一种双手爪摆动机械手传动机构及优化设计
基于液压传动的机械手爪设计与改进
基于液压传动的机械手爪设计与改进引言机械手爪是现代制造业中常见的一种设备，它广泛应用于装配线、仓储物流等领域。
机械手爪的设计与改进对于提高生产效率、优化生产流程具有重要意义。
本文将介绍基于液压传动的机械手爪的设计原理、存在的问题以及改进方向。
设计原理基于液压传动的机械手爪是利用液压系统的动力通过控制器对机械手爪的动作进行控制的一种装置。
其基本原理是利用液体介质传递力量，通过控制传动系统中的液压缸对机械爪的打开、闭合动作进行调控。
具体来说，液压传动系统由主控制器、液压泵、控制阀和液压缸组成。
存在的问题然而，在实际应用中，基于液压传动的机械手爪存在一些问题需要解决。
首先，传统液压系统的响应速度较慢，无法满足高速作业的需求。
其次，液压系统的维护成本较高，需要定期更换液压油和维修液压元件。
此外，传统液压系统的电气控制较为复杂，需要专业技术人员进行维护和操作。
改进方向一：提高响应速度为解决传统液压系统响应速度慢的问题，可以采用先进的电液比例控制技术。
通过引入电液比例阀，将电气信号转化为液压信号，实现对液压系统的精确控制。
电液比例控制技术具有响应速度快、控制精度高的优势，可以大幅提高机械手爪的动作速度。
改进方向二：降低维护成本为降低维护成本，可以通过采用新型液压元件和优质液压油来延长液压系统的使用寿命。
新型液压元件具有更好的耐磨性和密封性能，能够减少泄漏和故障的发生。
同时，优质液压油具有良好的抗氧化性和抗污染性，能够有效保护液压元件不受外界环境的影响。
改进方向三：简化电气控制为简化电气控制，可以采用先进的智能控制器。
智能控制器集成了传感器、执行机构和控制算法，能够实现对机械手爪的智能化控制。
通过智能控制器，操作人员可以方便地进行参数设置和调整，降低了对专业技术人员的依赖，同时提高了机械手爪的灵活性和自动化水平。
结论基于液压传动的机械手爪是一种应用广泛的装备，设计与改进对于提高生产效率具有重要意义。
通过引入先进的电液比例控制技术、采用新型液压元件和优质液压油，以及应用智能控制器，可以解决传统液压系统存在的问题，提升机械手爪的性能指标，进一步推动工业自动化的发展。
一种机器人的手爪移动机构[发明专利]
![一种机器人的手爪移动机构[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/03d9a0d85727a5e9846a6179.png)
专利名称：一种机器人的手爪移动机构专利类型：发明专利
发明人：陈罡,崔海
申请号：CN201310434235.7
申请日：20130923
公开号：CN103495972A
公开日：
20140108
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种机器人的手爪移动机构，包括有底座，其中，底座上设置有垂直移动结构，该垂直移动结构上设置有能够上下垂直移动的活动板，活动板上设置装配有手爪机构的前后移动机构，手爪机构上设置装配有手爪的左右移动机构。
本发明的优点在于：垂直移动结构控制手爪的上下移动，前后移动机构控制手爪的前后移动，左右移动机构构控制手爪的左右移动，三个结构分别控制一个维度方向的移动；并通过垂直移动结构、前后移动机构和左右移动机构之间的相互配合而实现手爪的上下、前后、左右三维方向的移动，其结构简单、紧凑，移动灵活；三维方向的移动使手爪抓取物品时的范围更广，使手爪抓取物品时更加灵活、方便。
申请人：浙江纺织服装职业技术学院
地址：315211 浙江省宁波市风华路495号浙江纺织服装职业技术学院
国籍：CN
代理机构：宁波市天晟知识产权代理有限公司
代理人：张文忠
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关节型机器人二指平动手爪的设计
关节型机器人二指平动手爪的设计本文将介绍一种关节型机器人二指平动手爪的设计。
该手爪采用了平动机构和转动机构的结合，具有较高的抓取精度和稳定性。
本文将从机械手爪的工作原理、手爪的设计思路、制作过程等方面对该手爪进行详细介绍。
一、机械手爪的工作原理机械手爪的设计目标是能够将物品抓取并放置到指定的位置。
因此，机械手爪的设计必须考虑以下三个方面：机械手爪的抓取力、抓取精度和抓取范围。
为了满足以上要求，该手爪采用了平动机构和转动机构的结合，手爪有两个抓取指头，每个指头可以独立的伸展和收缩。
在实际操作中，机器人先是根据被取物品的大小和形状调整机械手爪的指头长度和间距，然后通过电机驱动机械手的指头向物体方向移动。
将指头与物品接触后，驱动手爪指头收缩，并施加一定的压力将物品抓住。
