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机械手的整体设计机械手是一种能够模拟人手动作的机器装置，主要由结构、传动、控制和感知系统组成。
其整体设计需要考虑几个关键方面。
首先，机械手的结构设计要符合其应用场景和功能需求。
结构设计包括关节布置、臂长、工作空间以及末端执行器等。
关节布置决定了机械手的灵活性和工作能力，可以根据不同的任务需求选择串联或并联的关节布置。
臂长和工作空间决定了机械手的工作范围和工件的大小。
末端执行器根据实际需要可以设计成夹爪、吸盘、工具等各种形式，以满足不同的抓取和操作需求。
其次，机械手的传动系统设计要考虑到工作精度和负载能力。
传动系统一般采用电机和减速器、齿轮系统、链条或带传动等来实现。
电机和减速器的选型要根据所需的转速和扭矩来确定。
齿轮系统要考虑到传动效率和减震能力。
链条或带传动可以实现远距离传输力矩，适合大范围操作。
第三，机械手的控制系统设计必须保证其精确度和稳定性。
控制系统要能够实时获得机械手的位置、速度和力矩等信息，并能够根据需求进行实时调节和反馈。
控制系统一般包括传感器、运动控制器和执行器等。
传感器用于检测机械手各关节的位置和力量信息。
运动控制器负责解析传感器数据，计算运动轨迹和控制机械手的运动。
执行器对机械手进行动力输出，实现各关节的运动。
最后，机械手的感知系统设计要能够实时感知并识别环境中的物体和障碍物，以实现精确的操作。
感知系统一般包括视觉、力觉和力矩传感器等。
视觉传感器可以采集环境中物体的形状、颜色等信息，并通过图像处理算法进行识别和测量。
力觉传感器可以测量机械手与工件或环境之间的力量信息，实现更加精确的操作。
力矩传感器可以测量机械手各关节的力矩和负载情况，对控制系统提供实时反馈。
总而言之，机械手的整体设计需要考虑结构、传动、控制和感知等方面，以实现各种复杂的抓取和操作任务。
从结构设计到传动系统，再到控制和感知系统的设计，都要保证各个部分之间的协调和稳定性，以满足机械手在工业自动化、物流仓储、医疗卫生等领域的应用需求。
一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1000mm；工作节拍为：70s；工件：最大直径为160mm 的棒料；1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。
自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。
机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。
轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。
工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。
一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。
在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。
在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。
1.2.2机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。
优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。
结构图：(2)圆柱坐标型机械手：特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。
优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。
结构图：( 3)球坐标(极坐标)型机械手：特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。
简易搬运机械手的设计
一、设计总体方案
1、机械手外形如上图所示。
2、本设计关于机械手具有4个自由度既：手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降4个主要运动。
3、本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：
（1）手部，采用一个双作用式液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。
（2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转0180。
（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动。
（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
4、设计技术参数
抓重:30Kg (夹持式手部)
自由度数:4个自由度
座标型式:圆柱座标
最大工作半径:1600mm
手臂最大中心高:900mm
手臂运动参数
伸缩行程：800mm
