換刀器設(shè)計—末端操作器設(shè)計

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　機器人技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù),它涉及到力學(xué)、機構(gòu)學(xué)、機械設(shè)計、氣動液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門新型的綜合性技術(shù)，而隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，柔性生產(chǎn)自動化的數(shù)控加工中心也得到了普及，換刀機器人則是柔性自動化制造中非常重要的機電設(shè)備。</p><p>　　1.1 換

2、刀機器人概念及發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　從機器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。到了90年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、私服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感器裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定

3、、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志[1]。</p><p>　　1985年美國K&T公司通過科研在數(shù)控（NC）機床基礎(chǔ)上創(chuàng)制出了帶自動換刀機器人的多工序加工中心（MC），在一臺機床上能實現(xiàn)銑、鉆、鏜、攻絲多種工序[2]。多復(fù)雜箱體型零件加工能減少轉(zhuǎn)換、調(diào)整時間，提高精度、效率，自動化，從而可實現(xiàn)減時、節(jié)能、省

4、地、減低成本，并能代替部分銑床、鉆床、攻絲機等。帶有自動換刀機器人的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進制造業(yè)種起著越來越重要的作用，它能縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工[3]。</p><p>　　1.1.1 換刀機器人概念</p><p>　　換刀機器人是一個具有4個自由度的比較復(fù)雜的運動機構(gòu)，在機器人運行過程中需要精確控制末端操作器（手爪）到達指定的位置，需要避開障礙物以及多軸

5、插補運動等，因此，不僅要求每個關(guān)節(jié)能準(zhǔn)確到達各自的設(shè)定位置，而且要求各關(guān)節(jié)之間能恰當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)，才能最終保證手爪的位置精度，完成換刀動作[4]。自動換刀機器人作為加工中心的重要組成部分，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間，以提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，進而提升機床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。</p><p>　　換刀機器人完成刀具裝卸站與中央刀庫之間或中央刀庫與機床（加工單元）刀具之間的刀具交換。刀具在刀具裝卸站上，

6、只是暫存一下。根據(jù)刀具工作站計算機的指令，換刀機器人將刀具裝卸站的刀具搬移至中央刀庫中，等待加工時調(diào)用。同時，再根據(jù)生產(chǎn)計劃和工藝規(guī)程的要求，換刀機器人又從中央刀庫將各加工單元需求的刀具取出，送至各加工單元，準(zhǔn)備加工。工件加工完成后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)刀具需要刃磨，根據(jù)刀具工作站指令，換刀機器人人又將這些從機床上卸下來的刀具從各加工單元取走，送回中央刀庫，將一些需要重磨或重新調(diào)整的刀具甚至已經(jīng)斷裂了的刀具送至刀具裝卸站[5]。</p>

7、<p>　　由于各廠商根據(jù)各自產(chǎn)品的不同特點設(shè)計生產(chǎn)自動換刀機器人，所以自動換刀機器人結(jié)構(gòu)種類繁多。在激烈競爭以及現(xiàn)實多變的市場需求驅(qū)動下，產(chǎn)品需要不斷創(chuàng)新并能夠快速響應(yīng)市場。因此，為了適應(yīng)市場對加工中心的各種需求，有必要對自動換刀機器人進行系統(tǒng)的設(shè)計研究，以產(chǎn)生新的設(shè)計概念和快速的換刀裝置。一些相關(guān)文獻對于有關(guān)機構(gòu)概念設(shè)計的問題已經(jīng)做了很多研究。然而很少有相關(guān)文獻涉及做空間運動的開鏈機構(gòu)的方案設(shè)計，由于自動換刀機器人是一種

8、典型的開鏈機構(gòu)，因此其創(chuàng)新設(shè)計概念相對較新，有關(guān)的系統(tǒng)研究文獻很少。一些文獻僅限于適合某種加工中心的某類型自動換刀機器人研究其設(shè)計問題或者僅對自動換刀機器人做簡單介紹。</p><p>　　根據(jù)機床功能要求以及整體布局，自動換刀機器人結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。而自動換刀機器人主要有如下特性：</p><p>　　a)對于機床的相對獨立性。</p><p>　　b)每個

9、部分的功能相對確定。</p><p>　　目前，加工中心的各種不同類型的換刀機器人一般都是生產(chǎn)商根據(jù)各自產(chǎn)品的特點進行設(shè)計[6]。</p><p>　　1.1.2 換刀機器人發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　目前我國機器人技術(shù)相當(dāng)于國外發(fā)達國家20世紀(jì)80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產(chǎn)高精密、告訴與高效的關(guān)鍵部件。</p><p&

10、gt;　　目前在世界上，對加工中心的換刀機器人的需求在迅速增長，這是由于科技日益發(fā)展，各種機電產(chǎn)品向精密化、輕量化、小型化發(fā)展，復(fù)雜件增多，工藝上復(fù)雜對多工序。多功能的加工中心需求日增。特別是，對高性能、高檔的換刀機器人需求量不斷增多。美國是當(dāng)今世界上加工中心呢消費最多的國家，中國由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，機械工業(yè)各部門，如汽車、航空、軍工、模具發(fā)展生產(chǎn)的需求，對換刀機器人的需要量迅速增加。隨著世界和本國的經(jīng)濟形勢變化、市場需求增減，各國（地區(qū)

