本帖最后由 ww112358134711 于 2018-1-22 12:35 編輯
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按照慣例前面都有一段廢話 SCARA的易與難 SCARA機(jī)器人是多關(guān)節(jié)機(jī)器人中比較簡單的一款機(jī)型。說它簡單，是因?yàn)橹挥?個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)相對簡單，而且通用型的SCARA的設(shè)計(jì)概念已經(jīng)比較清晰，也比較公開，所以門檻很低，是這兩年很多新興的機(jī)器人公司選擇最先開發(fā)的產(chǎn)品，而且價(jià)格越做越低，個(gè)別售價(jià)低到我懷疑人生~~~ 說SCARA難，是因?yàn)榇蠹矣心抗捕茫@么多年過去了，市場上還是EPSON獨(dú)占鰲頭，其他國產(chǎn)品牌望塵莫及。說到底原因是SCARA結(jié)構(gòu)雖簡單，但在細(xì)節(jié)上卻有很多坑。這不是買份圖紙或者拆幾臺EPSON的機(jī)器人就可以GET到的。哪怕兩家選用一模一樣的零部件，不同的工藝生產(chǎn)的機(jī)器人也很可能相去甚遠(yuǎn)。 今天我們要講的就是，以通用SCARA為例，大家使用的都是類似的零部件，那么不同廠家的差異性在哪里，從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)，有哪些坑是很可能會遇到的。 這一篇知識點(diǎn)也會比較雜，有些可能不太好理解，我盡量請通俗一點(diǎn)。 Question1 ![]() 設(shè)計(jì)需求設(shè)定 這是SCARA設(shè)計(jì)的第一步，首先得知道你設(shè)計(jì)的SCARA面向的哪些客戶，面向哪些應(yīng)用。細(xì)一點(diǎn)說就是SCARA的臂長、負(fù)載、精度、防護(hù)等級等等，具體隨便找一個(gè)廠家去看他們的宣傳手冊就知道有哪些參數(shù)。合理的設(shè)計(jì)需求很重要，設(shè)計(jì)機(jī)器人的最終目的就是賣出去，這不是做科研，去挑戰(zhàn)極限，而且是追求合理。所以一般要先做市場調(diào)研，挑清楚自己想在做哪一塊再動手。 目前來說，3~6KG的SCARA是市場上做得最多的SCARA，競爭相當(dāng)慘烈！這里其實(shí)很多人寫過，我就不多廢話。 臂長布局 SCARA的臂長布局有三個(gè)，A軸、B軸、Z軸。A軸即一關(guān)節(jié)，B軸是二關(guān)節(jié)，Z軸就是花鍵絲桿（我們不講絲桿和花鍵分離的設(shè)計(jì)）。大多數(shù)廠家都會按負(fù)載來區(qū)分系列，同一系列有不同展長。比如QKM的Athena系列（簡稱AH）SCARA，最大負(fù)載6KG，臂長有450、500、650可選。一般的做法是有一個(gè)基本款，然后通過改變一關(guān)節(jié)的長度去衍生其他型號。而基本款的臂長一般是對半。還是以QKM的AH系列為例，基本款為AH-500，即A軸、B軸都是250mm，而其他兩個(gè)型號AH-450和AH-650都是二關(guān)節(jié)不變，改變一關(guān)節(jié)的長度來實(shí)現(xiàn)。 A軸=B軸是工作空間占有率（注意不是工作空間大�。┳畲蟮呐浜�。置于為什么不同臂長是改變一關(guān)節(jié)長度而不是二關(guān)節(jié)長度呢？原因很簡單，二關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)比一關(guān)節(jié)要復(fù)雜得多，所以二關(guān)節(jié)的開模費(fèi)和機(jī)加費(fèi)也比一關(guān)節(jié)貴多了。像AH系列的一關(guān)節(jié)采用的是鋁型材拉伸的方式，連重新開模都省了，只需要切不同長度的鋁型材就好了，當(dāng)然，這也不是我們平時(shí)看到的是鋁型材，是自己設(shè)計(jì)開模的。 Question2 ![]() Question3 ![]() 電機(jī)選型 電機(jī)是SCARA機(jī)器人驅(qū)動部件。也是決定機(jī)器人性能的主要零部件之一。同等規(guī)格的SCARA在電機(jī)功率選型上基本都相同，只是品牌不同，慣量、扭矩、性能略有不同而已。 那不同品牌的電機(jī)的差別在哪里呢？（注意，如果只是電機(jī)與電機(jī)來比個(gè)高下的話，那還是一句老話，一分錢一分貨。不過呢，我們要評判的機(jī)器人整體性能，所以并沒有必要追求極致。） 