伸缩速度：50mm/s
升降行程：330mm
升降速度：50mm/s
回转范围:00180 回转速度：s 40 手腕运动参数
回转范围: 00180 回转速度：s 40
手指夹紧油缸的运动速度 50mm/s
5、驱动方案选择液压驱动。
二、控制方案
1、控制流程：先左转 →下降 → 手腕逆时针转动90° →手臂伸长 →检查有无物品，若有物品，手爪抓紧 →手臂收缩 →手腕顺时针转动90° →上升 →右转 →手臂伸长至最
长→下降→手腕逆时针转动90°→手爪松开→手臂收缩最短→手腕顺时针转动90°→上升→延时T。
至此，一个工作循环完毕。
2、控制方案选择单片机控制。
机械手总体方案毕业设计引言：机械手是一种能够模拟人手动作的自动化装置，广泛应用于工业生产、医疗领域、科研实验等。
本总体方案旨在设计一台能够实现多自由度运动、具备灵活性和精确性的机械手。
一、设计目标：1.实现多自由度运动：机械手设计应具备足够的关节自由度，能够在不同方向和角度进行运动，适应不同工作场景的需求。
2.提高操作灵活性：机械手应具备灵活的手指和手腕，能够适应各种尺寸和形状的物体抓取，而不会因为形变而导致抓取失败。
3.实现精确控制：机械手的运动应具备高精度，并能够实现准确定位和精确操控。
4.提高安全性：机械手设计应考虑安全性，具备防护装置和自动停机等功能，确保操作人员的安全。
二、机械结构设计：1.关节设计：机械手应由多个关节组成，每个关节由电动机驱动，实现灵活的运动。
关节设计应具备足够的承载能力和稳定性，以确保机械手长时间运行的可靠性。
2.手指设计：机械手手指应具备可调节的灵活性，能够适应不同尺寸和形状的物体抓取。
手指可以采用弹性材料或具有可伸缩性的结构，以增加抓取的稳定性。
3.手腕设计：机械手腕部分应具备多自由度运动，既能够实现水平方向的旋转，又能够实现垂直方向的上下移动，以适应不同工作场景的需求。
4.传动系统设计：机械手的传动系统应选择合适的传动方式，如齿轮传动、链条传动等，以确保精确的位置控制和运动控制。
三、控制系统设计：1.电路设计：机械手的控制系统应包括电源、电机驱动器和数据传输装置。
电路设计应考虑供电稳定性、电磁干扰等因素，以确保机械手的正常运行。
2.传感器设计：机械手应搭载合适的传感器，用于感知物体的位置、形状和力度等参数，以实现对物体的准确抓取和操控。
3.控制算法设计：机械手的控制算法应具备实时性和精确性，能够根据传感器信息实现对机械手的准确控制。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制等。
4.用户界面设计：机械手的控制系统应提供友好的用户界面，使操作人员能够方便地操作机械手，并获取相关信息。
摘要本文对自动搬运机械手进行了总体机构设计，能够完成机械手整体的旋转，机械手手臂的升降和伸缩，根据机械手的技术参数分别设计了机械手的夹持式手部结构计算出了夹持物料时手抓气缸缩需要的驱动力，设计了手臂伸缩、升降用的气缸的所需驱动力和机械手回转时电机的功率选择。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。
利用PLC对机械手进行控制，选取了合适的PLC的型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。
关键词：机身回转机构，机身升降机构，手臂伸缩机构，气动，可编程序控制器(PLC)ABSTRACTThis article conducted the overall institution design of mandrel handling robot, the robot is able to complete the robot overall rotation, the robotic arm can move and stretch, according to the manipulator specifications, I designed the manipulator gripping type hand structure ,and calculated out of the driving force when the clutch cylinder shrink clamping mandrel material, also designed a telescopic arm, the required driving force of the lift cylinder and the manipulator rotation when the motor power options. I designed the robot's pneumatic system, draw the working schematic of the pressure system of the ing PLC to control the robot, select the PLC model, developed a control program of the programmable logic controller according to the workflow of the robot, to draw the robot work timing