11、）換刀機器人的產(chǎn)量在不斷波動變化但總的趨勢是不斷增加[7]。</p><p>　　近10年來，國產(chǎn)加工中心的換刀機器人的產(chǎn)量穩(wěn)步增長，特別是進入新世紀(jì)以來，國產(chǎn)加工中心的產(chǎn)量直線上升，連上臺階。盡管如此，國產(chǎn)換刀機器人的產(chǎn)量遠遠滿足不了我國市場的需求。產(chǎn)量和消費量的差距越來越大，每年需從國外進口大量的加工中心[8]。</p><p>　　雖然因為工業(yè)基礎(chǔ)方面的原因，我國在換刀機器人本體的生

12、產(chǎn)水平方面與過外還有較大差距，但在機器人應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)集成等方面，與國外先進水平的差距已經(jīng)不大。目前國內(nèi)的工業(yè)機器人市場已經(jīng)逐步走向成熟，應(yīng)用范圍也越來越廣。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)外市場競爭將更加激烈，制造業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來越高，人力成本也將不斷提高，作為全球制造工廠的我國制造業(yè)對換刀機器人的需求也將會在較短時間內(nèi)進入快速發(fā)展時期[9]。</p><p>　　1.2 換刀機器人未來發(fā)展趨勢<

13、;/p><p>　　正由于地軌式的局限性，換刀機器人正向空間導(dǎo)軌式發(fā)展?？罩袑?dǎo)軌式能充分利用空間，占地面積小，能適應(yīng)各種條件的換刀工作。同時為了使工作空間更大，結(jié)構(gòu)安排更容易，精密度更高，可以根據(jù)需要分別采用空間單軌和雙軌兩種換刀機器人。采用換刀機器人可以使機床刀庫與中央刀庫的刀具交換與加工同時進行，機床可實現(xiàn)連續(xù)加工。近幾年來，伴隨著全球機床產(chǎn)業(yè)正朝著全方位、高效率、高速度、多功能的柔性制造系統(tǒng)的演進趨勢以及降低生

14、產(chǎn)成本等的發(fā)展需求。換刀機器人將有如下發(fā)展[10]：</p><p>　　1） 換刀機器人系統(tǒng)要能承載重量70kg以上的超重刀具，并且要擁有強力鎖刀裝置，以防止重型刀具在運行中墜落；</p><p>　　2） 對不同類型刀具的容納能力將更強，以便時常變換使用在多種主軸的加工中心；</p><p>　　3） 向著高效率且定位精確的驅(qū)動和選刀系統(tǒng)發(fā)展，發(fā)展出更高精度且配

15、高質(zhì)量、高定位的伺服電機及減速機，以符合選刀的迅速和換刀的精確；</p><p>　　4） 換刀機器人也向著質(zhì)量輕，成本低，但能有高容量的刀庫發(fā)展，提高換刀效率。</p><p>　　如今，高速加工中心的切削技術(shù)和柔性制造技術(shù)正飛速發(fā)展起來，他們能進一步減少加工時間、提高加工生產(chǎn)率。因此，換刀機器人技術(shù)也伴隨著兩者的發(fā)展而發(fā)展，換刀機器人技術(shù)主要是減少加工輔助時間，而且正處于發(fā)展階段，換刀

16、機器人技術(shù)的新技術(shù)新方法正不斷出現(xiàn)和改進，使得加工中心的切削技術(shù)和柔性制造的效率進一步得到提高。</p><p>　　1.3 課題研究意義</p><p>　　換刀機器人，是加工中心穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準(zhǔn)確的換刀程序是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工性能的重要因素。有資料顯示，換刀機器人的故障率站整機故障率的25%[11]。</p><p>　　刀

17、庫中的刀具與主軸上的刀具交換的動作的多少及機構(gòu)的復(fù)雜程度直接影響換刀機器人的工作效率，可靠性和可維護性。許多加工中心的換刀機器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換刀動作多，機械手換刀的準(zhǔn)備時間長。當(dāng)主軸上的刀具工作時間很短時，由于機械手的換刀準(zhǔn)備時間長，主軸在換刀點需要等待一段時間，影響加工中心的效率。又由于換刀的動作多，機構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低。當(dāng)出現(xiàn)故障時，維護困難。希望通過對加工中心換刀過程的分析和研究，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，和同一小組的同學(xué)設(shè)計一個換刀機器人，

18、使得換刀動作減少，機構(gòu)簡化。提高它的可靠性、穩(wěn)定性和可維護性。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p><b>　　2.1 技術(shù)要求</b></p><p>　　換刀機器人用于工廠車間環(huán)境中，配合自動化生產(chǎn)的需要，代替人來完成機床與刀庫之間的換刀過程。</p><p>　

19、　根據(jù)機器人的作業(yè)要求，確定其大致的作業(yè)空間，該機器人是用來控制一條生產(chǎn)線上的中央刀庫與加工中心主軸之間的換刀，同時服務(wù)于多臺加工中心，所以其移動距離相對較長，中央刀庫與加工中心主軸上的刀架有一定的高度落差，所以換刀過程中，該機器人還要作垂直方向的運動。</p><p>　　換刀機器人為直角坐標(biāo)組合式的結(jié)構(gòu)，為達到手臂的運動范圍，需要有四個自由度，即縱向移動、橫向移動、垂直升降運動和手臂的旋轉(zhuǎn)運動。</p&

20、gt;<p><b>　　技術(shù)要求：</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)形式： 組合式—直角坐標(biāo)加旋轉(zhuǎn)；</p><p>　　自由度數(shù)： 4；</p><p>　　負(fù)載重量： 10 Kg （單爪）</p><p>　　末端操作器： 雙手爪</p

21、><p>　　工作空間： 縱向 11m；橫向 0.6m；</p><p>　　升降 1m；旋轉(zhuǎn) 180º；</p><p>　　運行速度： 五檔可調(diào)；</p><p>　　最大運行速度： 縱向33.6 m/min；橫向16 m/min；</p><p>　　升降 8 m/m

