本帖最后由 ww112358134711 于 2018-1-22 12:35 編輯
$ T2 M+ s% x- _5 F( `& f) x: {8 R' Y7 O# L
按照慣例前面都有一段廢話 SCARA的易與難 SCARA機器人是多關(guān)節(jié)機器人中比較簡單的一款機型,。說它簡單，是因為只有4個自由度,，結(jié)構(gòu)相對簡單,，而且通用型的SCARA的設(shè)計概念已經(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器人公司選擇最先開發(fā)的產(chǎn)品,，而且價格越做越低，個別售價低到我懷疑人生~~~ 說SCARA難,，是因為大家有目共睹,，這么多年過去了，市場上還是EPSON獨占鰲頭,，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，但在細節(jié)上卻有很多坑,。這不是買份圖紙或者拆幾臺EPSON的機器人就可以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)的機器人也很可能相去甚遠,。 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)計到量產(chǎn)，有哪些坑是很可能會遇到的,。 這一篇知識點也會比較雜,，有些可能不太好理解，我盡量請通俗一點,。 Question1 ![]() 設(shè)計需求設(shè)定 這是SCARA設(shè)計的第一步,，首先得知道你設(shè)計的SCARA面向的哪些客戶，面向哪些應(yīng)用,。細一點說就是SCARA的臂長,、負載、精度,、防護等級等等,，具體隨便找一個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)計需求很重要,，設(shè)計機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,，競爭相當慘烈！這里其實很多人寫過,，我就不多廢話,。 臂長布局 SCARA的臂長布局有三個，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）。大多數(shù)廠家都會按負載來區(qū)分系列,，同一系列有不同展長,。比如QKM的Athena系列（簡稱AH）SCARA，最大負載6KG,，臂長有450,、500、650可選,。一般的做法是有一個基本款,，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)的開模費和機加費也比一關(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,，當然,，這也不是我們平時看到的是鋁型材，是自己設(shè)計開模的,。 Question2 ![]() Question3 ![]() 電機選型 電機是SCARA機器人驅(qū)動部件,。也是決定機器人性能的主要零部件之一,。同等規(guī)格的SCARA在電機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,。 那不同品牌的電機的差別在哪里呢？（注意,，如果只是電機與電機來比個高下的話,，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,，大多數(shù)的最高轉(zhuǎn)速有5000RPM和6000RPM，個別會更高,。這在之前講cycle time的時候已經(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的限制,，諧波減速機不一定可以承受很高的輸入轉(zhuǎn)速,，越大號的減速機最大輸入轉(zhuǎn)速越低。 輸出扭矩曲線：這是一個很重要的品牌差距,。我們專門買了一臺專業(yè)測試電機性能的儀器,，對不同品牌電機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,，好的電機扭矩下降會比較平緩，而差一點的電機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。對于小型機器人來說,，“散熱”是非常關(guān)鍵的設(shè)計,，因為空間緊湊，各個部件都靠得比較近,，會相互影響,。所以如果電機發(fā)熱嚴重，那么在高速運動時,，一旦溫度過高,，電機轉(zhuǎn)子漆包線表皮過熱熔化，電機就是短路掛了,。另一方面,，電機的熱會傳遞給減速機，對諧波減速機來說,，溫度過高,，會導(dǎo)致油脂變質(zhì)，大大增加磨損,，指不定什么時候就掛了,。 慣量比：在做設(shè)計時，還要注意一個負載慣量比問題,。即機械臂的所有負載（包含設(shè)計負載與機械臂本身）經(jīng)過減速機構(gòu)之后折算到電機轉(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，比如機床上的慣量比一般比會比較小,。對機器人來說,，自然也是越小越好，但實際比較難實現(xiàn),，所以有一個相對比較好的經(jīng)驗值,，需要自己搜索（此處省略幾十字）。 體積：不同品牌的電機有時體積還挺大,，特別是國產(chǎn)電機,，很多時候會比同等規(guī)格的進口電機屁股長出一段，這會很影響機械設(shè)計,。SCARA相對還好一點點,，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，前端卻托著個大餅?zāi)槪?56軸太肥了,，慣量要大很多,，就是因為電機太長的緣故。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,，而且是用諧波減速機,，原因是諧波減速機體積小，精度高,。 但是諧波減速機在使用上有非常非常非常多的細節(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,，就是波發(fā)生器與剛?cè)彷喭S要求,，但是要實現(xiàn)這個目的，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，但是壽命和性能就是不一樣,。這就是因為裝配零件的設(shè)計和裝配工藝不同導(dǎo)致,。 在減速機裝配上，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,，這不是你們家獨有的問題，用諧波的人都遇到過,，把坑一個一個填平了就穩(wěn)定了,。不過，有一個前提是,，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是在維護這一塊,，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)計是小型機器人的設(shè)計關(guān)鍵,。因為小型機器人內(nèi)部空間很小，電機,、減速機等發(fā)熱部件很靠近,，彼此影響。特別是防護等級達到IP65的設(shè)計,，因為內(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,，但是跑一段時間，熱量上來了,，機器人就會過熱,，輕者報警、重者直接掛了,。( T/ v, O! \- I; a2 d6 z1 z
生產(chǎn) 這也是每一家都會遇到的坑,，而且是大坑。 在機器人研發(fā)階段,，樣機少,，一般是由研發(fā)人員裝配，因為對產(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,、專業(yè)的培訓(xùn),、嚴格的品質(zhì)把握就非常重要。 生產(chǎn)量每上一個數(shù)量級,，就是一個鬼門關(guān),，很容易批量品質(zhì)問題。牢牢記住一個點就是,，在整個生產(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 ! p& f( J5 m; @9 E
6 v4 n& |) z6 r. a1 E! K) r0 y2 i
上面從立項到生產(chǎn)，可能說得有點雜了,，某些重要的,，比如減速機，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。
- {% }9 u3 a) X0 K+ h3 C* K* R3 ] |
發(fā)表于 2018-1-22 12:33:49
QQ好友和群
收藏
淘帖
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)電機的scara機械臂,。沒有了減速機。精度比減速機高,。壽命也比減速機長多了,。+ U* D9 v6 C! \! b; a( W