diagram and ladder, and prepared a program to control device control program.KEY WORDS:body rotation institutions, body lifting mechanism, featuresair, pressure drive, the Telescopic mechanism of the arm, Programmable Logic Controller目录1 绪论 (3)1.1 选题背景及其意义 (3)1.2 国内外现状及发展历史 (5)1.3 研究内容 (7)2 工业机械手的总体设计方案 (8)2.1机械手基本形式的选择 (8)2.2 驱动机构的选择 (9)2.3 机械手的主要部件及运动 (10)2.4 机械手的技术参数列表 (10)3 机械手结构设计 (11)3.1 手部设计基本要求 (11)3.2 典型的手部结构 (12)4 臂部的设计及有关计算 (16)4.1伸缩手臂的设计要求 (17)4.2 手臂的典型运动机构 (19)4.3手臂直线运动的驱动力计算 (19)5 机身的设计计算 (24)5.1升降缸结构设计 (24)5.2 手臂偏重力矩的计算 (25)5.3手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 (26)5.4 回转结构的设计 (27)6 气压系统设计 (31)6.1 气压系统的组成 (31)6.2拟定气压系统 (32)6.3气压控制原理说明 (33)7 PLC控制系统设计 (33)7.1 控制过程说明 (34)7.2 I/O点数分配表 (34)7.3 PLC控制系统的流程图和梯形图 (35)8 结论 (42)参考文献 (44)致谢 (45)1 绪论在现实生活中，机器人并不是在简单意义上的代替人类工作的机器，而是一个拟人的电子机械设备并且拥有人类的一些专业知识。
机械手总体方案设计(总4页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第2章机械手的总体方案设计2.1 机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手;(4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占型。
图2.1 是机械手搬运物品示意图。
地面积小，因此本设计采用圆柱坐标[]11图中机械手的任务是将传送带B上的物品搬运到传送带A。
图2.1 机械手基本形式示意2.2、方案设计（1）、黑箱结构如图2.1所示图2.2 设计方案（2）、机械手动作分析及运动分析如图2.3所示，工件首先被机械手夹持，然后再随之一起运动。
其周期运动可以表现为（按动作顺序）：大臂下降—夹紧工件—手腕上翻—大臂上升—大臂回转—手臂延伸—放松工件—手臂收回—手腕下翻—大臂回转—大臂下降。
图2.3 机械手运动图（3）、功能原理如图2.3所示图2.4 机械手功能原理图（4）、方案设计①传动系统如果机械手采用机械传动，则自由度少，难于实现特别复杂的运动。
而对于组合机床自动上下料的机械手，其工件的运动需要多个自由度才能完成，故不宜采用机械传动方案。
如果机械手采取气压传动，由于气控信号比光、电信号慢得多, 且由于空气的可压缩性，工作时容易产生抖动和爬行，造成执行机构运动速度和定位精度不可靠，效率也较低。
电气传动必须有减速装置和将电机回转运动变成直线运动的装置，结构庞大，速度不易控制。
气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂。
综上所述，我们选择液压传动方式。
②控制系统本机械手是专用自动机械手，选择智能控制方式中的PLC程序控制方式，这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。
③执行系统分析本机械手的执行系统是手部机构。
手部机构形式多样，但综合其总体构型，可分为：气吸式、电磁式和钳爪式3种。
机械手分拣系统的总体设计及思路机械手分拣系统的总体设计及思路机械手分拣系统是一种自动化的工业生产系统，可以大大提高生产效率和质量。
它可以用于物流仓储、生产装配、食品加工等行业中的物品分拣和处理。
本文将分析机械手分拣系统的总体设计及思路。
一、系统组成机械手分拣系统主要由以下几个组成部分构成：1. 机械手：是实现自动分拣的关键部件，可以通过程序控制运动轨迹，根据识别出的物品进行抓取。
2. 识别系统：可以通过图像识别、激光测距等技术，对物品进行识别和分类。
3. 运输系统：将待分拣的物品运送到机械手工作区域，也可将已经分拣好的物品放入出口。
4. 控制系统：通过编程控制机械手运行轨迹、识别算法、传感器等组件的工作，从而实现自动化分拣。
5. 传感器：用于检测物品的位置、形状、颜色等信息，向控制系统反馈数据。
二、设计思路机械手分拣系统的设计思路可以概括为以下几点：1. 可靠性：机械手分拣系统是一种高精度的自动化装备，系统的可靠性是保障产品质量和生产效率的重要因素。
因此，系统应该具备高品质、稳定性强的组件，并尽可能降低故障率。
2. 灵活性：机械手分拣系统应该具备一定的灵活性，能够应对不同尺寸、尺寸和重量的物品分拣。