22、in；旋轉(zhuǎn)16 rpm；</p><p>　　重復(fù)定位精度： ±0.6mm；</p><p>　　記憶刀位數(shù)： 不小于170把，可擴展；</p><p>　　總重量： ≯600 kg.</p><p>　　2.2 總體方案設(shè)計</p><p>　　2.2．1 運動系統(tǒng)方

23、案設(shè)計</p><p>　　從以上的分析介紹，可以得出換刀機器人的設(shè)計特點和設(shè)計要求如下：</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　1）換刀機器人各個組成部分的功能具有相對的獨立性；</p><p>　　2） 換刀機器人組成結(jié)構(gòu)與各部件的相對位置關(guān)系密切相關(guān)；</p><p&g

24、t;　　3） 換刀機器人的設(shè)計必須考慮縱向、橫向、垂直和手臂旋轉(zhuǎn)運動的參與。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　1） 換刀時間越短越好；</p><p>　　2） 換刀機構(gòu)所占的空間??；</p><p>　　3） 換刀機器人機械構(gòu)造簡單</p><p>　　4） 換刀

25、機器人機械構(gòu)造簡單；換刀時，不可與工件或工作臺發(fā)生干涉；</p><p>　　5） 能夠在切削時間內(nèi)完成換刀前的準(zhǔn)備動作；</p><p>　　6） 刀庫與換刀機器人最好同機床主體分開，防止振動對精度的影響；</p><p>　　7） 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化或模塊化；</p><p>　　8） 良好的可靠性和定位精度；</p><p&

26、gt;　　9） 足夠的刀具夾緊力合夾持力。</p><p>　　根據(jù)以上功能要求，經(jīng)過對換刀系統(tǒng)的操作流程仔細研究以后，其主要的技術(shù)指標(biāo)和計算參數(shù)如下：</p><p><b>　　1） 運動范圍</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)設(shè)計要求其運動范圍為：</p><p><b>　　縱向行走11m，</

27、b></p><p><b>　　橫向移動0.6m，</b></p><p><b>　　升降1m，</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)180º</b></p><p><b>　　2） 自由度的確定</b></p>&

28、lt;p>　　該機器人要完成的動作有縱向移動、橫向移動、垂直升降移動、手臂旋轉(zhuǎn)移動，由此確定該機器人的自由度為四個。</p><p>　　3） 結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有三種，直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)。直角坐標(biāo)機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)控制，所以，

29、直角坐標(biāo)機器人有可能達到很高的位置精度。圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的。這種機器人構(gòu)造比較簡單，精度一般。圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動加一個直線運動完成的。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但精度不夠高。關(guān)節(jié)型機器人的運動空間是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的。關(guān)節(jié)型機器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。根據(jù)本設(shè)計的要求，換刀機器人要完成橫向、縱向和垂直三個直線運動。故采用直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)。同時考慮到設(shè)計的要求

30、，所以最終的坐標(biāo)形式是：組合式—直角坐標(biāo)加旋轉(zhuǎn)。結(jié)合空間分析得出的結(jié)論要求四個自由度，所以其運動簡圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 換刀機器人總體示意圖</p><p><b>　　4）軌道形式</b></p><p>　　軌道的形式有兩種：單軌和雙軌。在確定機器人工作空間后，由于換刀位置離地面有一定的高度，而且加工中心和中央刀

31、庫分布在導(dǎo)軌的兩側(cè)，因此，采用雙軌的形式。單軌不利于橫向運動，而且機器人本身的重量多達幾百千克，在運動的過程中會受到慣性等因素的影響，使運動偏離正常的工作要求，也無法擺正位置精度。采用雙軌形式可以避免這些問題，同時也節(jié)省了空間。本設(shè)計要求縱向移動導(dǎo)軌11米，橫向?qū)к?.6米，垂直導(dǎo)軌1米。如果采用單軌再考慮導(dǎo)軌剛度的問題，動力性能也不如雙軌形式。當(dāng)然雙軌也有面臨的問題是對它的調(diào)整要求高，防護和保養(yǎng)要求高，但是相對比較而言，采用雙軌比單軌

32、好處多。所以本設(shè)計綜合考慮各方面的因素后，采用雙軌形式。</p><p><b>　　5） 定位精度</b></p><p>　　在本設(shè)計中通過對機構(gòu)的優(yōu)化和各傳動機構(gòu)的精度控制來實現(xiàn)換刀機器人的定位精度。通過伺服電機和齒輪減速器能提高傳動精度和旋轉(zhuǎn)時的精度，手部手指在設(shè)計時加入了凸形塊，能剛好卡住刀柄的凹槽，提高定位精度。</p><p>&

33、lt;b>　　6） 動力執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　驅(qū)動器或驅(qū)動單元是機器人的動力執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)動力源的不同，可分為電動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣動驅(qū)動三類。氣動驅(qū)動速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，有較高的重復(fù)定位精度，但出力不大。液壓式的出力較大，且可用電液伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，但對液壓回路要求較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。因此，實際運用中采用電動驅(qū)動比較好。電動驅(qū)動多數(shù)情況下采用直流、交流伺服電機，也可

34、用力矩電機、步進電機等。根據(jù)本設(shè)計的精度要求，力矩電機和步進電機以及交流伺服電機雖能滿足精度要求，但不實惠，故采用直流伺服電機。經(jīng)過比較后，本設(shè)計中的動力執(zhí)行機構(gòu)采用電動驅(qū)動。</p><p>　　2.2.2 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　換刀機器人傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(jù)速度參數(shù)、驅(qū)動方式等選擇傳動方式和傳動元件關(guān)于橫向移動部分：橫向移動和垂直升降部分唯一不同的地方就是受力方式不

