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DELTA是并联结构中极少数被商业化的构型之一。之前讲过，自从DELTA的专利过期后，不管国内还是国外，做DELTA的公司就越来越多，每次去展会都能看到两三家新的出来，而且设计的起点也越来越高。然而，不幸的是，根据市场调查，DELTA的在中国的出货量虽然一直在增长，却一直没有爆发，在出货量上，一直是国外那几个大佬总掉了绝大部分，国产DELTA的占比实在少得可怜。 那么，到底是什么问题导致DELTA的推广进程比较慢，特别是国产DELTA为什么不像SCARA那样发展迅速呢？DELTA难在哪里？看我一一道来。  1、应用场景 DELTA的性能特点就是一个字——快。而且这个快跟SCARA还不一样。SCARA是串联机器人，在短距离的运动中，SCARA可以达到甚至超过DELTA的速度，但是当运动距离变长时，DELTA的优势就显示出来了。因为DELTA不存在像SCARA的左右换手问题，可以在整个运动空间里高速运动，这就是DELTA的优势所在。 为了达到快的目的，DELTA的运动部件都是轻量化设计，而且负载一般也比较小，超过3KG对DELTA来说就算是大负载的类型了。 在重复定位精度方面，DELTA是比较弱一点，一般是在正负0.1mm左右。当然，像前面文章里讲到的那一家把小型DELTA重复定位精度做到u级的令人发指的厂家除外。 小负载，低精度的特点决定了DELTA的特别合适于包装行业的分拣，可能是五金分拣、食品、包装等等。这类应用的特点是快，而精度要求不高。然而，不幸的是，这些个行业目前还都是劳动密集型行业，小作坊特别多，非标设备在这些行业非常成熟，所以当前对机器人自动化的需求没有那么迫切，推广较慢。 2、成本问题 这也是比较尴尬的问题。DELTA虽然功能强大，但是在成本上偏高一些，所以在DELTA跟SCARA都可以使用的情况下，DELTA经常就被SCARA打败了。而DELTA因为确实比较特殊，想到达到较高的性能，在成本上跟SCARA确实没得拼，这个我们在后面的技术问题将会详细讲。 总之，经常出现的情况是，客户对DELTA的性能很满意，但得知DELTA的价格却只是望钱兴叹。 3、技术瓶颈 这个也是我们今天要讲的重点。虽然DELTA的机构设计一目了然，似乎很简单，但是在很多细节方面，还是有很多技术难点，国产DELTA在这些方面有的已经有所突破，有的还在努力当中。 我们先简要讲讲应用方面。 DELTA的应用当中最常用的两个功能是视觉跟传送带，最典型的应用是视觉定点取定以及传送带跟踪取放。没有了视觉的DELTA应用总觉得有点缺陷似的。 然而视觉与跟踪正是国内的软肋，一个是顶级的视觉公司很少，一个是传送带跟踪的稳定性和精度参差不齐。这里很大的区别不在硬件，而在算法，即软实力，因此，在这两项上没有突破，DELTA的应用就很难推广。 简单讲了软实力，下面的篇幅，我们就留给今天的重点干货，DELTA本体之难在何处？？ DELTA基本构造 上图是我找到的公开的比较详细指示DELTA各部位的图，来自QKM官网用户手册，还有维护手册，接下来我们的讲解插图都主要来自于这两本手册。有的部件各家叫法不一，有的部件并不是各家都有，在本文里，我们就统一以上面的来说。 总的来说，DELTA本体基本上由基座、主动臂、从动臂、旋转轴、动平台这几个部分组成。其中主动臂和从动臂各有3套，形成3条运动链，加上动平台，实施空间内的XYZ平移，而旋转轴则实现绕Z轴的旋转。 基座 一般来说，成熟的厂家的DELTA基座都是一体式铸造而成，一体铸造可以使基座更稳定，更美观，但是机加成本较高，特别是3个运动链需要呈120度均匀分布，加工可能需要上4轴半机床或者五轴机床。 