机器人手爪—终端机械手
《机器手爪结构》课件
这是一份关于机器手爪结构的PPT课件，介绍了机器手爪的概述、结构、不同 类型的应用场景以及优缺点的分析。
概述
机器手爪是机器人的重要组成部分，具有抓取和握持物体的功能。本节将介 绍机器手爪的作用和应用场景。
机器手爪的结构
组成部分
机器手爪通常由指部、连杆、 运动副等组成，每个部分都 扮演着特定的角色。
材料选择
机器手爪的材料选择依赖于 应用需求，常见的材料包括 金属合金、塑料和弹性材料。
基本工作原理
机器手爪通过运动副的控制 实现开合和旋转的动作，从 而完成抓取和握持的任务。
常见的机器手爪结构类型
• 两指平行机器手爪 • 两指异形机器手爪 • 三指机器手爪 • 多指机器手爪
不同机器手爪结构的应用场景
• 两指平行机器手爪的应用场景 • 两指异形机器手爪的应用场景 • 三指机器手爪的应用点分析
优点
不同结构类型的机器手爪各有优势，能够满足不同应用需求。例如，多指机器手爪具有更好 的抓取稳定性。
缺点
机器手爪的缺点也是根据结构类型而异的，比如两指平行机器手爪在握持某些形状复杂的物 体时可能会存在困难。
总结
机器手爪结构的发展呈现出不断向着多指多动作、精准可靠的方向发展，并 将在未来的机器人应用中发挥更重要的作用。
参考文献
• 相关文献和资料已被引用，以供参考和进一步学习。
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。
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。
机械手的组成
机械手的组成机械手是一种能够模拟人类手臂运动的机械装置，由多个组成部件构成。
这些组成部件相互协作，使机械手能够完成各种复杂的任务。
下面我们来详细介绍一下机械手的组成。
1. 机械手臂：机械手臂是机械手的核心部件，通常由多个关节连接而成。
每个关节都可以实现转动或者伸缩，从而使机械手臂能够在三维空间内完成各种运动。
机械手臂的长度和关节数量可以根据具体需求进行设计和调整，以适应不同的工作环境和任务。
2. 末端执行器：末端执行器是机械手的“手指”，用于具体操作物体。
常见的末端执行器有夹爪、吸盘、钳子等。
不同的末端执行器适用于不同的任务，例如夹爪适用于抓取物体，吸盘适用于吸附物体等。
3. 控制系统：控制系统是机械手的大脑，用于控制机械手的运动和执行任务。
控制系统通常由计算机、控制器和传感器等组成。
计算机负责处理和分析任务相关的数据，控制器负责发送指令控制机械手的运动，传感器负责感知周围环境和物体的位置、力量等信息，以便机械手能够做出准确的动作。
4. 传动系统：传动系统用于传递控制信号和能量，使机械手的各个部件能够协调运动。
传动系统通常由电机、减速器、传动带、链条等组成。
电机提供动力，减速器用于减小电机转速并增加扭矩，传动带和链条用于传递动力和运动。
5. 传感器：传感器是机械手感知和获取外界信息的重要组成部分。
常见的传感器包括光电传感器、力传感器、视觉传感器等。
光电传感器可以用于检测物体的存在和位置，力传感器可以用于测量机械手对物体施加的力量，视觉传感器可以用于识别物体和环境。
6. 控制算法：控制算法是机械手实现精确运动和执行任务的关键。
控制算法可以根据具体任务和环境进行设计和优化，以实现机械手的高效运动和准确操作。
以上是机械手的主要组成部分。
机械手的应用非常广泛，可以用于工业生产、医疗手术、物流仓储等领域。
随着科技的不断进步和创新，机械手的功能和性能也在不断提升，为人类带来了更多的便利和效益。
相信在未来，机械手将会发展成为更加智能和灵活的机器人助手，为人类创造更多的价值。
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。
机械手手爪设计类型及其计算
机械手手爪设计类型及其计算前言机械手的手爪是其中最关键的部分之一，它决定了机械手能否准确地抓取和放置物品。
机械手的手爪种类繁多，本文将介绍一些常见的机械手手爪设计类型及其计算方法。
机械手手爪设计类型平行爪手爪平行爪手爪是机械手常见的手爪之一，它由两个平行的铰链手爪组成。
该手爪主要用于抓取大小相同的物体，并且相对简单易制造。
因为两个爪子是平行移动的，因此平行爪手爪的孔径大小不可调节。
对夹式手爪对夹式手爪能够像我们的手一样张开和闭合，因此它可以适应各种不同形状和大小的物品。
对于形状不规则的物品，对夹式手爪更具优势。
当对夹式手爪工作时，一个对称轴垂直于开口方向，让爪抓住物品的两边，以达到紧紧固定物体的目的。
该手爪的唯一缺点是它相对较大，会占用机器人臂的一部分空间。
旋转手爪不同于其他手爪，旋转手爪是旋转的，因此可以很容易地抓住任何不同角度摆放的物品。
该手爪被广泛地应用于装配、材料处理和涂料处理等领域。
旋转手爪可以根据需要旋转一定角度，从而以最优的方式来夹紧物品。
圆锥形手爪圆锥形手爪是非常常见的手爪之一，它通常用于抓取较重的物体。
与平行爪手爪不同，圆锥形手爪具有不同的孔径尺寸，因此可以适应不同大小和形状的物品。
机械手手爪计算方法要设计一个机械手手爪，需要首先确定所需的负载和抓取区域。
然后，应该选择合适的手爪类型，确定它的总长度和孔径。
在机械手手爪的设计过程中还需要考虑到其他因素，如手爪的最大张开距离、力度和稳定性等。
计算负载负载是机械手手爪的最重要的参数之一。
