第三章 智能机械手结构设计
智能仓储机械手的结构设计
智能仓储机械手的结构设计作者：王晓天来源：《企业技术开发·中旬刊》2016年第10期摘要：工业机械手在工业生产的各个方面得到广泛使用。
文章根据国内外先进的机械手技术，设计出一种用于物料搬运，结构简单，维护方便的机械手的结构。
主要设计机械手臂部分和机械手抓手部分的机构。
关键词：机械手；机械手臂；机械手抓手，结构设计中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0003-021 引言目前工业机械手面临的问题主要还是成本的高昂和精度控制的不易达到要求。
从工业机械手的具体应用情况来看，生产过程的机械自动化已成为现代工业的主要问题。
虽然现代机械制造业中的加工、装配等各生产工序主要是间断的，但自动化生产中装卸、搬运等工序亟待实现机械化，工业机械手的出现便可满足这一需求。
无论国内还是国外，工业机械手的应用前景广阔，而对机械手使用性能的要求则越来越高，面对越来越多样的产品需求，机械手结构上在向着小巧型，灵活型的方向发展，因此机械手结构设计的合理性变的至关重要。
2 机械手结构设计2.1 机械手手臂部分原理欲满足机械手的搬运功能，即将货物从某一水平高度提升至另一水平高度，可采用曲柄连杆机构实现规定搬运动作。
本课题应用平行四边形机构的运动特点，依靠电动推杆驱动平行四边形机构转动实现货物高度上的变化。
平行四边形机构是一种平面连杆机构，由于构件联接呈平行四边形，因此也叫做平行四边形机构。
平行四边形机构结构简单，易于分析，构件运动一致性好，广泛应用于各种实现平移搬运等功能的机构。
2.2 机械手手臂部分结构设计机械手手臂在整个工作过程中起着至关重要的作用。
本文所设计的机械手臂为平行四边形机构，由于机械手臂也是机械手负载的主要施加部位，故应具有良好的强度与刚度，保证在机械手工作中不能发生弯曲或折断的情况，同时搬运机构若过于沉重则会影响搬运功能的实现。
工业铝型材表面经氧化处理后，外观漂亮且耐脏，工作中沾染的油污易于清洗，可根据不同承重采用不同规格型材组装，同时搭配铝型材配件，无需焊接，安装拆卸方便，轻便环保，整体机械性能较好，广泛应用于生产制造行业。
械手结构的设计和分析
机械手腕部的结构分析
机器手手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器手手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器手腕部的灵活性愈高，机器手对对作业的适应能力也愈强。
机器手手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。
机器手的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。
为了减轻机器手运动部分的惯量，提高机器手的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
腰部结构要便于安装、调整。
机械手腰座结构的设计要求分析
机械手腰座结构的具体采用方案
腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器手的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。
直角坐标机器手结构
圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。
圆柱坐标机器手结构
球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
03
机械手腰座结构的分析
腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
腰座要有足够大的安装基面，以保证机器手在工作时整体安装的稳定性。
机械手结构设计范文
机械手结构设计范文机械手是一种用于完成各种复杂工业操作的机械装置，它可以根据指令自动移动、抓取、放置等动作，广泛应用于制造业、装配线等领域。
机械手的设计涉及到结构设计、运动学和控制等多个方面，下面将详细介绍机械手的结构设计部分。
机械手的结构设计主要包括机械结构、传动装置和末端执行器等几个方面。
首先是机械结构的设计。
机械结构是机械手的支撑和运动的基础，通常由基座、臂杆、连接件和关节等部分组成。
基座是机械手的底座，用于固定整个机械结构，承受机械手的重量和运动所产生的力矩。
臂杆是机械手的主要构件，用于支撑和传输力矩，通常由阻尼材料和强度高的合金材料制成。
连接件用于连接臂杆和关节，通常采用螺纹、销轴等方式进行固定。
