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从研发角度盘点SCARA机械手的成长历程

发布日期:2020-03-31



       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。

全球第一台直驱的SCARA机械手.jpg

全球第一台直驱的SCARA机械手


       随着机器人发展,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机械手.jpg

曾经全球最快的SCARA机械手


      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。


桌面型的SCARA机械手——Cobra.jpg

桌面型的SCARA机械手——Cobra.jpg


     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。


       讲完了SCARA的前辈,要讲回现实中的SCARA机器人厂家中,众为兴机械手经历了四代产品进化,从销量上来看,众为兴SCARA机械手可以说已经取得了阶段性地成功,众为兴董事长曾义强将这个归结为产品的快、准、稳。

众为兴2018年推出的新一代GR系列SCARA机械手.png

众为兴2018年推出的新一代GR系列SCARA机械手


     另一方面众为兴机械手也有独特的优势:


     第一是硬件优势,同等级机器人众为兴为重载设计,例如其它品牌支持1~3kg,众为兴SCARA支持2~5kg,外部IO数量接近一些其它品牌SCARA的两倍;


       第二是软件优势,众为兴常用码垛、视觉函数库打包方便调用,自动标定功能省时,多线程并行执行最多同时支持5个多任务,并且软件功能全部开放不收取其它费用;


       第三是服务优势,众为兴可以按照现场实际情况为客户定制伺服参数贴近生产,可以按照行业制造工艺特点为客户定制SCARA包含执行机构以及软件,在公司对客户进行免费的机器人特训。


       在曾义强看来,客户如果脱离效率谈机器人,那么机器人市场就是不存在的,因此,在满足功能的情况下,快就是满足效率最根本的保证,然而要达到“快”并不容易。比如SCARA在桌面搬运中的应用,需要根据客户现场情况,选择最优的搬运轨迹,结合最优的速度曲线,才能让SCARA的速度发挥到极致。

  2017年,在东莞某客户手机玻璃屏搬运的应用中,众为兴的SCARA机械手通过调整搬运轨迹和速度曲线从最初每小时可完成2000片到每小时完成2600片,远超客户期待值。

  2018年,众为兴推出了SCARA新品,新品在速度上提高了25%。“众为兴为‘快’做了很多准备工作——研发的算法、实验的装配、改进了测试方法,保证了批量制造的性能。”曾义强说。


      SCARA在PCB插件以及精准装配应用中,如何满足精准的要求?众为兴主要通过内准和外准两方面来实现。内准方面,依托于众为兴在运动控制领域十几年的技术积累,SCARA核心的控制器、驱动器都是自主研发生产并且已经获得了下游客户的充分验证。本体结构部分,减速机、丝杆、花键等,众为兴选择与细分顶尖制造商合作,从内部性能上保证了机器人的精准。

  外准方面,通过添加机器视觉的方式,进一步提升机器人装配的精准。其中,视觉应用又分视觉方案和标定。众为兴视觉应用方案分为正装,倒装,J4轴安装,J2轴安装等。动态视觉一般为正装,又分为距离触发、时间触发。从无序到有序,可采用正装;无序到无序,采用J4+倒装或者J2+倒装;动态跟随一般采用视觉加编码器共同应用。此外,众为兴将独有的自动标定功能打包进了机器人配置当中,大大地缩短了标定时间。

  至于稳,众为兴则从SCARA本体结构和软件方面着手。本体内部采用三角眼镜蛇构造,机身重量整体后移,外形采用流线曲面,不但减小风阻,提升美感,更减小转动惯量,使运行更平稳;软件部分启动二次抑制算法消除末端振动。

  坚守:聚焦SCARA 细分突围

  之所以能够将SCARA做到快、准、稳,跟众为兴一直以来的“聚焦”分不开,曾义强说,众为兴始终专注于SCARA,和其不相关的一律不做。

  为了进一步聚焦SCARA,众为兴已经建立了深圳市高精度SCARA机械手工程实验室这个行业公共平台,为业内机器人企业提供测试服务,使其新产品能够符合行业标准,从实验室正式走向市场。此外,众为兴对SCARA制造工艺和应用工艺继续进行研究,生产出更高性能、更可靠、更好用的SCARA。

  有业内人士提出,SCARA市场将迎来“血战的一年”,竞争的激烈可想而知,为了保持行业领先地位,众为兴一方面将进一步提高机器人的可靠性和应用工艺;另一方面,加强机器人测试平台建设,确保行业每一台机器人可靠,建立SCARA机械手的行业标准,并提高其行业认知水平,有效杜绝价格战乱象。

  以研发高性能、高可靠性、更好用的SCARA为方向,从建设好的SCARA机械手工程实验室出发,众为兴在确保产品走出实验室的时候符合行业标准的同时,将聚焦若干细分应用市场,进行细分领域的工艺研究。

  从细分领域来看,众为兴SCARA螺丝机以快、智能、稳定的特点成为这一领域的佼佼者,其SCARA螺丝机锁付节奏1秒以内即可精确完成;锁付过程中遇到螺丝卡住、浮锁、滑牙、滑槽等问题,能自动判断并修正不良工序;并且,众为兴基于对锁付工艺的研究,对整个锁付过程扭矩旋转角度进行监测,锁付结果可以实现输出,设备稳定执行锁付可达上千、上万次。

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众为兴可为客户定制整套锁螺丝方案


以趋势和企业的确定性应对行业的不确定性。

  在经历了去年的小幅度爆发之后,2018年,机器人行业进入调整期,增速放缓;此外,手机消费动力不足也导致了机器人需求减少,而机器人使用者更趋于理性。加上中美贸易战、价格战等影响,机器人行业的“不确定性”慢慢扩大,大家对于未来机器人市场增长动力源及市场机会在哪开始变得迷茫,焦虑感也在行业内蔓延。

  曾义强认为只要智能制造方向是确定的,企业有自己明确的定位,这种不确定性就不会成为“障碍”。“企业要正确看待规模,不贪大求全,不找捷径;另外,企业的专业性、积累和技能也必须要有提升。” 

  “众为兴从做机器人开始,对自己都有一个明确的定位——做高性能,能为客户解决生产制造方面问题的机器人,简言之就是‘能用的机器人,能帮客户赚钱的机器人’”。曾义强认为使用者更加理性对众为兴来说反而是利好的消息。

  “用户越来越清楚自己需要什么,越来越理性和聪明,用户买机器人不是便宜才买,而是为了解决他某种应用,还特别看重产品品质保证和服务。”他进一步指出。

  为了更好地解决客户的问题,众为兴在背后下了很大的功夫。众为兴首先对一些特定的工艺做了深入的研究和积累,确保应用和研究的方向是符合现在产业界需求的;其次,将这些应用和理解,做成了实验室的标准,对行业每种应用、每个新需求,都能进行实验,通过实验室测试,就能做一个基本的判断。

  在明确定位的基础上,曾义强表示,对于企业来说,首先要正确理解机器人这个产业是需要技术基础和工艺特点的,不是短时间内,简单的拿来主义就能学会;其次,企业应该制定一个符合自己定位和市场规律的预期。

  而对于3C 市场的需求不达预期的情况,众为兴方面表示,中国市场除了3C以外,还有很多和民生相关的产品。“除了3C,众为兴还涉足食品、包装等领域,随着产业转移,我们将一部分市场关注点转移至了国外。”曾义强最后强调。

     

      好了,对SCARA机械手的盘点就到这此为止了。更多精彩,敬请期待。

更多产品介绍信息请登录公司官网:www.muse-isle.com/product/zwxxl7c7



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