移动机器人机械臂的结构设计+文献综述(5)
机械手手部（末端执行器）结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求：
(1)应具有适当的夹紧力和驱动力，手指握力（夹紧力）大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力时，除考虑抓取物体重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证夹持安全可靠。
(2)手指应具有一定的开闭范围，手指应具有一定的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）或开闭范围（对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离），以便于抓取或退出物体。
(3)应保证抓取物体在手指的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内部都有准确的相对位置。
(4)要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以便于减轻手臂的负担。
3.2 传动方式的选择
机械传动是主要的传动装置，常用的有带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等。
根据机械手结构的实际情况选择齿轮传动。齿轮传动式机械传动中应用最广泛的一类传动。它传动效率高，在正常的润混条件下效率可达99%以上。
手指的设计将采用平移运动的方式来夹持物体，这里将采用左右螺旋轴和齿轮副一起作为传动机构来完成末端机构所要求达到的功能 。采用这两种结构将使整个末端执行器体积小、质量轻。
3.3 手部结构的设计
工业机器人应用的双指机械式夹持器按其手爪的运动方式可分为回转型和平移型。如图3.1和3.2是两种典型的机械夹持器结构。本文选择平移型夹持器的结构，它与前者相比具有结构简单、控制容易的优点。
图3.1 回转型 图3.2 平移型
在手爪的设计中主要考虑看以下几种方案：
方案一：齿轮齿条平行连杆的机构，该方案见图3.3所示。
1—夹持 2—连杆 3—扇形齿轮 4—齿条 5—手爪壳体 6—直线电机
图3.3 直线电机带动齿轮齿条的手爪方案
该结构1驱动电机为直线电机，直线电机轴带动齿条沿轴线方向直线运动，两个扇形齿轮则在齿条的带动下实现运动，从而带动连杆和连杆铰链的夹钳实现开合动作，该机构从实现上最为简单。考虑到与后面要使用电机的配套，如果选择直线电机，则必须选择单独的一套驱动器，势必增加成本。
方案二：圆柱直齿轮和螺旋轴
而方案一为了实现较大的手爪开合尺寸，齿条部分必需做的较长，而在整个手爪开合的进程中，手爪完全张开时，齿条有一部分要伸出手爪壳体。综合以上因素，实际设计中，对机械手进行了如下的结构设计。传动机构采用圆柱直齿轮和螺旋轴，整个末端执行器体积小、质量轻。两手指相对于末端执行器在左右螺旋的带动下做平移运动，达到开合作用。手部结构如图3.4所示。
图3.4 手部结构图
1—步进电机 2—齿轮 A 3—导向轴 4—左右螺旋轴
5—齿轮B 6—夹持器右指 7—夹持器左指 8—衬套
经过以上的研究讨论从而设计手部结构。手部结构采用超硬铝合金材料，在保证一定的刚度的同时又降低了整体的重量。前段可以夹持形状规则（如手指按接触面为平面）的物体，后段为菱形形状，可以夹持圆柱形和不规则形状的物体手指长度为125mm，开合范围4—70mm。它的内部结构式这样的，驱动电机1经齿轮2传动齿轮5，驱动左右螺旋轴4使两指6、7进行开合。两手指相对于末端执行器在左右螺旋的带动下做平移运动，达到开合作用。两根导向轴3固定两手指并引导两手指的运动轨迹。