关节是机械手的运动部件，通常采用电机和减速机组成的驱动装置，为机械手提供各个关节的运动能力。
其次是传动装置的设计。
传动装置是将电机输出的转矩和转速传递给机械手的关节，使机械手能够完成各种动作。
常见的传动装置包括减速器、联轴节和皮带传动等。
减速器主要用于降低电机的输出转速，增加输出转矩，以满足机械手的动力需求。
联轴节用于连接电机和减速器，保证能量的传递和机械手的运动精度。
皮带传动是通过皮带和齿轮的组合，将电机的转矩和转速传递给机械手的关节，具有传动平稳、噪音小的特点。
最后是末端执行器的设计。
末端执行器是机械手的“手”，用于完成抓取、放置等动作。
常见的末端执行器包括机械爪、真空吸盘和磁力夹具等。
机械爪是一种利用机械结构进行抓取和放置的装置，根据不同的工件形状和尺寸，设计不同形式的机械爪，以实现精准的抓取。
真空吸盘是通过产生负压，将工件吸附在吸盘上，完成抓取和放置的动作。
磁力夹具是利用磁力吸附工件，实现抓取和放置的装置，具有不损伤工件表面和可靠性高的特点。
总之，机械手的结构设计是机械手设计中的关键环节，合理的结构设计可以提高机械手的承载能力、运动精度和可靠性，从而提高工作效率和质量。
在进行结构设计时，需要充分考虑机械手的应用场景和工作要求，选用合适的材料和传动装置，设计出适合的末端执行器，以满足不同的操作需求。
机械手的整体设计
机械手的整体设计机械手是一种能够模拟人手动作的机器装置，主要由结构、传动、控制和感知系统组成。
其整体设计需要考虑几个关键方面。
首先，机械手的结构设计要符合其应用场景和功能需求。
结构设计包括关节布置、臂长、工作空间以及末端执行器等。
关节布置决定了机械手的灵活性和工作能力，可以根据不同的任务需求选择串联或并联的关节布置。
臂长和工作空间决定了机械手的工作范围和工件的大小。
末端执行器根据实际需要可以设计成夹爪、吸盘、工具等各种形式，以满足不同的抓取和操作需求。
其次，机械手的传动系统设计要考虑到工作精度和负载能力。
传动系统一般采用电机和减速器、齿轮系统、链条或带传动等来实现。
电机和减速器的选型要根据所需的转速和扭矩来确定。
齿轮系统要考虑到传动效率和减震能力。
链条或带传动可以实现远距离传输力矩，适合大范围操作。
第三，机械手的控制系统设计必须保证其精确度和稳定性。
控制系统要能够实时获得机械手的位置、速度和力矩等信息，并能够根据需求进行实时调节和反馈。
控制系统一般包括传感器、运动控制器和执行器等。
传感器用于检测机械手各关节的位置和力量信息。
运动控制器负责解析传感器数据，计算运动轨迹和控制机械手的运动。
执行器对机械手进行动力输出，实现各关节的运动。
最后，机械手的感知系统设计要能够实时感知并识别环境中的物体和障碍物，以实现精确的操作。
感知系统一般包括视觉、力觉和力矩传感器等。
视觉传感器可以采集环境中物体的形状、颜色等信息，并通过图像处理算法进行识别和测量。
力觉传感器可以测量机械手与工件或环境之间的力量信息，实现更加精确的操作。
力矩传感器可以测量机械手各关节的力矩和负载情况，对控制系统提供实时反馈。
总而言之，机械手的整体设计需要考虑结构、传动、控制和感知等方面，以实现各种复杂的抓取和操作任务。
从结构设计到传动系统，再到控制和感知系统的设计，都要保证各个部分之间的协调和稳定性，以满足机械手在工业自动化、物流仓储、医疗卫生等领域的应用需求。
机械手结构设计
济源职业技术学院毕业设计题目机械手结构设计系别机电工程系专业机电一体化班级机电0912班姓名潘岳学号 09011244 指导教师赵军日期 2011年9月济源职业技术学院毕业设计设计任务书设计题目：机械手结构设计设计要求：1.总装配图以及部分结构图2.结构设计论文（20页以上）设计进度要求：第一周：选择毕业设计课题第二周第三周：查阅相关资料，了解机械手结构原理及其相关数据第四周：书写设计论文第五周：检查各项数据及论文第六周第七周：画装配图指导教师（签名）：济源职业技术学院毕业设计摘要本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成，采用液压驱动。
主要结构为：手部结构、腕部结构、臂部结构。
本设计只是机械手的结构部分，拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。