3. 数据管理：系统应该能对每批分拣完成的物品批次进行统计、分析和存储，从而更好地监控系统的性能和效率，并可以对后续分拣作业加以参考和优化。
4. 操作性：系统需要易学易用的人机界面，方便操作和监控分拣流程和状态。
三、应用案例以电商分拣仓为例，我们可以设计一个机械手分拣系统。
具体流程如下：1. 电商平台接收订单，将货物从仓库中提取。
2. 当前货位的货物会被识别系统自动扫描，得出特征参数如颜色、重量、规格等等。
3. 识别系统将数据传输给控制系统，控制系统向机械手下达指令，进行具体的分拣工作。
如果无法识别，则会传输至人工管理，通过手动分拣完成。
4. 机械臂快速移动至物品区域，根据类别抓取物品，将物品放入相应的筐中。
摘要随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。
此次设计是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计一个3—DOF平面关节型机械手（包括1个移动关节，2个转动关节和末端执行机构），配合壳体驱动系统来实现此任务。
在机械手工作过程中，通过伺服电机带动丝杠转动，从而来完成机械手水平方向的移动，旋转关节1通过链传动来完成平面内的旋转动作，旋转关节2直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作，这样机械手可以伸入口径较小的回转壳体内完成粘贴胶片的任务。
本次设计工作首先对机械手进行了运动学分析（包括运动学方程的建立，运动学方程的正问题、逆问题及其解）。
设计内容包括机械手的移动关节、旋转关节的结构设计，传动部分的设计等。
其中，重点是对伺服进给系统的设计（包括工作台的设计，丝杠的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等）。
最后对系统中主要部件的刚度、强度等性能参数进行了计算与校核。
关键词：机械手；自由度；运动学分析；伺服电机；直角减速器AbstractWith the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has the ability to control power. According to the contact task of rotary hull, a 3-DOF robot manipulator is designed in order to accomplish sticking of the colloid. The robot manipulator consists of a transfer joint and two revolute joints and robot end-effector. The robot manipulator could realize the contacting task combining with the driving system of rotary hull. The concrete processing comprising of driving screw transmission with the servo motor. In this way, robot manipulator could complete movement in horizontal direction, the revolute joint could be able to accomplish revolute motion of two dimension-space through a chain driving, the revolute joint of end-effector completes directly revolute motion with the servo motor.Firstly, this design has been carried on the kinematics’ analysis in order to the manipulator, which consists of including the establishment of kinematics equation, the positive solutions of the kinematics equation, the corresponding inverse solutions. Secondly, the transfer joint, revolute joint and the transmission part are designed. The important part is the design of servo feeding system, which consists of the design of the platform and the screw, the selection of linear guide way, servo motor and reducer, etc. Finally, the corresponding calculations are done considering the system's main guide line such as components stiffness, strength and other performance parameters.Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer目录1 引言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3工业机械手的用途 (3)2 机械手结构的总体方案设计 (4)2.1课题的主要内容 (4)2.2课题的研究方案 (4)2.3机械手结构的总体设计 (4)2.3.1 主要技术指标设计 (4)2.3.2 机械手的结构设计 (4)3 机械手运动学分析 (5)3.1机械手运动学方程的建立 (5)3.2运动学方程的正解 (6)3.3运动学方程的逆解 (7)4 传动装置的设计 (9)4.1伺服电机及减速器的选择 (9)4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 (9)4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 (9)4.2链轮的设计及链条的选择 (10)4.2.1 滚子链传动的设计 (10)4.2.2 链轮的设计 (12)4.2.3 滚子链的静强度计算 (13)4.2.4 链传动的张紧 (13)4.2.5 链传动的润滑 (14)5 轴的设计与验算 (15)5.1轴的结构设计 (15)5.1.1 选择轴的材料 (15)5.1.2 初步估计轴径 (16)5.2轴的校核 (16)6 轴上零件的选择与计算 (22)6.1键的选择与键联接强度校核 (22)6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 (22)6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 (23)6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 (23)6.2滚动轴承的验算 (23)6.2.1 确定轴承的承载能力 (24)6.2.2 计算当量动载荷 (24)6.2.3 校核轴承寿命 (25)7 伺服进给系统的设计与计算 (26)7.1滚珠丝杠的设计 (26)7.1.1 材料的选择 (26)7.1.2 耐磨性计算 (26)7.1.3 螺杆的强度计算 (27)7.1.4 螺杆的稳定性计算 (27)7.2丝杠副的选择计算 (28)7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 (29)7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 (29)7.2.3 螺母凸缘的强度计算 (30)7.3丝杠驱动电机的选择 (31)7.4机械导轨的选择 (32)7.5联轴器的选择与计算 (33)7.5.1 选择联轴器的类型 (33)7.5.2 联轴器的主要参数 (33)7.5.3 联轴器的计算扭矩 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (44)1 引言1.1 课题背景和意义机器人技术，应该说是一个伴随着科学技术的进步而发展起来的一项综合性的成果。
机械手总体设计机械手类型三自由度圆柱坐标型定位精度±1mm工件尺寸直径约2～3cm，圆柱形，材料是铁质自由度3个（Y轴手臂升降，X轴手臂伸缩，机身旋转）X轴小臂伸缩范围25cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴小臂升降范围10cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴大臂升降范围20cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制末端执行器开合角度60（最大速度60度每秒）,液压缸驱动基座旋转范围180°，步进电机驱动，单片机控制机构简图机械手机械部分设计1执行机构设计机械手的手部，一般称为末端执行器，主要分为，夹钳式取料手、吸附式取料手以及专用操作器和转换器等。
在本次的设计中采用的手部结构为夹钳式取料手，手部由手指和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成。
其中，传动机构有多种，常见的几种分别是斜楔杠杆式、滑槽式杠杆回转型、齿条齿轮杠杆式、四连杆机构平移型等。
在本课题中采用齿条齿轮杠杆式，其机构图所示：齿条齿轮杠杆式手抓2手部结构设计及计算机械手的手爪采用小型气压缸驱动手爪的驱动力计算如下：图：手爪V 形手指的角度,摩擦系数10.0=f根据工业机器人设计，可得工件的加紧力计算公式为:式中 ——安全系数，通常取1.2~2.0，此次设计中取； ——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。
