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揭密SCARA机器人

发布时间:2016-4-21 点击:902 字体大小: 返回

SCARA机器人,即Selective Compliance AssemblyRobot Arm,又名水平多关节机器人,是工业机器人家庭应用非常广泛的一个构型。

 

  SCARA机器人有3个旋转关节,其轴线相互平行,在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节,用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移φ1和φ2,及移动关节的位移z决定的,即p=f(φ1,φ2,z),如图所示。这类机器人的结构轻便、响应快,例如Adept1型SCARA机器人运动速度可达10m/s,比一般关节式机器人快数倍。它最适用于平面定位,垂直方向进行装配的作业。

  1978年,日本山梨大学牧野洋发明SCARA,该机器人具有四个轴和四个运动自由度,(包括沿X,Y,Z方向的平移和绕Z轴的旋转自由度)。

  SCARA系统在x,y方向上具有顺从性,而在Z轴方向具有良好的刚度,此特性特别适合于装配工作,例如将一个圆头针插入一个圆孔,故SCARA系统首先大量用于装配印刷电路板和电子零部件;SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构,类似人的手臂,可以伸进有限空间中作业然后收回,适合于搬动和取放物件,如集成电路板等。

  如今SCARA机器人还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性,第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同,制造成相应多种不同的形态,并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状,决定了其工作范围类似于一个扇形区域。

  SCARA机器人可以被制造成各种大小,最常见的工作半径在100毫米至1000毫米之间,此类的SCARA机器人的净载重量在1千克至200千克之间。

近年来,六轴工业机器人发展迅速,基本每一家涉足机器人本体设计的厂商都首先发展六轴机器人,在中低端六轴工业机器人市场竞争日益激烈的情况,很多国产机器人厂商开始把目光投向了应用同样的广泛的SCARA机器人。企图在低成本SCARA机器人中抢占先机。今天就带大家揭开SCARA机器人的神秘面纱。


一、什么是SCARA机器人

SCARA机器人又称水平多关节机器人。是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。一般有4个自由度,可在包括沿X、Y、Z方向的平移和绕Z轴的旋转。

 

二、SCARA机器人有怎样的机械结构

机器人的内部细节设计都是各个机器人厂家的内部机密,笔者不可能拿到,即使拿到也不敢拿出来讲。但是,从有限的资料中,我们还是可以总结出一些SCARA机器人通用结构设计。

 

SCARA机器人外形大致如下图如示,第1、2轴结构相同,都是伺服电机加谐波减速机传动。当于,出于成本的考虑,也有将伺服电机换成步机电机,或者将谐波减速机换成行星减速机或者RV减速机的。但目前的SCARA机器人的第1、2轴还是主要以伺服电机加谐波减速机。

SCARA机器人3、4轴设计就比较丰富多样。从大类来分可以分两类:第一类为解耦式,即3轴与4轴的驱动是分离的,分花键轴、滚珠丝杆各一根,由两个电机分别驱动升降与旋转两个自由度。


第二类为耦合式,即3轴与4轴的驱动的耦合的,相互影响的,由一根滚珠丝杆花键轴实现。单个电机无法实现单独的旋转或升降,必须两个电机同时驱动才能实现。

解耦式的结构优点是设计相对简单,价格对比便宜,缺点是对花键轴与滚珠丝杆的平行度要求很高,装配比较困难。而耦合式的结构优点是设计紧凑,重量较轻,缺点是滚珠丝杆花键轴价格高昂,厂家极少,基本属于垄断。

除了解耦式与耦合式的不同以外,不同厂家的SCARA对于3、4轴电机的分布,减速装置的设计有多种形式,各有优劣,这里就不一一解释。

此外简单介绍一款比较特殊的SCARA机器人,由Staubli公司出品的TP80,该款SCARA机器人设计复杂巧妙,为目前世界上最快的SCARA机器人。下图为该公司公开的专利示意图。


三、SCARA机器人能做什么

说完SCARA机器人结构,自然要讲SCARA机器人的应用。SCARA机器人的特点是负载小、速度快,因此其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业、食品行业等领域。

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