【正文】 ，即是207mm，在加上氣動肌肉本身結(jié)構(gòu)（如圖25）的其他長度，兩個鉸鏈點的長度L=207+50=257mm，L的范圍是（25723）mm。紅色虛線框表示肘部擋板。假定CABC1是肘關(guān)節(jié)開始的運動位置，A，B可繞O點旋轉(zhuǎn), 順時針旋轉(zhuǎn)的極限位置是A1OB1，這時出現(xiàn)死點現(xiàn)象，即當(dāng)CA1O在同一直線上，連接A1O，B1O。下面分別就X軸和Y軸方向上的參數(shù)化設(shè)計進行闡述。因此第三肩關(guān)節(jié)的零件參數(shù)化設(shè)計詳見肘關(guān)節(jié)的零件設(shè)計。第三肩關(guān)節(jié)通過大臂上的氣動肌肉連接到肘關(guān)節(jié)上。CA1=COA1O=COR= =251mm (310)由公式(310)可得mm (311)已知C1OE1=2 (312)其中C1O=CO= = E1O=R== = arctanarctan代入公式(312)可得mm (313)根據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)，在安裝時，2a24mm，即 a12mm (314)有(311)、(313)、(314)式得 mm由公式(39)知 tan=,由于aL, ,所以取最大的a時，可以得到最大的tan，也就是最大的,在這里取a=23mm。（3）確定a由公式(39)可知，tan=得 (38)可知a無解。=AOC=FAOFCO=arctanarctan=arctanarctan (38)有公式（38）可知：tan=== (39)由于tan在是單調(diào)增函數(shù)，L為已知，所以當(dāng)b取得最小值時，tan取得最大值，即取得最大值。（1）確定L根據(jù)氣動肌肉的型號，選定沒有充氣時長度為230mm的氣動肌肉，其最大運動行程是原始長度的20%，在運動的開始位置，取其最大收縮長度的一半，即是207mm，再加上氣動肌肉本身結(jié)構(gòu)（如圖25）的長度，兩個鉸鏈點的長度L=207+67=274mm，L的范圍是（27423）mm。連接AE，作O點垂直AE交AE于B點。假定CAOEC1是第二肩關(guān)節(jié)開始的運動位置，鉸鏈點A，E可繞O點旋轉(zhuǎn)，逆時針的極限位置是A1OE1，即當(dāng)CA1O在同一條直線上，連接AO，A1O，EO，E1O。所以第一肩關(guān)節(jié)繞Z軸的理論最大運動范圍為(，)。CB1=COB1O=COR==250mm (33)由公式(33)可得mm (34)已知C1OE1=2 (35)其中C1O=CO= = E1O=R== = arctanarctan代入公式(35)可得mm (36)根據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)，在安裝時，2d24mm， 即 d12mm (37)有(34)、(36)、(37)式得 mm由公式(32)知tan=，由于dL，所以取最大的d時，可以得到最大的tan，也就是最大的,在這里取d=36mm。（4）確定d由公式(2)可知，tan= 當(dāng)=(11)可知d無解。=BOC=FBOFCO=arctanarctan=arctanarctan (31)由公式（31）可知：tan=== (32)由于tan在是單調(diào)增函數(shù)，b，L為已知，所以當(dāng)a取得最小值時，tan取得最大值，即取得最大值。（3）確定aa是如圖28b所示的肩部肌肉連接件寬度的一半，d是長度的一半。（1）確定bb是肌肉連接件的鉸鏈點到肩部肌肉連接件的距離，根據(jù)結(jié)構(gòu)可得b=35mm。作O點到CD的垂線交CD的延長線于F點。 肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計第一肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖31所示。在設(shè)計的初級階段主要是考慮方案的可行性，確定方案后，參數(shù)化設(shè)計各個結(jié)構(gòu)零件，可以獲得最滿意的結(jié)果[30]。其在X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖217(a)所示，Z軸如圖217(b)所示。其三維結(jié)構(gòu)如圖216所示。腕關(guān)節(jié)和小臂的連接件和肘關(guān)節(jié)的連接件一樣（如圖213），是兩個方向單一的鉸鏈點。 (a) X軸方向 (b) Y軸方向圖215 肘關(guān)節(jié)X、Y軸方向的結(jié)構(gòu)簡圖 腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計腕關(guān)節(jié)大體上與肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)相似，主要有一個虎克鉸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。如圖214（左圖）所示，當(dāng)前面的兩根氣動肌肉組成一對，即兩根肌肉有相同的運動形式，可知后面的是一對，在運動過程中可以實現(xiàn)繞Y軸的轉(zhuǎn)動。其中一些重要的尺寸參數(shù)分別圖214 肘關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖由X、Y軸方向來確定，肘關(guān)節(jié)X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖215a所示，綠色表示的是肌肉連接件，由于在X軸方向上，其與氣動肌肉沒有相互轉(zhuǎn)動，因此表示成同一條直線，綠色只是說明這里另一個零件，Y軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖215b所示。圖213 氣動肌肉連接件肘關(guān)節(jié)是連接大臂與小臂的重要關(guān)節(jié)。