可近似估算为ga 21 K += (4-3)式中 a---运载工件时重力方向的最大上升加速度； g---重力加速度，g ≈2取a=g 时，因此k 2=1+1=2;K 3---方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同选取在此设计中手爪为水平放置，夹取垂直放置的物体根据工业机器人设计表2-2，即所以，取根据工业机器人设计手册表2-1，齿轮齿条手爪的驱动力与加紧力满足下式：变换可得驱动力即考虑到机械手的实际工作情况，选取手爪的机械效率则气缸内径即活塞杆直径由《液压传动与气压传动》表4-2取气缸工作压力气压负载常用的工作压力在本次的设计要求中，由于并未对末端执行器抓取工件的速度做出明确的要求，同时也是出于降低末端执行器重量及设计难度的考虑，选用单作用气缸。
而单做用气缸具有一下几个特点：（1） 气缸都是尾部进气，不用调速阀，用于按动开关按钮 （2） 单作用气缸只利用在一个方向上的推力,活塞杆的回缩依靠装入气缸内的弹簧力（3） 单作用气缸用于压紧.印字等场所,它的空气耗气量低于相当大小的双作用气缸（4）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。
在单做用气缸工作时，气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。
根据力的平衡，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的阻力，其计算公式为：式中: 1F - 活塞杆上的推力，单位：Nt F - 弹簧反作用力，单位：Nz F - 气缸工作时的总阻力，单位：NP - 气缸工作压力，单位：Pa弹簧反作用力计算公式如下：)(s l G F f t +=式中: 41318f Gd G D n= - 弹簧刚度，单位：N/ml - 弹簧预压缩量，单位：ms - 活塞行程，单位：m弹簧钢丝直径，单位：m ，在本次设计中取m -弹簧平均直径，单位：m, 在本次设计中取m n 弹簧有效圈数,在本次设计中n=15 G-弹簧材料剪切模量，通常取Pa G 9104.79⨯=在设计中，考虑负载率η的影响。
若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取5.0~3.0=η。
气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本为匀速运动，其载荷率取85.0~7.0=η。
则：t F p D F -=421ηπ由以上分析得单作用气缸的直径D =代入有关数据，可得所以:查《机械设计手册》圆整，得D=40mm 由3.02.0/-=D d ,可得活塞杆直径: 圆整后，取活塞杆直径d=12mm 缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，要有一定厚度。
一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算：式中:-缸筒壁厚，单位：mmD- 气缸内径，单位：mm -气缸实验压力，取P P p 5.1=，Pa -缸筒材料许用应力,Pa在此次设计中气缸缸体及活塞杆材料选用:铝合金ZL 106，=3MPa取，则缸筒外径为：末端执行器（含工件）总质量估重其中：根据设计要求可知，最大零件质量为2Kg齿轮齿条型手爪的材料为45号钢，估算质量约为0.3Kg 。
活塞杆是气缸中最重要的受力零件，因此使用不锈钢，以防腐蚀。
气缸缸体考虑到重量及活塞的往返运动，选用铝合金ZL 106 查《机械设计手册》可得：45号钢密度为33/10m kg ⨯， ZL106的密度为33/10m kg ⨯综上，末端执行器（含工件）的总质量约为Y小臂步进电机选型在此设计中Y小臂拟采用滚珠丝杆，以此带动手爪实现上下的升降，滚珠丝杆具有结构简单，拆装方便等特点。
为了防止手爪在上升的过程中发生旋转，因此，在丝杆的旁边设置一根导向杆辅助手爪的升降各种驱动方式比较在本设计中选用步进电机作为驱动力，有上表可知，步进电机相比异步电机，其控制性能好，可精确定位，可用于程序负复杂和要求严格的小型机械手，恰好符合本次设计的目的。
考虑到Y轴小臂的重量，及手臂的实用性，Y轴小臂选用直线步进电机，初选步进电机型号为20BYGH30-0506A，由上海四宏电机有限公司生产，电机参数如下表：表丝杆规格根据厂商提供的电机材料，选用外部驱动式，丝杆长度按照设计要求长度定制为10cm。
承受的重量为3.3kg。
外部驱动式直线电机X小臂X小臂主要执行Y轴方向的升降，及X方向的伸缩，Y轴方向的升降主要由机身部分的步进电机以及丝杆完成，X方向的伸缩同样由丝杆配合步进电机完成，此部分的设计具体如下。
1滚珠丝杆的计算与选型m估算F m= 800 N , 丝杆有效行程250 mm , 转速n = 1000 r/min , 使用寿命取工作温度低于100℃，可靠度95%，精度为3级精度。
Q计算载荷最大动载荷F Q计算载荷计算公式如下：式中——滚珠丝杠副的寿命，单位为106r。
