多关节抓取灵巧手设计
徐培培 ，刘旭 ，翟佳星 ，邱泽成 ，王国庆 （１．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４；２．天津大学机械工程学院，天津３０００７３）
［摘要］针对目前塑胶类组装生产线机械手存在的制造成本高、结构复杂、难以大规模推广的问 题，设计了一种用于塑胶类组装生产线的抓取灵巧机械手。采用远端步进电机集中布局和空间柔索传动 的方式，可以在大大降低成本的同时提高传动系统布局的灵活性，降低驱动电机的力矩及抓取物件的重 量限制，增强灵巧手的柔性和控制精度与实时性。在结构设计方面，采用了４指结构，每个手指拥有２个 关节，整体外形近似人手，便于操控。最后进行了仿真分析和驱动测试，系统达到了预定目标。 ［关键词］塑胶组装；灵巧手；柔索传动；手指 ［中图分类号］ＴＰ２４１ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１７）０１—００６３—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｊｏｉｎｔ ｇｒａｓｐｉｎｇ ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ ｈａｎｄ
ＸＵ Ｐｅｉ－Ｐｅｉ，ＬＩＵ Ｘｕ，ＺＨＡＩ Ｊｉａ－Ｘｉｎｇ，ＱＩＵ Ｚｅ－Ｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｇｕｏ－Ｑｉｎｇ
目前，用于塑胶类组装生产线的机械手存在 制造成本高、结构复杂、不能实现精准灵活地操
作，难以实现大规模的生产和发展等问题。
国外研究学者从２Ｏ世纪５０年代就开始了多关 节抓取灵巧手的相关研究。文献［１］研制的Ｃ６Ｍ
灵巧手与文献［２］研制的ＥＨ１ Ｍｉｌａｎｏ灵巧手均采
用电机驱动，电机和肌健耦合传动，并且其外形和
功能更接近人手，可以进行类似人手的抓持操作，
提高了抓取的稳定性和准确性。
对于塑胶类组装生产线上的机械手，由于目 标物体较脆弱，对灵巧手柔性要求较高，而电机驱
动的多指灵巧手缺乏柔性，且电机成本高，质量
重，体积大，不能满足要求。本文采用远端步进电
集中布局和空间柔索传动的方式，可以很好地解决 这一问题。
１总体设计
本文研究的灵巧手在结构方面，采取４指结构
第３期（总第１３３期） Ｎｏ．３（ＳＵＭ Ｎｏ．１３３） 机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ２０１３年６月 Ｊｕｎ．２０１３
气动搬运机械手的机械结构设计
马青华
（伯曼机械制造上海有限公司，上海２０１７００） 摘要：机械手的应用非常广泛，可以高效完成很多工作。设计一种气动搬运机械手，主要由夹持式手部、手腕、手 臂等结构组成，能实现四自由度的运动，结构简单、成本低，可实现简单的搬运功能。 关键词：机械手；搬运；气动；设计 中图分类号：ＴＨ１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—７７３ｘ（２Ｏ１３）０３—００２６—０２
０引 言 机械手广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工等行 业” ，可以完成很多工作，例如搬运，装配、喷漆等。气 动机械手以压缩空气为介质，具有结构简单、重量轻、 动作迅速、工作可靠、节能、环保等优点，而被广泛应 用。文中介绍柔性生产系统中的气动搬运机械手装 置，基于三菱ＦＸ系列的ＰＬＣ实现气动机械手的控制 。 ， 能使手腕旋转、手臂伸缩、手臂升降、手臂回转的四个 自由度运动，用以实现搬运功能。 １ 机械手的总体方案设计 按机械手手臂的运动形式及其组合情况，可分为 直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。本文机 械手采用圆柱座标型式，总体方案，见图１，主要由底 座、立柱、手臂、手腕、手部结构组成。具有四个自由度 的运动（手腕回转，手臂伸缩、回转、升降）：手臂回转和 升降运动是通过机座的立柱实现的，手臂回转通过回 转气缸带动立柱旋转实现，手臂升降通过升降气缸带 动立柱升降实现；手臂伸缩通过伸缩气缸实现，手指抓 取运动通过气缸配合齿轮齿条机构实现；各气缸的控 制主要通过ＰＬＣ实现的。
