總體方案
1、主體結構設計方案
該機械手的工作空間很窄，僅為700 mm,所以要求機械手結構要緊湊，外形尺寸要小，但不要小到影響機械手的抓取能力。根據該機械手的工作環境及各坐標形式的優缺點，因此考慮采用折疊式關節型的設計方案。機械手的設計原理簡圖如圖1 所示。其中2 處和3 處的鉸接，1 處和2 處鉸接小臂須有2 個自由度。
2、驅動方式的選擇
該機器人一共有4 個獨立的轉動關節，連同末端機械手的運動，總計需要5 個動力源。常用的驅動方式為氣壓驅動、電機驅動和液壓驅動3 種類型�；谶@3 種驅動方式的優、缺點和機器人驅動系統的設計要求，選用直流伺服電機驅動的方式對機器人進行驅動。
3、自由度的分配
人的手臂有肩、肘、腕3 個關節，共6 個自由度。機械手的設計以模仿人的手臂為基礎，再根據實際情況，由于運載小車和爬臂機器人均可在自身所在的區域內移動和轉動，所以大臂和腕部各有一擺動自由度，而小臂有2 個自由度，即擺動和有限的轉動，且小臂可轉回到大臂的空隙，工作時可展開。最后一個自由度就是手腕的擺動。
機構設計
1、手部設計
因為被握持工件的形狀、大小、材料性能、重量和表面情況等的不同，從而機械手的手部結構也多種多樣， 手部結構是根據特定的工件要求而定的。常用的手部分為吸附和夾持兩大類。根據設計要求，采用夾持式的手部結構，它對抓取各種形狀的工件具有較強的適應性。
該設計手爪的動力由電機提供，通過將絲杠與電機相連， 利用手爪的特有結構來實現手爪的開合。本文設計出2 種機械手手爪。
方案1：圖2 為手爪剛好夾緊的狀態，圖3 為張開夾持時的狀態，很顯然，當手指張開時，其形狀成八字狀。而本機械手夾持對象是檢測儀，是矩形，當被夾持物的尺寸與設計的固定的夾持尺寸不一致時，如圖3 就是被夾持物過大的情況，最終呈八字夾持， 則手爪與檢測儀的接觸面就只是一條線，使得夾持不可靠，被夾持物有滑落的可能。同理，若被夾持物過小，則會出現倒八字的情況，則很可能會出現被夾持物滑落的情況。經過比較，該種手爪只適合夾持固定尺寸的夾持對象。
方案2：圖4 為夾緊的狀態，手爪夾緊鑒于方案1 中出現的問題，在方案2 中進行改進，通過采用連桿之間同時滑動， 就可以克服方案1 存在的問題，因為各連桿之間是同步運動，所以爪鉗的開合是同步的平行移動，手指始終平行，比較圖4 很容易發現，不論是手爪張開還是閉合，都不會出現呈八字（見圖3）的情況，這樣就克服了方案1 中出現的問題。從而使得手爪的通用性大大增強。所以，經過比較，選擇方案。
2、腕部設計
腕部的作用是在臂部動作的基礎上進行調整或改變手部的方位， 從而擴大機械手的運動范圍，使得機械手變得更加靈巧，適應性更強。腕部具有獨立的自由度，要求有繞中軸的擺動運動。機械手的工作條件是用于檢查核儲罐焊縫，在腐蝕性的場合中工作，所以對機械手的腕部材料選用耐腐蝕不銹鋼316L。
3、臂部設計
臂部的作用是把手部送到空間運動范圍內任意位置。若改變手部姿態，可用腕部的自由度加以實現。因此，臂部必須具備3 個自由度才能滿足基本要求，即手臂伸縮、左右回轉和升降運動。
臂部的結構設計必須根據機器人的運動形式、抓取質量、動作自由度、運動精度等因素來確定。同時設計時必須考慮到手臂的受力情況，油缸及導向裝置的布置、內部管路與手腕的連接形式等因素。臂部運動速度越高，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動既不平穩，定位精度也不高。因此，在臂部設計時除了要求結構緊湊、重量輕外，同時采用一定形式的緩沖措施。
自由度的分配在總體方案中已經介紹過，本文有4 個自由度，其中大、小臂的擺動，小臂的轉動，都是通過電機驅動來實現。 大、小臂的擺動靠擺動油缸來實現，而小臂部分利用電機軸帶動與其配合的板轉動來實現其轉動。
小臂的結構主要由2 塊板、細軸組合而成，利用SolidWorks 建模后，其三維模型如圖5 所示。
實例驗證
1、機械手的建模
本機械手的夾持對象是矩形焊縫檢測儀，所以設計的機械手手爪應適合夾持矩形且夾持可靠。應用SolidWorks 軟件對機械手的所有的零件建完模型后， 再在SolidWorks 的裝配環境下進行裝配，最終完成機械手的完整模型的裝配， 建模結果如圖6所示。
2、機械手的運動仿真
運動仿真是生產
制造前的一種檢查過程和方法，為了達到高效和有力地生產，所以運動仿真是設計制造前的重要操作環節。對產品進行運動仿真，能夠生動形象地進行產品的運動模擬，使產品的工作原理清楚地表達出來。
機械手的仿真過程，這里不再贅述。仿真后機械手實現預期的結果，機械手運動起來，達到了仿真的目的，如圖7 所示。
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