行四边形的铰链机构——双曲柄铰 链四连杆机构, 以实现手指平移。其差别在于分别采用齿条
齿轮、 蜗杆蜗轮、 连杆斜滑槽的传动方法。
图 1.2.9 四连杆机构平移型手部结构
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。
指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。 光滑指面平整光滑, 用来夹持已加工表面, 避免已加工表面受 损。 齿形指面的指面刻有齿纹, 可增加夹持工件的磨擦力,以确保
夹紧牢靠, 多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。
柔性指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物,有增加磨擦力、保护工
件表面、 隔热等作用, 一般用于夹持已加工表面、炽热件,也
1.2.2. 机器人手部的特点
(1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、 气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和更换 手部。 • (2)手部是机器人末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也可以 是不具备手指的手；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工 具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。 • (3)手部的通用性比较差。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，那么机器人机 械系统的三大件就是机身、手臂和手部(末端操作器)。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 有复杂感知能力的智能化手爪的出现，增加了工业机器人作业的灵活 性和可靠性。
图 1.2.11 微小零件取料手 (a) 垫圈取料手； (b) 钢球取料手
图 1.2.12 各种真空吸附取料手
2) 气流负压吸附取料手 气流负压吸附取料手如图1.2.13所示。气流负压吸附取料 手是利用流体力学的原理, 当需要取物时, 压缩空气高速流经 喷嘴5时, 其出口处的气压低于吸盘腔内的气压, 于是腔内的 气体被高速气流带走而形成负压, 完成取物动作;当需要释放 时, 切断压缩空气即可。这种取料手需要压缩空气,工厂里较 易取得,故成本较低。
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。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。
由壳体6的外圈, 经磁盘3、 工件和铁心, 再到壳体内ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ形成闭
合回路, 以此吸附工件。铁心、磁盘和壳体均采用8～10号低碳 钢制成, 可减少剩磁, 并在断电时不吸或少吸铁屑。盖5为用 黄铜或铝板制成的隔磁材料,用以压住线圈11, 防止工作过程中 线圈的活动。挡圈7、8用以调整铁心和壳体的轴向间隙, 即磁 路气隙δ ,在保证铁心正常转动的情况下,气隙越小越好,气隙越 大， 则电磁吸力会显著地减小,因此, 一般取δ ＝0.1～0.3 mm。 在机器人手臂的孔内可做轴向微量地移动, 但不能转动。铁心1 和磁盘3一起装在轴承上, 用以实现在不停车的情况下自动上下 料。
图 1.2.14 挤压排气式取料手
1. 磁吸附式取料手 磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料,
因此只能对铁磁物体起作用; 另外,对某些不允许有剩磁的零
件要禁止使用。所以, 磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。 电磁铁工作原理如图1.2.15(a)所示。当线圈1通电后, 在 铁心2内外产生磁场, 磁力线穿过铁心, 空气隙和衔铁3被磁化 并形成回路, 衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。实际使
3.驱动机构 • 手指式手部通常采用气动，液动，电动和 电磁来驱动手指的开合。 • 气动手爪： • 优点：结构简单，成本低，容易维修，而 且开合迅速，重量轻。 • 缺点：空气介质的可压缩性，使爪钳位置 控制比较复杂。
• 液动手爪： • 优点： • 缺点：成本稍高。 • 电动手爪： • 优点：手指开合电机的控制与机器人控制可以共用一个系统，。 • 缺点：夹紧小，开合时间长， • 电磁手爪： • 优点：控制信号简单 • 缺点：夹紧的电磁力与爪钳的行程有关，只能用在开合距离小的场合。
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
1) 真空吸附取料手 图1.2.10所示为真空吸附取料手的结构原理。其真空的产
生是利用真空泵, 真空度较高。主要零件为碟形橡胶吸盘1,
通过固定环2安装在支承杆4上, 支承杆由螺母5固定在基板6上。 取料时, 碟形橡胶吸盘与物体表面接触, 橡胶吸盘在边缘既起