沒填完這些坑，你都不好意思說你懂SCARA

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按照慣例前面都有一段廢話

SCARA的易與難

SCARA機器人是多關節機器人中比較簡單的一款機型。說它簡單，是因為只有4個自由度，結構相對簡單，而且通用型的SCARA的設計概念已經比較清晰，也比較公開，所以門檻很低，是這兩年很多新興的機器人公司選擇最先開發的產品，而且價格越做越低，個別售價低到我懷疑人生~~~

說SCARA難，是因為大家有目共睹，這麼多年過去了，市場上還是EPSON獨佔鰲頭，其他國產品牌望塵莫及。說到底原因是SCARA結構雖簡單，但在細節上卻有很多坑。這不是買份圖紙或者拆幾台EPSON的機器人就可以GET到的。哪怕兩家選用一模一樣的零部件，不同的工藝生產的機器人也很可能相去甚遠。

今天我們要講的就是，以通用SCARA為例，大家使用的都是類似的零部件，那麼不同廠家的差異性在哪裡，從設計到量產，有哪些坑是很可能會遇到的。

這一篇知識點也會比較雜，有些可能不太好理解，我盡量請通俗一點。

Question1

設計需求設定

這是SCARA設計的第一步，首先得知道你設計的SCARA面向的哪些客戶，面向哪些應用。細一點說就是SCARA的臂長、負載、精度、防護等級等等，具體隨便找一個廠家去看他們的宣傳手冊就知道有哪些參數。合理的設計需求很重要，設計機器人的最終目的就是賣出去，這不是做科研，去挑戰極限，而且是追求合理。所以一般要先做市場調研，挑清楚自己想在做哪一塊再動手。

目前來說，3~6KG的SCARA是市場上做得最多的SCARA，競爭相當慘烈！這裡其實很多人寫過，我就不多廢話。

臂長布局

SCARA的臂長布局有三個，A軸、B軸、Z軸。A軸即一關節，B軸是二關節，Z軸就是花鍵絲桿（我們不講絲桿和花鍵分離的設計）。大多數廠家都會按負載來區分系列，同一系列有不同展長。比如QKM的Athena系列（簡稱AH）SCARA，最大負載6KG，臂長有450、500、650可選。一般的做法是有一個基本款，然後通過改變一關節的長度去衍生其他型號。而基本款的臂長一般是對半。還是以QKM的AH系列為例，基本款為AH-500，即A軸、B軸都是250mm，而其他兩個型號AH-450和AH-650都是二關節不變，改變一關節的長度來實現。

A軸=B軸是工作空間佔有率（注意不是工作空間大小）最大的配合。置於為什麼不同臂長是改變一關節長度而不是二關節長度呢？原因很簡單，二關節的結構比一關節要複雜得多，所以二關節的開模費和機加費也比一關節貴多了。像AH系列的一關節採用的是鋁型材拉伸的方式，連重新開模都省了，只需要切不同長度的鋁型材就好了，當然，這也不是我們平時看到的是鋁型材，是自己設計開模的。

Question2

Question3

電機選型

電機是SCARA機器人驅動部件。也是決定機器人性能的主要零部件之一。同等規格的SCARA在電機功率選型上基本都相同，只是品牌不同，慣量、扭矩、性能略有不同而已。

那不同品牌的電機的差別在哪裡呢？（注意，如果只是電機與電機來比個高下的話，那還是一句老話，一分錢一分貨。不過呢，我們要評判的機器人整體性能，所以並沒有必要追求極致。）

最高轉速：750W以下的電機，大多數的最高轉速有5000RPM和6000RPM，個別會更高。這在之前講cycle time的時候已經講過，最高轉速對cycle time的影響非常有限，而且也受諧波減速機的限制，諧波減速機不一定可以承受很高的輸入轉速，越大號的減速機最大輸入轉速越低。

輸出扭矩曲線：這是一個很重要的品牌差距。我們專門買了一台專業測試電機性能的儀器，對不同品牌電機輸出扭矩與速度的變化關係。我們都知道，額定轉速下，電機的輸出扭矩是比較穩定的，不同品牌差距不大，但過了額定轉速，就是秀肌肉了。隨著轉速的提升，扭矩會隨之下降，好的電機扭矩下降會比較平緩，而差一點的電機幾乎是斷崖式的下降。扭矩下降就意味著加速度上不去，速度自然上不去。

