（2）圆柱坐标机器人的手臂运动将形成一个圆柱表面，其空间定位比较直观，但手臂回收后，其后端可能与空间内的其他物体相撞。该类型机器人移动关节不具防护，常用于搬运机器人。

（3）球坐标机器人的手部在空间的位置确定形式主要是球坐标式，该类型的机器人所占的空间体积较小，工作的空间大，移动关节不易实现防护，目前使用较少。

（4）SCRAC机器人结构轻便、响应快，适合于平面定位，主要在垂直方向进行装配作业。

（5）关节机器人的结构较为紧凑，所占空间的体积小，相对工作空间大。

经过分析，直角坐标型机器人的运动形式更加灵活，且工作空间较大，在作用空间内手臂的干涉最小、结构紧凑、占地面积小、关节上相对运动部位容易密封防尘，比较适合本课题的要求。

2.1.2  驱动方式的确定

机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种。对于机器人的驱动方式通常要求质量轻、输出功率高、反应速度快、位置偏差小、安全可靠及操作方便等。液压驱动具有较大的功率体积比、密封问题较大、易漏油，气压驱动精度较低、负载小且噪声较大。由于换刀机器人要求定位精度高，受环境影响程度较小，且负载小、运动轨迹严格，综合考虑驱动系统的设计要求选用直流伺服电机驱动。

2.1.3  传动方案的确定

（1）关节的确定

机器人中连接运动部分的机构称关节，关节有转动关节和移动关节两种。

转动关节既是连接机构又能够传递各级构建的回转运动或摆动，用于机座与臂部、臂部之间、臂部与手等连接部位上。关节由回转轴、轴承和驱动机构组成。转动关节定位精度高、结构紧凑，因此该换刀机器人选择转动关节。

（2）定位系统的确定

目前常用的定位方法有电气开关定位、机械挡块定位和伺服定位三种。电气开关定位机构简单可靠，但系统误差较大，重复定位精度比较低，机械挡块定位在有驱动压力塞靠在挡块上的时候定位精度高，但这时体积较大，不易控制，灵活性差。闭环伺服定位系统抗干扰能力强、反应速度快，容易实现任意点的定位。因此该换刀机器人定位系统选用闭环伺服定位系统。

（3）传动方式的确定文献综述

传动方式一般有滚珠螺旋传动、齿轮传动、液压传动等几种。

①  滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠传动是带动滚珠沿螺纹轨道滚动。其具有运动平稳、传动效率高、工作寿命长、同步性好、可靠性高等特点。

②  齿轮传动结构紧凑、效率高、传动比稳定、工作可靠、寿命长。

③  液压传动在相同的体积下，能比电气装置产生出更大的动力，它容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。但是液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时它对油温的变化比较敏感，油温变化会影响其运动的稳定性。

④  谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。其传动比大、传动平稳、承载能力高、传动精度高、回差小。

综上各传动方式的特点，水平系统纵向长12m，采用齿轮齿条传动，不宜采用滚珠丝杠传动；其横向长1.0m，适合采用滚珠丝杠传动。垂直升降系统长1.4m，也采用滚珠丝杠传动。手腕的传动则采用谐波传动。

2.2  换刀机器人的总体结构

换刀机器人由纵向行走小车、横向移动滑台、垂直升降体、手臂旋转关节和双手爪五部分组成。由于考虑到空间问题，因此将整个换刀机器人置于天轨上，使机器人倒置于空中。