061021三自由机械手结构设计5解读

061021三自由机械手构造设计[5]解读061021三自由机械手构造设计[5]解读82/82袁PAGE82袀蚄薆肆羂羇蚃聿蕿蚁蚆莄莃薆肁罿莈袂螆袆螄膅螂衿膆肃袆膄膄肈芀螀腿肀羆螆芁蚇羂螀羈芁肆肄蚂芆蒀蚀蚇薃膅薆肃袆膂薀螀螄膅袅蒄蝿薀蒀葿螁芅膃袅莈节莀芈羂莅蚅羂袇螀芀肇膃蒅羃莃蒆蒁膀肀膀薅蒅螃肅罿膁袈莁蚅螃膄羈蚁肁蚇薂螅莅薅薇聿羁蚀袄螄蚃螂膇袁袁葿螁袄膆膃螆薃螁膈肂羄蒄薄虿羁蚁羇芃肄羆羅芈螃薁羀蒄膄芄肂袇膀薂蝿蒁芄袆蒂蒆袂膈薇蚂薈肄袃肅莀肈薀羃蚈蚆芄袈肂羈荿袀螈羄蚅蒈蒀羈肈膂袇蒇袂肇节袈袇莃羇螅芃蚆蚀螈袀薄羇肃蚄蕿莂蚈虿薁肇薅肅膈衿薈蒇螂膇袃膁螇薁葿膆肃芇蒅薂莆聿荿艿羀莇蚃羃羅螁荿肈膁蒆芅莄蝿腿艿螇蒃薆薄螅莈袁腿袀蚄薆肆羂羇蚃聿蕿蚁蚆莄莃薆肁罿莈袂螆袆螄膅螂衿膆肃袆膄膄肈芀螀腿肀羆螆芁蚇羂螀羈芁肆肄蚂芆蒀蚀蚇薃膅薆肃袆膂薀螀螄膅袅蒄蝿薀蒀葿螁芅膃袅莈节莀芈羂莅蚅羂袇螀芀肇膃蒅羃莃蒆蒁膀肀膀薅蒅螃肅罿膁袈莁蚅螃膄羈蚁肁蚇薂螅莅薅薇聿羁蚀袄螄蚃螂膇袁袁葿螁袄膆膃螆薃螁膈肂羄蒄薄虿羁蚁羇芃肄羆羅芈螃薁羀蒄膄芄肂袇膀薂蝿蒁芄袆蒂蒆袂膈薇蚂薈肄袃肅莀肈薀羃蚈蚆芄袈肂羈荿袀螈羄蚅蒈蒀羈肈膂袇蒇袂肇节袈袇莃羇螅芃蚆蚀螈袀薄羇肃蚄蕿莂蚈虿薁肇薅肅膈衿薈蒇螂膇袃膁螇薁葿膆肃芇蒅薂莆聿荿艿羀莇蚃羃羅螁荿肈膁蒆芅莄蝿腿艿螇蒃薆薄螅莈袁腿袀蚄薆肆羂羇蚃聿蕿蚁蚆莄莃薆肁罿莈袂螆袆螄膅螂衿膆肃袆膄膄肈芀螀腿肀羆螆芁蚇羂螀羈芁肆肄蚂芆蒀蚀蚇薃膅薆肃袆膂薀螀螄膅袅蒄蝿薀蒀葿螁芅膃袅莈节莀芈羂莅蚅羂袇螀芀肇膃蒅羃莃蒆蒁膀肀膀薅蒅螃肅罿膁袈莁蚅螃膄羈蚁肁蚇薂螅莅薅薇聿羁蚀袄螄蚃螂膇袁袁葿螁袄膆膃螆薃螁膈肂羄蒄薄虿羁蚁羇芃肄羆羅芈螃薁羀蒄膄芄肂袇膀薂蝿蒁芄袆蒂蒆袂膈薇蚂薈肄袃肅莀肈薀羃蚈蚆芄袈肂羈荿袀螈羄蚅蒈蒀羈肈膂袇蒇袂肇节袈袇莃羇螅芃蚆膂螈莂薄葿肃肆蕿袃蚈膁薁蕿薅蒆膈莁薈衿螂虿袃蚃螇肃葿蚈肃蝿蒅肄莆蒁荿螁羀袈蚃蒅羅膃荿蒀膁袈芅袆蝿蚁艿艿蒃羈薄芇莈莃腿节蚄肈肆莄羇肅聿肁蚁膈莄螅薆薂罿衿袂芈袆膅膅芄衿薈肃莈膄薆肈螂螀蚁肀蒈螆螃蚇蒄螀莀芁蒇肄膄芆袂蚀腿薃薇薆薅袆薄薀膂螄蚇袅羆蝿肂蒀羁螁螇膃莇莈螄莀螀羂袇蚅蒄袇芁芀蒈膃羇羃袄蒆羃膀薁膀肇蒅芅肅莁膁莀莁肇螃蚆羈膃肁聿薂膆莅肇薇薁羁膂袄芆蚃膄膇芃袁袁螁莆膆蚅螆羅螁蚀肂蒆蒄肆虿蒃蚁葿芃薆羆蒇芈膄薁蒂蒄蚆芄薃袇蚂薂芀蒁蚆袆羄蒆莄膈罿蚂肀肄莅肅螂肈肂羃膀蚆螆蒇薄薆螁葿艿蒃膇肆羂蒆薀蚀艿羅芄蚅蚄莆荿袁荿芃蚅膄膂芆莂膂葿薁肆肇袃膆膁聿蕿膃蒆蚆莁肇衿莀虿莁蚃芅肃肇蚈薁蝿羃肄袄蒁羇螁蒈袈芁蒅蒄膃袇蒀螀袈螄袆莇蚁螇艿羁羈肂芇羆莃蚇节膂肈薄莄薅肅薇肁腿膈袂螅膄薂蒇衿莀芈蒄膅螃芄蒈薈蚁莈螂薆薆螂莈蚁薈蒈芄螃膅蒄芈莀衿蒇薂膄螅袂膈腿肁薇肅薅莄薄肈膂节蚇莃羆芇肂羈羁艿螇蚁莇袆螄袈螀蒀袇膃蒄蒅芁袈蒈螁羇蒁袄肄羃蝿薁蚈肇肃芅蚃莁虿莀衿肇莁蚆蒆膃蕿聿膁膆袃肇肆薁葿膂莂芆膂膄蚅芃荿袁荿莆蚄蚅芄羅艿蚀薀蒆羂肆膇蒃艿葿螁薆薄蒇螆膄膀蒂肂蚆螂薃莅蚂肀芀罿蚆莄羄羄莄蚆罿芀肀蚂莅薃螂蚆肂蒂膀膄螆蒇薄薆螁葿艿蒃膇肆羂蒆薀蚀艿羅芄蚅蚄莆荿袁荿芃蚅膄膂芆莂膂葿薁肆肇袃膆膁聿蕿膃蒆蚆莁肇衿莀虿莁蚃芅肃肇蚈薁蝿羃肄袄蒁羇螁蒈袈芁蒅蒄膃袇蒀螀袈螄袆莇蚁螇艿羁羈肂芇羆莃蚇节膂肈薄莄薅肅薇肁腿膈袂螅膄薂蒇衿莀芈蒄膅螃芄蒈薈蚁莈螂薆061021三自由机械手构造设计[5]解读轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真

