機(jī)器人技術(shù)融合了多學(xué)科技術(shù)，涉及范圍廣，在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，因其取代了人工操作，有效降低了人工作業(yè)的強(qiáng)度，并且工作效率大幅度提升，得到多個行業(yè)的廣泛關(guān)注，掀起了機(jī)器人開發(fā)和應(yīng)用的熱潮。機(jī)器人應(yīng)用的范圍與其所具有的操作性能和移動范圍息息相關(guān)。機(jī)器人手爪是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，相當(dāng)于人的兩只手，主要用于對工具或者工件進(jìn)行握持和操作，承擔(dān)著重要的操作執(zhí)行功能。機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)是一個將多種先進(jìn)技術(shù)高度集成的智能化機(jī)電系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的感知功能、處理功能和執(zhí)行功能，涉及到自動控制、仿生學(xué)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、材料學(xué)等多種學(xué)科的專業(yè)技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步的集中體現(xiàn)。

　　1 機(jī)器人機(jī)械手爪概述

　　機(jī)械手爪主要分為兩部分，即手臂和末端執(zhí)行器。手臂利用關(guān)節(jié)的運(yùn)動帶動末端執(zhí)行器的動作，達(dá)到預(yù)定的位置進(jìn)行預(yù)定的操作。末端執(zhí)行器是搜捕、抓持機(jī)構(gòu)、手爪以及固定手臂末端的工具的集合體，對任務(wù)對象做出動作直接進(jìn)行任務(wù)操作。一般來說，機(jī)器人機(jī)械手爪有五個主要的運(yùn)動，相應(yīng)的也就有五個自由度，運(yùn)動主要包括機(jī)器人腰部關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動、大臂的前后上下擺動、小臂的擺動、手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和手腕的擺動。對于機(jī)器人機(jī)械手爪的張合只是對工件或者物體其道抓握夾持的作用，不屬于自由度，因此不包含在自由度的范圍之內(nèi)。機(jī)械手爪的各個運(yùn)動利用電機(jī)驅(qū)動，操作簡單方便而且易于控制。衡量一個機(jī)器人機(jī)械手爪設(shè)計和合理性，主要是以其控制的難易程度、抓取的可靠性、對環(huán)境的適應(yīng)能力、抓取的效率和精準(zhǔn)度作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)器人手爪手指有平動運(yùn)動和張角運(yùn)動兩種主要方式，因此對于二指手爪而言可分為兩類，即二指平動手爪和二指張角手爪，從應(yīng)用范圍來看，以二指平動手爪應(yīng)用較多，本文著重對二指平動手爪的設(shè)計開發(fā)進(jìn)行研究。機(jī)器人機(jī)械手爪的功能實現(xiàn)程度決定了機(jī)器人在實際應(yīng)用中的工作效率和工作質(zhì)量，因此對于一個性能良好的機(jī)器人來說，首先要有一個性能可靠、抓取動作準(zhǔn)確平穩(wěn)的機(jī)械手爪，這就是機(jī)器人機(jī)械手爪的設(shè)計成為關(guān)鍵。

　　2 機(jī)器人機(jī)械手爪基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計

　　在機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)械手爪的設(shè)計和應(yīng)用是整個設(shè)計工作的重要組成部分，要充分考慮到機(jī)器人的設(shè)計需求和要達(dá)到的效果，以達(dá)到設(shè)計方案的最優(yōu)化。在對機(jī)器人機(jī)械手爪的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，要充分的考慮到一下幾點(diǎn)：第一，手部機(jī)構(gòu)要具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，不僅能夠?qū)ξ锲窚?zhǔn)確的抓握，更要保重物品在被抓握的過程中保持完好，不被損壞；第二，在兩手指之間應(yīng)該具有充足的移動范圍，當(dāng)兩手指在張開狀態(tài)下能夠滿足物品具有最大直徑值；第三，手部機(jī)構(gòu)要具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證其使用的可靠性；第四，能夠?qū)Σ煌某叽邕M(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，在抓取物品的過程中能夠自動完成對心；第五，手部機(jī)構(gòu)要靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量適中。

　　在滿足以上因素的條件下，制定出機(jī)器人設(shè)計的整體方案，在重點(diǎn)對手爪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，得出初步的設(shè)計方案后再根據(jù)實際設(shè)計需求對方案進(jìn)行校核分析，對手爪的材料、尺寸、可抓握的最大和最小直徑進(jìn)行調(diào)整，最終確立滿足實際使用需求的手爪設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上確立機(jī)械手爪的基本結(jié)構(gòu)。如下圖1所示為本文研究的二指平動機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)簡圖：

如上圖所示，此二指平動機(jī)械手爪為夾持式，通過雙旋向絲杠對二指進(jìn)行驅(qū)動，采用雙導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向同時起到加固的功能，導(dǎo)軌與絲杠軸心線處于同一水平面上，當(dāng)手指抓取到物體時沿單軸方向做水平運(yùn)動，絲杠在電機(jī)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，手爪的手指夾鉗通過絲杠螺母與絲杠的連接及雙導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用將轉(zhuǎn)動變?yōu)槠絼?，實現(xiàn)二指的開合，并抓取物體。

　　3 機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　本文開發(fā)設(shè)計的機(jī)械手爪擁有平動自由度，可以對小型的圓柱型物品進(jìn)行準(zhǔn)確的抓取。機(jī)器人機(jī)械手爪抓取范圍是根據(jù)需要的功能實現(xiàn)目標(biāo)來設(shè)定的，本文設(shè)定手爪抓取直徑范圍在10mm至30mm之間，其手指長度根據(jù)工作空間范圍來設(shè)定，過長的手指可能會降低手爪的強(qiáng)度，本文涉及的機(jī)械手爪長度設(shè)定為75mm。本文涉及的機(jī)器人接卸手臂在同一個水平面上，因此抓取功能的實現(xiàn)是在這個水平面內(nèi)?確的抓取物品，在做抓取動作是，為了更好的將允許范圍的物品準(zhǔn)確的抓取，機(jī)械手爪的鉗口在角度上設(shè)定為120度。手爪在抓取物品的過程中當(dāng)物品的中心點(diǎn)與夾鉗的中心位置偏離時，現(xiàn)有夾鉗的一面預(yù)先接觸到物品，在夾鉗面的夾力作用下物品隨著夾鉗的閉合產(chǎn)生運(yùn)動，再與其它三個立面的逐漸接觸的過程中，互相的角度作用產(chǎn)生兩個軸向的作用力，促使物品的中心位置逐漸與鉗口中心位置相吻合，最終達(dá)到準(zhǔn)確抓取。

　　4 結(jié)語

　　本文開發(fā)設(shè)計的機(jī)器人機(jī)械手抓，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作穩(wěn)定性和可靠性高。V型鉗口可有效的提升抓取物品過程中的自適應(yīng)力，能完成自動對心，從而提高抓取的穩(wěn)定性。絲杠傳動具有自鎖功能能夠保證在驅(qū)動力突然斷開的情況下仍能對物品穩(wěn)定的夾緊。工作效率高，雙導(dǎo)軌及直線軸承的使用既保證了工作精度，又增加了傳動效率。