自动换刀机器人设计的水平移动系统设计(3)
总重量： 600 kg。
任务要求： （1）论证确定总体方案；
（2）设计水平移动系统的驱动及传动系统；
（3）设计水平移动系统的结构；
（4）编写设计说明书。
2.2 换刀机器人的组成结构
自动换刀机器人的总体组成结构如图2.1所示。
图2.1 换刀机器人的组成结构图
2.3 换刀机器人的要求和功能
换刀机器人的要求有：（1）换刀时间短；（2）机械构造简单，占用空间小；（3）不能与工件或工作台发生干涉；（4）良好的可靠性和定位精度；（5）足够的刀具夹紧力和夹持力。
换刀机器人应具备以下功能：（1）确保机器人末端操作器能达到所有的换刀位置；（2）抓取刀具力量充足，平稳而快速地完成刀具交换，不损坏刀具；（3）能通过控制各轴的运动调整机器人各个关节的位置；（4）接受示教命令，有较强的人机对话功能；（5）在具有报警功能，确保不伤害工作人员以及设备；（6）具有可靠性和安全性[8]。
2.4 换刀机器人的总体设计方案
（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形式。
（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、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
本设计中换刀机器人的重复定位精度设计要求为±0.5 mm，考虑刀具的安放对精度要求不是很高；同时手爪有自定位能力，因而确定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。
（4）轨道安装形式的选择
自动换刀机器人的纵向运动空间长12m，横向运动空间宽1.3m，垂直升降高1.6m，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。导向机构采用直线滚动导轨，根据实际情况，数控机床和刀库在轨道两侧，单轨运行不稳定，且不利于受力，所以采用双轨道导向。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，末端操作器的运动会与数控机床的其它部分产生干扰，妨碍自动换刀机器人工作，因此采用天轨的形式。
（5）驱动方式的确定
换刀机器人的驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置，按照采用的动力源不同，驱动系统可分为液压式、气压式、电气式。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。
液压驱动的特点是驱动力大，运行平稳，但泄露是不可忽视的、同时也是难以解决的问题；气压驱动的特点是气源方便，文修简单，易于获得高速，但驱动力小，速度不易控制，噪音大，冲击大；电气驱动的特点是电源方便，信号传递运算容易，响应快。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。