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1、機器人手部結構主講 周蘭 引言：n工業(yè)機器人的手部也叫末端操作器，它直接裝在工業(yè)機器人的手腕上用于夾持工件或讓工具按照規(guī)定的程序完成指定的工作。 一、手部的特點 1手部與手腕相連處可拆卸：n手部與手腕處有可拆卸的機械接口：根據(jù)夾持對象的不同，手部結構會有差異，通常一個機器人配有多個手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。n手部可能還有一些電、氣、液的接口：由于手部的驅動方式不同造成。對這些部件的接口一定要求具有互換性。 2手部是末端操作器：n可以具有手指，也可以不具有；可以有手爪，也可以是專用。 末端操作器圖例（1）：每個手指有三個或四個關節(jié)。技術關鍵是手指之間的協(xié)調控制
2、。 末端操作器圖例（2）： 3手部是一個獨立的部件：n工業(yè)機器人通常分為三個大的部件：機身、手臂（含手腕）、手部。手部對整個機器人完成任務的好壞起著關鍵的作用，它直接關系著夾持工件時的定位精度、夾持力的大小等。 4手部的通用性比較差：n工業(yè)機器人的手部通常是專用裝置：一種手爪往往只能抓住一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務。 二、手部的設計要求n具有足夠的夾持力。n保證適當?shù)膴A持精度：n手指應能順應被夾持工件的形狀，應對被夾持工件形成所要求的約束。n考慮手部自身的大小、形狀、機構和運動自由度：n主要是根據(jù)作業(yè)對象的大小、形狀、位置、姿態(tài)、重量、硬度和表面質
3、量等來綜合考慮。n智能化手部還應配有相應的傳感器： n由于感知手爪和物體之間的接觸狀態(tài)、物體表面狀況和夾持力的大小等，以便根據(jù)實際工況進行調整等。 三、手部的構成主要有手指、驅動機構和傳動機構組成。 四、手部的分類 1按用途分：n手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工件、握持工件、釋放工件。：在給定的目標位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件必須有可靠的定位，保持工件和手爪之間的準確的相對位置關系，以保持機器人后續(xù)作業(yè)的準確性。n握住：確保工件在搬運過程中或零件裝配過程中定義了的位置和姿態(tài)的準確性。 n釋放：在指定位置結束手部和工件之間的約束關系。n工具：進行作業(yè)的專用工具。 工件的定位和夾緊：F
4、 2按夾持方式分： n外夾式：n手部與被夾件的外表面相接觸。n內撐式：n手部與工件的內表面相接觸。n內外夾持式： n手部與工件的內、外表面相接觸。 夾持方式圖例：Z XY 3按手爪的運動形式分：n回轉型：n當手爪夾緊和松開物體時，手指作回轉運動。當被抓物體的直徑大小變化時，需要調整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。n平動型：n手指由平行四桿機構傳動，當手爪夾緊和松開物體時，手指姿態(tài)不變，作平動。n平移型： n當手爪夾緊和松開工件時，手指作平移運動，并保持夾持中心的固定不變，不受工件直徑變化的影響。 回轉型圖例：壓縮彈簧拉伸彈簧 平動型圖例： 動作分解：作業(yè)：用作圖法分析當主動件左移才處于某
5、個位置時，手指所處的位置。 平移型圖例：該絲桿的螺紋具有什么特點？此時手部是張開還是合攏？ 4按夾持原理分： n手指式：n外夾式、內撐式、內外夾持式。n平移式、平動式、旋轉式。n二指式、多指式。n單關節(jié)式、多關節(jié)式。n吸盤式： n負壓吸盤：真空式、噴氣式、擠氣式。n磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 五、典型結構 1機械式手爪結構：n氣動驅動：n氣缸驅動活塞平移齒條移動扇形齒輪擺動連桿機構擺動手爪平動n其它四種機械式手爪機構： 氣動手爪圖例：問題：1、分析手部的運動。2、手部作的是什么類型運動？ 機械手爪圖例：齒輪齒條式手爪 重力式手爪滑槽式手爪撥桿杠桿式手爪 2電磁吸盤(1)： n電磁吸盤的結構
6、： n主要由磁盤、防塵蓋、線圈、殼體等組成。n工作原理：n夾持工件： n線圈通電空氣間隙的存在線圈產生大的電感和啟動電流周圍產生磁場（通電導體一定會在周圍產生磁場）吸附工件n放開工件：n線圈斷電磁吸力消失工件落位 2電磁吸盤(2)： n適用范圍：n適用于用鐵磁材料做成的工件；不適合于由有色金屬和非金屬材料制成的工件。n適合于被吸附工件上有剩磁也不影響其工作性能的工件。n適合于定位精度要求不高的工件。 n適合于常溫狀況下工作。鐵磁材料高溫下的磁性會消失。 電磁吸盤圖例: 3真空式吸盤：n構成:n由真空泵、電磁閥、電機和吸盤等構成。n工作原理：n形成真空吸附工件： n電機真空泵3電磁閥左側從吸盤5
7、處抽氣n釋放工件：n電機、泵停轉大氣經6口 4電磁閥左側 3電磁閥右側送氣至吸盤5處 真空吸盤控制系統(tǒng)圖例：1DT2DT 真空吸盤結構圖例： 4自適應吸盤：n結構特點： 該吸盤具有一個球關節(jié)，使吸盤能傾斜自如，適應工件表面傾角的變化。 5異形吸盤：n結構特點： 可用來吸附雞蛋、錐頸瓶等物件。擴大了真空吸盤在機器人上的應用。 6噴氣式吸盤：n工作原理：n壓縮空氣進入噴嘴后，利用伯努利效應，當壓縮空氣剛進入時，由于噴嘴口逐漸縮小，致使氣流速度逐漸增加。當管路截面收縮到最小處時，氣流速度達到臨界速度，然后噴嘴管路的截面逐漸增加，使與橡膠皮碗相連的吸氣口處，造成很高的氣流速度而形成負壓。n應用： n在工廠一般都有空壓站，噴氣式吸盤在工廠得到廣泛的應用。 噴氣式吸盤圖例： 7擠氣式吸盤：n主要構成：n吸盤架、壓蓋、密封墊、吸盤n工作原理： 擠氣式吸盤工作原理圖： 六、手部結構的應用實例 1平行指手爪機構：n工作原理： 回轉動力源1和6驅動構件2和5順時針或逆時針旋轉，通過平行四邊形機構帶動手指3和4作平動，夾緊或釋放工件。 2設有檢測開關的手爪裝置：n工作原理： 手爪裝有限位開關5和7。在指爪4沿垂直方向接近工件6的過程中，限位開關檢測手爪與工件的相對位置。當工件接觸限位開關時發(fā)信號，汽缸通過連桿3驅動指爪夾緊工件。 4上料吸盤（1）： 4上料吸盤（2）：
機器人手部結構詳解