最高轉(zhuǎn)速：750W以下的電機(jī)，大多數(shù)的最高轉(zhuǎn)速有5000RPM和6000RPM，個(gè)別會更高。這在之前講cycle time的時(shí)候已經(jīng)講過，最高轉(zhuǎn)速對cycle time的影響非常有限，而且也受諧波減速機(jī)的限制，諧波減速機(jī)不一定可以承受很高的輸入轉(zhuǎn)速，越大號的減速機(jī)最大輸入轉(zhuǎn)速越低。 輸出扭矩曲線：這是一個(gè)很重要的品牌差距。我們專門買了一臺專業(yè)測試電機(jī)性能的儀器，對不同品牌電機(jī)輸出扭矩與速度的變化關(guān)系。我們都知道，額定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)的輸出扭矩是比較穩(wěn)定的，不同品牌差距不大，但過了額定轉(zhuǎn)速，就是秀肌肉了。隨著轉(zhuǎn)速的提升，扭矩會隨之下降，好的電機(jī)扭矩下降會比較平緩，而差一點(diǎn)的電機(jī)幾乎是斷崖式的下降。扭矩下降就意味著加速度上不去，速度自然上不去。 發(fā)熱：能量傳遞效率也是品牌差距所在。效率越低意味著有用功越少，那損失的能量去哪里了呢？大部分都轉(zhuǎn)化為熱能。對于小型機(jī)器人來說，“散熱”是非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)，因?yàn)榭臻g緊湊，各個(gè)部件都靠得比較近，會相互影響。所以如果電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，那么在高速運(yùn)動時(shí)，一旦溫度過高，電機(jī)轉(zhuǎn)子漆包線表皮過熱熔化，電機(jī)就是短路掛了。另一方面，電機(jī)的熱會傳遞給減速機(jī)，對諧波減速機(jī)來說，溫度過高，會導(dǎo)致油脂變質(zhì)，大大增加磨損，指不定什么時(shí)候就掛了。 慣量比：在做設(shè)計(jì)時(shí)，還要注意一個(gè)負(fù)載慣量比問題。即機(jī)械臂的所有負(fù)載（包含設(shè)計(jì)負(fù)載與機(jī)械臂本身）經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)之后折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量與轉(zhuǎn)子本身慣量的比例。一般是轉(zhuǎn)子的N倍。聽不懂的請百度有相關(guān)專業(yè)論文。通俗來說，就是指控制的難易程度或響應(yīng)程度，倍數(shù)越小，越容易控制，響應(yīng)越快，比如機(jī)床上的慣量比一般比會比較小。對機(jī)器人來說，自然也是越小越好，但實(shí)際比較難實(shí)現(xiàn)，所以有一個(gè)相對比較好的經(jīng)驗(yàn)值，需要自己搜索（此處省略幾十字）。 體積：不同品牌的電機(jī)有時(shí)體積還挺大，特別是國產(chǎn)電機(jī)，很多時(shí)候會比同等規(guī)格的進(jìn)口電機(jī)屁股長出一段，這會很影響機(jī)械設(shè)計(jì)。SCARA相對還好一點(diǎn)點(diǎn)，但如果你去看國產(chǎn)的六軸，就會發(fā)現(xiàn)不少國產(chǎn)六軸的后面是小蠻腰，前端卻托著個(gè)大餅?zāi)槪?56軸太肥了，慣量要大很多，就是因?yàn)殡姍C(jī)太長的緣故。圖就不好放上來了，萬一為看出是什么品牌我就要挨罵了。大家自行搜圖。 減速機(jī)選型 這絕對是SCARA本體的第一大坑，沒有之一！沒有之一！沒有之一！小型SCARA一般只有J1、J2軸會用減速機(jī)，而且是用諧波減速機(jī)，原因是諧波減速機(jī)體積小，精度高。 但是諧波減速機(jī)在使用上有非常非常非常多的細(xì)節(jié)問題。首先是品牌差異，目前國內(nèi)做諧波的有很多家，其中做得比較大的也有幾家，不同品牌之間，由于齒型不同、零部件不同、加工工藝不同，有相當(dāng)大的差異；其次，諧波裝配的好壞與客戶有非常大的關(guān)系。諧波的裝配要求說到底只有一個(gè)，就是波發(fā)生器與剛?cè)彷喭S要求，但是要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，那要考慮的東西就多了。 所以業(yè)內(nèi)有不少人都感嘆，明明與四大家族用的是都是HD的減速機(jī)，但是壽命和性能就是不一樣。這就是因?yàn)檠b配零件的設(shè)計(jì)和裝配工藝不同導(dǎo)致。 