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要問2017年什么機(jī)器人最火，那當(dāng)然非SCARA機(jī)器人莫屬。除了得益于3C行業(yè)、新能源行業(yè)的爆發(fā)，SCARA機(jī)器人以其高速、高精度、高性價(jià)比的特點(diǎn)倍受市場歡迎。因此，16和17年，SCARA的出貨量非常巨大，想分這塊大蛋糕的廠家也如雨后春筍，價(jià)格戰(zhàn)更是非常慘烈�。∫郧耙灿形恼卤P點(diǎn)過SCARA機(jī)器人，但都不過是講廠家、出貨量或者一些來自廠家的宣傳語而已，外行人看看就算了，對行內(nèi)人來說，實(shí)在沒有什么看點(diǎn)。今天，我們就從機(jī)器人研發(fā)工程師的角度，來盤點(diǎn)一下，在SCARA機(jī)器人中，有哪些值得我們的關(guān)注的產(chǎn)品。講得好，點(diǎn)個(gè)贊，轉(zhuǎn)發(fā)給有需要的人，講得不好，就一笑置之哈。 全球第一臺(tái)直驅(qū)的SCARA機(jī)器人 9 J* M8 T6 D5 a" C
, n( M1 u% c+ t' k" T' G# m 1984年，世界上第一臺(tái)直驅(qū)的SCARA機(jī)器人——AdeptOne在Adept誕生。所謂直驅(qū)，就是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)手臂，省去了中間的齒輪或鏈條等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是，沒有了傳動(dòng)系統(tǒng)造成的摩擦、齒隙和低剛度等弱點(diǎn)，提高了響應(yīng)速度和精度。這在當(dāng)時(shí)名噪一時(shí)。然而，直驅(qū)的缺點(diǎn)也是顯而易見的。首先，是體積，由于要提供很大的力矩，所以機(jī)器人的電機(jī)體積都特別大；其次，由于是高剛性的傳動(dòng)，所以末端的振動(dòng)很容易傳遍機(jī)器人全身，簡單地說，你在末端敲一下，電機(jī)馬上就感覺到了，需要馬上進(jìn)行調(diào)整，所以可能整個(gè)機(jī)器人都會(huì)抖起來。 而且實(shí)際上伺服電機(jī)是停不下來的。如果你在伺服電機(jī)上電之后仔細(xì)去觀察電機(jī)的編碼器的數(shù)值的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)值并不是穩(wěn)定的，而是會(huì)在正負(fù)一個(gè)脈沖在那里跳來跳去，這是因?yàn)樗诓煌５匚⒄{(diào)自己的位置，而不是像步進(jìn)電機(jī)一樣，步進(jìn)步進(jìn)，就是我給你多少個(gè)脈沖你就走多少步然后停下來不動(dòng)了。所以臂長短還看不出來，臂長一長，那你就會(huì)看到機(jī)器人會(huì)一直在那里抖，停不下來的。平時(shí)我們看不到，是因?yàn)榧恿藴p速機(jī)，減速機(jī)內(nèi)部微小的間隙和柔性平衡了這個(gè)間隙，所以末端感覺不出來。
" }( q% H& k" t4 ^& I 隨著機(jī)器人的發(fā)展，AdeptOne很快也退出舞臺(tái)了，不過他的影響還是很深遠(yuǎn)的。 曾經(jīng)全球最快的SCARA
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8 O2 \2 Q7 l0 U, z 前面我們講了AdeptOne有很多硬傷，傻大笨粗，所以后來Adept又推出另一款桌面型的SCARA——Cobra。為什么叫Cobra（眼鏡蛇）呢，這其實(shí)跟SCARA的外觀設(shè)計(jì)有關(guān)。在Cobra之前，SCARA的J2、J3、J4軸的電機(jī)布局一般是下面這種直線式分布。 然而，Cobra的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（據(jù)說只有兩個(gè)人~~~~人家的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)![]() ）通過仿真計(jì)算，找到了新的布局。如下面所示，讓三個(gè)電機(jī)呈三角形分布。這樣布局的好處是，電機(jī)更靠后，重心收回來了，慣量更小了，機(jī)器人自然也更快了。
