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要問2017年什么機器人最火，那當然非SCARA機器人莫屬。除了得益于3C行業(yè)、新能源行業(yè)的爆發(fā)，SCARA機器人以其高速、高精度、高性價比的特點倍受市場歡迎。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，價格戰(zhàn)更是非常慘烈��！以前也有文章盤點過SCARA機器人，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，實在沒有什么看點。今天，我們就從機器人研發(fā)工程師的角度，來盤點一下，在SCARA機器人中，有哪些值得我們的關(guān)注的產(chǎn)品。講得好，點個贊，轉(zhuǎn)發(fā)給有需要的人，講得不好，就一笑置之哈。 全球第一臺直驅(qū)的SCARA機器人 / ^. n2 N' r; Q- S
' Q7 N3 p0 n$ B9 Z! ~; B 1984年，世界上第一臺直驅(qū)的SCARA機器人——AdeptOne在Adept誕生。所謂直驅(qū)，就是電機直接驅(qū)動手臂，省去了中間的齒輪或鏈條等傳動機構(gòu)。優(yōu)點是，沒有了傳動系統(tǒng)造成的摩擦、齒隙和低剛度等弱點，提高了響應(yīng)速度和精度。這在當時名噪一時。然而，直驅(qū)的缺點也是顯而易見的。首先，是體積，由于要提供很大的力矩，所以機器人的電機體積都特別大；其次，由于是高剛性的傳動，所以末端的振動很容易傳遍機器人全身，簡單地說，你在末端敲一下，電機馬上就感覺到了，需要馬上進行調(diào)整，所以可能整個機器人都會抖起來。 而且實際上伺服電機是停不下來的。如果你在伺服電機上電之后仔細去觀察電機的編碼器的數(shù)值的話，你會發(fā)現(xiàn)這個數(shù)值并不是穩(wěn)定的，而是會在正負一個脈沖在那里跳來跳去，這是因為他在不停地微調(diào)自己的位置，而不是像步進電機一樣，步進步進，就是我給你多少個脈沖你就走多少步然后停下來不動了。所以臂長短還看不出來，臂長一長，那你就會看到機器人會一直在那里抖，停不下來的。平時我們看不到，是因為加了減速機，減速機內(nèi)部微小的間隙和柔性平衡了這個間隙，所以末端感覺不出來。) M$ W G; {) l- w, [, t ]1 S; O
隨著機器人的發(fā)展，AdeptOne很快也退出舞臺了，不過他的影響還是很深遠的。 曾經(jīng)全球最快的SCARA , ~! U. o2 J* i3 @$ {
R) @3 }/ c6 W3 V 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，這其實跟SCARA的外觀設(shè)計有關(guān)。在Cobra之前，SCARA的J2、J3、J4軸的電機布局一般是下面這種直線式分布。 然而，Cobra的設(shè)計團隊（據(jù)說只有兩個人~~~~人家的設(shè)計團隊![]() ）通過仿真計算，找到了新的布局。如下面所示，讓三個電機呈三角形分布。這樣布局的好處是，電機更靠后，重心收回來了，慣量更小了，機器人自然也更快了。) k4 ]9 o8 y5 c( {- V5 R" F
由于這樣的布局，使得二關(guān)節(jié)看起來有點像三角形一樣，有點像眼鏡蛇，所以他們就給這個SCARA取名為Cobra。 這樣的布局出來之后是一鳴驚人的，當年Adept放出Cobra的宣傳視頻，一個吸彈珠的視頻，很多人都認為Adept是加速了的，因為實在太快了。即使是這么多年過去了，這個視頻在現(xiàn)在看來依然是不可思議的，至今能超越的人也不多，是一個里程碑式的產(chǎn)品。 6 x+ o4 a" _ H7 {* K7 G
SCARA行業(yè)的武林盟主 ) n' x2 ?2 {8 D7 r! O" {+ d
講完了SCARA的前輩，要講回現(xiàn)實中的武林盟主了。在SCARA廠家中，有且只有一個武林盟主，就是大名鼎鼎的EPSON。EPSON長期占據(jù)著SCARA機器人的大部分市場，最早是設(shè)計給自家工廠裝配手表，后來成熟了就單獨作為產(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的性價比可以說做到了極致，工業(yè)設(shè)計方面相對其他廠家會比較簡潔（我只能這么斯文地說![]() ），以實用為第一準則。也有個別產(chǎn)品就有點不走心（后面有槽點）。但是人家是盟主啊，盟主有定價權(quán)，再加上所使用的電機、減速機、絲桿全部是從日本本土采購，簡直白菜價，所以其主打產(chǎn)品在中國的最低售價可以非常低，幾乎是國產(chǎn)品牌的成本價。所以盟主一聲令下，降價，SCARA界就得死一批人。這也是為什么價格戰(zhàn)這么慘烈，為了壓縮成本，國產(chǎn)品牌當然要尋找本土關(guān)鍵零部件，更有甚者是只問低價，不管性能，價格做得非常非常低，不過這樣的機器人，誰用誰知道。 最快的SCARA 2 l9 a# y! Q0 V9 W3 k
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動，一旦距離比較長，SCARA可以需要換手（自己去百度），而左右手換手的時候慣量太大，一般機器人都需要降速，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)計也做得非常好，非常有科技感。 不過呢，高手也有弱點。這款SCARA并不是通用的SCARA，是有不少應(yīng)用限制。首先，額定負載只有0.5KG，最大負載1KG（額定負載是指在這個負載下你可以全速跑，超過這個負載速度會有相應(yīng)的降低），這也是它會如此之快的原因，完全輕量化的設(shè)計。其次，由于獨特的設(shè)計，J2軸電機拉回了基座里面，降低了前面的重量，但是J2軸的設(shè)計就變得復(fù)雜很多了，電機功率也增大了，這直接影響了生產(chǎn)難度和成本，因為這一款的售價也是桿桿的，而且產(chǎn)量也不高，因為裝配實在太難了。