一种工业机器人手部的设计_吴神丽

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-种工业机器人手部的设计吴神丽摘要: 机器人手部是安装于机器人手臂末端， 直接作用于工作对象的装置， 其手部的结构、 重量、 尺寸对于机器人整
体的运动学和动力学性能有直接、 显著的影响， 因此手 部设计 是机器人 设计中 的-个 重要环 节。本文进 行了- 种
手部在 V 型指上增加平面指的设计， 能扩大 夹持范围， 避免因频繁更换手部而影响工作效率; 在传动 机构上运用 连
杆平 行机构， 提高了整个手部的刚性， 使爪钳开合不同时 夹紧力 保持不 变， 同 时手爪 运动始 终保持 平行， 保证定 心
误差为零; 通过建立手指库实现机器人的-机多 能， 减少了设计和制造误差， 进而降低成本。
关键词: 机器人手部; 抓取; 连杆; 手指库
中图分类号: TH1 2; TP 24 文献标识码: A
工业机器人常用于焊接、 喷漆、 上下料和搬运，
延伸和扩大了人的手足和大脑功能， 它可代替人从
事危险、 有害、 有毒、 低温和高热等恶劣环境中的工
作。手部是工业机器人的关键部件之-， 主要作用
是夹持工件或工具( 如喷漆、 刀具等) ， 按照规定的动
作程序完成制定的工作， 其夹紧和松开动作都是自
动完成的。机器人装配系统里面， 机械臂末端的设
计对于降低误差和循环周期来说是非常重要的。
设计良好的机械手末端夹具可以在很大程度上
提高效率和系统的可靠性， 并对机器人的误差提供
补偿， 给装配系统带来很高的附加价值。为此， 本文
设计了-种可以夹持不同尺寸、 形状的柔性夹具， 同
时建立了具有标准件性质可随工件需要任意更换手
指的手指库。
1 机器人手部的结构设计
1 . 1 机器人手部结构
[ 1 6]
在分析常用典型手部结构基础上， 传动机构总
体上采用以连杆为主体的运动机构， 使传动机构结
构简单， 动作灵活， 手指张开角度大， 转动平稳， 易于
获得较高的制造精度， 降低成本; 同时利用连杆机构
中的平行四边形结构可以实现 手部的相对平 行移
动， 提高工件的定心精度。手部的自重增加了机械
臂的载荷， 在设计连杆部分时， 可将杆件设计成某-
部分为挖空结构， 且在杆件二端加衬套结构， 不仅可
以增加杆件的刚性， 也可以增加杆件的装配精度。
连杆主要采用 45 调质碳素钢。转动副采用双
头螺栓来实现， 要求螺栓的耐磨性高， 与连杆接触部
分采用间隙配合， 实现连杆的转动， 因此所加预紧力
不应过大。通过手部传动静力学分析并依据夹紧力
确定各个连杆的长度， 分别对连杆进行疲劳强度安
全系数校核和静强度安全系数校核， 以确定最终各
个杆件的长度。手部传动机构如图 1 所示。
设计的手部是可以更换的， 手部形式可以不同，
但是与手腕的机械接口必须相同， 即接口匹配。在
保证尺寸与手腕匹配的基础上， 在驱动杆上还安装
了活塞与弹簧。当手部的驱动杆在臂部液压缸活塞
的作用下向右运动时， 实现了手爪的夹紧运动。当
液压缸活塞向左运动后， 由于手部传动机构所需的
驱动力不大， 仅为 5. 23 N ， 因此， 手部驱动杆在弹簧
的反弹力作用下向左运动， 实现了手爪的放松运动，
在形式上就实现了手爪与手腕的接口匹配。无论手
部结构的传动机构如何， 只要保证与腕部接口尺寸
相同， 即可实现手部与腕部的匹配， 使手部拈化和
标准化。