换刀机器人设计水平移动系统设计(4)
2.3.2 总体方案拟定
（1）坐标形式的选择
根据手臂的动作形态,按照臂部关节沿坐标轴的运动形式，工业机器人的类型大致可以分为以下5种: (1)直角坐标型机器人;(2)圆柱坐标型机器人; (3)球坐标(极坐标)型机器人; (4)多关节型机器人;（5）SCARA型机器人。本设计机器人采用直角坐标加旋转的型式。
（2）自由度的确定
本设计换刀机器人有四个自由度。换刀机器人的结构形式为组合式，具有纵向移动走、横向移动、垂直升降和末端操作器旋转4个自由度。
（3）重复定位精度的确定
重复定位精度会影响一批零件加工的一致性，因而是一个及其重要的精度指标。考虑刀具的安放方式，对精度要求不是很高；同时手爪有自定位能力，因而确定本设计机器人重复定位精度为±0.5 mm。可以添加伺服系统利用反馈控制单元来判定准确位置。因为有影响定位精度的相关因素，需要误差补偿。
滚珠丝杠具有传动效率高，定位准确等特点，故本设计采用滚珠丝杆来保证重复定位精度。
（4）轨道安装形式的选择
自动换刀机器人工作时的运动范围在一个长10m，宽1.2m，高1.5m的空间内移动，使用的是直角坐标系。其特点是结构简单、定位精度高、运动直观性强，同时需要选择轨道，根据实际情况，数控机床和中心刀库排列在轨道两侧，单轨不利于横向移动，且不利于受力，所以选用双轨道排列。又因为数控机床的刀库距离地面1m以上，如果将轨道布置在地面会与数控机床的排屑装置起冲突，妨碍自动换刀机器人工作，为了节省空间，便于安装，决定使用架设空中轨道，俗称天轨。
（5）驱动方式的确定
工业机器人有电动、液压和气动三种驱动方式。一般情况下，一个机器人可以只有一个驱动方式，但也允许是几种驱动方式相结合驱动。
液压驱动适用大负载的情形；气压驱动适用节拍快、负载小且精度要求不高的场合；电力驱动经常应用于中等负载，要求加工动作复杂、运动轨迹相对苛刻的各类机器人。为了避免不同能源使结构和控制复杂化，增加设计难度，保证有较快的速度，有较高的位置控制精度，本课题自动换刀机器人的水平移动系统、垂直升降系统、末端操作器都选用交流伺服电机驱动。
（6）传动方式的选择
机械系统常见的传动方式有：皮带传动；齿轮传动；蜗轮蜗杆传动；链传动；摩擦传动；液压传动；钢丝索传动；联轴器传动；花键传动。机器人传动机构的基本要求有：机构紧凑，回差要小，传动刚度大，寿命长价格低。
换刀机器人要求工作连贯，运动精度高，本课题水平移动系统包含X、Y两个方向，纵向长10m，选用齿轮齿条传动，结构紧凑，能减小机构运行过程中的冲击和振动，并且不降低控制精度，可实现较大的传动比，传动比稳定，使用寿命高。
横向长1.2m，选用滚珠丝杠副传动装置，定位精度高，速度快，同时传动过程中所受的摩擦力是滚动摩擦，运动过程中的摩擦力会减小，确保传动效率，降低了低速运动产生的爬行现象。滚珠丝杠副的安装方式为一端固定、一端支承。
垂直升降系统的行程为1.5m，所以可以选用与水平移动系统横向传动相同的滚珠丝杠副传动。将滚珠丝杠竖直固定安装在横向移动的工作台上，利用丝杠螺母副的上下移动来升降末端操作器的位置。
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