35、一樣，因此仍采用滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副相配合傳動。只是橫向運動的那個鐘螺母不和竄動時只能做直線運動。特點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛度大和承受能力較好符合設(shè)計的要求，如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 橫縱向移動系統(tǒng)示意圖</p><p>　　圖2.3 橫縱向移動系統(tǒng)側(cè)視圖</p><p>　　關(guān)于縱向移動部分，縱向移動部分屬于長距離運動，長達11m，不能采用

36、齒輪傳動或者絲杠傳動，因為無法滿足定位精度和重讀定位精度，更重要的是效率太低，達不到工業(yè)運用的目的。所以根據(jù)各個傳動的特點，選擇齒輪齒條傳動，利用圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向運動。并采用雙軌的特點就可以滿足要求。選擇齒輪齒條傳動，利用圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向運動。并采用雙軌的特點就可以滿足要求。</p><p>　　關(guān)于手爪部分：可采用氣動也可采用電動。為了使整個機器人驅(qū)動方式的協(xié)調(diào)和平穩(wěn)。同時簡化結(jié)構(gòu)，本設(shè)計采用電動方式，因此傳動部分相對

37、比較簡單，這使得手爪結(jié)構(gòu)簡單、體積小，減輕了手臂的重量，增加了手臂的靈活性和相對空間位置的定位性。手爪的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.4所示：</p><p>　　圖2.4 手爪結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　手臂旋轉(zhuǎn)部分：采用直流伺服電機驅(qū)動。同時為了減小部件的重量和體積。提高傳動效率，改善系統(tǒng)的動力學(xué)性能，目前技術(shù)研發(fā)了新的機械結(jié)構(gòu)，如：行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動等。從傳動效率看，直齒輪減速器效率

38、較高，而且傳動比大，承載能力強，傳動平穩(wěn)，傳動精度高，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點，所以采用直齒輪傳動比較合適。</p><p>　　關(guān)于升降部分：升降部分主要是體現(xiàn)機器人的上下垂直運動，把電機的旋轉(zhuǎn)運動變換為機構(gòu)的上下直線運動。采用的方式可以是蝸輪蝸桿傳動，可以是圓錐齒輪傳動。這兩種傳動方式，相對比較而言傳動效率都低，而且傳動精度也不高。因此，采用滾珠絲杠副傳動。這種傳動有以下幾個特點：</p><

39、p>　　1） 傳動效率高，摩擦損失??；</p><p>　　2） 給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋的間隙。適當(dāng)預(yù)緊后的滾珠絲杠副，可消除螺紋間隙，這樣方向時就沒有空程死區(qū)。反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副相比有較高的軸向剛度；</p><p>　　3） 運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。滾珠絲杠副基本是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小對運動的速度影響很小，可以忽略。這樣可以擺

40、正運動的平穩(wěn)性而不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動精度高；</p><p>　　4） 有可逆性。由于滾珠絲杠副摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母可作為主動件，也可作為從動件；</p><p>　　5） 磨損小，使用壽命長。因為滾珠摩擦的摩擦系數(shù)小，磨損亦小，故壽命長；</p><p>　　6） 制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等

41、的加工精度要求高，表面粗糙度值要求低；</p><p>　　7） 不能自鎖，特別是垂直安裝的絲杠，由于自身質(zhì)量的慣性力作用，下降時，當(dāng)傳動切斷后不能立即停止運動，故常需添加制動裝置。</p><p>　　應(yīng)用滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌副相配合傳動，導(dǎo)軌承受載荷和導(dǎo)向升降部分采用如圖2.5所示滾珠絲杠，其特點是螺母只能移動且必須是軸向移動，而絲杠是軸向移動，當(dāng)絲杠不動時，螺母必須有自鎖功能，并且定位

42、要準(zhǔn)確。這樣就可以在重復(fù)定位精度范圍內(nèi)實現(xiàn)上下移動或垂直升降運動。</p><p>　　圖2.5 垂直升降系統(tǒng)示意圖</p><p>　　2.2.3 伺服系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p><b>　　伺服電動機的選擇</b></p><p><b>　　選擇要求：</b></p><

43、p>　　機器人控制系統(tǒng)的任務(wù)就是要驅(qū)動各部分關(guān)節(jié)機器人按照規(guī)劃的軌跡在空間運動。機器人各部分輸出的轉(zhuǎn)矩是伺服誤差的函數(shù)，并且有使伺服誤差減小的趨勢，從而機器人才會按照所要求的控制來執(zhí)行任務(wù)，所以基于誤差驅(qū)動的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本性能就是滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時要求系統(tǒng)具有一定的快速響應(yīng)能力和精度指標(biāo)，這樣才能保證課題要求的運動中重復(fù)定位精度：±0.6 mm。因此，在選用控制方式時根據(jù)課題的要求，綜合考慮到這些方面，選用的控制

44、方式為閉環(huán)反饋的點位控制。采用直流伺服電動機的最大特點除可控外還具有以下特點：</p><p><b>　　1） 調(diào)速范圍廣；</b></p><p><b>　　2） 轉(zhuǎn)子慣性??；</b></p><p>　　3） 控制功率小，可靠性好。</p><p>　　直流伺服電機的應(yīng)用方案</p&g

