.腕部手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是再臂部运动的基础上进步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度。般手腕设有回转运动或再增加个上下摆动即可满足工作要求。目前，应用最广泛的手腕回转运动机构为回转液压气缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度较小般小于，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。因此，在要求较大或转角的情况下，采用齿条齿轮传动或链轮以及轮系结构。腕部设计的基本要求力求结构紧凑重量轻腕部处于臂部的最前端，它连同手部的精动载荷均由臂部承受。显然，腕部的结构重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。综合考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，有承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求以及具有足够的强度刚度外，还应综合考虑，合理布局。如应解决好腕部与臂部和手部的连接，腕部各个自由度的位置检测，管线布置，以及润滑维修调整等问题。必须考虑工条件对于高温作业和腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计是应充分估计环境对腕部的不良影响如热膨胀压力油的粘度恶化燃点，有关材料及电控元件的耐热性等。根据以上几点，结合设计要求，设计出腕部的结构如图。其为典型腕部结构中具有个自由度的回转缸驱动的腕部结构。直接用回转液压气缸驱动实现腕部的回转运动，因具有结构紧凑灵活等优点而被广泛采用。图.用个回转液压缸实现腕部旋转的结构回转液压缸手爪驱动液压缸左进油管手部油管右进油管固定叶片回转轴回转叶片缸体图.所示的为腕部结构，采用个回转液压缸，实现腕部的旋转运动。从剖视图上可以看出，回转叶片简称动片用螺钉销钉和转轴连接在起，定片则和缸体连接。压力油分别由油孔进出油腔，实现手部的旋转。旋转角的极限值由动片定片之间允许回转的角度来决定般小于，图示液压缸可以回转。图示手部的开闭动作采用单作用液压缸，只需个油管。通向手部驱动液压缸的油管是从回转缸壁通过，然后通过个环槽结构包围手部夹紧缸，腕部回转时，不论在哪个方位油路仍可保证畅通，这种布置可使油管既不外露，又不受扭转。腕部用来和臂部连接，三根油管根供手部油管，两根供腕部回转液压缸由手臂内通过并经腕部回转缸壁分别进入回转液压缸和手部驱动液压缸。腕部回转力矩的计算腕部回转时，需要克服以下几种阻力。腕部回转支承处的摩擦力矩般为了简化计算，取.阻力矩克服由于工件重心偏置所需的力矩式中工件重心到手腕回转轴线的垂直距离。克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度及启动所用时间，按下式计算或者根据腕部角速度及启动过程转过的角度启按下式式中工件工件对手腕回转轴线的转动惯量手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量手腕回转过程的角速度启启动过程中所需时间，般取启动过程所转过的角度。手腕回转所需的驱动力矩相当于上述三项之和。如果手腕回转部分的转动惯量不是很大时，手腕启动过程所产生的惯性力矩也不大，为了简化计算可以将计算力矩适当放大，而省略掉，这时具体计算过程如下设手爪手爪驱动液压缸及回转液压缸转动件为个等效圆柱体，高为,直径为,其所受重力为。摩擦阻力矩.启动过程所转过的角度.,等速转动角速度.求代入.手腕回转缸的设计计算回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力距，为了使该机械手具有更好的通用性，以及与相应的机构尺寸相吻合，设回转的基本尺寸如下回转缸内径输出轴与动片连接处的直径动片宽度回转液压缸的工作压力因为，所以是符合要求的。.臂部手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部包括工件或工具，并带动它们作空间运动。臂部运动的目的把手部送到空间运动范围内的任意点。如果改变手部的姿态方位，则用腕部的自由度加以实现。臂部的各种运动通常用驱动机构如液压缸或气缸和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部手部和工件的静动载荷，而且自身运动又较多，故受力复杂。因此，它的结构工作范围灵活性以及抓重大小和定位精度等直接影响机械手的工作性能。由本机械手的总体设计可知该臂部分三部分回转缸伸缩缸和俯仰摆动液压缸。回转缸实现的是手臂旋转，伸缩缸实现的是手臂升降，俯仰缸实现的是手臂的俯仰。手臂伸缩液压缸.伸缩液压缸的结构设计经过整体考虑，手臂作直线运动的部分设计为双导向杆手臂伸缩机构，其图如下图.双导向杆手臂伸缩机构缸盖导向杆活塞缸体活塞杆导向套从图中可较清楚地看到手臂伸缩液压缸的结构导向杆在导向套内移动，以防手臂伸缩时的转动小臂回转，手腕回转和手爪夹紧液压缸用的输油管道安装在其内。由于手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向管承受弯曲作用，活塞杆只受轴向的拉力和压力，故大大减少了活塞杆的受力，使传动平稳。.手臂伸缩液压缸的设计计算作水平伸缩直线运动液压缸的驱动力式中摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。密封装置处的摩擦阻力。液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情况进行估算。图.水平移动液压缸受力图图.为双导向杆导向，其导向杆截面形状为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩缸的两侧，启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按个导向杆计算。得得式中参与运动的零部件所受的总重力含工作重力手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离导向支承的长度当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。对于圆柱面摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时钢对青铜取钢对铸铁取取.，设手爪手爪驱动液压缸及回转液压缸所受重力为，手臂伸缩液压缸所受重力为，则，则的计算不断密封圈其摩擦阻力不同，此处选用形密封圈。式中摩擦系数，密封处的工作压力密封处的直径沿轴向的密封长度，相当于唇部的宽度。根据活塞杆的直径选形密封圈型号为，内径为，唇部宽度为，设密封处工作压力为.，则.的计算般背压阻力较小，可按.,此处忽略不计。的计算.式中参与运动的零部件所受的总重力包括工件重量重力加速度，取.由静止加速到常速的变化量启动过程时间，般取。已知.，取手臂作水平直线运动液压缸的驱动力为.手臂作升降运动的液压缸驱动力式中摩擦阻力，如下图所示。，取.零部件及工件所受总重力。其他阻力的计算与上相同，省略。注意，须按.计算不自锁的条件。图.手臂各部件重心位置图.伸缩液压缸的结构尺寸液压缸内径的计算图.双作用液压缸示意图如图.所示，当油进入无杆腔当油进入有杆腔液压缸的有效面积固有无杆腔有杆腔式中驱动力液压缸的工作压力活塞杆直径液压缸内径液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取.。由总体设计知，手臂在收缩是液压油进入的有杆腔，取.，则由于前面的手部和腕部的液压缸内径都选的是，为了使该机械手具有更好的通用性，这里也取。液压缸壁厚计算初选壁厚，则因为.时属于中等壁厚，所以该壁厚属于中等壁厚，计算公式为式中液压缸内工作压力强度系数当为无缝钢管时让管壁公差及侵蚀的附加厚度，般圆整到标准壁厚值液压缸内径。该钢臂为无缝钢管，则.所以选取的壁厚满足条件。取标准液压缸外径为，则壁厚为。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。对于杆长大于直径的倍即的活塞杆还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径.所以是满足要求的。活塞杆的稳定性校核当活塞杆时，般应进行稳定性校核。