1、或手腕回转缸的尺寸及其校核尺寸设计气缸长度设计为,气缸内径为,半径,轴径,半径,气缸运行角速度，加速度时间,压强,则力矩尺寸校核测定参与手腕转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在个半径的圆盘上，那么转动惯量工件的质量为,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为惯手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为偏，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合，，夹持工件端时工件重心偏离转动轴线,则偏手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为摩，对于滚动轴承，对于滑动轴承为手腕转动轴的轴颈直径，,为轴颈处的支承反力，粗略估计,,摩回转缸的动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计封为摩的倍，封摩封摩偏惯驱驱设计尺寸符合使用要求，安全。第五章结论本次设计的是气动通用机械臂机构，相对于专用机械臂机构，通用机械臂机构的自由度可变，控制程序可调，因此适用面更广。采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统规范。机械臂机构采用控制，具有可靠性高改变程序灵活等。

2、有效圈数弹簧材料剪切模量，般取在设计中，必须考虑负载率的影响，则由以上分析得单向作用气缸的直径代入有关数据，可得所以查有关手册圆整，得由,可得活塞杆直径圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有其中，，则满足实际设计要求。缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中缸筒壁厚，气缸内径，实验压力，取,材料为,代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为第四章手腕结构设计手腕的自由度手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有的自由度，以使机械臂机构适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械臂机构的通用性加工工艺要求工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械臂机构抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设绕轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油气缸，因此我们选用回转气缸。它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。手腕的驱动力矩的计算手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩图所示为手腕受力的示意图。工件手部手腕图手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下。

3、的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。机械臂机构的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械臂机构的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩左右回转和降或俯仰运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。机械臂机构的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械臂机构采用气压传动方式。机械臂机构的控制方案设计考虑到机械臂机构的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器对机械臂机构进行控制。当机械臂机构的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。机械臂机构的主要技术参数机械臂机构的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械臂机构的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为公斤。二基本参数运动速度是机械臂机构主要的基本参数。操作节拍对机械臂机构速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。如图所示而影响机械臂机构动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。该机械臂机构最大移动速度设计为。最大回转速度设计为。平均移动速度为。平均回转速度为。机械臂机构动作时有启动停止过程的加减速度存在，用速度行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械臂机构设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在。

4、计算封摩偏惯驱式中驱驱动手腕转动的驱动力矩惯惯性力矩偏参与转动的零部件的重量包括工件手部手腕回转缸的动片对转动轴线所产生的偏重力矩封手腕回转缸的动片与定片缸径端盖等处密封装置的摩擦阻力矩下面以图所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算手腕加速运动时所产生的惯性力矩悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则惯式中参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量工件对手腕转动轴线的转动惯量。若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为式中工件对过重心轴线的转动惯量工件的重量工件的重心到转动轴线的偏心距,手腕转动时的角速度弧度起动过程所需的时间起动过程所转过的角度弧度。手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩偏偏式中手腕转动件的重量手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩封封式中，转动轴的轴颈直径摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承,处的支承反力，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据,得同理，根据,得式中的重量如图所示的长度尺寸转缸的动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。回转气缸的驱动力矩计算在机械臂机构的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的原理如图所示，定片与缸体固连，动片与回转轴固连。动片封圈把气腔分隔成两个当压缩气体从孔进入时，推动输出轴作逆时回转，则低压腔的气从孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶气缸的压力驱动力矩的关系为。

5、种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械臂机构手臂的伸缩行程定为,最大工作半径约为。手臂升降行程定为。定位精度也是基本参数之。该机械臂机构的定位精度为。三用途用于自动输送线的上下料。四设计技术参数抓重自由度数个自由度座标型式圆柱座标最大工作半径手臂最大中心高手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度手腕运动参数回转范围回转速度手指夹持范围棒料定位方式行程开关或可调机械挡块等定位精度驱动方式气压传动控制方式点位程序控制采用图机械臂机构的工作范围第三章手部结构设计夹持式手部结构夹持式手部结构由手指或手爪和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式斜楔杠杆式齿轮齿条式弹簧杠杆式等。手指的形状和分类夹持式是最常见的种，其中常用的有两指式多指式和双手双指式按手指夹持工件的部位又可分为内卡式或内涨式和外夹式两种按模仿人手手指的动作，手指可分为支点回转型，二支点回转型和移动型或称直进型，其中以二支点回转型为基持工件的方位，可得握力计算公式所以实际驱动力实际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取时，则所以实际所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。气缸的直径本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为式中活塞杆上的推力，弹簧反作用力，气缸工作时的总阻力，气缸工作压力，弹簧反作用按下式计算式中弹簧刚度，弹簧预压缩量，活塞行程，弹簧钢丝直径，弹簧平均直径，弹。

6、行机构以定的精度达到设定位置第二章机械臂机构的整体设计方案对气动机械臂机构的基本要求是能快速准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度快速反应定的承载能力足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械臂机构的原则是充分分析作业对象工件的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取搬运时的受力特性尺寸和质量参数等，从而进步确定对机械臂机构结构及运行控制的要求尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制本次设计的机械臂机构是通用气动上下料机械臂机构如图所示，是种适合于成批或中小批生产的可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。它可用于操作环境恶劣的场合。图机械臂机构的整体机械结构机械臂机构的座标型式与自由度按机械臂机构手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式圆柱座标式球座标式和关节式。由于本机械臂机构在上下料时手臂具有升降收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械臂机构具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加个手臂上下摆动的自由度。如图所示图机械臂机构的运动示意图机械臂机构的手部结构方案设计为了使机械臂机构的通用性更强，把机械臂机构的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。机械臂机构的手腕结构方案设计考虑到机械臂机构的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作。

7、计算封摩偏惯驱式中驱驱动手腕转动的驱动力矩惯惯性力矩偏参与转动的零部件的重量包括工件手部手腕回转缸的动片对转动轴线所产生的偏重力矩封手腕回转缸的动片与定片缸径端盖等处密封装置的摩擦阻力矩下面以图所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算手腕加速运动时所产生的惯性力矩悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则惯式中参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量工件对手腕转动轴线的转动惯量。若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为式中工件对过重心轴线的转动惯量工件的重量工件的重心到转动轴线的偏心距,手腕转动时的角速度弧度起动过程所需的时间起动过程所转过的角度弧度。手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩偏偏式中手腕转动件的重量手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩封封式中，转动轴的轴颈直径摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承,处的支承反力，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据,得同理，根据,得式中的重量如图所示的长度尺寸转缸的动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。回转气缸的驱动力矩计算在机械臂机构的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的原理如图所示，定片与缸体固连，动片与回转轴固连。动片封圈把气腔分隔成两个当压缩气体从孔进入时，推动输出轴作逆时回转，则低压腔的气从孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶气缸的压力驱动力矩的关系为。

8、有效圈数弹簧材料剪切模量，般取在设计中，必须考虑负载率的影响，则由以上分析得单向作用气缸的直径代入有关数据，可得所以查有关手册圆整，得由,可得活塞杆直径圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有其中，，则满足实际设计要求。缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中缸筒壁厚，气缸内径，实验压力，取,材料为,代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为第四章手腕结构设计手腕的自由度手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有的自由度，以使机械臂机构适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械臂机构的通用性加工工艺要求工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械臂机构抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设绕轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油气缸，因此我们选用回转气缸。它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。手腕的驱动力矩的计算手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩图所示为手腕受力的示意图。工件手部手腕图手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下。

参考资料：

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