通常情况下，手爪的最大静态负载可以通过下面的公式计算得出：W = F × L × μs其中W是手爪的最大负荷，F是需要抓取的物体的重力，L是抓取点到手爪顶端的距离，μs是静摩擦系数。
计算夹力一旦知道了负载，可以计算出手爪需要多少夹力才能稳定地握住物体。
手爪的夹力可以通过下面的公式计算：F = f × μ其中F是手爪的夹紧力，f是需要抓取的物体的重力，μ是摩擦系数。
末端执行器手爪
夹持型手爪
按夹持方式分： 外夹式：手部与被夹件的外表面相接触。 内撑式：手部与工件的内表面相接触。 内外夹持式：手部与工件的内、外表面相接触
夹持方式图例
夹持型手爪
按手指运动形式，夹持型手爪可分为回转型手爪，平动 /平移型手爪。
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。
UTACH/MIT手爪
拟人手指
如图为3指手爪。第一指相当于拇指，只有一个曲伸关节 ，一个摆动关节和一个开合关节，其他两指都有两个曲伸 关节，故共有11个自由度，也是驱动器后置。
三指手爪
拟人手指
如图是一种三指手，也称双拇指手爪。每个手指都有3个曲 伸关节。其中，外面两指有摆动和转动自由度，通过转动 ，可以和中间指对置，也可如图示那样，与中指处于同侧( 并掌)；中指无转动自由度，故该手共有14个自由度。
是利用吸盘内形成的气体负压，或电磁等吸力把对象吸 住。它是靠大气压力、电磁吸力及由此产生的摩擦力来 限制物体的自由度。
磁吸式手爪
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁 力来吸附工件的，其应用较广。磁吸式手部与气吸式 手部相同，不会破坏被吸收表面质量。磁吸收式手部 比气吸收式手部优越的方面是：有较大的单位面积吸 力，对工件表面粗糙度及通孔、沟槽等无特殊要求。
电
磁
滚动轴 承座圈
钢板
式
吸
盘
多孔钢 板
齿轮
电磁式吸盘
电磁吸盘的适用范围
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。
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机器人手爪—终端机械手
机器人手爪是末端执行器的一种形式，机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。
机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。
末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。
搬运用末端执行器是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体。
加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置，用来进行相应的加工作业。
测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。
在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题；
1.机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。
一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。
因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。
2.机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的负荷力。
因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。
3.机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。
万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。
目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。
从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机器人末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机器人多种作业功能，而不主张用一个万能的末端执行器去完成多种作业。
因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。
4.通用性和万能性是两个概念，万能性是指一机多能，而通用性是指有限的末端执行器，可适用于不同的机器人，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化和积木化。
5.机器人末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。
用计算机控制最方便的是电气式执行机构。
因此，工业机器人执行机构的主流是电气式，其次是液压式和气压式（在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节）。