$ d9 x: g8 ~9 m: B/ a 由于這樣的布局，使得二關(guān)節(jié)看起來有點(diǎn)像三角形一樣，有點(diǎn)像眼鏡蛇，所以他們就給這個(gè)SCARA取名為Cobra。 這樣的布局出來之后是一鳴驚人的，當(dāng)年Adept放出Cobra的宣傳視頻，一個(gè)吸彈珠的視頻，很多人都認(rèn)為Adept是加速了的，因?yàn)閷?shí)在太快了。即使是這么多年過去了，這個(gè)視頻在現(xiàn)在看來依然是不可思議的，至今能超越的人也不多，是一個(gè)里程碑式的產(chǎn)品。
; i2 k! u; P* \5 ?SCARA行業(yè)的武林盟主 + l/ V8 n4 t3 Z* {; x
講完了SCARA的前輩，要講回現(xiàn)實(shí)中的武林盟主了。在SCARA廠家中，有且只有一個(gè)武林盟主，就是大名鼎鼎的EPSON。EPSON長期占據(jù)著SCARA機(jī)器人的大部分市場，最早是設(shè)計(jì)給自家工廠裝配手表，后來成熟了就單獨(dú)作為產(chǎn)品推向市場，從此天雷滾滾，長期霸占武林盟主的地位就是不退休。 EPSON的SCARA種類是業(yè)界最全的，從長到短，從大到小，從輕到重，從正裝到倒裝，無所不有，滿足所有的應(yīng)用。而且，EPSON把SCARA的性價(jià)比可以說做到了極致，工業(yè)設(shè)計(jì)方面相對其他廠家會(huì)比較簡潔（我只能這么斯文地說![]() ），以實(shí)用為第一準(zhǔn)則。也有個(gè)別產(chǎn)品就有點(diǎn)不走心（后面有槽點(diǎn)）。但是人家是盟主啊，盟主有定價(jià)權(quán)，再加上所使用的電機(jī)、減速機(jī)、絲桿全部是從日本本土采購，簡直白菜價(jià)，所以其主打產(chǎn)品在中國的最低售價(jià)可以非常低，幾乎是國產(chǎn)品牌的成本價(jià)。所以盟主一聲令下，降價(jià)，SCARA界就得死一批人。這也是為什么價(jià)格戰(zhàn)這么慘烈，為了壓縮成本，國產(chǎn)品牌當(dāng)然要尋找本土關(guān)鍵零部件，更有甚者是只問低價(jià)，不管性能，價(jià)格做得非常非常低，不過這樣的機(jī)器人，誰用誰知道。 最快的SCARA . t$ [% P) n0 |. V1 m3 q4 x9 H! c" m! V
Staubli的這款TP80是我目前知道的最快的SCARA，一分鐘可以抓取200次以上，秒殺其他所有品牌，特別是一般的SCARA只能做小范圍的高速運(yùn)動(dòng)，一旦距離比較長，SCARA可以需要換手（自己去百度），而左右手換手的時(shí)候慣量太大，一般機(jī)器人都需要降速，而Staubli是直接高速甩過去，所以他不僅短距離節(jié)拍很快，長距離的節(jié)拍也非常高，往尖莫及。另外，工業(yè)設(shè)計(jì)也做得非常好，非常有科技感。 不過呢，高手也有弱點(diǎn)。這款SCARA并不是通用的SCARA，是有不少應(yīng)用限制。首先，額定負(fù)載只有0.5KG，最大負(fù)載1KG（額定負(fù)載是指在這個(gè)負(fù)載下你可以全速跑，超過這個(gè)負(fù)載速度會(huì)有相應(yīng)的降低），這也是它會(huì)如此之快的原因，完全輕量化的設(shè)計(jì)。其次，由于獨(dú)特的設(shè)計(jì)，J2軸電機(jī)拉回了基座里面，降低了前面的重量，但是J2軸的設(shè)計(jì)就變得復(fù)雜很多了，電機(jī)功率也增大了，這直接影響了生產(chǎn)難度和成本，因?yàn)檫@一款的售價(jià)也是桿桿的，而且產(chǎn)量也不高，因?yàn)檠b配實(shí)在太難了。