支承被夹取工件、手部、手腕我们主要通过手臂来完成。它的主要作用是用手指去抓取物件，然后按预定的要求将其放在指定的地方。
为了实现手臂的各种运动，工业机械手的手臂通常由驱动源（如液压、气压或电机等）和驱动手臂运动的部件（如齿轮齿条机构、油缸、气缸、螺旋机构、凸轮机构和连杆机构）相配合组成。
图3-7 手臂的运动形式
3.2.1手臂的常用机构
（1）手臂直线运动机构
我们知道机器人手臂的直线运动主要有伸缩、横向移动。为了实现手臂往复直线运动，通常我们采取的机构形式主要有活塞油缸、丝杠螺母机构以及连杆机构、齿轮齿条机构等。因为活塞油缸的具有体积小、重量轻的优点，所以在机器人的手臂结构中多被采用。
（2）手臂回转运动机构
了实现机器人手臂回转运动我们通常采用的机构形式有很多种，大体可以分为活塞缸、链轮传动机构、齿轮传动机构、连杆机构、叶片式回转缸等。
机械手手臂需完成的是伸缩运动，故采用活塞式液压缸。
3.2.2手臂设计原则
确定臂部的结构形式必须依据机器人的动作自由度、运动形式、抓取重量、等因素来度量。与此同时，在设计时还要要考虑手臂的受力情况，手腕的连接形式、油缸及导向装置的布置、内部管路等因素。因此手臂设计时要考虑以下要求：
（1）刚度要求高
合理选择手臂的截面形状有利于减小臂部在运动过程中产生过大的变形程度。圆截面一般比工字形截面弯曲刚度大；实心轴比空心管的弯曲刚度和扭转刚度都小的多，所以我们常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支撑板。
（2）导向性要好
17
或设置导向装置，花键等形式、或设计方形的臂杆，能有效防止手臂沿运动轴线直线运动中发生相对转动。
（3）重量要轻
尽量减小臂部运动部分的重量，能有效提高机器人的运动速度从而以减小整个手臂对回转轴的转动惯量。
（4）运动要平稳，定位精度要高
一般臂部运动速度越高与惯性力引起的定位前的冲击呈正比，所以运动不平稳，定位精度不高。所以，在设计过程中除了采用一定形式的缓冲措施，臂部设计上要力求重量轻外，结构紧凑。
3.2.3臂部驱动力计算
考虑臂部所受的全部负荷能使臂部运动驱动力和力矩的计算更精确。通常臂部所受的负荷主要有惯性力、重力、摩擦力等。
⒈工作负载的计算
臂部做水平伸缩运动时，第一要考虑克服摩擦阻力，其中包括液压缸与活塞之间的摩擦阻力，支承套与导向杆之间的摩擦阻力等因素，第二还要克服启动过程中的惯性力因素。
在当作机构在满负载的情况下，以一定的加速度启动时对液压缸产生的总阻力我们称液压缸的工作负载。
FR?Fm?Fg (3-7)
FR—工作负载
Fm—工作机构在满载启动时的静摩擦力
Fg—工作机构在满载启动时的惯性力，可按牛顿第二定律求出
Fg?ma?m式中 m—运动部件的总质量，kg
?v (3-8) ?t a—运动部件的平均加速度，m/s ?v—?t时间内速度的变化量，m/s
?t—升降速过程所用时间，s，一般为0.01～0.5s 工件质量m=4kg，f=0.2
33标准手爪材料为铝合金ZL3，密度?1?2.75?10kg/m，则气爪的质量为：
2 18
m爪??1V爪?2.75?103?0.048?0.087?0.066?0.76kg
33连接板材料为45钢，?2?7.85?10kg/m
m板??2V板?7.85?103?0.086?0.08?0.05?2.7004kg
另外，伸缩手臂导杆伸出件质量约为0.5kg
根据本机械手的设计技术参数，伸缩手臂的行程为250mm 手爪抓重为4kg，加上手爪和连接板的重量，总质量约为8kg
Fm??FN?0.2?8?9.8?15.68N (3-9)
Fg?ma?m?v ?t设要求手臂平动时，v=250mm/s，在计算惯性力时，设置启动时间△t=0.1s，则启动速度?v=v=250mm/s
0.25?20N 则Fg?ma?8?0.1FR?Fm?Fg=15.68+20=35.68N
⒉液压缸内径的计算
由机械设计手册，液压缸的内径可有下式计算：
D?4Q?p? （3-3）
式中 ?--机械效率，考虑密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封常取?=0.95 p--液压缸工作腔的工作压力，由表3-1，取p代入数值得
?0.8?106Pa
D?4Q4?35.68??7.73mm 6?p???0.8?10?0.95根据标准化液压缸内径进行圆整，取D=25mm ⒊活塞杆的设计与校核 液压缸的直径可由下式计算
d?D??1 （3-10） ? 19
缸的速度比?过大时，无杆腔中会有大的背压产生，速度比过小就会造成活塞杆太细，稳定性不好。推荐液压缸的速度比如表3-5所示：
表3-5 液压缸往复速度比推荐值
工作压力p/MPa 往复速度比? 代入数据得
≤10 1.33 1.25~20 1.46,2 ＞20 2 d?D??11.33-1?25??12.45mm ?1.33根据标准化活塞杆直径进行圆整，取d=14mm 活塞杆的直径d按下式进行校核
d?式中 F--活塞杆上的作用力
4F???? （3-4）
[σ]--活塞杆材料的许用应力，???? ?b--材料的抗拉强度 S--安全系数，S=5 代入数值得
?bS，
4?35.68d??2.42mm成立 6??80?10故活塞杆直径满足强度要求 ⒋缸筒壁厚的计算与校核 液压缸大多数十薄壁筒，即
D??10，其最薄处的壁厚可由下式计算即：
pD??2??? （3-11）
式中 δ—液压缸筒壁厚 D—液压缸内径
Pt—液压缸试验压力，取Pt=1.5P
20