关键词：机械手，臂部结构，腕部结构，手部结构济源职业技术学院毕业设计目录1机械手参数确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1）1.1 臂力的确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1）1.2工作范围的确定---------------------------------------------------------------------------------- （1）1.3 确定运动速度-------------------------------------------------------- （1）1.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------ （2）1.5 位置检测装置的选择-------------------------------------------------- （2）1.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------ （3）2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------（4）2.3 驱动力的计算-----------------------------------------------------------------------------------------（5）2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析------------------------------------------------------------（8）3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------（10）3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------（10）3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------（10）3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------（11）4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------（14）4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------（14）4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------（14）4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------（15）4.2.2 导向装置---------------------------------------------------------------------------------------（15）4.2.3 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------（16）4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------（17）4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------（17）4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------（18）4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（18）4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（19）4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------（19）5 致谢-----------------------------------------------------------------------------------------------------（21）6参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------（22济源职业技术学院毕业设计1.机械手参数确定1.1 臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。
机械手设计方案
机械手设计方案机械手设计方案引言：机械手是一种能模拟人手动作、完成复杂而重复的工作的机械装置。
本方案旨在设计一种功能全面、结构合理、操作简便的机械手。
一、功能设计：该机械手主要用于工业生产中的自动化操作。
设计中考虑到以下几个方面的功能需求：1.抓取能力：机械手需要具备稳定的抓取能力，能够根据需要抓取各种形状的物体。
2.运动自由度：机械手需要具备足够多的运动自由度，能够在空间中灵活操作。
3.力度控制：机械手需要根据不同任务的要求，能够对抓取力度进行精确控制。
4.操作平稳性：机械手的运动应平稳、精确，以实现高效的生产操作。
5.可编程性：机械手应具备可编程功能，可以根据不同任务需求进行多样化的操作。
二、结构设计：机械手主要分为下列几个部分：1.机械臂：机械臂是机械手的核心部分，应具备足够多的关节，以实现多自由度的运动。
同时，机械臂需要采用轻量化设计，以减小自身质量，提高运动效率。
2.末端执行器：末端执行器是机械手抓取物体的部分，应设计可自由伸缩的抓取夹具，以适应不同尺寸的物体。
3.传动系统：传动系统是机械手的动力系统，应选择高效可靠的传动装置，如电机和减速器组合，以保证机械手运动的精确性和稳定性。
4.控制系统：控制系统是机械手的智能核心，应具备高速、高精度、可编程的控制器，以实现机械手的自动化操作。
同时，控制系统应提供友好的人机界面，方便操作者使用。
三、操作流程：机械手的操作流程可分为如下几个步骤：1.输入任务指令：操作者通过控制系统输入任务指令，包括抓取位置、力度等参数。
2.开机准备：机械手启动后，进行预热和校准动作，以确保机械手处于正常工作状态。
3.感应物体：机械手的传感器感应物体位置和大小，确定抓取位置和姿态。
4.抓取物体：机械手根据输入的指令和感应到的物体信息，进行相应的运动和力度控制，将物体抓取起来。
5.完成任务：机械手将抓取的物体移动到指定位置，完成任务，并将完成情况通过控制系统反馈给操作者。
机械手的设计
机械手的设计机械手是一种具有高度灵活性和准确性的自动化设备，广泛应用于工业生产线、医疗手术、装配和包装等领域。
机械手的设计需要考虑多方面因素，包括机械结构、电气控制和运动学算法等，下面我将从这几个方面详细介绍机械手的设计。
一、机械结构机械结构是机械手设计的核心，主要包括机械臂、关节和执行器三部分。
机械臂是机械手的主体，负责完成各种运动和动作。
关节是连接机械臂的组件，能够使机械臂在多个方向进行运动。
执行器负责将机械臂传输的运动信号转化为物理动作，例如抓取、旋转等。
机械结构的设计需要考虑以下因素：1. 功能需求：根据机械手的应用需求，确定机械手需要具备哪些功能和动作，例如抓取、旋转、移动等。
2. 机械臂的结构：机械臂的结构决定了机械手的可达性、波动和抗外力等性能。
通常有三种设计方式：串联式、并联式和混合式。
3. 关节和执行器选型：需要考虑负载、精度、速度、控制方式等因素，选择合适的关节和执行器。
4. 材料选择和加工：需要根据机械手的负载、速度和精度要求，选择合适的铝合金、碳纤维等材料，并采用先进的加工技术进行制造。
二、电气控制电气控制是机械手的另一个重要组成部分。
它负责将机械手进行的任何运动和动作转换为电信号，从而实现自动化控制和精确调节。
电气控制主要包括传感器、执行器和控制系统三个方面。
电气控制的设计需要考虑以下因素：1. 传感器：传感器能够感知机械手周围的环境信息，例如位置、速度、力矩等。
需要选择合适的传感器，避免传感器数据的误差，提高机械手的运动精度和稳定性。
2. 执行器：执行器是将电信号转换为物理动作的组件。
采用先进的执行器能够提高机械手的运动速度和精度。
3. 控制系统：控制系统是机械手的大脑，负责控制机械手的运动和动作。
需要采用先进的控制系统来保证机械手的运动稳定性和精度。
三、运动学算法运动学算法是机械手设计的重要组成部分。
它的作用是根据机械手的运动学模型，计算机械手各关节的运动轨迹和角度，从而实现机械手的各种动作和运动。
智能物料机器人-机械手的结构外观设计
北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计智能物料机器人-机械手的结构外观设计摘要在工业迅速发展的时代，为达到提高生产效率、节约成本的目的，企业会购入一些自动化产品，这些自动化产品主要为了代替传统的人力去做一些重复性高、危险性高、劳动力大的工作，这其中被广泛运用的是物料搬运机器人，尤其是在汽车行业发达、物流发达的这个时代，但即便是如此，国内的物料机器人发展还是相对落后的，尤其是在搬运物料方面上，广泛运用国外的进口的物料机器人。
本次设计主要采用电动与气动结合的设计思路，采用51单片机进行控制，通过结合原始数据对智能物料机器人进行结构设计以及电机与电子元件、气缸与气动元件的计算与选型，再通过运动学分析、力学分析、强度校核分析设计的可行性，运用solidworks 软件对智能物料机器人进行三维建模。
本文详细阐述了本人设计的智能物料机器人的机械手结构外观设计全部过程，其中包括X、Y轴的平面定位、Z轴的上下移动取料、气动机械手夹取装置。