三自由度机械手的构造设计

一、序言

随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加速，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完满，

使机械手技术快速发展，已浸透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。现代工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。机械手能模拟人的手臂的

部分动作，按预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或控制工具。机械手可以代替好多重复性的体力劳动，进而减少工人的劳动强度、提高生产效率。

本次设计的机械手由手爪、手臂、机身、机座等组成。采用关节式坐标，电机驱动，实现三自由度的运动。

Withthecontinuousprogressofsocialproductionandpeople'sacceleratingpaceoflife,peoplealsohavemadenewproductivityrequirements.Becauseofmicroelectronicsandcomputingsoftwareandhardwaretechnologyandtherapiddevelopmentofmoderncontroltheoryofcontinuousimprovement,sothattherapiddevelopmentofrobottechnologyhaspenetratedintoallsectorsofindustry,playsanimportantroleinindustrialdevelopment.Modernindustrialautomationdegreeofimprovementrobotapplicationsmorewidely.Robotcansimulatepartoftheactionofthehumanarm,accordingtoapredeterminedprogram,track,andotherrequirementstoachievecapture,porterpiecesormanipulationtools.Robotcanreplacealotofrepetitivemanuallabor,thusreducinglaborintensityandimproveproductionefficiency.

Thedesignoftherobotbythegripperarm,body,frameandothercomponents.Usingarticulatedcoordinates,motordrive,toachievethreedegreesoffreedommovement.

机械手也被称为自着手能模拟人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的深重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自己的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。

三自由度机械手又称3D机械人,可以实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）的抓取或放置物件,拥有操作范围大,灵巧性好,应用广泛等特点。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。本文的三自由度机械手属于混杂式机械手,它综合了电动式平和动式机械手的优点,达到了简略操作和精确定位的目的。它有这两种基本的形式摇臂式自动取料机械手和横行式自动取料机械手

