機械夾爪

理想的機械爪朝向能和人手一樣靈巧之機械手，而人手之不同於現有機械爪 有數點：其一，人手可執行許多靈活的動作，如拿雞蛋、玩雜要等；其二，人手 的感覺非常敏銳，能夠感覺冷、熱、乾、濕、痛等[1，24]；其三，人手的結構 和材料相當精巧。完成一優質的機械夾爪需要結合各領域的知識，機械工程在於 機械臂的動態與靜態分析，精密輕巧的材質以及各種感測元件是材料科學研究方 向，而電機方面著重於感測器與介面訊號的處理以及運動控制的方法。

Utah-MIT hand[13]是相當著名的機械手，如圖 2.3 所示，其設計的概念是模 仿人類手的外形和大小，包含了四隻手指、每隻手指有四個自由度；手的關節處 (joint)有位置感測器來偵測關節角度，透過肌腱處(tendon)的力感測器來量取手指 的伸展和屈曲的狀況，利用這些資訊進一步控制關節、手指運動，來達成抓取物

及操控不同的物體或工具；相形之下，兩指的機械手爪或是平行夾(parallel jaw)，

雖然功能上受到限制，不過，容易設計與實現，卻是普遍應用在工業自動化中，

負責夾取、搬運的動作，因此在設計機械夾爪之前，先確定所要執行工作的複雜 度，再來決定選擇是要採用哪一種類型的機械夾爪。

圖 2-3Utah_MIT Hand[13]

夾爪的設計可約略分為：真空式、磁力式、通用式、與機械式。機械式的夾 爪在閉合時，在物體表面施加壓力來完成夾取。機械式夾爪的用途較廣，普遍存 在自動化的場合，基於設計便捷、成本合理、定位精準、應用廣泛等考量，普遍 使用機械式、齒輪齒條型的設計方式。

致動器是機械手爪動力的來源，大致分為三種致動方式：氣動、液壓以及電 動式[21]。電動致動使用電動馬達作為致動器，負責將電能轉換成機械能。機械 夾爪要裝置在機械手臂上，所以體積和重量要小，直流馬達是很好的選擇，而且 整個致動的特性容易分析與建立模組，利用驅動電路，和控制器能夠精確的控 制，並且在最快的反應時間內驅動系統，所以我們選用直流馬達作為致動器，如 圖2.4(a)所示，運作模式為馬達經過減速機後帶動齒輪做旋轉，齒輪將旋轉運動 經過兩齒條轉換成直線運動，兩齒條分別連接到夾爪的兩指，當齒條做直線來回 運動時，夾爪即做出開跟合的動作，圖2.4(b)-(c)為夾爪機構外觀。

(a)機械夾爪組成示意圖

(b) 機械夾爪上視圖 (c) 機械夾爪前視圖

圖 2-4 機械夾爪：(a)示意圖，(b)上視圖，和(c)前視圖 表 2-1 夾爪馬達驅動系統硬體規格

直流伺服馬達(A-max26_110212)

最大轉矩 42.2 mNm

最大轉速 4400 rpm

額定功率 4.5 W

重量 119 g

增 量 式 編 碼 器(Digital Encoder_110512)

解析度 500 ppr

編碼方式 A、B 相和 Index channel 減速機(Spur Gear head GS_110448)

減速比 100:1

最大效能 66 %

馬達驅動器(Maxon motor control 145391)

控制模式 轉矩控制

電源 12VDC~50VDC

輸入訊號 -10~10V