45、t;<p>　　對于換刀機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的電動機，要求有罪大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動、轉(zhuǎn)矩低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是機器人末端操作器（旋轉(zhuǎn)部）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應(yīng)時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服電動機在工業(yè)機器人中應(yīng)用的先決條件。</p><p>　　由于高啟動轉(zhuǎn)矩，大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交直流伺服電動機在工業(yè)

46、機器人中得到廣泛應(yīng)用，一般負(fù)載1000N（相當(dāng)于100kgf）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅(qū)動系統(tǒng)。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動電動機主要是AC伺服電動機、步進電動機和DC伺服電動機。其中，交流伺服電動機、直流伺服電動機、直接驅(qū)動電動機（DD）均采用位置閉環(huán)控制，一般應(yīng)用于高精度、高速度的機器人驅(qū)動系統(tǒng)中。工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)分為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)、和位置環(huán)。</p><p>　　綜合以上因素的分析

47、和考慮，該換刀機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動均采用直流伺服電動機，同時電動伺服系統(tǒng)為閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3 總體方案確定</p><p>　　根據(jù)以上各部分的方案設(shè)計和論證，確定出可行性方案。</p><p>　　本設(shè)計采用雙軌機器人，這是因為雙軌工作范圍大，容易布置結(jié)構(gòu)，精度也高，單軌不利于橫向運動的要求，且單軌的剛度也較低，根據(jù)工作空間的環(huán)境，本設(shè)計

48、采用空中導(dǎo)軌式，極大的減少了設(shè)備的占地空間，可保證較高的精度和運動平穩(wěn)性，不過調(diào)整要求較高。</p><p>　　采用伺服電機作為動力系統(tǒng)，相對成本要求較高，但位置精度和速度精度高，能夠保證換刀精度。</p><p>　　手爪取刀后應(yīng)該具有保持功能，即在運動過程或突然斷電的情況下，刀具不會自行脫落。手爪的張開和抓緊靠電磁鐵控制，而自鎖則由彈簧來完成。在橫向、升降和縱向自由度的導(dǎo)軌上設(shè)計有機

49、械式限位塊裝置，防止失控時機構(gòu)損傷和滑落。由于機器人在空中移動，而且高度大約在2 m左右。在導(dǎo)軌部裝有防止傾覆的裝置，并且設(shè)計結(jié)構(gòu)的重心要盡量的低，以提高安全性。</p><p>　　機器人的運動平穩(wěn)性指在啟動過程中速度變化的特性。根據(jù)給出的速度可知，各軸的速度，同時可知加速度并不是很大，這樣既可以縮短啟動及控制時間，又可以降低速度的突變，不會產(chǎn)生太大的沖擊。在每個自由度中，本設(shè)計采用剛性比較好、精度高的部件結(jié)構(gòu)

50、，更主要的是在傳動系統(tǒng)中加緩沖裝置和定位裝置，以減少定位前的沖擊和變形。機器人的升降和縱向采用滾珠絲杠傳動，傳動效率高，而且位置精度高。</p><p>　　3 執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　換刀機器人執(zhí)行系統(tǒng)由縱向移動機構(gòu)、橫向移動滑臺、垂直升降體、手臂旋轉(zhuǎn)和雙手爪五部分組成。</p><p>　　3.1 縱向移動機構(gòu)</p><p&g

51、t;　　縱向移動機構(gòu)是機器人的基礎(chǔ)部分，橫向移動，垂直升降等機構(gòu)都要空置在縱向滑臺上?？v向機構(gòu)承載的機器人總重為600 kg，所以框架結(jié)構(gòu)采用空心矩形截面，以達到良好的剛度、強度，同時保證輕量化和穩(wěn)定性的要求。傳動機構(gòu)采用單邊齒輪齒條傳動，由直流伺服電機通過圓柱齒輪減速器帶動行走齒輪和齒條嚙合，縱向機構(gòu)沿11 m長的導(dǎo)軌運動。為保證縱向運動精度，主導(dǎo)軌一側(cè)安裝導(dǎo)向輪。</p><p>　　傳動機構(gòu)的空間直接影響手

52、爪的正常工作，圓柱齒輪減速器采用偏心套筒機構(gòu)，以消除減速器空回。為調(diào)整齒輪齒條嚙合間隙，減速器設(shè)計為整體可調(diào)式，為增加穩(wěn)定性、安全性，在導(dǎo)軌與行走機構(gòu)之間放置防傾覆輪。機構(gòu)布局要考慮重量的分布和重心高度。</p><p>　　加工中心最高處約1.9 m則導(dǎo)軌所在高度在2 m左右。</p><p>　　3.2 橫向移動機構(gòu)</p><p>　　橫向移動采用上置式方案，

53、橫向移動部分完全置于導(dǎo)軌之上，此外還帶動升降體和手部一起運動。傳動絲桿采用雙螺母預(yù)緊，以消除間隙。絲桿端與電機軸聯(lián)接，螺母帶動滑臺運動，導(dǎo)軌期支撐和導(dǎo)向的作用。導(dǎo)軌兩端設(shè)有限位擋塊，以保證滑動部分在工作行程內(nèi)運動不發(fā)生滑脫的情況。</p><p>　　3.3 垂直升降機構(gòu)</p><p>　　升降系統(tǒng)采用滾珠絲杠副傳動，滾珠導(dǎo)軌作為導(dǎo)向機構(gòu)。傳動方式：直流伺服電機軸與絲桿通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接

54、，絲桿由伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，而軸向移動杯限制。則絲桿螺母帶動升降滑臺作垂直升降移動。</p><p>　　在升降系統(tǒng)中，為防止意外情況，諸如突然斷電等情況時，升降滑臺在自身重力作用下向下滑移，以保證工作情況的安全性和系統(tǒng)的精度。由于滾珠絲桿沒有自鎖功能，所以只能采用其他辦法解決此問題。本設(shè)計中采用帶有制動器的直流伺服電機，在意外情況發(fā)生時，電機的制動器可限制升降部分的滑動。</p><p>