然后通过电机控制机械手爪的转动，把物品移动到指定位置，释放手爪，完成抓取和放置过程。
二、设计思路1.机械臂的选型这里我们选用六轴关节式机器人，因为关节型机器人可以自由的旋转和移动，且具有高度的灵活性，可以适应不同场合和任务的需求。
本文设计的机械手爪采用世界上最流行的夹持器机械构建方案---平动指夹，因为平动指夹结构简单，稳定性好，夹取的物品不易滑动。
而且，其自身的构成元件也有一定的标准化，使得机械手爪的制作更为方便。
3.机械手爪的结构设计该机械手爪结构设计简单，主要组成结构为基座、两个手指和手指收缩机构等。
手指采用平动结构设计，中央采用弹簧压板的形式对两个指头进行约束和稳固，同时保证了精度和稳定性。
手指的长度可以根据抓取物品的大小和形状进行调整，手指移动的方向可以通过电机控制，实现精准抓取的目的。
三、制作过程1. 机械手爪的制作材料本文设计的机械手爪使用2根异形铝杆，1个电机驱动装置，两个指夹部件，两个壳体，两个弹簧压板，一些紧固螺栓，1个主板等。
这些材料都可以在市面上购买到。
市场上的电机驱动装置品种齐全，大家可以根据实际情况和要求进行挑选。
机械手爪的设计与力控制
机械手爪的设计与力控制一、引言机械手爪作为机器人的一部分，扮演着重要的角色。
它能够模拟人手的动作，完成各种复杂的任务。
机械手爪的设计与力控制是机器人领域中的关键技术之一。
本文将深入探讨机械手爪的设计原理和力控制方法。
二、机械手爪的设计原理1. 结构设计机械手爪通常由多个自由度的机械臂和爪子组成。
机械臂提供了爪子的移动能力，而爪子负责抓取和释放物体。
机械手爪的设计需要考虑爪子的结构和材料，以及机械臂的运动范围和精度。
2. 传动机构机械手爪的传动机构通常包括电机、减速器和传动杆。
电机通过减速器将旋转运动转换为线性运动，传递给爪子，从而实现爪子的开合动作。
传动机构的设计需要考虑速度和力矩的平衡，以及传递的精度和可靠性。
3. 传感器机械手爪的设计还需要考虑传感器的选择和布置。
传感器可以用来检测爪子的位置、力量和姿态等信息，并将其反馈给控制系统。
传感器的选择和布置需要满足测量的准确性和实时性要求。
三、力控制方法1. 力传感器反馈控制力传感器可以用来测量机械手爪对物体施加的力量。
通过对力传感器的反馈信号进行处理，可以实现力控制。
例如，在抓取物体时，可以通过力传感器检测到物体与爪子接触时的力量，然后调整机械手爪的力量，以保持适当的抓取力度。
2. 位置控制与力矩控制的结合在某些情况下，仅仅通过力控制是不够的。
因为机械手爪需要根据物体的形状和重量来调整抓取力矩以保持稳定。
因此，需要将位置控制和力控制结合起来，通过对机械手爪的位置和力矩进行联合控制，实现更精确和稳定的抓取操作。
3. 智能控制随着人工智能和机器学习的发展，机械手爪的力控制方法也在不断演进。
智能控制算法能够分析和处理大量的数据，并根据实际情况做出决策。
例如，在不同的抓取任务中，智能控制算法可以通过学习得到最佳的控制策略，使机械手爪更加灵活和适应不同的工作环境。
四、机械手爪应用案例1. 工业领域机械手爪在工业领域中被广泛应用。
它可以协助人工完成繁重、危险或高精度的操作，提高生产效率和产品质量。
(完整版)六自由度机械手
目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1. 工业机器人概述 (3)1.2机械手的组成和分类 (4)1.2.1. 机械手的组成 (4)1.2.2. 机械手的分类 (5)第二章机械手的设计方案 (7)2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度” (7)2.2 机械手的主要参数 (8)第三章手部结构的设计 (9)3.1 末端执行器的设计 (9)3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)3.1.2 驱动电机型号选择 (10)3.1.3联轴器的选择 (11)3.2 手腕回转装置设计 (11)3.2.1 驱动电机的选择 (12)3.2.2 锥齿轮的设计 (13)第四章腕部结构设计 (16)4.1 腕部俯仰结构设计 (16)4.1.1 驱动电机的选择 (16)4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)4.2 手腕左右摆动结构设计 (18)第五章肘部与肩部的设计 (19)5.1 肘部结构设计 (19)5.1.1 驱动电机的选择 (20)5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)5.2 肩部结构设计 (22)5.2.1驱动电机的选择 (22)5.2.2 锥齿轮的设计 (23)第六章底座的设计 (23)6.1 驱动电机的选择 (24)6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)第七章：ADAMS 模型的建立与仿真 (25)7.1 手部模型的建立 (25)致谢 (29)参考文献 (29)摘要本次所设计的作品是“六自由度机械手”。