全文详细的描述了X、Y、Z轴主要部件的选型与设计，包括步进电机选型、辅助部件选型、滑轨选型、气爪选型、气动元件选型等等。
最终通过对电机及气爪的控制，实现对物料的定点夹取与运输。
北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计关键词：单片机、三维建模、步进电机、气爪Design of structure and appearance of intelligent material robot -manipulatorAbstractIn the industrial era of rapid development, in order to reach the goal of improving production efficiency, cost savings, companies will purchase some automation products, these automation products are mainly to replace traditional manpower to do some highly repetitive, high risk, labor work, which is widely used as material handling robot, especially in this era of automobile industry and developed logistics, but even so, the development of domestic material robots is still relatively backward, especially in the handling of materials. Imported material robots from abroad.This design mainly adopts the combination of electric and pneumatic design ideas, using 51 single chip microcomputer to control, through a combination of the original data for intelligent materials robot structure design, and electrical and electronic components, cylinders and pneumatic components, and then through kinematics The feasibility of analysis, mechanical analysis, and strength check analysis design, using solidworks software to carry out three-dimensional modeling of intelligent material robots.This article elaborated on the design process of the manipulator structure design of the intelligent material robot I designed, including the plane positioning of the X and Y axes, the北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计up and down movement of the Z axis, and the pneumatic manipulator gripping device. The full text describes in detail the selection and design of the main components of the X, Y, and Z axes, including the selection of stepper motors, the selection of auxiliary components, the selection of slide rails, the selection of air grippers, and the selection of pneumatic components. Finally, through the control of the motor and the air jaw, the material can be pinched and transported.KEY WORDS:Single Chip; 3 D modeling; stepper motor；gas claw目录1.