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3 机械手手部的设计计算
3.1 工件尺寸
工件的尺寸为150㎜×100㎜×3㎜。材料为钢，钢的密度为
??7.85g/cm。
33.2机械手手抓的设计计算
3.2.1选择手抓的类型
本设计是设计磁吸式机械手的设计，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整、面积较大的板状物体,适合用于本方案。通过综合考虑，本设计选择吸盘作为磁吸式机械手的手抓。为了使机械手能够平稳的搬动工件，所以选择四个吸盘，吸盘内的磁力由电磁铁提供。 3.2.2 手抓的力学分析
1、首先是电源设计，即线圈两端的电压。建议使用直流电源，因为直流电流可以保证次吸力稳定，没有交变。介于你设计的磁吸力小，可选用5-12V直流电源（电压越大，反应速度越快）。
2、绕线组材料的选取，如果设计要求绕线组质量轻，则可选择漆包铝线。一般情况下，选择漆包铜线，因为铜的电阻率低。
3、考虑绕线组的发热，绕线组是有电阻的，其发热功率P=U*U/R（U为电源电压）。
4、选用横截面积合适的导线作为绕线组。
5、磁吸力F∝磁感应强度B，而B∝I*N（电流与匝数的乘积） ，而I=U/R，且R∝N。（复杂吧，简化一下）
具体公式：B=u*I*N/2；R=ρ*L/S=ρ*π*D*N/S；（u是轮子的磁导率、ρ是导线的电阻率、S是导线的横截面积、D是线圈的平均直径≈32mm、N≈0.85*(20-12)*33.5/S、L是导线总长 。注意：S的单位是平方毫米；ρ的单位是欧姆毫米）
则：B≈0.59*u*S/ρ(可以看出只要绕线区域一定，B与N无关。)
看线圈发热功率：P=U*U/R∝(S^2)；所以导线横截面积S尽量取小，但S过小会导致磁吸力变化速度慢。
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选择每个吸盘的直径相同，d=∮20mm
工件的质量m=?v=7.85×150×100×3g=353.250g
所以根据平衡公式得 G=4F mg=4F
即每个电磁吸盘的磁力：
F=mg/4=0.353250×9.8/4N=0.8654625N
3.3电磁铁选择
3.3.1电磁铁简介
内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点
1822年，法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现，当电流通过其中有铁块的绕线时，它能使绕线中的铁块磁化。这实际上是电磁铁原理的最初发现。1823年，斯特金也做了一次类似的实验：他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线，当铜线与伏打电池接通时，绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场，这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”。这种电磁铁上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重20倍的铁块，而当电源切断后，U型铁棒就什么铁块也吸不住，重新成为一根普通的铁棒。
斯特金的电磁铁发明，使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景，这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。
1829年，美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新，绝缘导线代替裸铜导线，因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层，就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起，由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年，亨利试制出了一块更新的电磁铁，虽然它的体积并不大，但它能吸起1吨重的铁块。
电磁铁是一种把电能转化为直线运动机械能的电器元件.它的特点是直线运动时比电动机加转换机构的结构简单,成本低,噪音小,寿命长,力度可精确地数码控制.广泛用于家电,玩具,机车,工业自动化等需要把电能转化为直线运动机械能,或电能转化为吸力,制动力,加速能量的部件上.
吸盘式电磁铁是根据电磁转换的原理，在通电状态下产生强大的电磁吸力，以控制物件的前进或停止状态。该电磁铁结构简单紧凑，线圈置于软磁材料外壳
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之中并以环氧浇封，具有体积小，吸力大，牢固，可靠，全密封，环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳定可靠。被广泛应用在自动化作业线上作为材料或产品的输送控制件，在机械手、食品机械、医疗机械、自动化控制系统中亦有应用
3.3.2 电磁铁分类
电磁铁的结构形式很多，按磁路系统形式可分为拍合式、盘式、E形和螺管式。按衔铁运动方式可分为转动式和直动式。
按其线圈电流的性质可分为直流电磁铁和交流电磁铁；按用途不同可分为牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁及其他类型的专用电磁铁。 牵引电磁铁主要用于自动控制设备中，用来牵引或推斥机械装置，以达到自控或遥控的目的；制动电磁铁是用来操纵制动器，以完成制动任务的电磁铁； 起重电磁铁是用于起重、搬运铁磁性重物的电磁铁。
另外，电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：
①交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次／min，寿命较短。
②直流电磁铁。直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次／min，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交流电磁铁小。
③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器，可以在直接使用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。
3.4行程开关的选择
行程开关又称为限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向，速度，行程大小或位置的一种自动控制器件。
行程开关广泛应用于各类机床，起重机以及轻工业机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械以必要的保护。
行程开关按其结构可分为直动式（如LX1，JLXK1系列），滚轮式（如LX2，JLXK2系列）和微动式（如LXW-11，JLXK1-11系列）三种。
直动式行程开关的动作原理与按钮相同。但它的缺点是分合速度取决于生产
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机械的移动速度，当移动速度低于时，触点分断太慢，易受电弧烧损。此时，应采用有盘形弹簧机构瞬时动作的滚轮式行程开关。当生产机械的行程比较小且作用力也很小时，可采用具有瞬时动作和微小行程的微动式行程开关。
在本设计中，电磁铁使吸盘产生磁力，从而吸盘将工件吸起。当工件被搬运到预定位置时，通过撞击行程开关，使吸盘与大气相连，从而使吸盘放下工件。 通过综合考虑，选择滚轮式行程开关JLXK2系列，其触点为常闭触点。行程开关放在机械手的手臂上，这样可以使行程开关随机械手一起运动。
3.5 本章小结
通过本章的设计计算，先通过工件计算了吸盘内所需达到的压强，然后依此选择了真空泵的型号，行程开关的型号以及行程开关的位置。
4 腕部的设计计算
4.1 腕部设计的基本要求
（1） 力求结构紧凑、重量轻
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
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（2）结构考虑，合理布局
腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，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） 必须考虑工作条件
对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的工件，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。
4.2 腕部的结构设计
腕部采用平面式，用四根支架作成。下面采用两根支架,支架上面再放两根支架，四根支架上都不采用实体式，如果吸盘的位置正好吸在工件孔的位置，这样就会导致机械手不能搬动工件。采用此设计，可以人工调整机械手手部的位置来解决此问题。上面和下面的支架通过手部吸盘上的螺栓进行连接。跟螺栓进行连接的垫片采用快换垫片，这样可以迅速地调整机械手的手部位置。
4.3本章小结
本章根据机械手手腕需达到的要求，选择了平面结构的腕部结构。并对组成腕部的支架采用非实体式以及采用快换垫片的优点进行了叙述。
5 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。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。
5.1 臂部设计的基本要求
一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻
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