六自由度即：腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转，最终实现“末端执行器”的夹持动作。
方案一：所有传动均选用“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。
总共需要7个伺服电机来驱动。
首先，腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆旋转带动蜗轮回转，从而蜗轮再带动底座实现360度回转。
其次，肩部电机主轴通过联轴器与一个锥形齿轮连接，带动另外一个锥形齿轮进行双向旋转，从而实现肩部带动上臂的摆动动作。
再者，肘部电机通过联轴器与一“内啮合”小齿轮连接，而大齿轮与前臂的端部通过平键来周向连接定位。
机械制造及自动化专业毕业论文--抓握式灵巧手主手机械系统设计
摘要本文设计并优化了一种五指输入的鼠标型抓握式灵巧手主操作手。
灵巧手可用于太空探索、核能开发、医疗器械等人难以适应的极端和精密微操作环境中以替代人手作业。
主操作手是灵巧手系统中用于测量人手运动位姿并实现力反馈的触感交互装置。
我们从电脑鼠标获得启示，设计一种符合人手操作习惯，小巧、简单的主操作手。
它的每根手指具有三个自由度，每个自由度都能实现力反馈。
这种装置的指根关节采用杠杆原理实现，由直流电机驱动钢丝拉动手指后端实现力反馈。
指尖关节采用滚球鼠标传动原理设计，通过控制一个球套环逐渐抱紧滚球，增大滚动阻力实现力反馈。
最后，运用ADAMS软件对主手的静力学和动力学特性进行了仿真分析，依此优化设计方案。
关键词：五指灵巧手，触感交互装置，结构优化设计，ADAMSAbstractIn this paper, the design and optimization of a five-fingered mouse-shaped dexterous hand master is proposed. The dexterous hands are applied for tasks that are difficult for human to execute, such as dexterous micro operation and operation in extreme environments: space exploration, nuclear energy development and medical device. The dexterous hand master, as a haptic interface，can measure movement of the operator and display force feedback. From the idea of the computer mouse, we designed a simple compact master hand which is adapted to the human hand. It is manipulated on the desk. Each finger of this device has three DOF with feedback in three directions. The root joint of this device is designed in the use of leverage and its force feedback is transmitted from the DC motor through a rotation link. Front finger part of the device is designed based on the principle of ball mouse. We use a spherical ring wraps a ball. The rolling resistance, as the force feedback on the joints, increases with the contraction of the ring.Finally, we simulate the statics and dynamics of this device using ADAMS. The optimization of the design is based on the results of the simulation.Key Words：Dexterous hand; Haptic interface device; Structural optimal design; ADAMS目录摘要 (1)Abstract (2)第一章引言 (4)1.1 灵巧手系统的发展概况 (4)1.2 灵巧型触感装置的介绍 (6)1.2.1 穿戴型主操作手例说 (7)1.2.2 桌面型主操作手例说 (9)第二章抓握式灵巧手主手的设计概述 (10)2.1 设计综述 (10)2.2 灵巧手主手设计任务 (10)第三章抓握式灵巧手主手的设计 (12)3.1 简介 (12)3.2 灵巧手主手指根关节设计 (12)3.2.1 指根关节工作原理 (13)3.2.2 指根关节的具体设计 (13)3.3 灵巧手主手指尖关节设计 (15)3.3.1 指尖关节设计方案 (15)3.3.2 指尖关节的力反馈单元设计 (17)3.3.3小结 (20)第四章主手的仿真分析 (22)4.1 ADAMS软件介绍 (22)4.2 指尖机构的仿真分析 (22)4.2.1 指尖机构的仿真建模与任务 (22)4.2.2 指尖机构的仿真过程 (23)4.3 手指架的仿真分析 (25)4.3.1 手指架的仿真建模与任务 (25)4.3.2 手指架的仿真过程 (26)4.4 仿真小结 (28)第五章总结与展望 (29)参考文献 (30)致谢..................................................... 错误!未定义书签。
毕业设计（论文）-关节型机械手设计-圆柱坐标式（全套图纸）
1
Abstract
In this paper, the design of the joint-type robot using cylindrical coordinates of type, can be completed on the expected, inversion and other functions. Mainly by the manipulator hand, wrist, arm and body parts, etc., with rotating wrists, arms stretching, arm movements and arm rotation four degrees of freedom, able to meet the general requirements of the industry.
2.1.3 控制系统
有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有 采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡 等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。
2.2 关节型机械手的主要技术参数
1.抓重： 300N
7
2.自由度： 4个
3.坐标形式：圆柱坐标
1 绪论
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通 过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点， 尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能 力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 研究目的及意义
工业机械手具有许多人类无法比拟的优点，满足了社会化大生产的需要，其 主要优点如下：
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。
基于仿生学的机器人手爪设计与优化研究
基于仿生学的机器人手爪设计与优化研究近年来，随着科技的发展和人工智能的兴起，机器人在工业、医疗、教育等领域得到广泛应用。
机器人手爪作为机器人的“手”，其功能、效率、灵活性和安全性直接影响机器人的性能和应用范围。
因此，基于仿生学的机器人手爪设计与优化研究被越来越多的科学家和工程师关注。
一、仿生学的机器人手爪设计原理仿生学是生物学、物理学、化学、工程学等学科交叉的前沿科学，其研究对象主要是自然界中的生命系统，包括动物、植物、微生物等，并借助于生物学、物理学等方面的知识，深入研究其生物学、物理学、化学等方面的特点和规律，探讨其适应环境和完成特定功能的机理和方式。