绪论 (3)1.1选题背景 (3)1.2机械手的发展历史与趋势 (3)1.3研究现状 (4)1.4研究目标 (4)1.5课题的主要研究方向 (5)2.机械手的电动设计与气动设计 (5)2.1研究思路 (5)2.2气动部分的工作原理 (7)2.3机械手气动部分的系统设计 (7)2.4机械手电动部分的工作原理 (8)2.5机械手电动部分的系统设计 (8)2.6可行性分析 (8)2.7设计中用到的原始数据 (9)3. Z轴气缸与气爪的整体设计 (9)3.1气动技术的特点 (9)3.2气爪装置的设计 (10)3.2.1气爪的工作原理 (10)3.2.2气爪夹持力和夹持距的计算 (10)3.2.3确定气爪型号 (10)3.3气缸总设计 (11)3.3.1气缸输出力的有关计算 (11)3.3.2气缸耗气量相关计算 (13)3.3.3自由空气消耗量计算 (13)3.4气动元件的选择 (13)3.4.1电磁阀选型 (13)3.4.2消声器选型 (14)3.4.3节流阀选型 (15)4. 滚珠丝杠及滑块选型计算 (15)4.1 滚珠丝杠选型 (15)4.1.1滚珠丝杠导程计算 (15)4.1.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算 (16)4.1.3滚珠丝杠扭矩计算 (16)4.1.4选定滚珠丝杠规格代号 (17)4.2 Y轴滑块选型 (17)4.2.1滑块选型计算 (17)4.2.2滑块选型确定 (18)5.步进电机的选型与计算 (19)5.1步进电机简介 (19)5.2加在电机上的转动惯量 (19)5.3加在电机上的总力矩 (19)5.4确定步进电机的型号 (20)5.5确定步进电机的控制器型号 (21)6.机械手三维建模 (23)6.1机械手整体三维结构图 (23)6.2 X轴移动机构外观设计 (25)6.3 Y轴移动机构外观设计 (26)6.4 Z轴移动机构外观设计 (28)7.部分外发加工零件编程与工程图 (30)7.1Y轴载板铣板编程 (30)7.2Y轴载板钻孔编程 (31)7.2.1加工Y轴载板孔CAD图层设置 (31)7.2.2载板与X轴固定板程序编程 (32)8.机械手装配 (33)8.1组装 (33)8.2部装 (34)8.2.1 X轴的组装 (34)8.2.2 Y轴的组装 (35)8.2.3 Z轴的组装 (35)8.3总装 (36)9.总结 (38)参考文献 (39)谢辞 (40)附录 (41)附录1 步进电机与电机驱动器实物图 (41)附录2 加强块工程图 (41)附录3 气缸安装板工程图 (42)附录4 立柱工程图 (42)附录5 KK安装板工程图 (43)附录6 机械手X轴实物图 (43)附录7 Z轴实物图 (44)附录8 物料运输装置实物图 (45)附录9 控制装置实物图 (46)1.绪论1.1选题背景近年来人口老龄化越来越严重，这意味着劳动力的减少，尤其是在以劳动力为竞争优势的中国，劳动力的减少意味着企业制造生产率的降低。
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第三章智能机械手的整体结构设计智能机械手的结构设计应尽可能从仿生学的角度出发，通过设计出仿人形的多指智能手来代替人手完成各种精细复杂的操作。
它是机构、传动、控制三大系统的综合设计，人类的四肢经过了几十万年进化，经过了大自然的优胜劣汰的优化选择，可以说已经是最优的结构，所以本设计决定采用完全模仿能人手的结构。
3.1智能机械手的机构设计手的机构设计主要是确定机构的自由度、手指数目、机构原理、传动方案、关节、手掌的结构及几何尺寸、传感系统的布置位置。
首先要求机构具有较高的运动传动精度，较好的可控性和经济性;其次要求机构本身有较佳的机械特性。
本文智能机械手的设计主要包括以下七个方面：1)手指关节运动副的型式2)手指自由度3)手指数目4)手指的结构型式(关节的数目及相对姿态)5)手指材料6)手指具体结构设计7)手掌结构设计3.1.1手指关节运动副型式智能机械手的手指机构同其它任何机构一样，由若干构件组成，构件之间则通过运动副彼此相连，用来产生确定的运动。
运动副相当于人手的关节。
常见的运动副有转动副、移动副、螺旋副、圆柱副和球面副，它们的约束数分别为5、5、5、4和3，相应的自由度数目为l、1、1、2和3。
- - 16 - -由于各运动副都要借助于驱动器来实现。
而无论是转动的还是移动的驱动器又大多为一个自由度。
所以在智能机械手关节驱动中，可以采用的只有转动副、移动副和螺旋副3种。