１一手部；２－手腕回转气缸；３－手腕；４－手臂；５－手臂伸缩气缸；６－立柱； ７一立柱升降气缸；８－立柱回转气缸；９－底座；１０一基体 图１机械手总体结构 ２机械手手部的结构设计 ２．１ 夹持式手部的工作原理 手部结构一般有夹持式和气流负压式吸盘。本 文采用夹持式手部，由手指（或手爪）和传力机构组 成。传力结构形式较多，例如滑槽杠杆式、斜楔杠杆 式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。采用齿轮齿条式的手 部结构是：一支点两指回转型。由于工件多为圆柱形， 手指形状设计成Ｖ型，见图２（ａ），主要通过齿轮齿条相 配合实现手指的张开与闭合，齿条固定在活塞杆上，齿 轮固定在手指上，当活塞杆向下移动时，齿条向下移 动，左齿轮顺时针旋转，右齿轮逆时针旋转，手指张开； 相反，齿条随活塞杆向上移动，实现手指闭合。
机械手臂结构设计
引言
机械手臂是一种能够模拟人体手臂运动的机械装置，由多个关节和执行器组成。机械手臂广泛应用于工业生产、医疗卫生、军事领域等多个领域。在设计机械手臂的过程中，结构设计是至关重要的。本文将介绍机械手臂的结构设计，包括材料选型、关节设计以及执行器设计等方面。
材料选型
机械手臂的结构设计中，材料的选型是一个关键的考虑因素。常用的材料包括金属、塑料和复合材料等。对于机械手臂的关键部件，如关节和机械臂的骨架，通常选择高强度的金属材料，如铝合金或钢材。这些材料具有良好的刚性和抗压能力，能够承受机械手臂在工作过程中的变形和载荷。
对于机械手臂的其他部件，如外壳和手部抓取装置，通常采用轻质的塑料材料。塑料具有良好的韧性和耐磨性，能够减少机械手臂的自重，提高其运动效率。
此外，一些先进的机械手臂采用复合材料作为结构材料。复合材料由两种或多种材料的组合而成，具有重量轻、强度高和耐腐蚀等优点。复合材料在机械手臂的设计中能够提供更多的设计自由度，并且具有良好的机械性能。
关节设计
机械手臂的关节设计是结构设计的核心部分。关节是机械手臂的运动部件，具有转动和固定两种类型。根据机械手臂的需要和设计要求，可以选择不同类型的关节。
常见的关节类型包括旋转关节、滑动关节和万向关节。旋转关节允许机械手臂在水平和垂直方向上旋转，以实现多个角度的运动。滑动关节允许机械手臂在水平方向上滑动，实现平移运动。万向关节能够实现多个方向上的转动和滑动运动。
关节的设计要考虑到机械手臂的运动需求、载荷和精度要求。需要确定关节的旋转角度范围、最大载荷和运动速度等参数。在选择关节类型和设计参数时，需要综合考虑机械手臂的整体性能和成本等因素。
执行器设计
执行器是机械手臂的驱动装置，用于控制机械手臂的运动。常见的执行器类型包括电动执行器和液压执行器。 电动执行器是一种常用的执行器类型，具有结构简单、控制灵活和响应速度快等优点。电动执行器通常采用电机作为动力源，通过齿轮传动或直接驱动实现机械手臂的运动。在设计电动执行器时，需要考虑到电机的功率、转速和扭矩等参数，并根据机械手臂的要求选择合适的电机型号。
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水平多关节型码垛机器人结构设计
作者：应万明 张壮
来源：《科技创新导报》2017年第24期
摘 要：根据目前物流自动化对箱包等物料高速码垛的工作要求，确定了码垛机器人的基本技术指标，设计了三自由度水平关节型码垛机器人的机械结构。通过运动学分析得出了码垛机器人的运动学方程，并通过对运动学方程的逆解求出码垛机器人各关节的位姿，应用 Solid
Works 软件构建了码垛机器人的三维实体模型，进行模型装配，实现了码垛机器人码垛过程的仿真。对码垛机器人结构的设计与运动学分析可以为设计和生产码垛机器人提供借鉴。
关键词：码垛机器人 三平动一垂直 SolidWorks设计
中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0108-03
1 背景概述
码垛是将装入容器（如纸箱、编织袋和桶等）的物料或者经过包装和未经包装的规则物品，按一定排列码放在托盘（木质）上，进行自动堆码。可堆码多层，然后推出以便于继续进行下一步包装或者用叉车运至仓库储存。码垛机器人可以实现智能化操作管理，从而大大减少劳动人员，降低劳动强度。码垛机器人已广泛应用于石化、食品、医药、饲料、粮食、有色矿物和建材等行业中的粉状、粒状物料以及规则有一定体积物品的自动码垛。
1.1 码垛机器人的技术指标
（1）产品形式：PET瓶、玻璃瓶。
（2）码垛物品：纸箱包装、膜包。
（3）包装瓶容量规格：500mL。
（4）码垛速度：不少于15箱/min（24瓶/箱）。
（5）物品重量：不大于20kg（每箱）。
（6）纸箱尺寸：385mm×270mm×235mm。
（7）码垛层数：4层。
1.2 码垛机器人的总体组成 龙源期刊网