（1）摇臂式自动取料机械手

典型的摇臂式自动取料机械手,其运动由X,Y两个相互垂直方向的直线运动与一个摇动运动组合而成摇臂式自动取料机械手一般为小型机械手。这类机械手的运动过程以下:(1)动作1当执行下降取料命令后,机械手抓取装置沿Z轴方向垂直下降,如图1中轨迹1所示,抓取动作可以经过吸盘、气着手指和杠杆机构等完成;(2)动作2抓取镀件的机械手沿Z轴反方向运转到原点,如图中轨迹2所示;(3)动作3机械手绕Z轴旋转必然角度为下一次运动做准备,如图中轨迹3所示;(4)动作4机械手沿X轴方向将镀件运转到释放点上方,再经过Z轴的下降运动将镀件释放到指定地址;(5)动作5机械手沿上述轨迹反方向运动到原点,开始下一个循环。依照控制要求,旋转运动和X轴方向的直线运动可以同时进行。

（2）横行式自动取料机械手

典型的横行式自动取料机械手,其运动由X,Y,Z3个相互垂直方向的直线运动组合而成,也称为三自由度平移机械手。(1)运动形式横行式自动取料机械手的手臂构造与摇臂式机械手的手臂构造是近似的,所不同样的是横行式自动取料机械手的运动全部为直线运动,在构造上更拥有代表性,如图3所示。横行式自动取料机械手的构造分为X轴、Y轴、Z轴3部分,主要在空间运动距离较大的场合使用;而摇臂式机械手则将其中一个直线运动用更简单的摇动运动所代替。(2)运动过程解析这类机械手在构造上主若是将X轴、Y轴、轴(主手、帮手)、底座等4部分采用模块化的方式经过直线导轨机构搭接而成,其中X轴、Y轴、Z

轴在相互垂直的方向进步行搭接连接。直线导轨机构不但是运动导向部件,各部分构造的连接也是经过直线导轨机构来实现的。这类机械手的运动过程以下:动作1当执行下降取料命令后,机械手抓取装置沿Z轴方向垂直下降,,抓取装置包括吸盘、气着手指和杠杆机构等;动作2机械手抓取镀件后沿Z轴反向回到原点,;动作3机械手抓取镀件沿Y轴方向搬动,;动作4依照运动需要,机械手抓取镀件沿X轴方向搬动,实现跨距转移,;动作5当镀件运转到释放点上方时,机械手执行下降命令沿轨迹5下降至释放点释放镀件,完成一次镀件的转移;动作6、动作7、动作8这几个动作沿上述运动轨迹反向运转,回到原点地址,进人待料状态,等待下一次取料循环。这类横向搬动,依照控制和运转的要求,X轴、Y轴、Z轴的运动可以同时进行。

机械手实例

机械手的组成和分类

机械手的组成

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大多数组成。手部是用来抓持工件（或

工具）的部件，依照被抓持物件的形状、尺寸、重量、资料和作业要求而有多种构造

形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摇动）、搬动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的地址和姿势。运动机构的起落、

伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意地址和方向的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的重点参数。自由度越多，机械手

的灵巧性越大，通用性越广，其构造也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的分类

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按合用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不隶属于某一主机的装置。它可以依照任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备一般机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是经过操作机来完成特定的作业，此后发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范围。第三类是用专用机械手，主要隶属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这类机械手在外国称为

“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少许之外，工作程序一般是固定的，所以是专用的。在外国，当前主若是搞第一类通用机械手，外国称为机器

人

国内外发展情况

机械手第一是从美国开始研制的。1958年美国结合控制企业研制出第一台机械手。它的构造是：机体上安装一个辗转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。

1962年，美国结合控制企业在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即全能自动）。运动系统模拟坦克炮塔，臂可以辗转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为储藏装置。很多球坐标通用机械手就是在这

个基础上发展起来的。同年该企业和普鲁曼企业合并成立全能自动企业,特地生产工业机械手。

1962年美国机械制造企业也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的FMS(FlexibleManufacturing中重要一环。

大纲

随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要表达了机械手的设计计算过程。

第一，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说了然自由度和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。

文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。全面详尽的谈论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的构造设计。

最后使用软件对机械手的手部实现运动仿真。

重点词：机械手；运动仿真；液压传动；液压缸；

目录

（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运转时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa企业还生产一种点焊机械手，采用关节式构造和程序控制。

瑞士RETAB企业生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。

瑞典安莎企业采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型

机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院

校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究花销42%。

1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序

约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。拥有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增加50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增加。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，拥有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反响，使机械手拥有感觉机能。当前外国已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并渐渐发展成为柔性制造系统system)和柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)

随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动睁开好多。

工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成好多工作，如搬物、装置、切割、喷染等等，应用特别广泛广泛5。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平

越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的也许危险的工作。可在机械工业中，加工、装置等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业部件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有

四分之三在50件以下，部件真切在机床上加工的时间仅占部件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的

自动化而产生的。当前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以可以实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面详尽说明机械手在工业方面的应用。

