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1、机器人手部结构主讲 周兰引言：n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：n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。n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手部是末端操作器：n可以具有手指，也可以不具有手指手指； 可以有手爪，也可以是专用工具工具。 末端操作器图例（1）：每个手指有三个或 四个关
2、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：n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。4手部的通用性比较差：n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n具有足够的夹持力。n保证适当的夹持精度：n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。n考虑手部自身的大小、形状、机构和运动自由度 ：n主要是根据作业对
3、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。n智能化手部还应配有相应的传感器：n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。三、手部的构成主要有手指、驱动机构和传动机构组成 。 四、手部的分类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、释放工件。n n抓住抓住：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。n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。n释放：在指定位置结束手部和工
4、件之间的约束关系 。n工具：进行作业的专用工具。工件的定位和夹紧：F2按夹持方式分： n外夹式：n手部与被夹件的外表面相接触。n内撑式：n手部与工件的内表面相接触。n内外夹持式：n手部与工件的内、外表面相接触。夹持方式图例：ZXY3按手爪的运动形式分：n回转型：n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。n平动型：n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。n平移型：n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。回转型图例：压缩弹簧拉伸弹簧
5、平动型图例：动作分解：作业：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：该丝杆的螺纹具有什么特点？此时手部是张开还是合拢？4按夹持原理分： n手指式：n外夹式、内撑式、内外夹持式。n平移式、平动式、旋转式。n二指式、多指式。n单关节式、多关节式。n吸盘式：n负压吸盘：真空式、喷气式、挤气式。n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：n气动驱动手爪手爪：n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n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：齿轮齿条式手爪重力式手爪
6、滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪2电磁吸盘(1)： n电磁吸盘的结构： n主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。n工作原理：n夹持工件：n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n放开工件：n线圈断电磁吸力消失工件落位2电磁吸盘(2)： n适用范围：n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。n适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。n适合于定位精度要求不高的工件。n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：n构成:n由真空泵、电磁阀、电机和吸盘等构成。n工作
7、原理：n形成真空吸附工件：n电机真空泵3电磁阀左侧从吸盘5处抽 气n释放工件：n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处真空吸盘控制系统图例：1DT2DT真空吸盘结构图例：4自适应吸盘：n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：n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：n工作原理：n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
8、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。n应用：n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。喷气式吸盘图例：7挤气式吸盘：n主要构成：n吸盘架、压盖 、密封垫、吸 盘n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：n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：n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）：
