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要问2017年什么机器人最火，那当然非SCARA机器人莫属。除了得益于3C行业、新能源行业的爆发，SCARA机器人以其高速、高精度、高性价比的特点倍受市场欢迎。因此，16和17年，SCARA的出货量非常巨大，想分这块大蛋糕的厂家也如雨后春笋，价格战更是非常惨烈！！以前也有文章盘点过SCARA机器人，但都不过是讲厂家、出货量或者一些来自厂家的宣传语而已，外行人看看就算了，对行内人来说，实在没有什么看点。今天，我们就从机器人研发工程师的角度，来盘点一下，在SCARA机器人中，有哪些值得我们的关注的产品。讲得好，点个赞，转发给有需要的人，讲得不好，就一笑置之哈。 全球第一台直驱的SCARA机器人 $ R" e6 G& f; c
' m! B/ d. J1 i% U6 Z" R, O 1984年，世界上第一台直驱的SCARA机器人——AdeptOne在Adept诞生。所谓直驱，就是电机直接驱动手臂，省去了中间的齿轮或链条等传动机构。优点是，没有了传动系统造成的摩擦、齿隙和低刚度等弱点，提高了响应速度和精度。这在当时名噪一时。然而，直驱的缺点也是显而易见的。首先，是体积，由于要提供很大的力矩，所以机器人的电机体积都特别大；其次，由于是高刚性的传动，所以末端的振动很容易传遍机器人全身，简单地说，你在末端敲一下，电机马上就感觉到了，需要马上进行调整，所以可能整个机器人都会抖起来。 而且实际上伺服电机是停不下来的。如果你在伺服电机上电之后仔细去观察电机的编码器的数值的话，你会发现这个数值并不是稳定的，而是会在正负一个脉冲在那里跳来跳去，这是因为他在不停地微调自己的位置，而不是像步进电机一样，步进步进，就是我给你多少个脉冲你就走多少步然后停下来不动了。所以臂长短还看不出来，臂长一长，那你就会看到机器人会一直在那里抖，停不下来的。平时我们看不到，是因为加了减速机，减速机内部微小的间隙和柔性平衡了这个间隙，所以末端感觉不出来。; m% Y- S% p* B) ?/ b% M
随着机器人的发展，AdeptOne很快也退出舞台了，不过他的影响还是很深远的。 曾经全球最快的SCARA
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% t! d v7 u4 j/ R& g 前面我们讲了AdeptOne有很多硬伤，傻大笨粗，所以后来Adept又推出另一款桌面型的SCARA——Cobra。为什么叫Cobra（眼镜蛇）呢，这其实跟SCARA的外观设计有关。在Cobra之前，SCARA的J2、J3、J4轴的电机布局一般是下面这种直线式分布。 然而，Cobra的设计团队（据说只有两个人~~~~人家的设计团队 ）通过仿真计算，找到了新的布局。如下面所示，让三个电机呈三角形分布。这样布局的好处是，电机更靠后，重心收回来了，惯量更小了，机器人自然也更快了。2 |' C$ `/ p: R' A0 O; j4 ?0 `
由于这样的布局，使得二关节看起来有点像三角形一样，有点像眼镜蛇，所以他们就给这个SCARA取名为Cobra。 这样的布局出来之后是一鸣惊人的，当年Adept放出Cobra的宣传视频，一个吸弹珠的视频，很多人都认为Adept是加速了的，因为实在太快了。即使是这么多年过去了，这个视频在现在看来依然是不可思议的，至今能超越的人也不多，是一个里程碑式的产品。 8 j. u6 h2 F4 K8 {
SCARA行业的武林盟主 , h8 o$ g9 o/ R t6 a