但是采用移动副和螺旋副的关节只能够使手指获得直线运动，其灵活性明显要比只含转动副的手指要差，因此，本文所设计的智能机械手的运动副全部采用转动副。
3.1.2手指的自由度自由度多的优点是在满足指端到达空间指定点的前提下，可以调整末杆的姿态，从而保证手指与物体的接触处于最佳状态。
但是我们也可以看到，自由度增多，结构也更复杂，控制也更难。
对于2自由度的手指来说，虽然不存在抓取和操作物体的灵巧性，但其智能机械手的结构设计和控制设计都很方便。
本文设计的智能机械手每个手指有2个关节。
3.1.3手指的数目人手能够抓取各种不同形状、不同材质的物体，其根本原因在于人手能采取各种各样的抓取姿态去适应特殊的任务要求。
智能机械手的手指数目若小于3个，则无法完成对抓取物体的微细操作，当手指数为5时，是仿造人手的手指数目和结构，具有很多优势，如果技术允许可以完成人手的所有动作如图2-1，而且如果作为人的假肢则必须为5指。
若手指数目多于5，由于每个关节需要分别独立驱动，如果再加上若干传感器，规划过程和控制过程都相当复杂，很难保证实时性，所以智能机械手的手指数目一般取3到5个手指。
从仿生学角度出发，为能实现对各种不同形状物体的抓取，本文设计的智能机械手的手指数目取为5个。
- - 17 - -- - 18 - -图3-1人类手指对任意物体的抓取方式通过对人手抓取任意物体方式的分析，可以将人手的抓取方式分为:手掌接触抓取、手指内侧接触抓取、手指侧面接触抓取、3个虚拟指的抓取、混合抓取等。
而智能机械手对物体的操作即是实现不同抓取方式之间在的转换的运动。
其中前三者为人手抓取的基本类型，可以实现其它几种类型的抓取。
(1).指端接触抓取将大拇指作为“虚拟指1”，另外四指作为“虚拟指2”的相对面抓取。
它具有良好的抓取灵活性，抓取精度较高，但在抓取稳定性及抓取力上受到一定限制。
(2).手掌接触抓取定义手掌为“虚拟指1”，除大拇指外的四指为“虚拟指2”的相对面抓取。
它以牺牲抓取灵活性以换取抓取的稳定性，手掌及各指的大面积接触被抓物使手抓充分发挥出抓取力，同时提供足够的摩擦力。
大拇指可以用以增加抓力，因此这种抓取方法保证了最大的抓取力和抓取稳定性。
(3).侧接触抓取大拇指为“虚拟指1”，食指朝大拇指的侧面为“虚拟指2”接触面的抓取，其抓取灵活性和稳定性介于指端接触抓取和手掌接触抓取之间。
本文所设计的五指智能机械手结构简单，易于控制，又能满足它对于各个应用环境都能很好的适应的功能要求，进而验证了选择手指数目的正确性3.1.4手指的结构形式ⅠⅡⅢⅣ图3-2 由2个转动副构成的手指结构对于2自由度手指，按照关节轴线之间是否平行、相交垂直和交错垂直三种情况，共有9种不同的关节配置。
由于轴线相交垂直使得传动布置较为困难，去掉这些情况还有4种组合，如图3-2所示。
从手指的控制方面以及本文研究对象的具体要求，采用第Ⅱ种手指结构。
3.1.5手指的材料为减轻重量，同时也由于手指所抓取物体一般都不是很大，所以，手指的结构材料一般选用铝合金，本文设计采用7A04(超硬铝)为材料，刚度、强度好，重量轻。
在一些特殊情况下，也可以采用碳素钢、铸钢、合成朔料等。
一般在手指的表面再粘附一层橡胶或软塑料等材料，以减小手指与物体接触时的冲击，同时也可以增大接触摩擦力。
3.1.6手指具体结构设计通过以上对智能机械手手指的结构分析，我们得出了手指的具体结- - 19 - -- - 20 - -构。
由于智能机械手采取模块化设计，五个手指结构基本相同，其具体结构如图3-3至3-5所示，具有以下特点：1.每指关节采用了由螺钉装配的活耳片，使手指关节的装拆更方便。
2.指根座上预留螺钉孔，使五指能很容易的装配在手掌上。
3.除了传动轴和手掌外，整个手指采用7A04材料;强度高，刚性好，重量轻。
4.表面材料为橡胶，可减少手指与物体接触时的冲击和增大磨擦图3-3 拇指结构图3-4 食指结构图3-5 中指、无名指、小拇指结构3.1.7 手掌结构设计研究出来的智能机械手可以分为具有手掌(以DLR手为代表)和不具有手掌(以JPL手为代表)两类。
没有手掌的智能手，其抓取和操作的灵巧性都比较好，对抓取尺寸比较小的物体并对其进行微细操作有利;而具有手掌的智能机械手，当手掌及各指的大面积接触被抓物体能使手爪充分发挥出抓取力，同时提供足够的摩擦力，从而大大提高其抓取稳定性。
就一般性和通用性而言，手指抓取应先以稳定性为前提，而且可以通过优化设计来弥补灵活性的不足，故本文研究对象选择有手掌的结构形式。
手掌结构设计较为复杂，要考虑的因素很多，因为它随着手指结构的不同而不同，几乎没有通用性。
设计手掌主要考虑了手指根指座的支撑和定位安排、电机的安装定位、信号线的布置等因素。
