機械手臂部的設計及有關計算手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：伸縮、回轉和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態（方位），則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部應該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結構、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。1.1臂部設計的基本要求一、臂部應承載能力大、剛度好、自重輕根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。合理布置作用力的位置和方向。注意簡化結構。提高配合精度。二、臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數之一，它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在,最大回轉角速度設計在內，大部分平均移動速度為，平均回轉角速度在。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。減少臂部運動件的輪廓尺寸。減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。驅動系統中設有緩沖裝置。三、手臂動作應該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發生機構卡死（自鎖現象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。總結：以上要求是相互制約的，應該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。1.2手臂的典型機構以及結構的選擇1.2.1手臂的典型運動機構常見的手臂伸縮機構有以下幾種：（1）雙導桿手臂伸縮機構。（2）手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。（3）雙活塞桿液壓崗結構。（4）活塞桿和齒輪齒條機構。1.2.2手臂運動機構的選擇通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動,液壓缸選取雙作用液壓缸。1.3手臂直線運動的驅動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據運動參數初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力來確定液壓缸所需要的驅動力。液壓缸活塞的驅動力的計算。(1.1)1.3.1手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據具體情況進行估算。上圖是機械手的手臂示意圖，本設計是雙導向桿，導向桿對稱配置在伸縮崗兩側。圖1.1機械手臂部受力示意計算如下：由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。得得(1.2)式中參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）；L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m）,參考上一節的計算;a——導向支撐的長度（m）;——當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面有關。對于圓柱面：——摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計算：導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵，，L=1.69-0.028=1.41m,導向支撐a設計為0.016m將有關數據代入進行計算1.3.2手臂慣性力的計算本設計要求手臂平動是,在計算慣性力的時候,設置啟動時間，啟動速度,(1.3)1.3.3密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用O型密封，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。經過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅動力：1.4液壓缸工作壓力和結構的確定經過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=6210N，根據表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa確定液壓缸的結構尺寸：液壓缸內徑的計算，如圖1.2所示圖1.2雙作用液壓缸示意圖當油進入無桿腔，當油進入有桿腔中，液壓缸的有效面積：故有（無桿腔）(1.4)（有桿腔）(1.5)F=6210N，，選擇機械效率將有關數據代入：根據表4-1（JB826-66），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=45mm.液壓缸外徑的設計根據裝配等因素，考慮到液壓缸的壁厚在2.5mm，所以該液壓缸的外徑為50mm.（3）活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算：(1.6)