本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。
关键词： 工业机器人 机械手 电动 电动式关节型机器人机械手

课题基本参数的确定

1、手部负重：10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.） 

2、自由度数：4个，沿Z轴的上下移动，绕Z轴转动，沿X                                     轴的伸缩，绕X轴的转动

3、 坐标型式：圆柱坐标，其圆柱坐标型式的运动简图如图所示（见图1）

4、 最大工作半径：1800mm，最小工作半径1350mm

5、 手臂最高中心位置：1012mm

或伺服电机上端最高行程：1387mm（见图2）

              最小行程：1237mm

         ω                           φ    

              X

                                   Z     

                              图1.2         

6、 手臂运动参数：

          伸缩行程（X）：450

               伸缩速度：〈250mm/s

               升降行程（Z）：150mm

               升降速度：〈60mm/s

               回转范围（φ）：0~180度

               回转速度：〈70/s

7、 手腕运动参数：

        回转范围（ω）：0~180

        回转速度：90/s

8、 手臂握力：由N=0.5/f*G定

        这里取f=0.1   G=10kg

       N=0.5/f*G=50kg

       即手指握力为50kg

9、 定位方式：闭环伺服定位

10、 重复定位精度：±0.05mm

11、 驱动方式：电气（伺服电机）

12、 控制方式：采用MGS-51单片微机

第2章 结构的设计

2.1手部机构

    手部机构是机器人机械手直接与工件、工具等接触的部件，它能执行人手的部分功能。目前，根据被抓取工件、工件等的形状、尺寸、重量、易碎性、表面粗糙度的不同，在工业生产中使用着多种形式的手部机构，最常见的是钳爪式、磁吸式和气吸式，也有少数的特殊形式。不同形式的手部机构其夹紧力的计算各有不同。

    钳爪式手部机构是最常见的形式之一。手爪有两个、三个或多个，其中两个的最多。抓取工件的方式有两种：外卡式和内撑式。从其机械机构特征、外观与功用来看，有多种形式，它们分别是：

（1） 拨杆杠杆式钳爪

（2） 平行连杆式钳爪

（3） 齿轮齿条移动式钳爪

（4） 重力式钳爪

（5） 自锁式钳爪

（6） 自动定心钳爪

（7） 抓取不同直径工件的钳爪

（8） 具有压力接触销的钳爪

（9） 抓勾与定位销十钳爪

（10） 复杂形状工件用的自动调整式钳爪

（11） 同时抓取一对工件的钳爪与内撑式三指钳爪

（12） 特殊式手指钳爪

同时对钳爪的选用也非常重要，应考虑以下几个方面：

1 应具有足够的夹紧力，这样才能防止工件在移动过程中脱落，一般夹紧力为工件重量的2到3倍。

2 应具有足够的张开角，来适应它抓取和松开工件之间较大的直径范围，而且夹持工件中心位置变化要小（即定位误差小）。

3 应具有足够的强度和刚度，以免承受在运动过程中产生的惯性力和震动的影响。

4 应能保证工件的可靠定位

5 应适应被抓取对象的要求

6 尽可能具有一定的通用性  

夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。

2.1.1手指的形状和分类

夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。

2.1.2设计时考虑的几个问题

(一)具有足够的握力(即夹紧力)

在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。

(二)手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

(三)保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。

(四)具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

(五)考虑被抓取对象的要求

根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点， 两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。

臂部.dwg
传动原理图.dwg
工作空间图.dwg
机构简图.dwg
机身.dwg
零件图－齿轮轴.dwg
零件图－轴.dwg
装配图.dwg
电动式关节型机器人机械手的结构设计与...
任务书.doc