而为了降低成本，或者在研发早期设计还不稳定的时候，厂家会采用机加拼接或者分体铸造的方式来组合成基座。优势自然非常明显，在成本上要便宜得多，然而要克服的问题也很多，比如如果要做到IP65，那连接处的防护就在做得很好；比如在做到120度均分，就需要有精度非常高的工装来保证；再比如DELTA高速运动时，振动会很大，如何保证连接的螺钉长期不会松动甚至断裂，基座的螺钉松了或者断了，那可不是闹着玩的。 12年左右国内DELTA刚刚起步的时候，大部分国产厂家都采用机加或者分体铸造，QKM也是其中之一，我至今仍然保留着当初第一、二代样机的照片，刚做出来时觉得很漂亮，现在反回去看实在惨不忍睹！！ 减速机 以四轴DELTA来说，DELTA一共有4个减速机，三个主动臂的减速机和一个旋转轴的减速机。因为减速比小，所以绝大部分厂家都会使用行星减速机，极少部分会使用谐波或者RV减速机。 然而，以行星减速机来说，虽然行星减速机的应用非常广泛，厂家也非常非常多，但是真正能使用在DELTA上却是屈指可数。为了保证DELTA的精度，行星减速机需要采用背隙1弧分以下的。就这一点就足以把国内90%以上厂家；然后再看标称1弧分的是加工出来的还是挑出来的，因为有些厂家是通过从一批齿轮中挑出精度更高的配合装成1弧分的减速机，这又得放弃一批；然后我们再来看稳定性，剩下的就没几家了。 目前我所知道的在1弧分以下行星减速机做得最好的就是德国的ALPHA了。很典型的德国品质，精度杠杠的，当然，这价格也是杠杠的，所以国产品牌中估计很少能用上这种奢侈品。 除了德系，国内大部分会选用的就是日系跟台系了。比较出名的也就那么几家可选。这里就不一一列举了。 : u" X* ^8 w1 c& { S/ U
主动臂 看似非常简单的部件，主要就分两种工艺，一种就是全身采用铝合金制作，另一种就如上图那样采用铝合金和碳纤维组合而成。 从图上看，主动臂的觉得确实是太简单的，就两个铝块中间夹个碳纤维管再加两个球头，没了。这个时候就得看细节了。比如碳纤维的粘接就有一定技巧，采用什么样的胶水，什么样的工艺，什么样的碳纤维才不会容易断、开胶、胶不满、胶溢出等等问题都有讲究。另外如果保证球头中心到主动臂中心的距离、如果保证两个球头中心的距离、如何做主动臂的标定~~~这些是客户看不到的，但是厂家会关注的真真切切影响DELTA性能的地方。 从动臂 讲这个就有意思了。从动臂从结构上来说也是非常简单，但是这里面却有很多厂家想要破解的小秘密。这里面就有不少有意思的小故事。 故事1：2013年11月，QKM的DELTA第一次在工博会亮相。有意思的事，有不少人过来问我们代理的是国外哪个品牌的机器人。因为那时候，国内把DELTA做得像一个产品的厂家确实很少。 故事2：同样在2013年工博会，很多同行会相互到各家展台参观。我们分辨友商与客户的一个有意思的办法是，如果是友商，很多会问，你们怎么解决球头磨损问题？你们怎么解决弹簧断的问题？一开始我们也一脸懵逼，后来才知道原来这就是DELTA的共性问题，每一个厂家都要面对这些坑。 在球关节与弹簧上面，我们当然也遇到了磨损跟弹簧断裂的问题，这在研发初期就发现了，而且这个问题最头疼的地方就是短期内是看不出来的，就不知道什么时候突然就出问题了。所以，我们采用了最笨的方法——测试。老老实实按照实际应用设计了几个测试平台，根据可能的方案制作不同的材料跟设计，然后就是一直测一直测，一测就是半年。没有什么特殊方法，没有什么高深的理论，就是老老实实花了半年多做各种各样的测试，直到最终磨损控制得很小，弹簧不再断，完事儿。所以到目前为止，虽然关节跟弹簧我们都定义为易损件，但到现在还没有出货的DELTA需要换球关节的，磨损非常慢，而弹簧，由于异常碰撞导致的损坏发现过，但正常使用把弹簧拉断的也一直没有发现过。 所以，前面把时间都花足了，再把产品推出去，后面的时间反而会省很多。