讲完了SCARA的前辈，要讲回现实中的武林盟主了。在SCARA厂家中，有且只有一个武林盟主，就是大名鼎鼎的EPSON。EPSON长期占据着SCARA机器人的大部分市场，最早是设计给自家工厂装配手表，后来成熟了就单独作为产品推向市场，从此天雷滚滚，长期霸占武林盟主的地位就是不退休。 EPSON的SCARA种类是业界最全的，从长到短，从大到小，从轻到重，从正装到倒装，无所不有，满足所有的应用。而且，EPSON把SCARA的性价比可以说做到了极致，工业设计方面相对其他厂家会比较简洁（我只能这么斯文地说），以实用为第一准则。也有个别产品就有点不走心（后面有槽点）。但是人家是盟主啊，盟主有定价权，再加上所使用的电机、减速机、丝杆全部是从日本本土采购，简直白菜价，所以其主打产品在中国的最低售价可以非常低，几乎是国产品牌的成本价。所以盟主一声令下，降价，SCARA界就得死一批人。这也是为什么价格战这么惨烈，为了压缩成本，国产品牌当然要寻找本土关键零部件，更有甚者是只问低价，不管性能，价格做得非常非常低，不过这样的机器人，谁用谁知道。 最快的SCARA 1 z# N2 \6 _: ?9 f5 w, ]- O
Staubli的这款TP80是我目前知道的最快的SCARA，一分钟可以抓取200次以上，秒杀其他所有品牌，特别是一般的SCARA只能做小范围的高速运动，一旦距离比较长，SCARA可以需要换手（自己去百度），而左右手换手的时候惯量太大，一般机器人都需要降速，而Staubli是直接高速甩过去，所以他不仅短距离节拍很快，长距离的节拍也非常高，往尖莫及。另外，工业设计也做得非常好，非常有科技感。 不过呢，高手也有弱点。这款SCARA并不是通用的SCARA，是有不少应用限制。首先，额定负载只有0.5KG，最大负载1KG（额定负载是指在这个负载下你可以全速跑，超过这个负载速度会有相应的降低），这也是它会如此之快的原因，完全轻量化的设计。其次，由于独特的设计，J2轴电机拉回了基座里面，降低了前面的重量，但是J2轴的设计就变得复杂很多了，电机功率也增大了，这直接影响了生产难度和成本，因为这一款的售价也是杆杆的，而且产量也不高，因为装配实在太难了。另外，由于臂长达到了800mm，这款机器人的重复定位精度降到了0.05mm，这也决定了它只合适于做轻量、中精度的分拣动作。不过不管怎样，这款SCARA也的确让人眼光一亮。非常典型的工业精品。 最漂亮的SCARA 2015年在日本IREX展上我第一次看到这一款机器人就被深深吸引住，实在太漂亮了。这绝对是我见过的最漂亮的SCARA，没有之一。整个造型看起来非常简洁，但是线条非常顺畅，非常好看。尽管暂时不知道实际性能如果，当时在展会上没有看到高速跑，可能是出于安全原因，但是光是这个外形就足以迷倒众多客户。目前在中国似乎还没有开卖，暂时不知性价比如何。 全球第一款无控制柜的SCARA 这是李群在2013年发布的一款产品。在性能上面，这款机器人主要对标国外一线品牌，性能上仅仅是追求持平，而且并不只是宣传上的持平，作为见证者，后面我们会讲这款机器人的性能参数是怎样一项一项测试通过的。而正是由于对每一个参数的认真负责，这款机器人的研发周期居然长达两年。这对国内市场来说是不可思议的。 这个先不废话。这款产品最大的特点是没有外置的电控柜。一般来说，机器人会分为两个部分——机械本体和电控柜。这会有不少麻烦，首先，一般电控柜的体积一般会比较大，比较占空间，其次，一般电控柜的防护等级都比较低，一般只有IP31（不知什么是IP等级的请自行百度），而机器人可以做到P65，这就意味着如果机器人放到一个需要IP65的环境，那就需要额外对电控柜进行防护，另外，机器人与电控柜之间有两条很粗的线缆，一条动力线，一条通讯线缆，这两条线缆一般都是定制，想要做好可是非常容易，特别是干扰这一块，线缆越长，防护越难。而李群的理念是把电控柜整个塞到了机器人基座里，这样一来，把机器人一放，只要一条小细的电源线缆就可以上电，省了很多麻烦。 不过呢，客观来说，正是由于电控柜整个塞里了基座里，尽管李群的控制系统已经非常小，但是放到SCARA的基座里还是让基座看起来比一般SCARA要高一些。