建筑旋转部件（转轴、盘类、环类）自动线

一般都采用机械手在机床之间传达部件。国内这类生产线好多，如沈阳永泵厂的

深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴

类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。

加工箱体类部件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传达工件，也有采用机械多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等；其一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进轻局技术研究所制作的120t和40t多工位冲床机械手等。

铸、锻、焊热办理等热加工方面

模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机

械手成必然角度部署早炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。

机械手的组成

工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成组成6。

执行机构

1）手部既直接与工件接触的部分，一般是辗转型或平动型（多为辗转型，因其构造简单）。手部多为两指（也有多指）；依照需要分为外抓式和内抓式两种；也可

以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，圆滑表面的部件或薄板部件）和电磁吸盘。

传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。

2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调治被抓物体的方向，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手段有独立的自由度。有辗转运动、上下摇动、左右摇动。一般腕部设有辗转运动再增加一个上下摇动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化构造，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱着手部搬运工件。

当前，应用最为广泛的手段辗转运动机构为辗转液压（气）缸，它的构造紧凑，灵巧但辗转角度小（一般小于2700）,而且要求严格密封，否则就难保证牢固的输出扭距。所以在要求较大辗转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系构造。

3）臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。

臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。若是改变手部的姿态（方向），则用腕部的自由度加以实现。所以，一般来说臂部拥有三个自由度才能满足基

本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、起落（或俯仰）运动。

手臂的各种运动平时用驱动机构（如液压缸也许气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况解析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自己运动较为多，受力复杂。所以，它的构造、工作范围、灵巧性以及抓重要小和定位精度直接影响机械手的工作性能。

4）行走机构有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。

驱动机构

驱动机构是工业机械手的重要组成部分。依照动力源的不同样,工业机械手的驱动

机构大体可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,构造简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。

控制系统分类

在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标地址，并注意其加速度特点。

工业机械手的发展趋势

工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的万美元降至97年的万美元。

机械构造向模块化、可重构化发展。比方关节模块中的伺服电机、减速机、检测

系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;外国已有模块化

装置机器人产品问市。

工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;

器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化构造:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的地址、速度、加速度等传感器外，装置、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的交融技术来进行环境建模及决策控制多传感器交融配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

虚假现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来控制机器人。

今世遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统组成完满的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入合用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这类系统成功应用的最出名实例。

机器人化机械开始流行。从94年美国开发出“虚假轴机床”以来，这类新式装置已成为国际研究的热点之一，纷纷研究开拓其实质应用的领域。我国的工业机器人从

80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，经过“七五”、“八五”科技攻关，当前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人重点元器件，开发出喷漆、弧焊、点

焊、装置、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获取规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总

的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和外国比还有必然的距离，如:

可靠性低于外国产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国

外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装

台数的万分之四。以上原因主若是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是

应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程

度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不牢固。所以迫切需要解决产业

化先期的重点技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极

推进产业化进度.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也获取了

很多成就。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成就居世界当先

水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等

机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上睁开了很多工作，有了必然的发展基础。但是在多传感器信息交融控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装置机器人、机器人化机械等的开发用方面则方才起步，与外国先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供

合用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中710。

本文主要研究内容

本文研究了国内外机械手发展的现状，经过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机械手的运动机理。在此基础上，确定了搬运机械手的基本系统构造，对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型解析，完成了机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。进而运用ADAMS软件对机械手的手部及起落机构作了运动仿真解析。掌握了机械仿真的一般过程。

本章小结

本章简要的介绍了机械手的基本看法。在机械手的组成上，系统的从执行机构、驱动机构以及控制部分三个方面说明。比较认真的介绍了机械手的发展趋势，简要的表达了本文研究的内容。机械手的整体设计方案

机械手的整体设计方案

本课题是轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真。本设计主要任务是完成机械手的构造方面设计，以及ADAMS软件进行简单的运动仿真。在本章中对机械手的座标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。所以，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务，尔后经过ADAMS软件对机械手的手部进行简单的运动仿真。

机械手基本形式的选择

常有的工业机械手依照手臂的动作形态,按坐标形式大体可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手;(3)球坐标(极坐标)型机械手;(4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手构造简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，所以本设计采用圆柱坐标型11。图是机械手搬运物件表示图。图中机械手的任务是将传达带A上的物件搬运到传达带B。

图机械手基本形式表示

机械手的主要部件及运动

在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，依照设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手拥有5个自由度既：手抓张合；手部辗转；手臂伸缩；手臂辗转；手臂起落5个主要运动。

本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：（1）手部，采用一个直线液压缸，经过机构运动实现手抓的张合。（2）腕部，采用一个辗转液压缸实现手部辗转1800

（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动。（4）机身，采用一个直线缸和一个辗转缸来实现手臂起落和辗转。

驱动机构的选择

驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。依照动力源的不同样,工业机械手的驱动机构大体可分为液压、气

动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,构造简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。所以，机械手的驱动方案选择液压驱动。

