【内容提要】
本课主要学习工业机器人手部结构。介绍机器人手部的特点、手部分类、夹持类手部、吸附式手部、仿人手机器人手部。
知识要点：
✓ 机器人手部的特点
✓ 机器人手部分类
✓ 夹持手部
✓ 吸附式手部
✓ 仿人手机器人手部
重点：
✓ 掌握机器人手部分类
✓ 掌握机器人夹持手部
✓ 掌握机器人吸附式手部
难点：
✓ 机器人手部分类
✓ 夹持手部
✓ 吸附式手部
关键字：
✓ 手部、夹持手部、吸附式手部
【本课内容相关资料】
3.4机器人的手部机构
人类的手是最灵活的肢体部分，能完成各种各样的动作和任务。同样，机器人的手部是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。 机器人的手部也叫做末端执行器，它是装在机器人腕部上，直接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种定义：一种是医学上把包括上臂、腕部在内的整体叫做手；另一种是把手掌和手指部分叫做手。机器人的手部接近于后一种定义。 机器人的手部是最重要的执行机构，从功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。目前，前者应用较多，也比较成熟。工业机器人的手部是用来握持工件
或工具的部件。由于被握持工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部结构是多种多样的。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。
3.4.1机器人手部的特点
1.机器人手部的特点
（1）手部与腕部相连处可拆卸
手部与腕部有机械接口，也可能有电、气、液接头。工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。
（2）手部是机器人末端执行器
它可以像人手那样具有手指，也可以不具备手指；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人腕部上的喷漆、焊接工具等。 （3）手部的通用性比较差
机器人手部通常是专用的装置，例如，一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。
2.机器人手部的性质
机器人手部是—个独立的部件。假如把腕部归属于手臂，那么机器人机械系统三大件就是机身、手臂和手部。
手部对整个器人来说是完成作业好坏以及作业柔性好坏的关键部件之一，复杂感知能力的智能化手爪的出现增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。目前有一种弹钢的表演机器人的手部已经与人手十分相近，具有多个多关节手指，一个手指有二十余个自由度，每个自由度独立驱动。目前工业机器人手部的自由度还比较少，把具备足够驱动力量的多个驱动源和关节安装在紧凑的手部内部是困难的。
3.4.2机器人手部的分类
1.按手部的用途分类
手部按其用途划分，可分为手爪和工具两类。
（1）手爪
手爪一定的通用性，它的主要功能是：握住工件，握持工件，释放工件。
抓住：在给定的目标位置和期望位姿上抓住工件，工件在手爪内必须具有可靠的定位，保持工件与手爪之间的准确相对位姿，并保证机器人后续作业的准确性。
握持:确保工件在搬运过程中或零件在装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。
释放：在指定点上除去手爪和工件之间的约束关系。
如图3-32所示，手爪在夹持圆柱工件时，尽管夹紧力足够大，在工件和手爪接触面上有足够的摩擦力来支撑重量，但是从运动学的观点来看其约束条件是不够的，不能保证工件在手爪上的准确定位。
（2）工具
工具是进行某种专用工具，如喷漆、焊具等，如图3-33所示。用户关注度
汽车杯图3-32 平面钳爪夹持圆柱工件 图3-33专用工具
2.按手部的抓握原理分类
手部按其抓握原理可分为夹持类手部和吸附类手部两类。
（1）夹持类手部
夹持类手部通常又叫做机械手爪，有靠摩擦力夹持和吊钩承重两种，前者是有指手爪，后者是无指手爪。产生夹紧力的驱动源可以有气动、液动、电动和电磁四种。
（2）吸附类手部
机器人吸盘
吸附类手部有磁力类手爪和真空类手爪两种。磁力类手爪主要是磁力吸盘，有电磁吸盘和永磁吸盘两种。真空类手爪主要是真空式吸盘，根据形成真空的原理可分为真空吸盘、气流负压吸盘和挤气负压吸盘三种。磁力类手爪及真空类手爪都是无指手爪。吸附式手部适应于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、磁盘、晶圆）、微小(不易抓取)的物体，因此使用面也比较大。
3.按手部的手指或吸盘数目分类
按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。按手指关节可分为单关节手指手爪及多关节手指手爪。吸盘式手爪按吸盘数目可分为单吸盘式手爪及多吸盘式手爪。
家用水果榨汁机如图3-34所示为一种三指手爪的外形图，每个手指是独立驱动的。这种三指手爪与二指手爪相比可以抓取类似立方体、圆柱体及球体等形状的物体。如图3-35所示为一种多关节柔性手指手爪，它的每个手指具有若干个被动式关节，每个关节不是独立驱动。在拉紧夹紧钢丝绳后柔性手指环抱住物体，因此这种柔性手指手爪对物体形状有一定适应性。但是，这种柔性手指并不同于各个关节独立驱动的多关节手指。
图3-34 三指手爪 图3-35 多关节柔性手指手爪
4.按手部的智能化分类
按手部的智能化划分以分为普通式手爪和智能化手爪两类。普通式手爪不具备传感器。智能化手爪具备一种或多种传感器，如力传感器、触觉传感器及滑觉传感器等，手爪与传感器集成成为智能化手爪。
3.4.3机器人的夹持类手部
夹持类手部除常用的夹钳式外，还有钩托式和弹簧式。此类手部按其手指夹持工件时的动方式不同，又可分为手指回转型和指面平移型。
1.夹钳式手部
夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式。夹钳式一般由手指、驱动装置、传动机构、支架等组成，如图3-36所示。
1-手指2-传动机构3-驱动装置4-支架5-工件
图3-36夹钳式手部的组成
deepbit（1）手指或爪钳
手指是直接与工件接触的构件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开和闭合来实现的。ー般情况下，机器人的手部只有两个手指，少数有三个或多个手指。它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。指端的形状分为V形指、平面指、尖指和特形指，如图3-37所示。
十字滑块联轴器
a) V形指 b)平面指 c)尖指 d)特形指
图3-37夹钳式手部的手指
根据工件形状、大小及被夹持部位材质的软硬、表面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面和柔性指面三种形式。对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和合
金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金；高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀的玻璃钢或聚四氟乙烯。
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