XX大学200X届毕业设计说明书
4 手腕结构设计
考虑到机械手的通用性，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[13]。 4.1 手腕的自由度
手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕x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3600，并且要求严格的密封[14]。 4.2 手腕的驱动力矩的计算 4.2.1 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4.1所示为手腕受力的示意图。
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1.工件2.手部3.腕部 图4.1手碗回转时受力状态
手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算[15]:
M驱= M惯+M偏+M摩+M封 ㎏·㎝ （4.1） 式中: M驱—驱动手腕转动的驱动力矩(㎏·cm); M惯—惯性力矩(Kg -cm);
M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(㎏·㎝).,
M摩—手腕转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩(㎏·cm);
M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 (㎏· cm);
下面以图4.1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算: 1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M惯
若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为ω，起动过程所用的 时间为△t，则:
?M惯??J?J1? （4.2） ?t
若手腕转动时的角速度为ω，起动过程所转过的角度为△φ，则:
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(4.3) ?2M惯??J?J1?2??
式中:J—参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 (N·㎝·s2);
J1—工件对手腕转动轴线的转动惯量 (N·㎝·s2)。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量J1为:
J1?Jc?G12e1g（4.4）
式中:Jc—工件对过重心轴线的转动惯量(N·㎝·s2):
G1—工件的重量((N);
e1—工件的重心到转动轴线的偏心距(cm), ω—手腕转动时的角速度(弧度/s); △t一起动过程所需的时间(S); △φ—起动过程所转过的角度(弧度)。
2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M偏
(N·㎝) （4.5） M偏?G1e1?G3e3式中:G3—手腕转动件的重量(N);
e3—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G1 e1=0.
3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩M摩
M摩?f?RAd2?RBd1??N?cm?2(4.6)
式中:d1d2—手腕转动轴的轴颈直径(cm);
f一轴承摩擦系数，对于滚动轴承f=0. 01，对于滑动轴承f=0.1； RARB—轴颈处的支承反力((N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，
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根据∑MA(F)=0得:
RB?G3L3?G2L2?G1L1 （4.7） G2L2?G1L?G3L3RB??N?L同理，根据∑MB (F)=0得:
G2?L?L2??G1?L?L1??G3?L?L3?（N） （4.8） RA?L式中:G2—手部的重量(N)
L，L1，L2，L3—如图4-1所示的长度尺寸(cm).
4．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M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[16]。
在机械手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4.2所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把气腔分隔成两个.当压缩气体从孔a进入时，推动输出轴作逆时针方向回转，则低压腔的气从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶J气缸的压力p和驱动力矩M的关系为:
2 （4.9）
图4.2 回转气缸简图
M?pb?R2?r2? 3 式中:M—回转气缸的驱动力矩((N·㎝); P—回转气缸的工作压力((N·㎝);
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