机械手的技术参数列表

一、用途：搬运:用于车间搬运

二、设计技术参数:

1、抓重:60Kg(夹持式手部)

2、自由度数:5个自由度

3、座标型式:圆柱座标

4、最大工作半径:1600mm

5、手臂最大中心高:1248mm

6、手臂运动参数

伸缩行程：1200mm

伸缩速度：83mm/s

起落行程：300mm

起落速度：67mm/s0

7、手段运动参数0

本章小结

本章对机械手的整体部分进行了整体设计，选择了机械手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用液压驱动，给出了设计中机械手的一些技术参数。下面的设计计算将以次进行。机械手手部的设计计算

机械手手部的设计计算

手部设计基本要求

（1）应拥有合适的夹紧力和驱动力。应该考虑到在必然的夹紧力下，不同样的传动机构所需的驱动力大小是不同样的。

（2）手指应拥有必然的张开范围，手指应该拥有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕

支点所转过的角度），以便于抓取工件。

（3）要求构造紧凑、重量轻、效率高，在保证自己刚度、强度的前提下，尽可能使构造

紧凑、重量轻，以利于减少手臂的负载。

（4）应保证手抓的夹持精度。

典型的手部构造

（1）辗转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。

（2）搬动型搬动型即两手指相对支座作往来运动。

（3）平面平移型。

机械手手抓的设计计算

选择手抓的种类及夹紧装置

本设计是设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角

600，夹取重量为60Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平展、面积较大的板状物体,不合适用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为辗转型和平移

型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行搬动,这类手指构造简单,适于夹持平板方料,且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的地址,其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指,驱动力需加在手指搬动方向上,这样会使构造变得复杂且体积弘大。显然是不合适的，所以不选择这各种类。

经过综合考虑，本设计选择二指辗转型手抓，采用滑槽杠杆这类构造方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力油作用下，弹簧被压缩，进而机械手手指张开。

手抓的力学解析

下面对其基本构造进行力学解析：滑槽杠杆图（a）为常有的滑槽杠杆式手部结

构。

αα

αα

α

α

(a)(b)

图滑槽杠杆式手部构造、受力解析1——手指2——销轴3——杠杆

在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并经过销轴中心O点，两手指1的滑槽

对销轴的反作用力为F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心线oo1和oo2并指向o点，交F1和

F2的延长线于A及B。

由Fx=0得F1F2Fy=0得F1F2cosF1F1'由M01F=0得F1'FNh

ahcosF=bcos2FN（）a式中a——手指的辗转支点到对称中心的距离（mm）.——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两辗转支点的夹角。由解析可知，当驱动力F一准时，角增大，则握力FN也随之增大，但角过大会以致拉杆行程过大，以及手部构造增大，所以最好=300400。夹紧力及驱动力的计算

手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依照。必定对大小、方向和作用点进行解析计算。一般来说，需要战胜工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。

手指对工件的夹紧力可按公式计算：FNK1K2K3G（）

式中K1——安全系数，平时；k2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估K21b其中a，a重力方向的最大上升加速度；avmaxt响

vmax——运载时工件最大上升速度

t响——系统达到最高速度的时间，一般采用

K3——方向系数，依照手指与工件地址不同样进行选择。

——被抓取工件所受重力（N）。

表3-1液压缸的工作压力

作用在活塞上外力F液压缸工作压力Mpa作用在活塞上外力F液压缸工作压力Mpa（N）（N）小于5000120000300005000100003000050000100002000050000以上

计算：设a=100mm,b=50mm,0<<400;机械手达到最高响应时间为，求夹紧力FN和

驱动力F和驱动液压缸的尺寸。

(1)设K1

b=1K21aK3

依照公式，将已知条件带入：

FN

（2）依照驱动力公式得：

F计算2100cos3002=1378N50（3）取F计算13781621NF实质（4）确定液压缸的直径DF实质D2d2p4采用活塞杆直径d=0.5D,选择液压缸压力油工作压力1MPa,

4F实质41621p12105依照表（JB826-66），采用液压缸内径为：D=63mm则活塞杆内径为:

，采用d=32mm

手抓夹持范围计算

为了保证手抓张开角为600，活塞杆运动长度为34mm。

手抓夹持范围，手指长100mm,当手抓没有张开角的时候，如图（a）所示，依照机构设计，它的最小夹持半径R140，当张开600时，如图（b）所示，最大夹持半径R2计算以下：R2100tg30040cos30090机械手的夹持半径从4090mm

（a）(b)

