機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題: 沒遇到這些坑，你都不好意思說你設(shè)計(jì)過SCARA [打印本頁]
作者: ww112358134711 時(shí)間: 2018-1-22 12:33
標(biāo)題: 沒遇到這些坑，你都不好意思說你設(shè)計(jì)過SCARA
本帖最后由 ww112358134711 于 2018-1-22 12:35 編輯
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# p, ~; Q, x, P: @3 n0 K' o[attach]444730[/attach]按照慣例前面都有一段廢話
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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)。
[attach]444736[/attach]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(dòng)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小）最大的配合。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(dòng)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(dòng)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。
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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。
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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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# L" K! J; b0 W" L3 Z6 d9 k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。
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作者: 鷹頭貓 時(shí)間: 2018-1-22 13:05
原來SCARA這么多坑...
作者: 阿狂 時(shí)間: 2018-1-22 14:23
好多圖片顯示不出來啊。
作者: 454141017 時(shí)間: 2018-1-22 16:30
輕型的仿SCARA，分割器轉(zhuǎn)臺，立柱升降，同步帶帶動(dòng)B擺臂和Z軸。湊合著自己用。
作者: xiaobing86203 時(shí)間: 2018-1-22 18:03
最近用了一款安川的小機(jī)器人GP7，感覺這類小機(jī)器人都比較坑啊，占地布局沒節(jié)省，工作半徑又比較小，所以有看到的社友需注意了，這類小型機(jī)器人只適合吊裝啊。
作者: 曉昀 時(shí)間: 2018-1-22 18:42
機(jī)器人發(fā)展還有很長的一段路要走。不論從技術(shù)，配套商，生產(chǎn)制造還是市場和人才，還處在摸索發(fā)展階段。0 k0 a2 J# W5 L( w3 e
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樓主整理的知識非常好，能夠給不了解這個(gè)行業(yè)的人一個(gè)拋磚引玉的作用。
作者: 1309537392 時(shí)間: 2018-1-23 11:27
長知識了
作者: 未來機(jī)關(guān) 時(shí)間: 2018-3-8 10:44
我是做scara機(jī)械臂的。樓主說的真的太對了，減速機(jī)問題太多了。于是
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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。2 a- N* [: Z2 N7 P
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作者: wanglin222 時(shí)間: 2018-3-8 10:57
, l7 O6 D2 v! K* L. C! \9 C5 ^" f直驅(qū)電機(jī)精度怎么保證？& h) j' ?% a; B8 h( }) K. N l
作者: 小蔡 時(shí)間: 2018-3-8 11:15
8樓的兄弟，電機(jī)直驅(qū)的話，電機(jī)的功率要大很多吧，而且停止時(shí)的精度能達(dá)到要求嗎？
作者: 未來機(jī)關(guān) 時(shí)間: 2018-3-9 11:20
% b7 ?$ I4 k$ i" _ l: b9 ]; N+ n精度依靠編碼器的反饋保證。實(shí)測，重復(fù)定位精度小于1個(gè)絲。比減速機(jī)的好多了。減速機(jī)的在外力作用下，本身的彈性還會導(dǎo)致很大的誤差。而直驅(qū)的，因?yàn)樽鰧?shí)時(shí)的反饋，所以外力作用下也能保證精度。外力的情況下，精準(zhǔn)定位時(shí)間會長一點(diǎn)。0 Z* E+ f8 Z/ D; j% W
作者: 未來機(jī)關(guān) 時(shí)間: 2018-3-9 11:23
本帖最后由 未來機(jī)關(guān) 于 2018-3-9 11:26 編輯 & D, F7 M. D" l6 o5 V/ {8 X
; A& V) ? ^; Q. a* S0 G6 r- Y電機(jī)的功率是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積。電機(jī)是高轉(zhuǎn)矩，低速度的電機(jī)。因?yàn)闆]有諧波減速機(jī)的發(fā)熱損耗，總的輸入功率不到100W。非常省電。比諧波減速機(jī)的功率小很多。停止的時(shí)候，比諧波的更穩(wěn)。諧波輸出是柔輪，本身有彈性。直驅(qū)沒有這個(gè)彈性環(huán)節(jié)了，定位時(shí)間更短。實(shí)際用百分表打過表，非常爽。
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作者: 未來機(jī)關(guān) 時(shí)間: 2018-3-30 15:34
產(chǎn)品，已經(jīng)開始賣了，請各位多多捧場。如果有興趣，可以做代理。合作方式很多。[attach]449549[/attach]
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作者: 而咚 時(shí)間: 2018-3-31 19:13
多謝分享，正在做畢設(shè)，來學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)* V: k1 l( q7 G- E
作者: 藍(lán)zuzu 時(shí)間: 2018-4-15 12:02
不錯(cuò)
作者: 啊！同目 時(shí)間: 2018-4-16 10:26
很厲害??！學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: lixingbiao1203 時(shí)間: 2018-5-10 14:28
厲害了
作者: 翁進(jìn)賢 時(shí)間: 2018-5-26 13:18
學(xué)習(xí)了
作者: newlaw2008 時(shí)間: 2018-5-31 21:45
( n5 |, F5 @$ n. H& n電機(jī)直驅(qū)，不采用減速機(jī)，需要伺服電機(jī)的性能超強(qiáng)，輸出轉(zhuǎn)矩是最大的問題啊，請問你們是用的什么牌子的電機(jī)呢？- v0 {1 A1 z( K J
作者: 韓良佐 時(shí)間: 2019-2-19 14:26
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長知識了
作者: billgong333 時(shí)間: 2019-2-21 13:25
這個(gè)機(jī)械臂看著簡單，實(shí)際要設(shè)計(jì)的間隙小，精度高，還是很難的
作者: 漠舞 時(shí)間: 2019-2-21 17:06
& t0 u& v# c" N' d5 A B機(jī)器人發(fā)展還有很長的一段路要走。不論從技術(shù)，配套商，生產(chǎn)制造還是市場和人才，還處在摸索發(fā)展階段。7 a, v6 f( n$ k5 a0 z' ?* P2 s' f3 l9 }2 Q3 x
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9 t9 U2 c( [$ ]# Q% H樓主整理的知識非常好，能夠給不了解這個(gè)行業(yè)的人一個(gè)拋磚引玉的作用。
作者: 風(fēng)仔很忙 時(shí)間: 2019-2-21 23:06
哦~
作者: TracyM123 時(shí)間: 2019-7-30 09:19
不錯(cuò)不錯(cuò)?。。。。。。。。。?！
作者: 老沈zj 時(shí)間: 2020-6-28 11:23
) L/ a8 k0 B1 M這個(gè)機(jī)械臂公差怎么定??？大概控制在多少左右，才能控制精度在±0.01mm左右; s- ] U4 B! {; [: R
作者: aflyq 時(shí)間: 2020-8-3 10:01
我想請教一下關(guān)于scara的精度不穩(wěn)定問題，以及解決辦法，有誰知道嗎？
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作者: liuyong453 時(shí)間: 2020-8-3 16:34
) Z9 t ], K+ r感覺有點(diǎn)反人類的設(shè)計(jì)。直驅(qū)能做好！假如1：100的諧波，我是不是可以理解為電機(jī)功率要放大100倍。這100倍的電機(jī)的成本應(yīng)該會比諧波不知道重了多少，同時(shí)成本會低嗎？？？？？
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作者: 0388 時(shí)間: 2020-11-10 09:24
謝謝分享
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