机械手所具有的自由度数目及其组合不同，其运动轨迹图形也不同。而每个自由度的运动变化量即直线运动的距离和回转运动的回转角度的大小都决定着运动轨迹图形的大小。般情况下，臂部的自由度主要是用来确定手部以及工件或工具在空间的运动范围和位置的。因此，臂部运动也称为机械手的主运动，而腕部的自由度则主要用来调整手部以及工件或工具在空间的方位。表所列为臂部几种自由度的不同组合及其运动范围的图形。臂部具有个自由度时的运动轨迹为宜直线或圆弧具有两个自由度时，其运动轨迹为平面或圆柱面具有三个自由度时，其运动轨迹则从面扩大到空间成为立方体或回转体包括圆柱体和球体等表为臂部运动组合的般状况。表臂部自由度的组合及其运动范围组合运动自由度数直线运动回转运动直线运动与回转运动直线运动构成个直线轨迹回转运动构成圆弧轨迹二直线运动构成个矩形平面二回转运动构成个球面轨迹个直线运动与个回转运动组合当直线运动方向与回转中心线垂直时构成扇面形当直线运动方向与回转中心线想平行时构成个圆柱面三个直线运动构成个立方体二直线运动，个回转运动构成圆柱体二个回转运动，个直线运动构成球体表臂部运动组合的般状况.工业机械手的各种运动形式如前所示，由于臂部自由度的不同组合，其运动范围的图形也不同，可以将其归纳为以下五种形式圆柱坐标型。这种运动形式的机械手的臂部都具有回转伸缩与升降三个自由度，其与电脑范围的图形为个圆柱体。它具有占地面积小而活动范围大，结构较简单，紧凑，并能达到较高的定位精度，应用广泛，运动直观性强。极坐标型。该运动形式工业机械手的臂部有个直线运动与两个回转运动组成，即有个伸缩，个俯仰与个回转运动组成。其运动范围的图形为个球体。它具有动作灵活占地面积小而工作时的运动范围大灯特点。但结构较复杂定位精度较低运动直观性差。直角坐标型。直角坐标型的工业机械手的臂部由三个直线运动组成，即由沿轴三个方向的运动组成。运动范围的图形为立方体。其特点是结构简单定位精度高运动直观性强，但占地面积打而工作范围小，惯性大灵活性差。多关节型。这种运动形式的工业机械手的臂部类似人的手臂可作几个方向的转动，它由立柱和大小两臂组成，大小两臂之间的联接为肘关节，大臂与立柱之间的联接为肩关节，客使大臂作回转运动小臂俯仰和大臂活动。其特点是工作范围大动作灵活通用性强能抓取靠近机座的物体，但是，其运动直观性差，手部中心位置是由多个回转角确定的，要达到较高的定位精度很困难。型。这种形式的机械手实为水平多关节型机械手，多用于装配，故也被称为装配机械手。动作灵活速度快定位精度高。表列出了各种运动形式的特点对比。表各种运动形式特点对比形式运动组合工作范围所占空间运动惯性国外应用状况国内应用状况直观性其它圆柱坐标型较大较小较大最多多较强极坐标型大较小较小多较少差能抓取地面物品直角坐标型小大较大少较多强多关节型最大较小较小较多最少最差能绕过障碍选取途径型大小较小多少较差用于装配综上所述，最后基本确定本设计冲压机械手的运动形式为圆柱坐标型，自由度数为，包括腕部回转臂伸缩臂升降臂回转臂俯仰。其中，臂俯仰机构采用在伸缩臂的后方加装直线油缸，起平衡作用，减少工件带来的偏移，而且使臂部可以俯仰，从而增大整个冲压机械手的运动范围。.本章小结本章通过对机械手的发展历程的介绍，阐述了机械手在国内国外的应用前景及应用的广泛性，能够替代人工完成复杂和危险的工作。同时根据液压机械设计，进步确定了冲压机械手的运动形式及其基本数据的确定。第章冲压机械手的手部设计.概述手部机构是工业机械手最重要的执行机构，它是冲压机械手直接与工件工具等接触的部件，能执行人手的部分功能。由于被握持工件的形状尺寸重量材质及表面状态的不同，其手部机构是多种多样的。大部分的手部机构都是根据特定的工件要求而专门设计的。.手部机构形式各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。钳爪式手部机构是最常见的形式之，按其抓取工件的方式有两种外卡式和内撑式。从其机械结构特征外观与功用来看，有多种形式，且叫法不，常用的手部机构有如下几种.拔杆连杆式钳爪.平行连杆式钳爪.齿轮齿条移动式钳爪.重力式钳爪.自锁式钳爪.自动定心钳爪.抓取不同直径工件的钳爪.复杂形状工件用的自动调整是钳爪般钳爪式手部机构由以下几部分组成手爪它是直接与工件接触的构件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。般情况下，机械手的手部只有两个手指，少数是三个或多指。传动装置它是向手指传递运动和动力以实现夹紧和张开的机构。驱动装置它是向传递机构提供动力的装置。安驱动方式不同，可有液压气压电动和机械驱动。此外，还有连接和支承元件，将上述有关部分连成个整体。.前爪式手部机构的选用要点工业机械手的手部机构靠钳爪夹紧工件后便把工件从个位置移动到另个位置，由于工件本身的重量以及移动过程中产生的惯性力和振动等，钳爪必须具有足够大的夹紧力，以保证工件在移动过程中不致产生松动或脱落。