在減速機(jī)裝配上，我們花了好幾年，遇到各種各樣的坑才最終搜索出一套諧波的裝配方法與設(shè)計(jì)方法。裝配10套是一回事，裝配100、1000套那就是完全不同的概念了。 所以假設(shè)你的SCARA還在樣機(jī)階段，沒什么問題，別高興得太早，后來有的是坑在等著你。如果你已經(jīng)批量，而且正在遇到漏油、卡滯、異響、壽命短等問題，淡定，這不是你們家獨(dú)有的問題，用諧波的人都遇到過，把坑一個(gè)一個(gè)填平了就穩(wěn)定了。不過，有一個(gè)前提是，巧婦難為無米之炊，如果你用的是特別便宜的國產(chǎn)品牌，那恭喜你，認(rèn)命吧，他們自己也沒搞清楚諧波是怎么回事。 Question4 ![]() Question5 ![]() 同步帶同步輪 同步帶同步輪是常用減速比比較小的地方。在SCARA上常用在J3、J4軸。在本體的成本構(gòu)成中，同步帶同步輪的成本占比很小。但是有一些小細(xì)節(jié)也要注意。比如防止買到假貨（特別是3M，那做的人太多了），比如如何調(diào)整張力、比如同步帶的磨損問題、張力下降問題~~ 絲桿花鍵 絲桿花鍵是SCARA也是SCARA的重要零部件。而且，由于制作困難，不管是國內(nèi)還是國外，做的人都非常少，可能是有些關(guān)鍵工藝沒有解決。所以客戶的選擇性也不多，能用的就那么幾家。安裝上也基本類似，品牌差異主要是在精度與產(chǎn)品一致性。 絲桿花鍵最大的坑其實(shí)是在維護(hù)這一塊，絲桿花鍵是需要定期潤滑保養(yǎng)的。但是，使用者經(jīng)常會忘記懶得保養(yǎng)，導(dǎo)致滾珠/滾道磨損，縮短壽命。 Question6 ![]() Question7 ![]() 散熱 散熱設(shè)計(jì)是小型機(jī)器人的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。因?yàn)樾⌒蜋C(jī)器人內(nèi)部空間很小，電機(jī)、減速機(jī)等發(fā)熱部件很靠近，彼此影響。特別是防護(hù)等級達(dá)到IP65的設(shè)計(jì)，因?yàn)閮?nèi)部與外部的空氣不流通，熱量無法散出，所以只能通過內(nèi)部空氣以及本體散熱。因此，如何想辦法把內(nèi)部熱量均勻散開，而不是聚集在一起，就是設(shè)計(jì)關(guān)鍵。否則就是我之前講過的，也許你瞬間速度很快，但是跑一段時(shí)間，熱量上來了，機(jī)器人就會過熱，輕者報(bào)警、重者直接掛了。. i* d; J3 {9 a3 d4 c8 e ~# i+ T
生產(chǎn) 這也是每一家都會遇到的坑，而且是大坑。 在機(jī)器人研發(fā)階段，樣機(jī)少，一般是由研發(fā)人員裝配，因?yàn)閷Ξa(chǎn)品很熟，有專業(yè)素養(yǎng)，所以裝配效果會比較好。但是，一旦進(jìn)入量產(chǎn)階段，就大不一樣了。工人對產(chǎn)品不一定了解，而且不同工人的專業(yè)素養(yǎng)不同，所以裝配出來的結(jié)果會有很大差異。因此，模塊化的設(shè)計(jì)、專業(yè)的培訓(xùn)、嚴(yán)格的品質(zhì)把握就非常重要。 生產(chǎn)量每上一個(gè)數(shù)量級，就是一個(gè)鬼門關(guān)，很容易批量品質(zhì)問題。牢牢記住一個(gè)點(diǎn)就是，在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，人是最不穩(wěn)定的因素，人是最不可控的，是最容易出現(xiàn)問題的地方。 Question 8 ![]() 最后說兩句
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上面從立項(xiàng)到生產(chǎn)，可能說得有點(diǎn)雜了，某些重要的，比如減速機(jī)，后面我再整理一下，把能夠公開的再系統(tǒng)講一次，敬請期待。 / u) H+ S9 |/ a0 U+ ]& }9 B/ r
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發(fā)表于 2018-1-22 12:33:49
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問題專業(yè)，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
我們造的是直驅(qū)電機(jī)的scara機(jī)械臂。沒有了減速機(jī)。精度比減速機(jī)高。壽命也比減速機(jī)長多了。
