7．手爪夹紧动作； 8．机械手整体移动。
球坐标式机械手的特征是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内做圆弧状上下俯仰运动，它的臂可作伸缩，横向水平摆动，工作范围和人手的动作类似。它的特点是能自动选择最合理的动作路线。所以工效高。另外由于上下摆动，它的相对体积小，二动作范围大。
2.4 关节式机械手
关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动型式。它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。关节式机械手，早在四十年代就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有一定的发展前途。
关节式机械手有大臂和小臂的摆动，以及肘关节和肩关节的运动。关节式机械手具有上肢结构，可实现近似于人手操作的机能。为具有近似人手操作的机能，需要研制最合适的结构。
关节式机械手的传动机构采用齿轮、齿条式和摆动式，传动机构采用哪一种型式，主要根据工件的轻重来决定。
本次设计的目标是4自由度体型小的通用液压机械手，上述4种类型机械手中圆柱坐标机械手体型合适，机构适宜，能够达到设计要求且结构不复杂，所以选择圆柱坐标式机械手。
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第3章 手部结构设计
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部。如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构或电磁式吸盘结构。手爪是机械手直接用下抓取和握紧(或吸附)工件夹持专用工具(如喷枪。扳子、焊接工具)进行损作的部件。它具有模仿人手动作的功能，，并安装于机械手手
[6]
臂的前端。
3.1 设计的原始参数
本次设计的机械手为4自由度机械手，能够实现大臂的升降和旋转，小臂的伸缩和旋转动作。主要设计参数如下：
1．手臂力至少达90N 2．自由度数 4
3、手臂伸缩速度750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回转速度110o／s，手腕回转速度360o/s
4、手臂伸缩行程范围0~500mm，手臂升降行程范围最大0～200mm，手臂回转行程范围0o~220o。
5、驱动方式 液压驱动
3.2 夹持式手部结构
夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。
3.2.1 手指的形状和分类
夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。
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当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件[7]。
3.2.2 设计时考虑的几个问题
1．具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
2.手指间应具有一定的开闭角
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开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，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。
3.保证工件准确定位
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，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。 4.具有足够的强度和刚度
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，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 5.应考虑被抓取对象的要求
(1)抓取形状 手指形状应根据工件形状而设计。如工件为圆柱形．则采用“V”形手指；圆球状工件用圆弧形三指手指，方料用平面形手指，细丝工件用尖指勾形或细齿钳爪手指。总之应根据工件形状来选定手指形状。
(2)抓取部位 抓取部位的尺寸尽可能是不变的．若加工后尺寸
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有变化，手指应能适应尺寸变化的要求，否则不允许定为抓取部位。对于工件表面质量要求高的，抓取时尽量避开高质量表面或在手指上加软质垫片(如橡皮．抱沫塑料．石棉衬垫等)，以防夹持时损坏工件。
(3)抓取数量 若用一对手指抓取多个工件，为了不发生个别工件的松动或脱落现象，在手指上可增加弹性衬垫，如橡皮、泡沫、塑料等 ，对于较长工件可采用双指或多指抓取。 6.应考虑手指的多用性
手指是专用性较强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸的要求，可制成组合式的手指，对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换迅速和准确，以便扩大机械手的使用范围[8]。
3.2.3 手部夹紧油缸的设计
1、手部驱动力计算
本课题液压机械手的手部结构如图3-1所示，
1-夹持器 2-齿条活塞杆 3-小齿轮 4-销 5-套筒 6-销轴 7-压力弹簧 8-法兰
图3-1齿轮齿条式手部结构图
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1．根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式[9]:
N?Gsin?2f 式中：N-为夹持工件的握力，N
G-为工件重量，N，要求抓取重量为90N
?-为手指夹角的1/2,角度,V形手指的角度2?=120
f—为摩擦系数 取f?0.1
代入式中
N?90sin602?0.1?390N
2．根据手部结构的示意图3-1，其驱动力为:
P2bN理?R
式中：P理—为理论驱动力，N
b—为夹持物体中心到销轴的中心距，b=60mm R—销轴到小齿轮的中心距 R=17mm
代入式中
P2?60?390理?17?2753N
3．实际驱动力:
PPk1k2实际?理?
式中P实际—为实际驱动力, N
?—为工作效率因为传动机构为齿轮齿条传动，故取??0.9k1—为安全系数 通常取1.2~2 这里取k1?1.5
k2—为工作情况系数 若被抓取工件的最大加速度取a?0.5g时， 14
则: