随着未来提高作业精度的要求和日益复杂的作业环境，自动换刀机器人需要继续开发新型的机构来保证机器人的性能，以适应时代发展的需要。在新的世纪里，机器人工业也必将会得到更快速的发展，以及更广泛的应用[ ]。在国家新一期的发展规划中，对于制造业相关的机器人“国产化”问题也已得到高度重视。因此，通过开展对自动换刀装置的相关研究，对推动机床产业链的发展，带动国内中高档数控机床的应用，振兴民族工业，都有着非常大的帮助[ ]。

本课题设计的是一种换刀动作少、机构简单化的换刀机器人，同时提高换刀机器人的可靠性、稳定性和可维护性。

此次通过毕业设计对换刀机器人水平移动系统部分设计的机会，再次温习了大学四年所学的机械知识，并更深入的了解了机械设计的相关知识，练习并熟练使用各种绘图软件，为不久之后走出校门又上了宝贵的一课。

2  换刀机器人的总体设计

2.1  换刀机器人的组成

    换刀机器人的组成结构如图2.1所示。

图2.1  换刀机器人的组成结构图

2.2  换刀机器人的主要功能

换刀机器人作为柔性制造系统中的一个重要组成部分，主要功能是完成各个刀库相互之间的刀具交换。

因而，换刀机器人具备以下几点功能[ ]：论文网

（1）保证一定的工作空间，确保所有的换刀位置机器人末端操作器都能达到。

（2）抓取刀具时有充足的抓取力量，平稳而快速地满足刀具交换的要求，并且不损坏刀具。

（3）控制各轴的运动，控制实现对机器人各个关节的位置调整。

（4）机器人应具有较强的人机对话功能，接受人工操作发出的示教命令。

（5）在发生故障时，在各种危险情况下，都具有报警功能，确保不伤害工作人员以及设备。

（6）机器人应具有可靠性和安全性。

2.3  换刀机器人的设计方案

2.3.1　换刀机器人主要技术指标

换刀机器人的主要技术指标及设计参数如下[ ]：

（1）额定抓取重量：表明机器人的负荷能力，本设计中机器人只抓取刀具，额定抓取重量为22kg。

（2）自由度数：本设计换刀机器人有四个自由度。

（3）坐标型式：本设计机器人为组合式——直角坐标加旋转型式。

（4）运动行程范围：根据总体设计方案，换刀机器人的运动范围如下：

纵向移动：10m

横向移动：1.2m

垂直升降：1.5m

末端旋转： 

（5） 运动速度：本设计中，最大直线移动速度为560mm/s，回转速度最大为18rpm。

（6）定位精度和重复定位精度：定位精度可以用修正方法加以提高。故重点确定重复定位精度，机器人重复定位精度为 。

本设计中的换刀机器人的有关技术参数见表2.1

表2.1  换刀机器人技术参数

结构形式 组合式──直角坐标加旋转

自由度数 4

负载重量 11 kg (单爪)

末端操作器 双手爪

工作空间 纵向10m； 横向1.2m； 升降1.5m； 旋转 180º

运行速度 五档可调

最大运行速度 纵向  34 m/min； 横向  22 m/min； 升降 14 m/min； 旋转 18 rpm

重复定位精度