图手抓张开表示图

机械手手抓夹持精度的解析计算

机械手的精度设计要求工件定位正确,抓取精度高,重复定位精度和运动牢固性好,并有足够的抓取能力12。

机械手能否正确夹持工件，把工件送到指定地址，不但取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、

小批量生产中，为了适应工件尺寸在必然范围内变化，必然进行机械手的夹持误差。

θ

β

图手抓夹持误差解析表示图

该设计以棒料来解析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为80mm180mm。

一般夹持误差不高出1mm,解析以下：

904065mm工件的平均半径：Rcp2手指长l100mm,取V型夹角21200

偏转角按最正确偏转角确定：cos1RCPcos160460lsin100sin600计算R0lsincos100sin600cos460当R0RMAXRMINS时带入有：

22l2Rmax2lRMAXcos2l2RMAX2lRmincos2sinsinsinsin夹持误差满足设计要求。

弹簧的设计计算

选择弹簧是压缩条件，选择圆柱压缩弹簧。以下列图，计算过程13以下。

图圆柱螺旋弹簧的几何参数

(1).选择硅锰弹簧钢，查取许用切应力800MPa

(2).选择旋绕比C=8，则

4C1（）K464C4C1481K464844C6(3).依照安装空间选择弹簧中径D=42mm，估计弹簧丝直径D42d8C(4).试算弹簧丝直径d'FMAXKC（）

'FMAXKC8d8001067mm(5).依照变形情况确定弹簧圈的有效圈数：nGd（）8FMAXC3MAXnGd800001068FMAXC3MAX8162183选择标准为n3，弹簧的总圈数n1n圈(6).最后确定D42mm，d7mm，D1Dd42735mm，D2Dd42752mm

(7).关于压缩弹簧牢固性的验算

关于压缩弹簧若是长度较大时，则受力后简单失去牢固性，这在工作中是不同样意的。为

H074，本设计弹簧是2端自由，依照以下了防范这类现象压缩弹簧的长细比b12D采用：当两端固准时，b,当一端固定；一端自由时，；当两端自由转动时，。结论本设计弹簧，所以弹簧牢固性合适。(8).疲倦强度和应力强度的验算。关于循环次数多、在变应力下工作的弹簧，还应该进一步对弹簧的疲倦强度和静应力强度进行验算（若是变载荷的作用次数N103，也许载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算）。

现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式：

SSScaSSmax

Ss采用（力学性精确能高）

8KD

（）

8KD（）maxd3F

maxd3F

3

1621598756479

sSScamax

结论：经过校核，弹簧适应。

800106pa598756479pa

本章小结

经过本章的设计计算，先对滑槽杠杆式的手部构造进行力学解析，尔后分别对滑槽杠杆式手部构造的夹紧力、夹紧用的弹簧、驱动力进行计算，在满足基本要求后，对手部的夹持精度进行解析计算。腕部的设计计算

腕部的设计计算

腕部设计的基本要求

（1）力求构造紧凑、重量轻

腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部肩负。显然，腕部的构造、

重量和动力载荷，直接影响着臂部的构造、重量和运转性能。所以，在腕部设计时，必定

力求构造紧凑，重量轻。

（2）构造考虑，合理布局

腕部作为机械手的执行机构，又肩负连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3）必定考虑工作条件

关于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，所以不太受环境影响，没有处在高平和腐化性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。

腕部的构造以及选择

典型的腕部构造

拥有一个自由度的辗转驱动的腕部构造。它拥有构造紧凑、灵巧等优点而被广腕部辗转，总力矩M，需要战胜以下几种阻力：战胜启动惯性所用。辗转角由动片和静片之间赞同辗转的角度来决定（一般小于2700）。

齿条活塞驱动的腕部构造。在要求辗转角大于2700的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部构造。这类构造外形尺寸较大，一般合用于悬挂式臂部。

拥有两个自由度的辗转驱动的腕部构造。它使腕部拥有水平和垂直转动的两个自由度。

机-液结合的腕部构造。

腕部构造和驱动机构的选择

本设计要求手段辗转1800，综合以上的解析考虑到各种因素，腕部构造选择拥有一个自由度的辗转驱动腕部构造，采用液压驱动。

腕部的设计计算

腕部设计考虑的参数

夹取工件重量60Kg，辗转1800。

腕部的驱动力矩计算

1）腕部的驱动力矩需要的力矩M惯。

2）腕部辗转支撑处的摩擦力矩M摩。

夹取棒料直径100mm，长度1000mm，重量60Kg，当手部辗转1800时，计算力矩：（1）手抓、手抓驱动液压缸及辗转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为220mm，直径120mm，其重力估计G27800Kgm3（2）擦力矩M摩。（3）启动过程所转过的角度启180，等速转动角速度2。2M惯JJ工件2启（）查取转动惯量公式有：J1MR21190N2Nms222KgJ工件1Gl23R2160122212g代入：M惯2m55N2MM惯M摩M惯

M55腕部驱动力的计算

表4-1液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250设定腕部的部分尺寸：依照表4-1设缸体内空半径R=110mm，外径依照表3-2选