7 @% ]8 w- c6 b 旋转轴 旋转轴就由一套花键轴和两个万向节组成。花键轴是标准品，这个没什么可讲的，能做这个的厂家也就那几家，我们都测过，按价格论品质就是了。 万向节虽然市场也有很多标准品，但是我们测过不少品牌都挂了，要不就是寿命短，要不就是角度不够大，后来被逼得实在没办法了，只能自己做。万向节是一个利润很薄的东西，所以在量不是很大的情况下，自己做万向节是不划算的，无奈标准品一次又一次地让我们失望，太不耐折腾了，只能硬着头皮自己做了。前前后后也是做了好多次改版才最终定下设计并测试通过。不过略遗憾的是，万向节暂时还没有做到快装快拆。要做到拆装快又满足精度跟寿命，确实很困难，当年测了几个方案都失败了，考虑到拆装的频率极低，最终还是放弃了。 旋转轴其实除了使用花键轴，还有其他几种不同的形式，在之前有文章里有提过，有些方案我们也测过，最终选用花键轴是最理想的，而且别看采用了标准花键轴，这里面还有一项非常重要的发明专利，解决旋转轴的一个大问题。只是出于知识产权保护，这里就不方便细说了。 动平台 动平台的设计要讲的不多，最主要的就是两点，一个是寿命，一个是IP防护，特别是如果用到食品行业的话。 动平台有一个比较有意思的设计就是ABB的动平台，采用了气室的设计，即在负载旋转的时候，气管是不需要跟着负载旋转的，这样的话气管就整洁多了，也不怕缠绕导致动平台脱落等问题。 另一个特殊设计就是ADEPTA的动平台，因为是四条链，所以没有旋转轴，而第四轴的旋转是靠动平台上的特殊设计来控制角度，有专利，所以市场上除了他们家也没见什么人在卖。据说有绕过ADEPT专利设计的，可惜一直没有机会亲眼看看结构。 本来 9 Q: W- L3 }" _' f# R& {
文章到这里就应该结束。但是今天收到一位朋友留言问我对DELTA的前景有什么看法，因为现在DELTA都是叫好不叫卖，远比不上SCARA。所以在这里再讲讲我的看法。 首先DELTA要跟SCARA比应用是很难的，因为SCARA的应用要比DELTA要广得多，特别是3C行业爆发的情况下，桌面型的SCARA就非常适应这个行业的自动化，自然也跟着爆发。而DELTA所擅长的分拣类的领域如食品、五金这些行业还是主要是人工为主，大部分老板还在观望，还没有大规模上自动化。 其次，DELTA的负载比较小，型号比较单一，不像SCARA有各种各样的臂长跟负载，负载太大，对DELTA的设计难度会大大提升，这也对DELTA的应用有所限制。 另外，价格是硬伤，目前性能比较好的DELTA成本要比SCARA要高很多，没办法，有很多硬成本在那里。这也是为什么很多老板对DELTA是“只敢远观而不敢亵玩”的原因之一。 但是，我个人是相信DELTA很快会迎来春天的，因为总体来说DELTA的销量是在增长的，说明需求是在增长的，等市场风向一变，DELTA也能被吹到风口，所以目前DELTA还没有爆发，没关系，利用这个时间把产品完善好了，积累一些应用工艺，束紧腰带等风来~~~ 9 t1 Q1 [: j1 v) t6 K, x* J" F" i
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发表于 2018-3-21 21:32:09
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