55、<b>　　3.4 末端操作器</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機器人不只是一臺具有若干自由度的機電裝置，孤立的一臺機器人在生產(chǎn)中沒有任何價值。只是根據(jù)作業(yè)內(nèi)容，工件形狀、質(zhì)量和大小等工藝因素，給機器人配有相應(yīng)的輔助機械裝置，機器人才會成為實用的加工設(shè)備。這種輔助裝置的性能極大地影響著機器人在實際生產(chǎn)中的作用。也是多年來人們給予重點研究的內(nèi)容。最為重要的輔助裝置有機器人末端操作器。<

56、;/p><p>　　機器人末端操作器有很多種分類，按操作要求分類有搬運類、加工中心和測量類等。</p><p>　　本設(shè)計中的換刀機器人末端操作器屬于搬運類。搬運類末端操作器是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體。它的用途廣泛、結(jié)構(gòu)各異。多數(shù)需要進行專門設(shè)計。</p><p>　　設(shè)計機器人末端操作器時，要注意一下幾項基本要求：</p><p&

57、gt;　　1）末端操作器要根據(jù)機器人作業(yè)的要求來設(shè)計，盡量選用已定型的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)件，配以恰當(dāng)?shù)臋C構(gòu)和連接件組合成適合生產(chǎn)作業(yè)要求的末端操作器。一種新型末端操作器的實現(xiàn)，就可以增加一種機器人新的應(yīng)用場所。</p><p>　　2）末端操作器的質(zhì)量要盡可能地輕，并力求結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　3）正確對待末端操作器的通用性與專一性。萬能的末端操作器結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，幾乎不可能實現(xiàn)。目前在實際應(yīng)

58、用中，仍然是結(jié)構(gòu)簡單、通用性不強的末端操作器最為適用，因此要著重開發(fā)各種各樣專用的、高效率的末端操作器，加上末端操作器的快速更換裝置，從而實現(xiàn)機器人的多種作業(yè)功能。</p><p>　　手臂的任務(wù)是帶動手爪旋轉(zhuǎn)180º，其傳動結(jié)構(gòu)為直流伺服電機輸出，通過聯(lián)軸器與齒輪減速器相連，齒輪減速器的輸出軸帶動雙手爪轉(zhuǎn)動。同時選擇軸向尺寸較小的電機提高升降部分的有效行程。</p><p>&

59、lt;b>　　3.5 機械手爪</b></p><p>　　換刀機器人的主要功能由末端操作器雙手爪來實現(xiàn)換刀，手爪應(yīng)該完成取刀、保持、換刀的功能。因此手爪部分的設(shè)計也是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個關(guān)鍵。為減少驅(qū)動元件，保證結(jié)構(gòu)緊湊，手爪結(jié)構(gòu)采用連桿式。當(dāng)手爪張開到取刀位置時，電磁鐵通過鍥塊，推動杠桿機構(gòu)使手爪合攏，手指定位塊與刀柄上的定位槽結(jié)合，使刀具保持不動，橫向移動時，刀具取出。為了把刀具夾緊，防止換

60、刀過程中松動或脫落，在計算夾緊所需的夾緊力時，除考慮刀具重量外，還要考慮到換刀過程中的慣性。</p><p>　　4． 末端操作器的設(shè)計</p><p>　　4.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算</p><p><b>　　計算參數(shù)如下：</b></p><p>　　負(fù)載重量： 10 kg （單爪）</p&

61、gt;<p>　　末端操作器： 雙手爪</p><p>　　4.1.1 手部結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　手部是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持式常見

62、的主要有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。</p><p>　　根據(jù)換刀機器人的作業(yè)要求，其工作時是夾持刀具，所以該機器人手部采用夾鉗式。</p><p>　　夾鉗式手部是由手指、傳動機構(gòu)偶和驅(qū)動裝置三部分組成的。</p><p>　　4.1.2 手部驅(qū)動力計算</p><p>　　1） 手指握力的計算</p><p>

63、　　當(dāng)手指水平位置夾持垂直刀具時，手指握住刀具時需要的夾緊力最大，取安全系數(shù)為2，負(fù)載重量為10 kg，則握力為：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　2) 手部的驅(qū)動力計算</p><p>　　如圖4.1所示，P為驅(qū)動力，G為刀具的重量，N為手指夾住刀具的夾緊力，由下列公式[12]</p><

64、;p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　圖4.1 手部手受力分析</p><p>　　其中c為動力臂，b為阻力臂，</p><p><b>　　取。</b></p><p><b>　　從而 </b></p><p>　　

65、在計算手部驅(qū)動力P時，除了要考慮被加持刀具的重力外，還要考慮刀具在傳動式慣性力、振動及傳動效率的影響，其實際驅(qū)動力：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　P—理論驅(qū)動力</b></p><p>

66、<b>　　--手部機械效率</b></p><p>　　--安全系數(shù)，一般取1.2-2</p><p>　　--工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力及振動等因素。一般取1.0-2.5</p><p>　　在此分別取值：=0.9 ，=1.3 ，=1 。從而：</p><p><b>　?。?-4）</b>&

67、lt;/p><p>　　4.2 手部驅(qū)動方式選擇及計算</p><p>　　4.2.1 驅(qū)動方式選擇</p><p>　　機器人手部的驅(qū)動方式主要有三種</p><p>　　(1) 氣動驅(qū)動方式</p><p>　　(2) 電動驅(qū)動方式</p><p>　　(3) 液壓驅(qū)動方式</p>

