六軸機械手設計

楊翠麗 陳思

摘 要：在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。但傳統的抓取手通常采用的銷或平鍵聯接，對抓取手中軸和轂的削弱都比較大，無法滿足大力矩輸出的要求。本文設計了一款六軸機械手，采用花鍵聯接的方式，并對傳統花鍵進行了改進，花鍵套中同時具有內花鍵槽和外花鍵齒，此結構縮短了力矩，減小了力的損耗，從而增大了輸出力矩，有效解決了傳統結構產生的弊端。

關鍵詞：六軸機械手；花鍵結構；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.016

1 問題提出

工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，而且精準度高，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉多得。但傳統機械手上的抓取手通常采用銷或平鍵聯接，對抓取手中軸和轂的削弱都比較大，無法滿足大力矩輸出的要求。因此，急需對現有的結構進行改進，提高軸的輸出力矩，以實現抓取工件的可靠性。

2 解決思路

為解決上述問題，考慮到花鍵聯接受力均勻，齒根處應力集中小，承受載荷大，對中性好，便于拆卸，可用磨削的方法提高加工精度及聯接品質，因此，采用花鍵聯接的方式。但是，若采用傳統的花鍵連接，則該手臂無法實現裝配，因此，需要對傳統花鍵進行結構上的改進，設計一款新型花鍵結構，用以滿足裝配需要。

3 技術方案

本設計是一款六軸機械手，采用傳統花鍵聯接的方式，無法實現安裝，為了解決安裝的問題，對傳統花鍵進行了結構上的改進，新型花鍵套同時具有內花鍵槽和外花鍵齒，這樣就對傳統花鍵的功能進行了分離，內花鍵槽與軸連接，外花鍵齒與轂嚙合，這樣就使得新型花鍵套同時實現了對軸和轂的連接，從而滿足了安裝的需要。并且，由于花鍵聯接受力均勻，齒根處應力集中小，承受載荷大，可以大大提高軸的輸出力矩，由此能有效提升抓取工件的可靠性。

4 總體結構

本設計提供了一種六軸機械手，如圖1所示，在底座的四個角上均開設了多個定位孔，在定位孔中可以穿設螺柱、螺桿等緊固件，在將底座上的定位孔與外部工作臺面上的螺紋孔等對齊后，可以通過螺柱、螺桿等將底座固定在工作臺面上，以保證機械手的穩定、牢固。

在底座的頂面上開設了一個大的圓孔，在圓孔中固定著第一轉軸，頂面沿圓孔的孔口周向設置了若干個傳感器，這些傳感器均為角度傳感器，可以精確的監控出第一轉軸的轉動角度。在底座的頂面上還支承著第一電機，由第一電機提供驅動力來驅動第一轉鈾轉動，在第一轉軸上固定著機械座，在機械座上開設了安裝孔，在安裝孔中穿設著第二轉軸，第二轉軸一端連接著第二電機，第二電機驅動第二轉軸轉動，第二轉軸的另一端連接著機械腕，機械腕由第二轉軸向上延伸，在機械腕的頂部設置有第三轉軸，第三轉軸一端連接著機械腕，另一端連接著第三電機，由第三電機驅動第三轉軸轉動，在第三轉軸上套設了機械臂，機械臂能隨第三轉軸擺動，在機械臂的端部設置了第四轉軸，在第四轉軸上套設了抓取手，在抓取手上夾持著工件，在抓取手上設置了聯接部件，聯接部件包括轂、花鍵套和軸，花鍵套中形成了內花鍵槽，軸的一端插接在抓取手的側壁上，另一端延伸在內花鍵槽中，并且內花鍵槽的槽壁與軸的外壁貼合，在花鍵套的外部形成了外花鍵齒，轂嚙合在外花鍵齒上。

抓取手具有兩塊相互正對的夾持板，在兩塊夾持板之間固定著工件安裝盤，在工件安裝盤上開設了工件安裝孔，工件就被夾持在工件安裝孔中，工件安裝孔中設置了內螺紋或者夾緊塊，通過螺紋連接或者卡接的方式將工件固定并抓起。

5 結束語

本設計中的六軸機械手采用新型花鍵結構后，花鍵再不是實心一體的了，在花鍵上開設了內花鍵槽，軸通過卡接或者螺釘連接的方式固定在內花鍵槽中，被卡接在外花鍵齒中，有效解決了裝配的問題。同時，由于花鍵聯接具有受力均勻，齒根處應力集中小，承受載荷大，對中性好等優點，使得軸的輸出力矩大大提高，從而實現了工件的可靠抓取。

參考文獻：

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作者簡介：楊翠麗（1973-），女，山東泰安人，本科，副教授，研究方向：機械設計制造。