另外，由于臂長達到了800mm，這款機器人的重復(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器人就被深深吸引住，實在太漂亮了。這絕對是我見過的最漂亮的SCARA，沒有之一。整個造型看起來非常簡潔，但是線條非常順暢，非常好看。盡管暫時不知道實際性能如果，當時在展會上沒有看到高速跑，可能是出于安全原因，但是光是這個外形就足以迷倒眾多客戶。目前在中國似乎還沒有開賣，暫時不知性價比如何。 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，這款機器人主要對標國外一線品牌，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，后面我們會講這款機器人的性能參數(shù)是怎樣一項一項測試通過的。而正是由于對每一個參數(shù)的認真負責，這款機器人的研發(fā)周期居然長達兩年。這對國內(nèi)市場來說是不可思議的。 這個先不廢話。這款產(chǎn)品最大的特點是沒有外置的電控柜。一般來說，機器人會分為兩個部分——機械本體和電控柜。這會有不少麻煩，首先，一般電控柜的體積一般會比較大，比較占空間，其次，一般電控柜的防護等級都比較低，一般只有IP31（不知什么是IP等級的請自行百度），而機器人可以做到P65，這就意味著如果機器人放到一個需要IP65的環(huán)境，那就需要額外對電控柜進行防護，另外，機器人與電控柜之間有兩條很粗的線纜，一條動力線，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，防護越難。而李群的理念是把電控柜整個塞到了機器人基座里，這樣一來，把機器人一放，只要一條小細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。這在一定程度上會影響到客戶的機臺設(shè)計，需要把機器人底座根據(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，體積會進一步壓縮，高度會有顯著和降低。 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，這款機器人采用的是比較新穎的低壓電機，這會使得控制系統(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要降一個檔次，這可謂EPSON針對中國和3C行業(yè)的高性（qi）價（gai）比（ban）款。
: k% t% c# ^6 {" Y: W 性能這方面先不說，在低壓電機中，這個性能還是相當不錯的，這款機器人最大的槽點是它的工業(yè)設(shè)計。當時看到這款機器人時，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)計也太不走心了，這不就是在LS3上面放一個鐵柜嗎？武林盟主沒錢出糧所以手下偷懶嗎？這實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)計成由相同的模塊去拼裝�？蛻粝朐趺磽Q就怎么換。對于這款機器人的性能目前暫時不是特別清楚，不過通過在中間加一個延長桿的方式去改變臂長的方式個人是不太認同，因為機器人高速跑起來的時候，一關(guān)節(jié)不停的做高速回來擺動，強度跟剛度都要比較好，把一關(guān)節(jié)分成了三段然后會螺釘鎖起來，會降低剛度，有可能會導(dǎo)致震動發(fā)現(xiàn)。當然這只是我個人從技術(shù)角度YY，也許柯馬已經(jīng)解決了這個問題。# Y2 f M. Z' K# E0 u
不過呢，必須要肯定的是，這種一套模塊通用不同類型的機器人的理念確實挺有創(chuàng)意，而且柯馬以前的主要行業(yè)都是汽車行業(yè)，機器人都中大型的六軸，配色都是紅色，工業(yè)設(shè)計比較一般，相同規(guī)格的機器人要厚重不大，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機器人。設(shè)計上呢，這款SCARA還是延續(xù)了FANUC一慣的小黃人設(shè)計，配色也挺不錯。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)品有兩個特點。 第一，機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)計想法，這樣設(shè)計的好處是作線工藝會好很多，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)計也有一些缺點，首先當然是成本，定制這樣的線纜的成本可不是蓋的，因為線與線之間是要做屏蔽的，工藝非常復(fù)雜（這里有知識點就太多太多了，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，因為是一體的線纜，而且線還是挺粗的，之前有一個線纜廠商帶過樣品給我看過，這樣粗的線纜轉(zhuǎn)變半徑會很大，撓曲性能會降低很多，而SCARA的線纜隨著機器人的動作是會來回撓曲的，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初沒有使用這種方案。所以既然FANUC采用了這個方案，肯定有相應(yīng)的解決方案，不知實際效果如何。挺期待的。 第二，隨著這款機器人的發(fā)布，F(xiàn)ANUC同時推出一另一個理念，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。
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發(fā)表于 2017-12-23 13:01:46
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