两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的张开角。手指的张开角应保证工件能顺利进入或脱开，而且夹持工件的中心位置变化要小即定位误差小，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求，对于移动式钳爪要有足够大的移动范围。为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的钳爪形状来定位。例如圆柱形工件采用带形面的手指，以便自动定心。手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形。.适应工件的形状工件的形状为圆柱形，则采用带型钳口的手爪，工件形状为圆球形则选用二指或三指钳爪，对于特殊形状的工件应设计与工件向适应的钳爪。.适应工件被抓取部位的尺寸工件被抓取部位的尺寸尽可能是不变的，若加工尺寸略有变化，那么钳爪应能适应尺寸变化的要求，工件表面要求高的，对钳爪应采取相应的措施，如加软垫等。.适应工作位置的状况如工作位置窄小时可用薄片型钳爪钳爪般专用性较强，在可能的情况下，应考虑到产品零件的更换。为适应不同形状和尺寸的要求，可将钳爪制成组合式结构，也可在设计时适当选取其结构尺寸和参数以扩大其适应范围。综上所述，选用滑槽杠杆式钳爪。.滑槽杠杆式钳爪的夹紧力分析与计算如图所示，拉杆端部安装着圆柱销，当拉杆向上拉时，圆柱销就在两个钳爪的滑槽中移动，带动钳爪绕与两回转指点回转夹紧工件。当拉杆向下推时，使钳爪松开工件。设为作用在拉杆上的驱动力，为两钳爪的滑槽对圆柱销的作用力，为钳爪的夹紧力，钳爪的尺寸关系如图所示。图滑槽杠杆式钳爪手架拉杆圆柱销钳爪根据圆柱销的平衡条件可知，则按照钳爪的平衡条件得，式.式中钳爪回转支点或到对称中心线的距离钳爪回转支点到钳口中心线的距离从式.可知，在驱动力定的情况下，增大，则夹紧力也随之增大，但过大会导致拉杆即活塞杆的行程过大，以及钳爪滑槽部分尺寸长度增大，使手部结构加大，所以般取为宜。本设计选取。因为钳爪会在各个方向都抓取工件，所以，在计算当量夹紧力时，以最大夹紧力来计算查表得，钢与钢的静摩擦力系数滑槽杠杆式钳爪手部机构的驱动力计算如图.所示，又求得即.式中手部机构的机械效率安全系数工作情况系数，主要应考虑惯性力的影响。，为被抓取工件的最大加速度，本设计取。最后求得，.手部夹紧液压缸的设计与计算由式.得，根据选取液压缸的工作压力，小于，所以液压缸的工作压力缸筒内径.根据表.取缸筒壁厚般液压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,选取材料为钢,代入己知数据，则壁厚为.考虑到缸筒外径上要安装深沟球滚子轴承，且缸盖与缸筒采用外螺纹连接，初步选取。则缸筒外径为缸筒外径上攻标准螺纹，，符合要求.所以，壁厚取。活塞杆直径为速比，根据标准取根据表.标准取活塞杆强度校核，满足实际设计要求。导向长度.为液压缸行程，根据表.选标准值导向套长度活塞长度考虑到此液压缸行程较短，所以不用外加导向装置。.本章小结本章主要介绍了冲压机械手的手部结构设计步骤和主要的设计过程。手部结构在整个机械手的应用过程中起着直接的作用，其与冲压工件进行直接接触，所以其强度的设计和外形结构的设计是设计过程中的关键环节。通过理论计算和参考资料合理设计其外形结构，以达到设计的要求。第章冲压机械手的腕部设计.概述工业机械手的腕部是连接手部和手臂的部件，起支承手部的作用，并调整或改变工件的空间方位。腕部实际所具有的自由度数目应根据机械手的工作性能要求来确定。在大多数情况下，腕部具有两个自由度回转和俯仰或摆动。设计腕部时要注意下列几点结构尽量紧凑重量尽量轻。对于自由度数较多以及驱动力要求较大的腕部，结构设计矛盾较为突出，因为对于腕部每个自由度就要相应的配个驱动件和执行件，要使腕部在较小的空间同时容纳几套元件，困难较大。转动灵活，密封性要好。要适应工作环境的需要，对于高温作业和腐蚀性介质中工作的工业机械手，其腕部与手部经常在高温区域或者腐蚀介质中停留与操作，直接受到影响，故定要采取相应的措施。.腕部回转力矩的计算手腕回转时，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阻力矩，手腕的转动轴与支承处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置力矩。计算方法如下摩擦阻力矩.式中摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承,轴承的支承反力，可按手腕转动轴的受力分析求解，轴承直径.工件重心偏置引起的偏置力矩.式中，工件重量偏心距即工件重心到回转中心线的垂直距离，当工件重心与手腕回转中心线重合时，为。本设计中工件外形比较规则，且工件尺寸不大，所以，可以考虑为工件中心直与手腕回转中心线重合，即为。腕部启动时的惯性阻力矩当知