基于仿生学思想，研究人员提出了许多新型机器人手爪设计方案，其中最为常见的是从生物的手爪结构和运动方式中借鉴灵感，开发出类似生物体手爪的机器人手爪。
例如，蟹类、虾类等的钳爪拥有良好的抓握能力，基于此，设计人员在开发机器人手爪时可以借鉴其钳爪的形状和运动方式，使机器人手爪能够更好地保持物体的稳定性和抓握力度。
此外，研究人员还可以从人类手的解剖结构和运动方式中吸取设计灵感，开发出与人类手相似的机器人手爪。
例如，人类手指头的灵活性很高，手掌和手指能够自由弯曲，这项特征对于许多特定任务的完成非常有用。
因此，设计人员在开发机器人手爪时，可以借鉴人类手的结构特点，使机器人手爪在抓取、握住或放开物品时，运动自如且不会太过生硬。
二、优化机器人手爪设计方案在机器人手爪设计中，优化是一个关键的环节。
基于仿生设计的机器人手爪具备类似生物手爪的运动特点，其抓握力度和稳定性已经达到了一定程度，但是如何更好地优化机器人手爪的设计方案，提升其较为常见的应用场景下的工作效率和性能表现，仍然是目前重要的研究方向之一。
在机器人手爪的设计方案中，最为重要的是机器人手爪材料和结构的选择。
目前常见的机器人手爪多采用金属或塑料制成，其选择需根据具体的工作需要进行相应优化。
例如，如果机器人需要进行一些特别的高精度工作，那么需要采用更加注重抓握稳定性和精度的设计方案，如采用拥有多个小爪子的机器人手爪；如果机器人需要进行一些较为粗糙的工作，那么则需要考虑材料的硬度和耐用性等因素，如采用金属制作的活动程度较小的机器人手爪。
柔性机械手爪的设计与优化
柔性机械手爪的设计与优化近年来，随着机器人技术的迅猛发展，柔性机械手爪作为机器人执行器的重要部件，也得到了越来越多的关注和研究。
相较于传统的刚性机械手爪，柔性机械手爪具有更高的灵活性和适应性，能够更好地适应不同形状和尺寸的物体。
本文将探讨柔性机械手爪的设计与优化，讨论其在工业自动化领域中的应用前景。
首先，柔性机械手爪的设计需要考虑多个因素。
首要问题是材料的选择。
采用弹性材料可以使机械手爪具有适应性和柔韧性，例如聚氨酯和硅胶等材料。
其次是结构的设计，柔性机械手爪应具备合适的弯曲和扭转能力，能够模拟人手的灵活动作。
此外，机械手爪还需要具备适当的力量和抓握能力，以确保稳定抓取不同重量和形状的物体。
在柔性机械手爪的设计过程中，还需要考虑机械手爪与工作环境的适应性。
不同的工作环境可能会有不同的物体形状和材料特性，因此机械手爪的设计应具备足够的灵活性以适应这些变化。
例如，在抓取不规则形状的物体时，机械手爪可以通过调整自身形状来适应目标物体的曲线。
然而，柔性机械手爪的设计并非一蹴而就，在实际中会面临一些挑战。
首先是机械手爪的精确控制。
由于机械手爪的柔软性和可变性，其控制较为复杂。
需要利用传感器和算法来实时感知和调整机械手爪的形态，以确保抓取的准确性和稳定性。
其次，柔性机械手爪在应用过程中容易受到外界干扰，例如摩擦力和物体表面的摩擦力。
因此，在设计柔性机械手爪时，需要充分考虑这些干扰因素，以提高其抓取效果和稳定性。
优化柔性机械手爪的问题是一项具有挑战性的任务。
优化的目标是使机械手爪在不同应用场景下实现更好的抓取性能和效率。
一种常见的优化方法是使用进化算法，通过迭代和评估不同设计参数和结构的组合，以最大化抓取效果。
在优化柔性机械手爪时，还需要考虑实际生产和使用的成本和可行性。
因此，综合考虑多个因素，找到最优的设计参数和结构组合是优化的关键。
柔性机械手爪在工业自动化领域中具有广阔的应用前景。
通过合理的设计和优化，柔性机械手爪可以实现高效的物体抓取和搬运，提高生产效率和质量。
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一种双手爪摆动机械手传动机构及优化设计强恒存;沈惠平;张有斌;孟庆梅;邓嘉鸣;刘金石【摘要】Aiming at the wrist structure of the truss robot manipulator in small space operation,a driving mechanism for V-type swing manipulator with double claws is designed, which is applied to the industrial truss robot.Its output torque of swing mechanism at grasp position is calculated.Taking swinging rod length and the connecting rod length as design variables, the optimization model of the optimal objective is