择121mm,这个是液压缸壁最小厚度，考虑到实质装置问题后，其外径为226mm；动片宽度b=66mm,输出轴r=22.5mm.基本尺寸示以下列图。则辗转缸工作压力

2M2，选择8MpaPr222bR2

动片

静片

图腕部液压缸剖截面构造表示表标准液压缸外径（JB1068-67）（mm）液压缸内径405063809010011012514015016018020020钢50607695108121133168146180194219245160Mpa

45钢50607695108121133168146180194219245P200Mpa

液压缸盖螺钉的计算

图缸盖螺钉间距表示

表螺钉间距t与压力P之间的关系

工作压力P（Mpa）螺钉的间距t(mm)小于150小于120小于100小于80

缸盖螺钉的计算，以下列图，t为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，见表，在这类联系中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力

FQ0FQFQ'（）s计算：液压缸工作压强为P=8Mpa,所以螺钉间距t小于80mm,试选择8个螺钉，D80Z=8个88，所以选择螺钉数量合适危险截面SR2r22224所以，FQPS(4.3)ZPSFQZFQSKFQ

FQSKFQ所以FQFQFQ'=11863.3+10545=19772N0s螺钉资料选择Q235，则s240（）n160MPa螺钉的直径dQ0（）

Q0d6螺钉的直径选择d=16mm.

动片和输出轴间的连接螺钉

（1）动片和输出轴间的连接螺钉

动片和输出轴之间的连接构造见上图。连接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两

个定位销定位。连接螺钉的作用：使动片和输出轴之间的配合亲密。

bpD2d2M摩FQZfd82FQbpD2d2(4.5)于是得4ZfdD——动片的外径；f——被连接件配合面间的摩擦系数，刚对铜取螺钉的强度条件为Q

合d12

4(4.6)d14FQ或(4.7)带入有关数据，得FQbpD2d28106224Zfd螺钉资料选择Q235，则s240200MPa（n）n

螺钉的直径Q0d200106螺钉的直径选择d=12mm选.择M12的开槽盘头螺钉。

本章小结

本章经过四种基本的手段构造，选择了拥有一个自由度的辗转驱动的腕部构造。

并进行的腕部辗转力矩的计算，同时也计算了辗转缸连接螺钉的直径。臂部的设计及有关计算

臂部的设计及有关计算

手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个运动：伸缩、辗转和起落。本章表达手臂的伸缩运动，手臂的辗转和起落运动设置在机身处，将在下一章表达。

臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。若是改变手部的姿态（方向），则用腕部的自由度加以实现。所以，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右辗转、和起落运动。手臂的各种运动平时用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况解析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自己运动很多。所以，它的构造、工作范围、灵巧性等直接影响到机械手的工作性能。

臂部设计的基本要求

一、臂部答应载能力大、刚度好、自重轻

（1）依照受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。

（2）提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。

（3）合理部署作用力的地址和方向。

（4）注意简化构造。

（5）提高配合精度。

二、臂部运动速度要高，惯性要小

机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反响机械手的生产水平。关于高速度运动的机械手，其最大搬动速度设计在10001500mms,最大辗转角速度设计在1800s内，大多数平均搬动速度为1000mms，平均辗转角速度在900s。在速度和辗转角速度必然的情况下，减小自己重量是减小惯性的最有效，最直接的方法，所以，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量详尽有3个路子：

（1）减少手臂运动件的重量，采用铝合金资料。

（2）减少臂部运动件的轮廓尺寸。

（3）减少辗转半径，再安排机械手动作序次时，先缩后辗转（或先辗转后伸缩），尽

可能在较小的前伸地址下进行辗转动作。

（4）驱动系统中设有缓冲装置。

三、手臂动作应该灵巧

为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用转动摩擦代替滑动摩擦。关于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件部署合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对起落支撑轴线的独爱力矩，特别要防范发活力构卡死（自锁现象）。为此，必定计算使之满足不自锁的条件。

23

总结：以上要求是相互限制的，应该综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出圆满的、性能优异的机械手。

手臂的典型机构以及构造的选择

手臂的典型运动机构

常有的手臂伸缩机构有以下几种：

（1）双导杆手臂伸缩机构。

（2）手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，起落和横向搬动；辗转运动，如手臂的左右摇动，上下摇动；吻合运动，如直线运动和辗转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心构造。

（3）双活塞杆液压岗构造。

（4）活塞杆和齿轮齿条机构。

手臂运动机构的选择

经过以上，综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动,液压缸采用双作用液压缸。

手臂直线运动的驱动力计算

先进行大概的估计，或类比同类构造，依照运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。这样屡次，绘出最后的构造。

做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力依照液压缸运动时所战胜的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。

FF摩F密F回F惯(5.1)