另外，由于臂長達(dá)到了800mm，這款機(jī)器人的重復(fù)定位精度降到了0.05mm，這也決定了它只合適于做輕量、中精度的分揀動(dòng)作。不過不管怎樣，這款SCARA也的確讓人眼光一亮。非常典型的工業(yè)精品。 最漂亮的SCARA 2015年在日本IREX展上我第一次看到這一款機(jī)器人就被深深吸引住，實(shí)在太漂亮了。這絕對是我見過的最漂亮的SCARA，沒有之一。整個(gè)造型看起來非常簡潔，但是線條非常順暢，非常好看。盡管暫時(shí)不知道實(shí)際性能如果，當(dāng)時(shí)在展會(huì)上沒有看到高速跑，可能是出于安全原因，但是光是這個(gè)外形就足以迷倒眾多客戶。目前在中國似乎還沒有開賣，暫時(shí)不知性價(jià)比如何。 全球第一款無控制柜的SCARA 這是李群在2013年發(fā)布的一款產(chǎn)品。在性能上面，這款機(jī)器人主要對標(biāo)國外一線品牌，性能上僅僅是追求持平，而且并不只是宣傳上的持平，作為見證者，后面我們會(huì)講這款機(jī)器人的性能參數(shù)是怎樣一項(xiàng)一項(xiàng)測試通過的。而正是由于對每一個(gè)參數(shù)的認(rèn)真負(fù)責(zé)，這款機(jī)器人的研發(fā)周期居然長達(dá)兩年。這對國內(nèi)市場來說是不可思議的。 這個(gè)先不廢話。這款產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是沒有外置的電控柜。一般來說，機(jī)器人會(huì)分為兩個(gè)部分——機(jī)械本體和電控柜。這會(huì)有不少麻煩，首先，一般電控柜的體積一般會(huì)比較大，比較占空間，其次，一般電控柜的防護(hù)等級(jí)都比較低，一般只有IP31（不知什么是IP等級(jí)的請自行百度），而機(jī)器人可以做到P65，這就意味著如果機(jī)器人放到一個(gè)需要IP65的環(huán)境，那就需要額外對電控柜進(jìn)行防護(hù)，另外，機(jī)器人與電控柜之間有兩條很粗的線纜，一條動(dòng)力線，一條通訊線纜，這兩條線纜一般都是定制，想要做好可是非常容易，特別是干擾這一塊，線纜越長，防護(hù)越難。而李群的理念是把電控柜整個(gè)塞到了機(jī)器人基座里，這樣一來，把機(jī)器人一放，只要一條小細(xì)的電源線纜就可以上電，省了很多麻煩。 不過呢，客觀來說，正是由于電控柜整個(gè)塞里了基座里，盡管李群的控制系統(tǒng)已經(jīng)非常小，但是放到SCARA的基座里還是讓基座看起來比一般SCARA要高一些。這在一定程度上會(huì)影響到客戶的機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)，需要把機(jī)器人底座根據(jù)工況做低一些。這也是這款產(chǎn)品小小瑕疵。不過呢，隨著QKM新一代控制系統(tǒng)的面世，體積會(huì)進(jìn)一步壓縮，高度會(huì)有顯著和降低。 全球第二款無控制柜的SCARA 今年，EPSON發(fā)布了他們的首款驅(qū)控一體的機(jī)器人T3系統(tǒng)，也把電控柜塞到了基座里面。也李群不同的是，這款機(jī)器人采用的是比較新穎的低壓電機(jī)，這會(huì)使得控制系統(tǒng)更小，成本更低，但隨之犧牲的是速度和精度，比同規(guī)格的LS3要降一個(gè)檔次，這可謂EPSON針對中國和3C行業(yè)的高性（qi）價(jià)（gai）比（ban）款。7 E' B) U* O/ C. }
