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平面关节型机械手设计
[摘要] 平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两技术参数见表1-1
表1-1
机械手类型
平面关节型
抓取重量
自由度
3个（2个回转1个移动）
大臂
长700mm，回转运动，回转角240，步进电机驱动 单片机控制
小臂
长600mm，回转运动，回转角240，步进电机驱动 单片机控制
移动关节
气缸驱动 行程开关控制
手指
气缸驱动 行程开关控制
结构特点
结构特点如下图：
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第2章 手指设计
工业机械手的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。
设计时要注意的问题
(1) 手指应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。
(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。
(3) 应能保证工件在手指内准确定位。
(4) 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。
(5) 根据应用条件考虑通用性。
零件的计算
其中g取10
取G=23（N）
紧力的计算：
f为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为40号钢，手指为钢材，查《机械零件手册》 表2-5 f=
所以
取N=40（N）
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驱动力的计算
为斜面倾角，，为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，
查《机械零件手册》表2-2 这里取
所以
取p=55(N)
活塞手抓重量的估算
r为杆的半径，h为长度，g取10
汽缸的设计
因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。
汽缸内型选择，由于行程短，选单作用活塞汽缸，借弹簧复位。
汽缸的计算
气压缸内径D的计算
按《液压传动与气压传动》公式 13-1
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D为汽缸的内径(m)，P为工作压力（Pa）,为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取，查《液压传动与气压传动》表13-2 由于汽缸垂直安装，所以取P=。
按《液压传动与气压传动》表13-3圆整取32mm.
活塞杆直径d的计算
一般，
mm
按《液压传动与气压传动》表13-4 圆整取8mm
汽缸壁厚的计算
按《液压传动与气压传动》表13-5查得
弹簧力的F的计算
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第3章 移动关节的设计计算
机械手的驱动系统有液压驱动，气压驱动，电机驱动，和机械传动四种。一台机械手可以只用一种驱动，也可以用几种方式联合驱动，各种驱动的特点见表3-1。
因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。
汽缸内型选择：因为活塞行程较长，往复运动，所以选双作用单活塞汽缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动。
初选活塞杆直径d=12mm，估算其重量
取5N
取80N
表3-1
比较内 容
驱动方式
机械传动
电机 驱动
气压传动
液压传动
异步电机，直流电机
步进或伺服电机
输出力矩
输出力矩较大
输出力可较大
输出力矩较小
气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大
液体压力高，可以获得较大的输出力
控制性能
速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位精度高，可与主机严格同步
控制性能较差，惯性大，步易精确定位
控制性能好，可精确定位，但控制系统复杂
可高速，气体压缩性大，阻力效果差，冲击较严重，精确定位较困难，低速步易控制
油液压缩性小，压力流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制
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体积
当自由度多时，机构复杂，体积液较大
要油减速装置，体积较大
体积较小
体积较大
在输出力相同的条件下体积小
维修使用
维修使用方便
维修使用方便
维修使用较复杂
维修简单，能在高温，粉尘等恶劣环境种使用，泄漏影响小
维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火
应用范围
适用于自