这在一定程度上会影响到客户的机台设计，需要把机器人底座根据工况做低一些。这也是这款产品小小瑕疵。不过呢，随着QKM新一代控制系统的面世，体积会进一步压缩，高度会有显著和降低。 全球第二款无控制柜的SCARA 今年，EPSON发布了他们的首款驱控一体的机器人T3系统，也把电控柜塞到了基座里面。也李群不同的是，这款机器人采用的是比较新颖的低压电机，这会使得控制系统更小，成本更低，但随之牺牲的是速度和精度，比同规格的LS3要降一个档次，这可谓EPSON针对中国和3C行业的高性（qi）价（gai）比（ban）款。) o" r% E _ X1 a# V; i
性能这方面先不说，在低压电机中，这个性能还是相当不错的，这款机器人最大的槽点是它的工业设计。当时看到这款机器人时，我的内心是崩溃的，这是什么鬼，我们的武林盟主怎么了，这工业设计也太不走心了，这不就是在LS3上面放一个铁柜吗？武林盟主没钱出粮所以手下偷懒吗？这实在不像我们千人景仰的行业城主啊！！太伤我幼小的心灵了。 最多变的SCARA 柯马的SCARA机器人简直就是SCARA界的变形金刚。创（sang）意（xin）十（bing）足（kuang）地把不同臂长、正装倒装、臂装几种不同类型的SCARA设计成由相同的模块去拼装。客户想怎么换就怎么换。对于这款机器人的性能目前暂时不是特别清楚，不过通过在中间加一个延长杆的方式去改变臂长的方式个人是不太认同，因为机器人高速跑起来的时候，一关节不停的做高速回来摆动，强度跟刚度都要比较好，把一关节分成了三段然后会螺钉锁起来，会降低刚度，有可能会导致震动发现。当然这只是我个人从技术角度YY，也许柯马已经解决了这个问题。- D3 J( B8 S: H- K# D
不过呢，必须要肯定的是，这种一套模块通用不同类型的机器人的理念确实挺有创意，而且柯马以前的主要行业都是汽车行业，机器人都中大型的六轴，配色都是红色，工业设计比较一般，相同规格的机器人要厚重不大，略显笨重。最近几年引入了黑银色，工业设计上明显走了高富帅路线，好看了很多。 最新款的SCARA SCARA今年这么火爆，作为四大家族之一的FANUC也不甘寂寞，上周就发布了他们的第一款SCARA机器人。设计上呢，这款SCARA还是延续了FANUC一惯的小黄人设计，配色也挺不错。性能方面目前知道得不多，不过呢，我从图片和介绍上留意到这款产品有两个特点。 第一，机器人本体上的线缆似乎不是采用了常见的波纹管去走线，而好像是采用了定制的一体化线缆。这是最近最新的设计想法，这样设计的好处是作线工艺会好很多，线缆由供应商定制来料，对工人要求低了。但是呢，这种设计也有一些缺点，首先当然是成本，定制这样的线缆的成本可不是盖的，因为线与线之间是要做屏蔽的，工艺非常复杂（这里有知识点就太多太多了，不同厂家的线缆有表皮材质区别，线芯材质区别，线径区别，缠绕方式区别等等等等，门道非常多。）另外，因为是一体的线缆，而且线还是挺粗的，之前有一个线缆厂商带过样品给我看过，这样粗的线缆转变半径会很大，挠曲性能会降低很多，而SCARA的线缆随着机器人的动作是会来回挠曲的，这对线芯可能还好，对屏蔽层、填充层的磨损还是比较大，这也是为什么我们当初没有使用这种方案。所以既然FANUC采用了这个方案，肯定有相应的解决方案，不知实际效果如何。挺期待的。 第二，随着这款机器人的发布，FANUC同时推出一另一个理念，就是虚拟示教器概念。意思是说，抛弃传统的示教器，转而在网页上进行示教，而网页的载体可以是PC，可以是平板，也可以是手机。
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发表于 2017-12-23 13:01:46
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