六轴机械手设计

杨翠丽 陈思

摘 要：在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。但传统的抓取手通常采用的销或平键联接，对抓取手中轴和毂的削弱都比较大，无法满足大力矩输出的要求。本文设计了一款六轴机械手，采用花键联接的方式，并对传统花键进行了改进，花键套中同时具有内花键槽和外花键齿，此结构缩短了力矩，减小了力的损耗，从而增大了输出力矩，有效解决了传统结构产生的弊端。

关键词：六轴机械手；花键结构；设计

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

1 问题提出

工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作已满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，而且精准度高，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举多得。但传统机械手上的抓取手通常采用销或平键联接，对抓取手中轴和毂的削弱都比较大，无法满足大力矩输出的要求。因此，急需对现有的结构进行改进，提高轴的输出力矩，以实现抓取工件的可靠性。

2 解决思路

为解决上述问题，考虑到花键联接受力均匀，齿根处应力集中小，承受载荷大，对中性好，便于拆卸，可用磨削的方法提高加工精度及联接品质，因此，采用花键联接的方式。但是，若采用传统的花键连接，则该手臂无法实现装配，因此，需要对传统花键进行结构上的改进，设计一款新型花键结构，用以满足装配需要。

3 技术方案

本设计是一款六轴机械手，采用传统花键联接的方式，无法实现安装，为了解决安装的问题，对传统花键进行了结构上的改进，新型花键套同时具有内花键槽和外花键齿，这样就对传统花键的功能进行了分离，内花键槽与轴连接，外花键齿与毂啮合，这样就使得新型花键套同时实现了对轴和毂的连接，从而满足了安装的需要。并且，由于花键联接受力均匀，齿根处应力集中小，承受载荷大，可以大大提高轴的输出力矩，由此能有效提升抓取工件的可靠性。

4 总体结构

本设计提供了一种六轴机械手，如图1所示，在底座的四个角上均开设了多个定位孔，在定位孔中可以穿设螺柱、螺杆等紧固件，在将底座上的定位孔与外部工作台面上的螺纹孔等对齐后，可以通过螺柱、螺杆等将底座固定在工作台面上，以保证机械手的稳定、牢固。

在底座的顶面上开设了一个大的圆孔，在圆孔中固定着第一转轴，顶面沿圆孔的孔口周向设置了若干个传感器，这些传感器均为角度传感器，可以精确的监控出第一转轴的转动角度。在底座的顶面上还支承着第一电机，由第一电机提供驱动力来驱动第一转铀转动，在第一转轴上固定着机械座，在机械座上开设了安装孔，在安装孔中穿设着第二转轴，第二转轴一端连接着第二电机，第二电机驱动第二转轴转动，第二转轴的另一端连接着机械腕，机械腕由第二转轴向上延伸，在机械腕的顶部设置有第三转轴，第三转轴一端连接着机械腕，另一端连接着第三电机，由第三电机驱动第三转轴转动，在第三转轴上套设了机械臂，机械臂能随第三转轴摆动，在机械臂的端部设置了第四转轴，在第四转軸上套设了抓取手，在抓取手上夹持着工件，在抓取手上设置了联接部件，联接部件包括毂、花键套和轴，花键套中形成了内花键槽，轴的一端插接在抓取手的侧壁上，另一端延伸在内花键槽中，并且内花键槽的槽壁与轴的外壁贴合，在花键套的外部形成了外花键齿，毂啮合在外花键齿上。

抓取手具有两块相互正对的夹持板，在两块夹持板之间固定着工件安装盘，在工件安装盘上开设了工件安装孔，工件就被夹持在工件安装孔中，工件安装孔中设置了内螺纹或者夹紧块，通过螺纹连接或者卡接的方式将工件固定并抓起。

5 结束语

本设计中的六轴机械手采用新型花键结构后，花键再不是实心一体的了，在花键上开设了内花键槽，轴通过卡接或者螺钉连接的方式固定在内花键槽中，被卡接在外花键齿中，有效解决了装配的问题。同时，由于花键联接具有受力均匀，齿根处应力集中小，承受载荷大，对中性好等优点，使得轴的输出力矩大大提高，从而实现了工件的可靠抓取。

参考文献：

[1]吴宗泽.机械设计师手册（上册）[M].第2版.北京：机械工业出版社，2008.

[2]陈秀宁.机械设计基础[M].浙江：浙江大学出版社，2007.

[3]张永智.机械零部件与传动结构[M].第1版.北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：杨翠丽（1973-），女，山东泰安人，本科，副教授，研究方向：机械设计制造。