性能這方面先不說，在低壓電機(jī)中，這個(gè)性能還是相當(dāng)不錯(cuò)的，這款機(jī)器人最大的槽點(diǎn)是它的工業(yè)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)看到這款機(jī)器人時(shí)，我的內(nèi)心是崩潰的，這是什么鬼，我們的武林盟主怎么了，這工業(yè)設(shè)計(jì)也太不走心了，這不就是在LS3上面放一個(gè)鐵柜嗎？武林盟主沒錢出糧所以手下偷懶嗎？這實(shí)在不像我們千人景仰的行業(yè)城主�。�！太傷我幼小的心靈了。 最多變的SCARA 柯馬的SCARA機(jī)器人簡直就是SCARA界的變形金剛。創(chuàng)（sang）意（xin）十（bing）足（kuang）地把不同臂長、正裝倒裝、臂裝幾種不同類型的SCARA設(shè)計(jì)成由相同的模塊去拼裝。客戶想怎么換就怎么換。對于這款機(jī)器人的性能目前暫時(shí)不是特別清楚，不過通過在中間加一個(gè)延長桿的方式去改變臂長的方式個(gè)人是不太認(rèn)同，因?yàn)闄C(jī)器人高速跑起來的時(shí)候，一關(guān)節(jié)不停的做高速回來擺動(dòng)，強(qiáng)度跟剛度都要比較好，把一關(guān)節(jié)分成了三段然后會(huì)螺釘鎖起來，會(huì)降低剛度，有可能會(huì)導(dǎo)致震動(dòng)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然這只是我個(gè)人從技術(shù)角度YY，也許柯馬已經(jīng)解決了這個(gè)問題。
; A' l3 l; J3 L/ n# | 不過呢，必須要肯定的是，這種一套模塊通用不同類型的機(jī)器人的理念確實(shí)挺有創(chuàng)意，而且柯馬以前的主要行業(yè)都是汽車行業(yè)，機(jī)器人都中大型的六軸，配色都是紅色，工業(yè)設(shè)計(jì)比較一般，相同規(guī)格的機(jī)器人要厚重不大，略顯笨重。最近幾年引入了黑銀色，工業(yè)設(shè)計(jì)上明顯走了高富帥路線，好看了很多。 最新款的SCARA SCARA今年這么火爆，作為四大家族之一的FANUC也不甘寂寞，上周就發(fā)布了他們的第一款SCARA機(jī)器人。設(shè)計(jì)上呢，這款SCARA還是延續(xù)了FANUC一慣的小黃人設(shè)計(jì)，配色也挺不錯(cuò)。性能方面目前知道得不多，不過呢，我從圖片和介紹上留意到這款產(chǎn)品有兩個(gè)特點(diǎn)。 第一，機(jī)器人本體上的線纜似乎不是采用了常見的波紋管去走線，而好像是采用了定制的一體化線纜。這是最近最新的設(shè)計(jì)想法，這樣設(shè)計(jì)的好處是作線工藝會(huì)好很多，線纜由供應(yīng)商定制來料，對工人要求低了。但是呢，這種設(shè)計(jì)也有一些缺點(diǎn)，首先當(dāng)然是成本，定制這樣的線纜的成本可不是蓋的，因?yàn)榫�與線之間是要做屏蔽的，工藝非常復(fù)雜（這里有知識(shí)點(diǎn)就太多太多了，不同廠家的線纜有表皮材質(zhì)區(qū)別，線芯材質(zhì)區(qū)別，線徑區(qū)別，纏繞方式區(qū)別等等等等，門道非常多。）另外，因?yàn)槭且惑w的線纜，而且線還是挺粗的，之前有一個(gè)線纜廠商帶過樣品給我看過，這樣粗的線纜轉(zhuǎn)變半徑會(huì)很大，撓曲性能會(huì)降低很多，而SCARA的線纜隨著機(jī)器人的動(dòng)作是會(huì)來回?fù)锨�，這對線芯可能還好，對屏蔽層、填充層的磨損還是比較大，這也是為什么我們當(dāng)初沒有使用這種方案。所以既然FANUC采用了這個(gè)方案，肯定有相應(yīng)的解決方案，不知實(shí)際效果如何。挺期待的。 第二，隨著這款機(jī)器人的發(fā)布，F(xiàn)ANUC同時(shí)推出一另一個(gè)理念，就是虛擬示教器概念。意思是說，拋棄傳統(tǒng)的示教器，轉(zhuǎn)而在網(wǎng)頁上進(jìn)行示教，而網(wǎng)頁的載體可以是PC，可以是平板，也可以是手機(jī)。
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發(fā)表于 2017-12-23 13:01:46
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