set up with the maximum torque output of the swing mechanism.The optimization calculation is carried out by using MATLAB.The swing rod and the connecting rod length corresponding to the maximum torque of the transmission mechanism are stly, the change curve of the output torque with the change of the input position is given in the whole swing process.The swing manipulator of this paper has the function of expanding force.By optimizing the size of the driving mechanism without increasing the cylinder bore and without changing the cylinder stroke, the force transmitting mechanism can achieve the best effect of expanding force.The problem that the output torque of the non-optimized swinging block being unable to meet the condition of use is solved.%针对小空间作业要求的桁架机器人机械手的手腕结构,设计了一种应用于工业桁架机器人的双手爪V字型摆动机械手的传动机构,通过其静力和几何尺寸的分析,得到了机械手抓取位置时摆块的输出转矩.以摆杆和连杆长度为设计变量、以摆块最大转矩输出为优化目标建立了优化模型,并利用MATLAB进行了优化计算,得到了传动机构所能产生最大转矩时所对应的摆杆和连杆长度.最后,给出了机械手在整个摆动过程中,输出转矩随输入位置变化的变化图.设计的摆动手腕传力机构具有扩力效果,在不增加气缸缸径和不改变气缸行程等前提下,只优化传动机构尺寸,使传力机构达到最佳的扩力效果,从而解决了未优化前摆动块的输出力矩不满足使用条件的问题.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(029)004【总页数】7页(P50-56)【关键词】优化设计;静力分析;摆动机械手;传动机构;桁架机器人【作者】强恒存;沈惠平;张有斌;孟庆梅;邓嘉鸣;刘金石【作者单位】常州大学机械工程学院,江苏常州 213016;常州大学机械工程学院,江苏常州 213016;金石机器人常州有限公司,江苏常州 213164;常州大学机械工程学院,江苏常州 213016;常州大学机械工程学院,江苏常州 213016;金石机器人常州有限公司,江苏常州 213164【正文语种】中文【中图分类】TP241随着智能化工业机器人的日益推广和应用，“无人化”车间成为了可能，越来越多的企业引入了机械加工的自动化生产线[1]。
桁架机器人因具有可长距离输送、工作空间大、安装方便、控制容易、多用途等优点[2]，在自动化机械加工中得到了广泛的应用，而实现抓取功能的机械手爪，是桁架机器人的重要组成部分，一般由传动机构和机械手爪两部分组成。
目前，常见的工业机器人手腕一般采用摆动液压缸、摆动气缸、电机(伺服电机、步进电机)作为驱动元件。
对于工业桁架机器人在某些特定的使用条件下，摆动液压缸虽然输出的扭矩较大，但是其维护和安装成本都比较高，且液压油可能导致环境污染的问题[3]；采用电机作为驱动元件，虽控制精确，但成本较高；摆动气缸采用清洁的压缩空气作为能源，安全可靠，但是由于摆动气缸内部的结构特点，其摆动块均位于摆动气缸的中间位置，所以摆动气缸在工作时占的空间体积较大，这就导致了在某些工况下，桁架机器人的竖梁在伸入机床或者物料系统抓取物件时会产生干涉现象[4]。
气缸作为驱动元件，具有无害介质，成本低，结构简单等优点，在工业桁架机器人上应用较广。
气缸的缸径决定了其所能输出力的大小，增大缸径可增加驱动力，但会增加耗气量，导致设备笨重。
另外，借助扩力机构也是一种增加气缸输出力的大小的方法。
本文设计了一种具有扩力效果的传动机构，在不增加气缸缸径和不改变气缸行程等前提下，只优化传动机构尺寸，使传力机构达到最佳的扩力效果，从而解决了未优化前摆动块的输出力矩不满足使用条件的问题。
除此之外，该摆动手腕结构紧凑，工作时占用空间体积小，成本低，安装非常方便。