圖212 虎克鉸的基本結(jié)構(gòu)2) 肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計肘關(guān)節(jié)主要是由一個虎克鉸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。本研究采用氣動肌肉，可以方便地對這種機構(gòu)進行控制，實現(xiàn)兩個自由度的運動。作為2個自由度的機構(gòu)，虎克鉸的結(jié)構(gòu)比較簡單，且2個自由度之間的運動可以獨立進行控制。最靈活的關(guān)節(jié)形式就是球鉸，有3個自由度，但是其實現(xiàn)復(fù)雜，控制難度比較大。其三維結(jié)構(gòu)圖如圖211所示。其中肩部連接腕固定在肩部連接軸上，在機架臂的帶動下，使得大臂、小臂及氣爪整體繞X軸的轉(zhuǎn)動，其另一功能是連接大臂的4根氣動肌肉。 圖210(a)第二肩關(guān)節(jié) 圖210(b)第二肩關(guān)節(jié) 結(jié)構(gòu)簡圖 三維結(jié)構(gòu)圖3) 第三肩關(guān)節(jié)的設(shè)計第三肩關(guān)節(jié)是連接第二肩關(guān)節(jié)和大臂的紐帶。 圖29(a) 第一肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡圖 圖29(b) 第一肩關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖2) 第二肩關(guān)節(jié)的設(shè)計第二肩關(guān)節(jié)和其下的4根機架臂相連接，為的是實現(xiàn)繞X軸旋轉(zhuǎn)這1個自由度，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖210a所示。圖28 關(guān)節(jié)的基本驅(qū)動方式 肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計1) 第一肩關(guān)節(jié)的設(shè)計第一肩關(guān)節(jié)主要是由2根氣動肌肉作為驅(qū)動，實現(xiàn)繞Z軸（X、Y、Z軸的方向標(biāo)在圖27中，下同）轉(zhuǎn)動這1個自由度，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖29(a)所示。其原理如圖28所示。 氣動機械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計 關(guān)節(jié)的基本方式在氣動機械手設(shè)計中，有4個自由度，相當(dāng)于4個獨立的關(guān)節(jié)。最前端的氣爪抓取物品，通過氣動肌肉的驅(qū)動實現(xiàn)各自關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，使物品在空間上運動，根據(jù)合理的控制，最終實現(xiàn)機械手的動作要求。1. 機架 2. 氣動肌肉 3. 第一肩關(guān)節(jié) 4. 第二肩關(guān)節(jié) 5. 機架臂6. 第三肩關(guān)節(jié) 7. 大臂 8. 肘關(guān)節(jié) 9. 小臂 10. 腕關(guān)節(jié) 11. 氣爪圖27 氣動機械手的結(jié)構(gòu)氣動機械手主要由起固定支撐作用的機架、機械臂和氣爪三部分組成。在三維模擬仿真階段，由于氣動肌肉所做的是拉圖25 二維簡化模型圖26 三維簡化模型伸運動，為了實現(xiàn)肌肉的這種運動形式，把氣動肌肉中部的隔膜軟管的圓柱體改為長方體,并且為了定義滑動桿運動形式的方便，把每一根氣動肌肉看做是由左右兩根等長的半根氣動肌肉組成（如圖26）。這些氣動肌肉會產(chǎn)生不同的彈簧特性，這使得它可很好地適用于具體應(yīng)用[26]。對用作“氣彈簧”的氣動肌肉而言，預(yù)拉伸力和彈簧剛度都是變化的。如果要求氣動肌肉在擴張狀態(tài)時無作用力（如允許附加上負(fù)載），首先就要加上用于提升負(fù)載目的的保持力，利用它的運動來移動作用力小的元件。假設(shè)氣動肌肉上該負(fù)載一直存在，在沒有壓力的情況下，肌肉將從原始狀態(tài)被拉伸一段長度，這是考慮氣動肌肉的技術(shù)特性的一種理想工作狀態(tài)：當(dāng)加壓時，氣動肌肉在預(yù)拉伸狀態(tài)下有最大的輸出力和最佳動態(tài)性能，并且耗氣量最小。當(dāng)氣動肌肉受外力作用預(yù)拉伸時，它就被拉長了（如圖23所示）；另一方面，當(dāng)受壓時，肌肉收縮，其長度減小。2) 氣動肌肉長度和負(fù)載的關(guān)系氣動肌肉的額定長度是在無壓力，無負(fù)載的情況下定義的。氣動肌肉只能做拉伸驅(qū)動器。拉伸力在收縮開始時最大，并與行程成線形比例關(guān)系減小。纖維形成了一個三維的棱形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第2章 氣動機械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 氣動肌肉結(jié)構(gòu)、特性及模型 氣動肌肉的基本結(jié)構(gòu)圖21 氣動肌肉圖22 氣動肌肉的結(jié)構(gòu) 材料：精制鋁合金，光亮陽極氧化； 材料：精制鋁合金，藍色陽極氧化； 材料：精制鋁合金，光亮陽極氧化； 材料：鋼； 材料：NBR； 材料：芳香族物質(zhì)，CR 氣動肌肉的特性1) 氣動肌肉的工作方式氣動肌肉是一種拉伸驅(qū)動器，它模仿自然肌肉的運動，氣動肌肉由一個收縮系統(tǒng)和合適的連接器組成。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。因為智能閥島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向[23]。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域