3.3 臂伸缩机构设计
手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。
臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。
机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。
手臂的伸缩速度为200mm/s
行程L=500mm
3.3.1 确定伸缩液压缸的内径
表3-1 液压缸内径系列
初选D=80mm
3.3.2 计算手臂右腔工作压力
由公式
P=F/S （3-14）
式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。
所以代入公式得：
P=（F+ F摩）/S
=（30×9.8+1000）/（π×40²）
=0.26Mpa
3.3.3 计算液压缸壁厚δ
选择中等壁厚 即 16＞
＞3.2 时
δ=
（3-15）
式中：
本设计中液压缸材料选用优质碳素钢铁25
查相关资料得
=450 MP
，n=5
代入公式得 δ=15mm
3.3.4 活塞杆的计算
活塞杆的尺寸要满足活塞(或液压缸)运动的要求和强度的要求。对于杆长2大于直径d的15倍(即l＞25d)的活塞杆还必须具有足够的稳定性。
（3-16）
式中：
本设计中液压缸材料选用碳素钢铁25
查相关资料得=450 MP，n=5
代入公式：d=36mm
3.3.5 手臂右腔流量
由公式得：
Q=sv
=200×π×40²
=1004800
/s
=1000ml³/s
3.4 机身上下伸缩机构设计
上下伸缩机构设计要实现所要求的运动，为此，需满足承载能力大、刚度好、自重轻等基本要求。上下伸缩机构的作用是支撑手臂、手腕部和手部，并带动它们在空间运动。机械手的上下精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。
机械上下的伸缩速度为200mm/s
行程L=500mm
3.4.1 确定伸缩液压缸的内径
表3-2 液压缸内径系列
初选D=100mm
3.4.2 计算液压缸腔工作压力
由公式
P=F/S
式中：F——取工件重和手臂部件总重，估算 F=10+40=50kg， F摩=1000N。
所以代入公式（2.12）得：
P=（F+ F摩）/S
=（50×9.8+1000）/（π×50²）
=1.58Mpa
3.4.3 计算液压缸壁厚δ
选择中等壁厚 即 16＞＞3.2 时
δ= （3-17）
式中：
本设计中液压缸材料选用优质碳素钢铁25
查相关资料得=450 MP，n=5
代入公式得 δ=20
3.4.4 活塞杆的计算
活塞杆的尺寸要满足活塞(或液压缸)运动的要求和强度的要求。对于杆长2大于直径d的15倍(即l＞25d)的活塞杆还必须具有足够的稳定性。
（3-16）
式中：
本设计中液压缸材料选用碳素钢铁25
查相关资料得=450 MP，n=5
代入公式：d=50mm
3.4.5 手臂右腔流量
公式（2.7）得：
Q=sv
=200×π×50²
=1570mm³/s
3.5 底座回转机构设计
3.5.1 手臂回转时所需的驱动力矩
采用回转液压缸实现手臂回转运动时，其受力情况可化简成图3.5
图3-5 机身旋转时所受扭矩简图
驱动机身回转的力矩
应该与手臂起动时所产生的惯性力矩
及各密封装置处的摩擦力矩
相平衡
=++
（3-18）
式中：———密封装置处的摩擦力矩（N﹒m），估算15N﹒m;
=
(其中：
——回转缸动片的角速度变化量(rad/s)，在起动过程中
=
,取=
(rad/s);
——起动过程中的时间（S），取0.3s;
——手臂回转部件(包括工件)对回转轴线的转动惯量(N．m﹒
),
手臂回转零件的重心与回转釉的距离为
，则
=
（3-19）
为回转零件对重心轴线的转动惯量,
估算值：取5 N．m﹒，工件重10kg ,
取500mm,机械手臂总重40kg,
取300mm
则=
=5+10×
+40×
=11.1 N．m﹒
==11.1×
=38.7 N．m
——回转液压缸回油腔的背压反力矩。
=
,估算为10 N．m
所以=++=15+38.7+10=63.7 N．m
驱动力矩的计算
图3-6
如图3-6所示回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱
动力矩
=
（3-20）
3.5.2 回转缸内径D的计算
根据
=
=
（3-21）
D=
（3-22）
式中：D——回转缸内径(m)；
——作用在动片的外载荷力矩，按式计出
p——回转液压缸的工作压力（Pa)；
d——输出轴与动片联接处的直径(m)，
初步设计时按于
＝1．5—2．5选取；
b——动片宽度(m)。
3.5.3 回转缸工作压力P及流量Q的计算
由公式
=P×b（D²-d²）×106/8
其中： b—叶片密度，这里取b=3cm；
D—摆动缸内径, 这里取D=40cm；
d—转轴直径, 这里取d=15cm。
所以代入（2.11）公式
P=8/b（D²-d²）×106
=8×63.7/0.03×（0.4²-0.15²）×106
=1.54Mpa
又因为
=8Q/（D²-d²）b
所以
Q=（D²-d²）b/8
=（π/3）（0.4²-0.15²）×0.03/8
=539ml/s
3.6 机构工作参数表
表3-3 所示
|
机构名称
|
工作作速度
|
行程
|
工作压力
|
流量
|
|
手部抓紧
|
60mm/s
|
25mm
|
1.78Mpa
|
117.8ml/s
|
|
腕部回转
|
|
±
|
0．89Mpa
|
27ml/s
|
|
小臂伸缩
|
200mm/s
|
500mm
|
0.26Mpa
|
1000ml/s
|
|
上下伸缩
|
200mm/s
|
500mm
|
1.58Mpa
|
1570ml/s
|
|
机身回转
|
 /s
|
±
|
1.54Mpa
|
539ml/s
|
