同理，根据?mB?F??0得: RA=
G1l1?G2l2?G3l3l
式中: G2——手部的重量(N)
1、11、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。
4.2.2回转气缸的驱动力矩计算
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，它的二理如图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4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: M?pbR?r22Mb?R2?22? （4-9）
或： p?
?r2?
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图4-2 回转气缸简图
Fig.4-2 Sketch of Rotating Gas Vat
式中: M- 回转气缸的驱动力矩(N﹒cm);
P- 回 转气缸的工作压力(N﹒cm); R- 缸 体 内壁 半径(cm); r- 输 出 轴半 径(cm); b— 动 片 宽度 (cm).
上述驱动 矩和压力的关系式是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有一定的背压，则上式中的P应代以工作压力P1与背压P2之差
第五章手臂结构设计
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按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。
5.1手臂伸缩与手腕回转部分
5.1.1结构设计
手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。由于活塞气缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。同时 ， 气 压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。
该机 械 手 的手臂结构如附图所示，现将其工作过程描述如下:
手臂主要由双作用式气缸1、导向杆2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用式气缸1的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔c, e进入双作
用式气缸1的两腔时，空心活塞套杆6带动手腕回转缸5和手部一同往复移动。 在空心活塞套杆6中通有三根伸缩气管，其中两根把压缩空气通往手腕回转气缸 5，一根把压缩空气通往手部的夹紧气缸。在双作用式气缸1缸体上方装置着导 向杆2，用它防止活塞套杆6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确 的方向运动。为了保证手嘴伸缩的快速运动。在双作用式气缸1的两个接气管口
c, e出分别串联了快速排气阀.手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲器实现.
手腕回转是由回转气缸5实现，并采用气缸端部节流缓冲，其结构见A-A 剖面;
在附图中所示的接气管口a、b是接到手腕回转气缸的;d是接到手部夹紧气 缸的。直线气缸1内的三根气管采用了伸缩气管结构，其特点是机械手外观清晰、 整齐，并可避免气管的损伤，但加工工艺性较差。另外活塞套杆6做成筒状零件
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可增大活塞套杆的刚性，并能减少充气容积，提高气缸活塞套杆的运动速度。 5.导向装置
气压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。
目前常采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。
5.1.3手臂伸缩驱动力的计算
手臂作水平伸缩时所需的驱动力:
图4-3 手嘴伸出时的受力状态
Fig.4-3 Bear Force Condition of Arm When Putting Out
图4- 3 所示为活塞气缸驱动手臂前伸时的示意图。在单杆活塞气缸中，由
于气缸的两腔有效工作面积不相等，所以左右两边的驱动力和压力之间的关系式不一样。当压力油(或压缩空气)输入工作腔时，驱使手臂前伸(或缩回)，其驱动力应克服手臂在前伸(或缩回)起动时所产生的惯性力，手臂运动件表面之间的密封装置处的摩擦阻力，以及回油腔压力(即背压)所造成的阻力，因此，驱动力计算公式为:
P驱 = P惯 + P摩 + P密 + P背 N （5-1）
式中:P惯——手伶在起动过程中的惯性力(N);
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P摩——摩擦阻力(包括导向装置和活塞与缸壁之间的摩擦阻力)(N); P密——密封装置处的摩擦阻力(N)，用不同形状的密封圈密封，其摩擦阻
力 不 同 。
P背——气 缸 非工 作腔压力(即背压)所造成的阻力(N)，若非工作腔与 油箱或大气相连时，则 P背 =0 。
5.2手臂升降和回转部分
5.21结构设计
其结构如附图所示。手臂升降装置由转柱1、升降缸活塞轴2、升降缸体3, 碰铁4、可调定位块5、定位拉杆6、缓冲撞铁7、定位块联接盘13和导向杆14 等组成。转柱1上钻有a, b, c, d, e和f六条气路，在转柱上端用管接头和气 管分别将压缩空气引到手腕回转气缸(用a, b气路)，手部夹紧气缸(用d气路) 和手臂伸缩气缸(用c, e气路)，转柱下端的f气路，将压缩空气引到升降缸上 腔，当压缩空气进入上腔后，推动升降缸体3上升，并由两个导向杆14进行导 向，同时碰铁4随升降缸体3一同上移，当碰触上边的可调定位块5后，即带动 定位拉杆6,缓冲撞铁7向上移动碰触升降用液压缓冲器进行缓冲。当J, K两 面接触时而定位。上升行程大小通过调整可调定位块5来实现。最大可调行程为 170mm,缓冲行程根据抓重和手臂移动速度的要求亦可调整，其范围为15-30mm,
故上升行程最大值为200mm。手臂下降靠自重实现。
实现机械手手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构等。在本机械手中，手臂回转装置由回转缸体10、转轴11(它与动片焊接成一体，见E-E剖面)、定片12、回转定位块8、回转中间定位块9和回转用液压缓冲器(此部件位置参见附图)等组成。当压缩空气通过管路分别进入手臂回转气缸的两腔时，推动动片连同转轴一同回转，转轴通过平键而带动升降气缸活塞轴、定位块联接盘、导向杆、定位拉杆、升降缸体和转柱等同步回转。因转柱和手臂用螺栓连接，故手胃亦作回转运动。
手臂回转气缸采用矩形密封圈来密封，密封性能较好，对气缸孔的机械加工 精度也易于保证。
手臂回转运动采用多点定位缓冲装置，其工作原理见回转用液压缓冲器部分。手臂回转角度的大
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