该传动机构由两个平行对称布置、反向驱动的气缸作输入，安装有双手爪的一个V 字型摆块绕定点摆动，在两个位置上输出，形成一对偏置式的摆杆滑块机构，单只手爪可抓取物件的质量为4kg。
这种双手爪V字型摆动机械手具有上料时间短、效率高、可靠性高等优点。
1.1 结构组成V字型摆动机械手的结构组成如图1所示。
两机械手爪a，b安装在V字型的摆块5边上，气缸推杆1，2同时作反向运动，分别通过连杆3，4驱动摆块5克服抓取重力为G(含摆块和手爪自重)的反力矩，使摆块5绕转动中心O摆动。
摆块5转动δ=30°时，摆块将液压缓冲器触头6压至极限位置，保持此位置机构的转矩最大，并停留数秒时间用于工件抓放[5-6]。
1.2 抓取过程及其工作原理图2是机械手在加工过程中抓放及上下料的过程。
I阶段：机械手转至抓取位置，准备从料道上抓取未加工件。
II阶段：II(a)表示机械手在上料位置(A)抓取了一个未加工件，随后转至II(b)位置，准备抓取机床上已加工件。
III阶段：III(a)表示机械手随桁架机器人沿导轨移动到达机床加工位置(B)，抓取了机床上已加工好的工件；随后机械手顺时针转动至位置III(b)，将未加工件放置在机床上，此时为图III(c)所示。
IV阶段：机械手转至该位置，并随着桁架机器人沿导轨移动返回至料道位置A处，将已加工件放下。
随后从I阶段开始，重复上述这个过程。
1.3 机构描述及其简图图3为处于非工作(对称)位置下的V字型机械手机构简图，它包含机架0、气缸推杆1和2、连杆3和4以及安装机械手爪的摆块5。
气缸推杆1，2分别和连杆3，4的连接点为A′，D′，其水平连线距转动中心O的垂直距离为H0，偏心距为e。
设A′B′=C′D′=l，OB′=OC′=r。
其中，运动副A′，B′，C′，D′均为转动副。
显然，该机构的自由度为1，从确定运动角度来说，该传动机构仅需一个气缸，但为提高传力效果，用两个气缸协调施加作用力，以增大摆块5的输出力矩。
图4为机械手的抓取状态示意图，∠BOB′=30°，β1=β0-30°，β2=β0+30°。
设气缸推杆1，2分别向下、向上运动时，则摆块5绕O点逆时针摆动。
因传动机构尺寸及运动范围较小、摆动速度不高，不考虑各运动副中的摩擦力、角加速度，以及气缸推杆1和2及连杆3和4的质量。
2.1 构件受力分析及转矩计算设气缸1，2上的施力为P1，P2，方向如图4所示。
在摆动机械手抓取姿态，构件3、4的受力为F3，F4，分别如图5(a)、图5(b)所示，于是而构件5的受力分析，如图5(c)所示，构件5除受到杆3、杆4的作用力F3，F4外，还受到抓取重力(包括手爪自重)G=mg的作用。
于是，气缸1，2所产生的转矩M1，M2分别为：抓取重力G=mg产生的反力矩，为：由图2摆动机械手的工作姿态可以看出，反力矩的计算分为2种情况，如图6所示。
图6(a)中，L为转动中心O距手爪a，b的夹持中心E的距离，由于手爪是对称结构，故重心在对称中心处。
在加工位置B中III(a)，III(b)姿态下，摆动机械手的总质量m1(物件质量、手爪自重和摆动块自重的和)为这里取L的最大值200mm，于是该种情况下当手爪只抓有一个物件时，此时重心不在对称中心处，重心偏向抓有物件的那只手爪，按最大力臂情况下计算，如图6(b)。
该种情况下，可认为重心在手爪b的对称中心处，L为转动中心O距手爪b对称中心的距离且L=200mm，那么，该种情况下综合2种情况，取反力矩为10.354N·m。
2.2 几何关系分析首先，由图4，易有如下几何关系：并令λ=r/l，ξ=e/l，则同理，其次，由△A′B′O：其中，，由(4)式得联立(5)和(6)式，解得其中。
进一步，有因此，在图2的加工位置B中，从抓取姿态III(a)到抓取姿态III(b)，转动副A(或D)所产生的位移为3.1 优化模型的建立3.1.1 确定目标函数由式(1)和(2)，目标函数为优化的目标是使机械手在抓取位置时，摆块5的输出力矩最大，即求目标函数(8)的最大值。
3.1.2 确定设计变量根据(7)式及几何关系β1=β0-30°和β2=β0+30°可知，目标函数(8)是关于连杆长度l和摆杆长度r的函数，故设计变量为3.2 确定约束条件首先，在实际结构中，为避免在非工作状态下传动机构出现死点，即图4中的点A′，B′，O不能在一条直线上(β0的值不能大于位于死点位置时的值)，当A′，B′，O在一条直线上时，出现死点时的角度β0′的值为：又根据结构要求，β0为钝角，故约束其次，图2中，从抓取姿态(3)到抓取姿态(4)，转动副A(或D)所经历的位移不能超过气缸的行程范围，选用的气缸的行程为30mm，留4mm余量，故约束最后，根据结构需要，设计变量的取值范围为这样，式(9)～式(12)构成约束条件。