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      揭密SCARA機器人

      文章出處:責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2015-12-02 13:47:00【

       

      SCARA機器人,即Selective Compliance AssemblyRobot Arm,又名水平多關節機器人,是工業機器人家庭應用非常廣泛的一個構型。

       

        SCARA機器人有3個旋轉關節,其軸線相互平行,在平面內進行定位和定向。另一個關節是移動關節,用于完成末端件在垂直于平面的運動。手腕參考點的位置是由兩旋轉關節的角位移φ1和φ2,及移動關節的位移z決定的,即p=f(φ1,φ2,z),如圖所示。這類機器人的結構輕便、響應快,例如Adept1型SCARA機器人運動速度可達10m/s,比一般關節式機器人快數倍。它最適用于平面定位,垂直方向進行裝配的作業。

        1978年,日本山梨大學牧野洋發明SCARA,該機器人具有四個軸和四個運動自由度,(包括沿X,Y,Z方向的平移和繞Z軸的旋轉自由度)。

        SCARA系統在x,y方向上具有順從性,而在Z軸方向具有良好的剛度,此特性特別適合于裝配工作,例如將一個圓頭針插入一個圓孔,故SCARA系統首先大量用于裝配印刷電路板和電子零部件;SCARA的另一個特點是其串接的兩桿結構,類似人的手臂,可以伸進有限空間中作業然后收回,適合于搬動和取放物件,如集成電路板等。

        如今SCARA機器人還廣泛應用于塑料工業、汽車工業、電子產品工業、藥品工業和食品工業等領域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。它的第一個軸和第二個軸具有轉動特性,第三和第四個軸可以根據工作的需要的不同,制造成相應多種不同的形態,并且一個具有轉動、另一個具有線性移動的特性。由于其具有特定的形狀,決定了其工作范圍類似于一個扇形區域。

        SCARA機器人可以被制造成各種大小,最常見的工作半徑在100毫米至1000毫米之間,此類的SCARA機器人的凈載重量在1千克至200千克之間。

      近年來,六軸工業機器人發展迅速,基本每一家涉足機器人本體設計的廠商都首先發展六軸機器人,在中低端六軸工業機器人市場競爭日益激烈的情況,很多國產機器人廠商開始把目光投向了應用同樣的廣泛的SCARA機器人。企圖在低成本SCARA機器人中搶占先機。今天就帶大家揭開SCARA機器人的神秘面紗。


      一、什么是SCARA機器人

      SCARA機器人又稱水平多關節機器人。是一種圓柱坐標型的特殊類型的工業機器人。一般有4個自由度,可在包括沿X、Y、Z方向的平移和繞Z軸的旋轉。

       

      二、SCARA機器人有怎樣的機械結構

      機器人的內部細節設計都是各個機器人廠家的內部機密,筆者不可能拿到,即使拿到也不敢拿出來講。但是,從有限的資料中,我們還是可以總結出一些SCARA機器人通用結構設計。

       


      SCARA機器人外形大致如下圖如示,第1、2軸結構相同,都是伺服電機加諧波減速機傳動。當于,出于成本的考慮,也有將伺服電機換成步機電機,或者將諧波減速機換成行星減速機或者RV減速機的。但目前的SCARA機器人的第1、2軸還是主要以伺服電機加諧波減速機。

      SCARA機器人3、4軸設計就比較豐富多樣。從大類來分可以分兩類:第一類為解耦式,即3軸與4軸的驅動是分離的,分花鍵軸、滾珠絲桿各一根,由兩個電機分別驅動升降與旋轉兩個自由度。


      第二類為耦合式,即3軸與4軸的驅動的耦合的,相互影響的,由一根滾珠絲桿花鍵軸實現。單個電機無法實現單獨的旋轉或升降,必須兩個電機同時驅動才能實現。

      解耦式的結構優點是設計相對簡單,價格對比便宜,缺點是對花鍵軸與滾珠絲桿的平行度要求很高,裝配比較困難。而耦合式的結構優點是設計緊湊,重量較輕,缺點是滾珠絲桿花鍵軸價格高昂,廠家極少,基本屬于壟斷。

      除了解耦式與耦合式的不同以外,不同廠家的SCARA對于3、4軸電機的分布,減速裝置的設計有多種形式,各有優劣,這里就不一一解釋。

      此外簡單介紹一款比較特殊的SCARA機器人,由Staubli公司出品的TP80,該款SCARA機器人設計復雜巧妙,為目前世界上最快的SCARA機器人。下圖為該公司公開的專利示意圖。


      三、SCARA機器人能做什么

      說完SCARA機器人結構,自然要講SCARA機器人的應用。SCARA機器人的特點是負載小、速度快,因此其主要應用在快速分揀、精密裝配等3C行業、食品行業等領域。

       

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