手臂摩擦力的解析与计算

解析：

摩擦力的计算不同样的配置和不同样的导向截面形状，其摩擦阻力是不同样的，要依照详尽情况进行估计。上图是机械手的手臂表示图，本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩岗两侧。

24

图机械手臂部受力表示

计算以下：

由于导向杆对称配置，两导向杆受力平衡，可按一个导向杆计算。

MA0G总LaFbG总L得FbaY0

G总FbFaLa得FaG总aF摩FF'F'Fba摩b摩aF摩'G总2La(5.2)a式中G总——参加运动的零部件所受的总重力（含工件）（N）；

——手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（m）,参照上一节的计算;

a——导向支撑的长度（m）;

'——当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。

关于圆柱面：

25

'42——摩擦系数，关于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取

钢对铸铁：取计算：导向杆的资料选择钢，导向支撑选择铸铁'，G总1070N，L=1.69-0.028=1.41m,导向支撑a设计为将有关数据代入进行计算F摩G总'2La手臂惯性力的计算

本设计要求手臂平动是V=5mmin,在计算惯性力的时候,设置启动时间

，启动速度V=V=,

G总v(5.3)F惯tgG总v1070NF惯tg密封装置的摩擦阻力

不同样的密封圈其摩擦阻力不同样，在手臂设计中，采用力小于10Mpa。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：经过以上解析计算最后计算出液压缸的驱动力：

O型密封，当液压缸工作压F封。

F0.03FF摩F惯=6210N

液压缸工作压力和构造的确定

经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F=6210N，依照表选择液压缸的工作压力P=2MPa

（1）确定液压缸的构造尺寸：

液压缸内径的计算，如下图

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图双作用液压缸表示图

当油进入无杆腔，

FF1D2p4当油进入有杆腔中，D2d2FF2p4液压缸的有效面积：SFp1D4FFp1p1(5.4)故有（无杆腔）D4Fd2p1（有杆腔）(5.5)F=6210N，p1=2106pa，选择机械效率将有关数据代入：D4FF6210p1p1106依照表4-1（JB826-66），选择标准液压缸内径系列，选择D=65mm.

（2）液压缸外径的设计

依照装置等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为79mm.（3）活塞杆的计算校核

活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。关于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：

27

Fd2(5.6)4设计中活塞杆取资料为碳刚，故100120Mpa，活塞直径d=20mm,L=1360mm,现在进行校核。F62106Mpa100106d2244结论：活塞杆的强度足够。

本章小结

本章设计了机械手的手臂构造，手臂采用双导杆手臂伸缩机构，对驱动的液压缸的驱动力进行了详尽的计算，并对液压缸的基本尺寸进行了设计。

28机身的设计计算

机身的设计计算

机身是直接支撑和驱着手臂的部件。一般实现手臂的辗转和起落运动，这些运动的传动机构都安在机身上，也许直接组成机身的躯干与底座相连。所以，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。

机身的整体设计

依照设计要求，机械手要实现手臂1800的辗转运动，实现手臂的辗转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，解析。

机身承载着手臂，做辗转，起落运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身构造有以下几种：

（1）辗转缸置于起落之下的构造。这类构造优点是能承受较大侧重力矩。其缺点是辗转

运动传动路线长，花键轴的变形对辗转精度的影响较大。

（2）辗转缸置于起落之上的构造。这类构造采用单缸活塞杆，内部导向，构造紧凑。但

辗转缸与臂部一起起落，运动部件较大。

（3）活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的辗转运动是经过齿条齿轮机构来实现：齿条的往来运动带动与手臂连接的齿轮作往来辗转，进而使手臂左右摇动。

解析：

经过综合考虑，本设计采用辗转缸置于起落缸之上的构造。本设计机身包括两个运动，机身的辗转和起落。如上图所示，辗转机构置于起落缸之上的机身构造。手臂部件与辗转缸的上端盖连接，辗转缸的动片与缸体连接，由缸体带着手臂辗转运动。辗转缸的转轴与起落缸的活塞杆是一体的。活塞杆采用空心，内装一花键套与花键轴配合，活塞起落由花键轴导向。花键轴与与起落缸的下端盖用键来固定，下短盖与连接地面的的底座固定。这样就固定了花键轴，也就经过花键轴固定了活塞杆。这类构造是导向杆在内部，构造紧凑。详尽构造见以下列图。

驱动机构是液压驱动，辗转缸经过两个油孔，一个进油孔，一个排油孔，分别通向辗转叶片的两侧来实现叶片辗转。辗转角度一般靠机械挡块来决定，关于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以辗转1800。

29

图辗转缸置于起落缸之上的机身构造表示图

机身辗转机构的设计计算

（1）辗转缸驱动力矩的计算

手臂辗转缸的辗转驱动力矩M驱，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩M惯及各

密封装置处的摩擦阻力矩M阻相平衡。

M驱M惯M阻M回(