根据仿生学本文设计的手掌结构如图3-6所示：- - 21 - -图3-6智能机械手的手掌结构它具有以下特点：1.手掌的内部为一空腔，便于安装电机，引出驱动绳索和各种信号线；2.手掌的掌心处为一平面，便于与手指配合抓握物体；3.采用LC4为材料，刚度、强度好，重量轻。
3.2 智能机械手传动方式的设计常见的几种比较常用的机械传动机构主要有以下几种：1.齿轮传动：齿轮传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长传动比稳定等。
2.蜗杆传动：蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力，传动比大，冲击载荷小，传动平稳，噪音低；并具有自锁性。
3.带传动：带传动是由固联于主动轴上的带轮，固联于从动轴上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成。
带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点。
主要的带传动类型有v带传动多楔带传动和同步- - 22 - -带传动。
4.链传动：它由链条和主，从动链轮所组成。
链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传动动力。
链传动的优点是能保持准确的平均传动比，传动效率高轴上所受径向力小；但同时存在两根平行轴只能同向回转传动不能保持恒定的瞬时传递比。
综上所述，根据智能机械手对于传动机构各种要求以及综合考虑个传动形式的优劣情况具体选择确定了各手指关节的传动机构。
拇指2个关节、食指2个关节和其余3个手指的第一个关节共7个电机。
传动方式拇指关节1采用锥齿轮传动（如图3-7所示），关节2采用蜗轮蜗杆传动；食指2个关节都采用蜗轮蜗杆传动（如图3-8所示）；中指、无名指和小拇指的关节1采用蜗轮蜗杆，关节2采用带轮传动（如图3-9所示）。
图3-7 锥齿轮传动简图- - 23 - -- - 24 - -图3-8 蜗轮蜗杆传动简图图3-9 带轮传动简图3.3 智能机械手驱动动方式的设计驱动系统是机械手的重要组成部分，对系统的性能和操作能力具有决定性的作用。
在一般情况下，机械手的驱动系统由驱动器和传动系统两部分组成。
驱动器是驱动系统的核心部件，用以产生运动和力；传动系统将运动和力从驱动器传递到智能机械手各手指的关节。
常见的驱动方式有：电驱动：它是是技术最成熟、应用最广泛的一种驱动方式,为大多数智能机械手所采用。
从电机的静态刚、动态刚度、加速度、线性度、维护性、噪音等技术指标来看，是综合性能最好的一种。
液压驱动;它具有很好的稳定性和可靠性、很高的力矩体积比、很强的阻转能力,驱动器的结构简单并且价格便宜等。
但是,在智能机械手中采用液压驱动方式有很大的难度和弊端,如:存在较大的泄漏流量,微型阀对污染物十分敏感等。
气压驱动：能量存储方便;传动介质空气来源于大气,获取很方便;气压传动具有抗燃、防爆及不污染环境;且具有柔性，但是驱动器的刚度和空气的可压缩性有关,通常是很低的,并且驱动器的动态性能较差。
其它的新型驱动；如压电陶瓷驱动、可伸缩性聚合体驱动等。
综合比较以上各种驱动方式的优缺点考虑到电驱动的技术比较成熟，而且电驱动具有良好的静态，动态刚度；大的加速度；好的线性度、易于维护、噪音低等这些优点，电驱动的综合性能明显比液压驱动和气压驱动来的所以选择电驱动作为智机械手的驱动方式。
3.4 电机的选择智能机械手的选择电机一般从电机的转速和扭矩方面的性能做为主要数据来考虑，一般根据资料人手手指的运动速度为4-5mm/s左右，根据各手指的传动比以及传动机构具体形式，根据估算得电机的转速应该在- - 25 - -- - 26 - -1918r/min 左右。
而且考虑到智能机械手的手指尺寸非常小一般的电机根本就不适用。
必须选用微型电机根据综合比较国内外个厂家生产的微型电机的性能最终选择了faulhaber 公司生产的MicroMo 1516-006SR +型号的微型电机。
因为电机的转速比较大，在联接机械传动部分之前，首先通过减速发动机进行了一次减速，由于其型号要与所选的电机型号相配，通过查阅资料进行比较，选用了与其配套的Gearhead Micro 15/5型齿轮减速箱。
3.4 智能机械手总体结构尺寸的设计人类的4肢经过了几十万年进化, 经过了大自然的优胜劣汰的优化选择, 可以说已经是最优的结构。
所以，机器人智能机械手的结构尺寸可以参考人类手指的长度比例，并加以适当放大或缩小，或根据所设计的智能机械手的使用场合作适当的尺寸调整，根据测量本人手指的具体尺寸，给出智能机械手总体尺寸的参考，最后确定出智能机械手的总体结构尺寸.。
图3-10 智能机械手装配图通过对智能机械手手指、手掌以及驱动和传动系统的结构设计，我们得出了智能机械手总体结构，装配图如图3-10所示。