68、<p>　　考慮到機器人的工作行程較大，以及機器人結(jié)構(gòu)盡量簡便和經(jīng)濟性，故采用電動驅(qū)動方式。采用電動驅(qū)動能使手部結(jié)構(gòu)簡便，重量減輕。</p><p>　　圖4.2是一種電磁式鍥塊杠桿式手爪。電磁鐵心在電磁場的作用下產(chǎn)生直線運動，推動鍥塊產(chǎn)生王府運動，使手爪的手指產(chǎn)生夾緊及松開的動作。</p><p>　　圖4.2 電磁式鍥塊杠桿式手爪</p><p>　

69、　4.2.2 電磁鐵的選擇</p><p>　　推拉式電磁鐵主要由外殼、定鐵芯、動鐵芯和線圈四部分組成。線圈通電后，動鐵芯產(chǎn)生軸向直線運動，起到推、拉外接負(fù)載裝置的功能。由于采用高導(dǎo)磁的材料和帶有錐形配合的磁路結(jié)構(gòu)，因此產(chǎn)品雖然體積小、重量輕，但與常規(guī)的小型電磁鐵相比，其行程和吸引力都較大。</p><p>　　經(jīng)過選擇采用TCT592推拉式電磁鐵。該電磁鐵的參數(shù)如下：</p>

70、<p><b>　　直徑：59mm</b></p><p><b>　　高度：66.6mm</b></p><p><b>　　行程：1-20mm</b></p><p><b>　　負(fù)載：280N</b></p><p><b>

71、　　重量：1kg</b></p><p><b>　　4.3 手指的設(shè)計</b></p><p>　　加工中心所使用的刀柄類型：</p><p>　　加工中心所用的刀具是由通用刀具（又稱工作頭或刀頭）和與加工中心主軸前端錐孔配套的刀柄等組成。</p><p>　　在加工中心機床上，各種刀具分別裝在刀庫中，按程

72、序的規(guī)定自動換刀。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的刀具能迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸上。</p><p>　　加工中心機床所用的刀具必須適應(yīng)加工中心告訴、高效和自動化程度高的特點，其刀柄部分要聯(lián)接通用刀具并安裝在機床主軸上，由于加工中心類型不同，其刀柄柄部的形式及尺寸不盡相同。</p><p>　　JT（ISO7388）表示加工中心機床用的錐柄柄部（帶有機械手夾持槽），氣

73、候面的數(shù)字表示相應(yīng)的ISO錐度號。該加工中心所采用的刀柄為40T刀柄：</p><p>　　圖4.3 刀柄機構(gòu)示意圖</p><p>　　根據(jù)40號刀柄的類型該機械手手指實際時要帶有能卡住刀柄開口槽的定位塊,這樣即使在手部驅(qū)動力減小的情況下手指也能夾緊刀具.設(shè)計如下圖4.4：</p><p>　　圖4.4 手指示意圖</p><p>　　4.

74、4 手部轉(zhuǎn)動力矩計算</p><p><b>　　查資料[13]得</b></p><p><b>　　(4-4)</b></p><p><b>　　(4-5)</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p&g

75、t;<b>　　(4-7)</b></p><p><b>　　以上式中</b></p><p>　　---- 轉(zhuǎn)動力矩（）</p><p>　　---- 慣性力矩（）</p><p>　　---- 偏心力矩（）</p><p>　　---- 手臂轉(zhuǎn)動慣量（）</p&g

76、t;<p>　　---- 轉(zhuǎn)動角速度（rad/s）</p><p>　　---- 手臂轉(zhuǎn)動啟動時間（s）,一般取0.05-0.3s；</p><p>　　---- 工件重心到手臂回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離</p><p><b>　　---- 工件重量</b></p><p>　　因為手臂采用的材料是鋁合金，根據(jù)手

77、臂的尺寸如圖4.5所示，計算出手臂的重量.</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　密度： </b></p><p><b>　　體積： </b></p><p><b>　　底面積： </b></p>

78、;<p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　圖4.5 手臂尺寸示意圖</p><p>　　因為電磁鐵的重量為1kg，又手臂為對稱結(jié)構(gòu)，需要兩個電磁鐵，故電磁鐵總重。</p><p>　　手臂上手指等其他結(jié)構(gòu)總重</p><p>　　當(dāng)手爪夾持在工件的重心（中間）位置回轉(zhuǎn)1800，則根據(jù)剛體

79、對軸的轉(zhuǎn)動慣量公式</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　得手臂轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p><b>　　又慣性力矩：</b></p><p>

80、;　　因手臂旋轉(zhuǎn)要求為16rpm,則：</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　

81、　4.5 電機及齒輪減速器的選擇</p><p>　　4.5.1 電機的選擇</p><p>　　根據(jù)估算比較，選擇蘇州東煒庭電機有限公司DC-12SP直流伺服電動機，其主要數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表4.1 DC-12SP直流伺服電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　從中選取電壓12V，功率為200W的電機。</p>

82、<p>　　此伺服電機的主要特點：</p><p>　　1）直流電機控制簡單，調(diào)速性能好；</p><p>　　2）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車；</p><p>　　3）具有全閉環(huán)控制功能，提高系統(tǒng)精度；</p><p><b>　　4）易于控制。</b></p><p>　

