手臂是搬运机器人执行机构中*重要的部件。它的作用是支承手部和腕部，并改变手部在空间的位置。因此搬运机器人的手臂一般有2～3个自由度，即手臂的伸缩、回转和升降(或俯仰)运动;专用机械手的臂部一般具有1～2个自由度，即伸缩、回转或直移。手臂回转和升降运动是通过机座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动装置、各种传动装置、导向定位装置、支承连接件和位置检测元件等来实现，因此它受力一般比较复杂，其自重较大，同时直接承受腕部、手部和被抓取工件的静、动载荷，尤其在高速运动时，将产生较大的惯性力，引起冲击，影响定位的准确性。臂部运动部分零部件的重量直接影响着臂部结构的刚度和强度。专用机械手的臂部一般直接安装在主机上;搬运机器人的臂部一般与控制系统和驱动系统一起安装在机身上，机身可以是固定的，也可以是行走的。

　　臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。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。

　　臂部的机构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定的。同时，设计必须要考虑到手臂的受力情况，气缸及导向装置的布置，内部管路与手腕的连接形式等因素。

　　手臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小(即臂力)和定位精度都直接影响机器人的工作性能，所以须根据机器人的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度以及定位精度的要求来设计手臂的结构形式。同时设计师必须考虑到手臂的受力情况，油(气)缸的导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计时应注意手臂的刚度、导 向性、偏重力矩、运动平稳性和定位精度等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求。

　　搬运机器人手臂的设计要求：

　　1. 刚度要大。

　　对于机械手臂部或机身的承载能力，通常取决于其刚度。为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂截面形状的选择要合理。工字形截面弯曲刚度一般要比圆截面大;空心轴的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。

　　以臂部为例，一般结构上较多采用悬臂梁形式(水平或垂直悬伸)。显然伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度愈差。而且其刚度随着臂杆的伸缩不断变化[7]。对机械手的运动性能、位置精度和负荷能力影响很大。为提高刚度，除尽可能缩短臂杆的悬伸长度外，尚应注意以下几方面：

　　a) 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸;

　　b) b)提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离;

　　c)合理布置作用力的位置和方向;

　　d)注意简化结构;

　　e)提高配合精度。

　　2. 导向性要好。

　　为防止手臂在直线运动中沿轴线发生相对转动，或设置导向装置，或设计方形，花键等形式的臂杆。

　　3. 偏重力矩要小。

　　所谓偏重力矩就是指臂部的重量对气支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转机构的转动惯量。

　　4.运动要平稳，定位精度要高。

　　一般来说，直角和圆柱坐标式机械手位置精度要求较高;关节式机械手的位置精度*难控制，故精度差;在手臂上加设定位装置和检测结构，能较好地控制位置精度，检测装置*好装在*后的运动环节以减少或消除传动、啮合件间的间隙。而且由于臂部运动速度越高，重量越大，惯性力引起的冲击就越大，使运动不平稳，定位精度不高。故应尽量减少鼻部运动部分的重量，使结构紧凑，重量轻，同时要采取一定形式的缓冲措施。

　　5、臂部运动速度要高，惯性要小

　　机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其*大移动速度设计在1000-1500mm/s*大回转角速度设计在s/180内，大部分平均移动速度为1000mm/s，平均回转角速度在s/90。在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的*有效，*直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有4个途径：

　　a)减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料;

　　b)减少臂部运动件的轮廓尺寸;

　　c)减少回转半径ρ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转(或先回转后伸缩)， 尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作;

　　d)在驱动系统中设缓冲装置。

　　6、手臂动作应该灵活

　　为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死(自锁现象)。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。

　　7、设计合理

　　合理设计与腕和机身的连接部位，臂部安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。

　　总结：除此之外，要求机械手的通用性要好，能适合多种作业的要求;工艺性好，便于加工和安装;用于热加工的机械手，还要考虑隔热、冷却;用于作业区粉尘大的机械手还要设置防尘装置等。

　　以上要**相互制约的，应该综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出**的、性能良好的机械手。

　　搬运机器人手臂的结构类型

　　按手臂的结构形式区分，手臂有单臂、双臂及悬挂式。

　　按坐标系区分，手臂有圆柱坐标型、极坐标型、直角坐标型和多关节型等。

　　按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的，如手臂的伸缩、升降及横向移动;有回转运动的，如手臂的左右回转、上下摆动(即俯仰);有复合运动的，如直线运动和回转运动的组合、两直线运动的组合、两回转运动的组合。

　　搬运机器人手臂的计算

　　1.臂水平伸缩运动驱动力的计算

　　2.臂垂直伸缩运动驱动力的计算

　　3.臂部回转运动驱动力矩的计算

　　4.偏重力矩的计算和升降立柱不卡死的条件

　　5臂部上零件的选型及其校核

　　6臂部花键轴上的轴承选型