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(jiǎn)單的一款機(jī)型,。說(shuō)它簡(jiǎn)單,，是因?yàn)橹挥?個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(shuō)SCARA難,，是因?yàn)榇蠹矣心抗捕�,，這么多年過(guò)去了，市場(chǎng)上還是EPSON獨(dú)占鰲頭,，其他國(guó)產(chǎn)品牌望塵莫及,。說(shuō)到底原因是SCARA結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)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(tái)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(huì)遇到的。 這一篇知識(shí)點(diǎn)也會(huì)比較雜,，有些可能不太好理解,，我盡量請(qǐng)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(shuō)就是SCARA的臂長(zhǎng),、負(fù)載,、精度、防護(hù)等級(jí)等等,，具體隨便找一個(gè)廠家去看他們的宣傳手冊(cè)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(chǎng)調(diào)研,，挑清楚自己想在做哪一塊再動(dòng)手。 目前來(lái)說(shuō),，3~6KG的SCARA是市場(chǎng)上做得最多的SCARA,，競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)慘烈！這里其實(shí)很多人寫過(guò),，我就不多廢話,。 臂長(zhǎng)布局 SCARA的臂長(zhǎng)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(huì)按負(fù)載來(lái)區(qū)分系列,，同一系列有不同展長(zhǎng),。比如QKM的Athena系列（簡(jiǎn)稱AH）SCARA，最大負(fù)載6KG,，臂長(zhǎng)有450,、500、650可選,。一般的做法是有一個(gè)基本款,，然后通過(guò)改變一關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度去衍生其他型號(hào),。而基本款的臂長(zhǎng)一般是對(duì)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(hào)AH-450和AH-650都是二關(guān)節(jié)不變，改變一關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度來(lái)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�,。┳畲蟮呐浜稀Ｖ糜跒槭裁床煌坶L(zhǎng)是改變一關(guān)節(jié)長(zhǎng)度而不是二關(guān)節(jié)長(zhǎng)度呢,？原因很簡(jiǎn)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(zhǎng)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(lái)比個(gè)高下的話,，那還是一句老話，一分錢一分貨,。不過(guò)呢,，我們要評(píng)判的機(jī)器人整體性能，所以并沒(méi)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(huì)更高,。這在之前講cycle time的時(shí)候已經(jīng)講過(guò),，最高轉(zhuǎn)速對(duì)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(hào)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(tái)專業(yè)測(cè)試電機(jī)性能的儀器,，對(duì)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(guò)了額定轉(zhuǎn)速,，就是秀肌肉了,。隨著轉(zhuǎn)速的提升，扭矩會(huì)隨之下降,，好的電機(jī)扭矩下降會(huì)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(duì)于小型機(jī)器人來(lái)說(shuō),，“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(huì)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(guò)高,，電機(jī)轉(zhuǎn)子漆包線表皮過(guò)熱熔化，電機(jī)就是短路掛了,。另一方面,，電機(jī)的熱會(huì)傳遞給減速機(jī)，對(duì)諧波減速機(jī)來(lái)說(shuō),，溫度過(guò)高,，會(huì)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(wèn)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(guò)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(tīng)不懂的請(qǐng)百度有相關(guān)專業(yè)論文。通俗來(lái)說(shuō),，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(huì)比較小,。對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō),，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(duì)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(guó)產(chǎn)電機(jī),，很多時(shí)候會(huì)比同等規(guī)格的進(jìn)口電機(jī)屁股長(zhǎng)出一段，這會(huì)很影響機(jī)械設(shè)計(jì),。SCARA相對(duì)還好一點(diǎn)點(diǎn),，但如果你去看國(guó)產(chǎn)的六軸，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不少國(guó)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(zhǎng)的緣故,。圖就不好放上來(lái)了,，萬(wàn)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(duì)是SCARA本體的第一大坑,，沒(méi)有之一！沒(méi)有之一,！沒(méi)有之一,！小型SCARA一般只有J1、J2軸會(huì)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(wèn)題,。首先是品牌差異,，目前國(guó)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(shuō)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(méi)什么問(wèn)題，別高興得太早,，后來(lái)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(wèn)題,，淡定，這不是你們家獨(dú)有的問(wèn)題,，用諧波的人都遇到過(guò),，把坑一個(gè)一個(gè)填平了就穩(wěn)定了。不過(guò)，有一個(gè)前提是,，巧婦難為無(wú)米之炊,，如果你用的是特別便宜的國(guó)產(chǎn)品牌，那恭喜你,，認(rèn)命吧,，他們自己也沒(méi)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(wèn)題,、張力下降問(wèn)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(guó)內(nèi)還是國(guó)外，做的人都非常少,，可能是有些關(guān)鍵工藝沒(méi)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(rùn)滑保養(yǎng)的,。但是，使用者經(jīng)常會(huì)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(jí)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(wú)法散出,，所以只能通過(guò)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(guò)的,，也許你瞬間速度很快,，但是跑一段時(shí)間，熱量上來(lái)了,，機(jī)器人就會(huì)過(guò)熱,，輕者報(bào)警、重者直接掛了,。
* q# f# ~6 Z4 z# F) E; t& l2 w 生產(chǎn) 這也是每一家都會(huì)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?duì)產(chǎn)品很熟,，有專業(yè)素養(yǎng),，所以裝配效果會(huì)比較好。但是,，一旦進(jìn)入量產(chǎn)階段,，就大不一樣了。工人對(duì)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(lái)的結(jié)果會(huì)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(jí),，就是一個(gè)鬼門關(guān)，很容易批量品質(zhì)問(wèn)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(wèn)題的地方,。 Question 8 ![]() 最后說(shuō)兩句
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8 M0 i/ R+ k' ^ R! s+ j上面從立項(xiàng)到生產(chǎn)，可能說(shuō)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(qǐng)期待。 9 y8 ]* E5 E7 Y' R4 j+ B4 e
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發(fā)表于 2018-1-22 12:33:49
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問(wèn)題專業(yè),，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
我們?cè)斓氖侵彬?qū)電機(jī)的scara機(jī)械臂,。沒(méi)有了減速機(jī)。精度比減速機(jī)高,。壽命也比減速機(jī)長(zhǎng)多了,。4 y& ?+ N" \* x