83、　4.5.2 齒輪減速器的選擇</p><p>　　根據(jù)換刀機器人的工作情況和精度要求，由伺服電機輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩并不能滿足作業(yè)要求，所以需要在電機和換刀臂聯(lián)接中間添加齒輪減速器，已達到減速增距的作用。</p><p>　　根據(jù)前面的計算，換刀臂的轉(zhuǎn)矩為14.85，旋轉(zhuǎn)1800，旋轉(zhuǎn)速度為16rpm，選用的私服電機轉(zhuǎn)速是3200rpm。則根據(jù)公式[14]</p><p&

84、gt;<b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　i--減速比</b></p><p><b>　　--電機輸出轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　--減速器輸出轉(zhuǎn)速</b

85、></p><p><b>　　得</b></p><p>　　蘇州東煒庭電機有限公司DC-12SP直流伺服電動機有配套的齒輪減速器可供選擇，型號為5GU-K，安裝尺寸如下圖：</p><p>　　圖4.6 齒輪減速器安裝尺寸</p><p>　　附齒輪箱扭轉(zhuǎn)力矩表：</p><p>　　表

86、4.2 齒輪箱允許力矩</p><p>　　根據(jù)減速比i=200，查表得到對應(yīng)變速檔。</p><p>　　該齒輪減速器特點如下：</p><p>　　1) 能力高 齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高。</p><p>　　2) 傳動比大 單級齒輪比已達i=200.</

87、p><p>　　3) 體積小，重量輕。</p><p>　　4）傳動效率高、壽命長。</p><p>　　5）傳動平穩(wěn)。無沖擊，噪音低，運動精度高。</p><p>　　5 聯(lián)軸器的選擇和轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　5.1 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　電機和減速器之間輸出功率較為平穩(wěn)，且傳

88、動距離近，對中性較好，但電機啟動、變速、反轉(zhuǎn)頻繁，所以考慮選用能夠緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器。</p><p>　　已知電機轉(zhuǎn)速3600rpm,傳遞扭矩0.196Nm.</p><p>　　直流伺服電機輸出軸直徑為15mm，諧波減速器輸入直徑為15mm，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器LT2。</p><p>　　其基本參數(shù)和主要尺寸如下；</p><p>　

89、　彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)配方便，具有一定的彈性和緩沖減震性能，補償兩周相對位移量不大，但重量輕，無噪音，環(huán)境適應(yīng)性強，可靠性高，承載大，效率高，使用壽命長。</p><p><b>　　5.2 轉(zhuǎn)矩校核</b></p><p>　?。?） 直流伺服電機至換刀手的傳動裝置總效率</p><p>　?。?-1） </p>

90、;<p>　　---- 彈性套柱銷聯(lián)軸器效率，查手冊得0.99~0.995</p><p>　　---- 齒輪減速器效率，查手冊得0.8~0.9</p><p>　　取=0.9， =0.85</p><p><b>　　則總效率</b></p><p>　?。?） 齒輪減速器實際輸出轉(zhuǎn)矩</p>

91、<p><b>　　（5-2）</b></p><p><b>　　由前面計算得</b></p><p>　　又上一章計算得出手臂旋轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩，</p><p><b>　　得</b></p><p>　　經(jīng)過校核得知，實際輸出轉(zhuǎn)矩滿足手臂所需轉(zhuǎn)矩大小要求。<

92、;/p><p>　　至此換刀機器人末端操作器的機械設(shè)計部分已經(jīng)完成。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本課題主要工作在于設(shè)計出一種可靠性好、工作效率高、生產(chǎn)成本低的加工中心換刀機械手?？偟膩碇v，本課題主要做了以下幾個方面的工作：</p><p>　　1． 通過大量的調(diào)研，對加工中心換刀機器人進行

93、分析和總結(jié)。同時對所要設(shè)計的換刀機器人總體方案、工作空間、傳動機構(gòu)及控制形式進行全面的設(shè)計。</p><p>　　2． 和同組同學(xué)進行討論之后確定出總體方案，并繪制了換刀機器人的總體裝配圖。</p><p>　　3． 在選擇驅(qū)動電機時，需要根據(jù)負(fù)載情況估算手臂的大致重量，計算出電機軸上的當(dāng)量載荷，并以此為依據(jù)選擇交流伺服電機，同時應(yīng)考慮刀電機轉(zhuǎn)速與減速比之間的配合。電機上應(yīng)配備有相應(yīng)的制動

94、器、測速器和編碼器。</p><p>　　4． 設(shè)計中隊末端操作器部件的選擇及計算，進行了詳細的說明和驗算，例如電磁鐵的選擇、手指的設(shè)計、減速器的選型、轉(zhuǎn)矩的計算和校核等等。只有這些指標(biāo)達到末端操作器要求，方能安全高效地應(yīng)用。</p><p>　　由于本人學(xué)識不足、水平有限，對換刀機器手的設(shè)計仍是很膚淺的，對換刀機械手的動作的減少缺少更詳細優(yōu)化的方案，論文中肯定存在許多不足之處，望各位老師

95、批評指正，我將不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 龔振邦 等. 機器人機械設(shè)計[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1995。</p><p>　　[2] 陳循介. 目前世界加工中心的市場需求和發(fā)展動向[J].市場縱橫，2004, 38（5）：38-39</p><p>　　[

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97、>　　[6] 顏鴻森. 基于功能分析的加工中心自動換刀裝置方案設(shè)計研究[J]. 機械設(shè)計與研究，2002（18）：59-61</p><p>　　[7] 張憲. 一種新型換刀機構(gòu)[J]. 工具展望，2005（2）：14</p><p>　　[8] 范超毅. 國產(chǎn)加工中心及未來主攻方向[J]. 數(shù)控機床市場，2005（2）：36-41</p><p>　　[9]

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