=60nT/106(其中T为使用寿命，【普通机械取T=5000~10000h，数控机床及一般机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转速)——载荷系数，查《机电一体化系统设计课程设计》表3-30得——硬度系数，（，取1.11；时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40）——滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N代入数值，计算可得=9431初选滚珠丝杠副的规格时，应使此外，当滚珠丝刚副在低速（<10r/min）或者静止状态下时，还应使额定静载荷综合上述两中情况，查《机电一体化系统设计课程设计》表3-31得滚珠丝杠副规格代号为3205-3滚珠丝杠副的传动效率一般在0.8~0.9之间，可有下式计算：式中——丝杠的螺旋升角，由算得；——摩擦角，一般取10’经计算可得滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精度和运动平稳性。
轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠与螺母之间轨道的接触变形等。
（1）丝杠的拉伸或压缩变形量在总变形量中占得比重较大，可按下式计算：式中丝杠的最大工作载荷，单位为N——丝杠两端支撑间的距离，单位为mm——丝杠材料的弹性模量，钢的——丝杠按底径确定的截面积，单位为mm2——转矩，单位为Nmm——丝杠按底径确定的截面惯性矩（），单位为mm4其中“+”号用于拉伸，“—”号用于压缩。
由于转矩M一般较小，式中第二项在计算是可酌情或略。
在此阶段的设计过程中M较小，所以第二项或略不计。
代入数值得：拉伸时：压缩时：（２）滚珠与螺纹轨道间的接触变形量可从产品型号中查出，或由下式计算：无预紧力时：有预紧力时：式中：——滚珠直径，单位mm；——滚珠总数量，=Z；Z——单圈滚珠数，Z=；——预紧力，单位为N。
当滚珠丝杠有预紧力时，且预紧力达轴向工作载荷的1/3时，值可减小一般左右。
代入相应数值可得：（2）刚度验算丝杠的总变形量。
一般总变形量不超过机床规定的定位精度的一半；也可有丝杆的定位精度等级（参见《机电一体化系统设计课程设计》表3-26与表3-27）=1.933<12故，刚度满足要求。
滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳的现象。
失稳时的临界载荷F k应满足：式中：——临界载荷，单位为N；丝杠支撑系数，如下表；K——压杆安全稳定系数，一般取2.5~4，垂直安装时去最小值，在本设计中，Xzhou小臂属于水平安装，故取K=4a——滚珠丝杠两端支撑间的距离，单位为mm表：丝杠支承系数代入数值得故丝杠满足稳定性要求。
2步进电机的选择首先，由表可知步进电机所具有的优点，因此初选电机为BF反应式步进电机，型号为5BF003.，查《机电综合设计指导》表2-11的技术参数如下：55BF003步进电机技术参数机身与基座通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动机座转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如图该种设计采用了环形轴承的机器人支承结构。
它由电动机2直接驱动一杯形柔轮谐波减速器。
这种谐波减速器只有刚轮9、柔轮7和谐波发生器8三大件，而无单独的外壳（这种结构有利于传动系统的小型化、轻型化）。
由柔轮7输出低速的回转运动带动与之固联的机座回转壳体5实现手臂的回转运动。
齿形皮带传动4和位置传感器6作为机座用来检测手臂机座的角位移。
1——支座，2——电机，3——减速箱，4——转动机座5——支承冷拔管，6——滚珠丝杠，7——导向柱，8——锥环无键联轴器基座结构图1——支座，2——电机，3——轴承，4——带传动，5——壳体6——位置传感器，7——柔轮，8——波发生器，9——刚轮图3-11 环形轴承的机器人机座滚珠丝杆的计算与选型1最大工作载荷F m估算F m=1000N , 丝杆有效行程200 mm , 转速n = 1500 r/min , 使用寿命取工作温度低于100℃，可靠度95%，精度为3级精度。
2最大动载荷F Q计算载荷最大动载荷F Q计算载荷计算公式如下：式中——滚珠丝杠副的寿命，单位为106r。
=60nT/106(其中T为使用寿命，（普通机械取T=5000~10000h，数控机床及一般机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转速)——载荷系数，查《机电一体化系统设计课程设计》表3-30得——硬度系数，（，取1.11；时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40）——滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N代入数值，计算可得=13495N3规格型号的初选初选滚珠丝杠副的规格时，应使此外，当滚珠丝刚副在低速（<10r/min）或者静止状态下时，还应使额定静载荷综合上述两中情况，查《机电一体化系统设计课程设计》表3-31得滚珠丝杠副规格代号为3206-34传动效率的计算滚珠丝杠副的传动效率一般在0.8~0.9之间，可有下式计算：式中——丝杠的螺旋升角，由算得；——摩擦角，一般取10’经计算可得5刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精度和运动平稳性。
