AT89S51单片机全地形八足机器人机械手的设计(4)
2.1 自由度及关节
考虑到八足机器人机械手的定位精度、定位速度、工作效率以及工作稳定性要求，决定采用关节式机械手。关节式机械手的优点是可以从不同角度不同方位工作，速度快，工作效率高。本次设计的机械手拥有三个自由度，分别为腰关节、肩关节、肘关节，各关节均为转动关节。除此之外，机械手还有一个用于夹持物体的机械手爪[5]。机械手工作空间的坐标系建立如图2.1(a)所示，机械手整体装配图如图2.1(b)所示：
(a) (b)
图2.1 (a) 机械手的坐标系建立图示
(b) 机械手整体装配三文图设计
2.2 基座及连杆
2.2.1 基座
基座是整个机械手本体的支撑，本次设计的机械手基座也就是整个八足机器人的机身部分。为了增强机械手的负载能力，机械手的腰部驱动电机安装在基座上面。整个控制系统也安装在基座上面，所有电机的控制与反馈信号都从中出入。
2.2.2 腰部
腰部回转平面为X-Y平面，机械手的肩关节和肘关节驱动电机固定在腰部上面，腰部平面图和三文图如图2.2所示：
图2.2腰部回转关节平面图和三文图
2.2.3 手臂
手臂的回转平面为Y-Z平面，其平面图和三文图如图2.3所示：
图2.3 机械手手臂的平面图和三文图
2.2.4 手腕
手腕的回转平面为Y-Z平面，其平面图和三文图如图2.4所示：
图2.4 机械手手腕的平面图和三文图
2.2.5 手爪
机械手手爪主要用来抓取物体，可通过驱动机构控制其开合，由于本设计机械手末端没有自带力传感器，不能够反馈当前抓取物体所以的力度大小，所以，为了安全在爪子内部安装了橡胶块主要起缓冲作用，整个手爪的三文图和平面图如图2.5所示：
图2.5 机械手手爪的平面图和三文图
2.3 驱动方试
该机器人一共具有三个独立的转动关节，连同末端机械手爪的运动，一共需要四个动力源。 机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表2.1[6]：
内容 驱动方式
液压驱动 气动驱动 电机驱动
输出功率 很大，压力范围为50～140Pa 大，压力范围为48～60Pa 较大
控制性能 利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，
可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制 气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制
控制精度高，功率较
大，能精确定位，反
应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂
响应速度 很高 较高 很高
结构性能及体积 结构适当，执行机
构可标准化、模拟
化，易实现直接驱
动。功率/质量比
大，体积小，结构
紧凑，密封问题较大 结构适当，执行机
构可标准化、模拟
化，易实现直接驱
动。功率/质量比
大，体积小，结构
紧凑，密封问题较小 伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题