發熱：能量傳遞效率也是品牌差距所在。效率越低意味著有用功越少，那損失的能量去哪裡了呢？大部分都轉化為熱能。對於小型機器人來說，「散熱」是非常關鍵的設計，因為空間緊湊，各個部件都靠得比較近，會相互影響。所以如果電機發熱嚴重，那麼在高速運動時，一旦溫度過高，電機轉子漆包線表皮過熱熔化，電機就是短路掛了。另一方面，電機的熱會傳遞給減速機，對諧波減速機來說，溫度過高，會導致油脂變質，大大增加磨損，指不定什麼時候就掛了。

慣量比：在做設計時，還要注意一個負載慣量比問題。即機械臂的所有負載（包含設計負載與機械臂本身）經過減速機構之後折算到電機轉子的慣量與轉子本身慣量的比例。一般是轉子的N倍。聽不懂的請百度有相關專業論文。通俗來說，就是指控制的難易程度或響應程度，倍數越小，越容易控制，響應越快，比如機床上的慣量比一般比會比較小。對機器人來說，自然也是越小越好，但實際比較難實現，所以有一個相對比較好的經驗值，需要自己搜索（此處省略幾十字）。

體積：不同品牌的電機有時體積還挺大，特別是國產電機，很多時候會比同等規格的進口電機屁股長出一段，這會很影響機械設計。SCARA相對還好一點點，但如果你去看國產的六軸，就會發現不少國產六軸的後面是小蠻腰，前端卻托著個大餅臉，456軸太肥了，慣量要大很多，就是因為電機太長的緣故。圖就不好放上來了，萬一為看出是什麼品牌我就要挨罵了。大家自行搜圖。

減速機選型

這絕對是SCARA本體的第一大坑，沒有之一！沒有之一！沒有之一！小型SCARA一般只有J1、J2軸會用減速機，而且是用諧波減速機，原因是諧波減速機體積小，精度高。

但是諧波減速機在使用上有非常非常非常多的細節問題。首先是品牌差異，目前國內做諧波的有很多家，其中做得比較大的也有幾家，不同品牌之間，由於齒型不同、零部件不同、加工工藝不同，有相當大的差異；其次，諧波裝配的好壞與客戶有非常大的關係。諧波的裝配要求說到底只有一個，就是波發生器與剛柔輪同軸要求，但是要實現這個目的，那要考慮的東西就多了。

所以業內有不少人都感嘆，明明與四大家族用的是都是HD的減速機，但是壽命和性能就是不一樣。這就是因為裝配零件的設計和裝配工藝不同導致。

在減速機裝配上，我們花了好幾年，遇到各種各樣的坑才最終搜索出一套諧波的裝配方法與設計方法。裝配10套是一回事，裝配100、1000套那就是完全不同的概念了。

所以假設你的SCARA還在樣機階段，沒什麼問題，別高興得太早，後來有的是坑在等著你。如果你已經批量，而且正在遇到漏油、卡滯、異響、壽命短等問題，淡定，這不是你們家獨有的問題，用諧波的人都遇到過，把坑一個一個填平了就穩定了。不過，有一個前提是，巧婦難為無米之炊，如果你用的是特別便宜的國產品牌，那恭喜你，認命吧，他們自己也沒搞清楚諧波是怎麼回事。

Question4

Question5

同步帶同步輪

同步帶同步輪是常用減速比比較小的地方。在SCARA上常用在J3、J4軸。在本體的成本構成中，同步帶同步輪的成本佔比很小。但是有一些小細節也要注意。比如防止買到假貨（特別是3M，那做的人太多了），比如如何調整張力、比如同步帶的磨損問題、張力下降問題~~

絲桿花鍵

絲桿花鍵是SCARA也是SCARA的重要零部件。而且，由於製作困難，不管是國內還是國外，做的人都非常少，可能是有些關鍵工藝沒有解決。所以客戶的選擇性也不多，能用的就那麼幾家。安裝上也基本類似，品牌差異主要是在精度與產品一致性。

絲桿花鍵最大的坑其實是在維護這一塊，絲桿花鍵是需要定期潤滑保養的。但是，使用者經常會忘記懶得保養，導致滾珠/滾道磨損，縮短壽命。

Question6

Question7

散熱

散熱設計是小型機器人的設計關鍵。因為小型機器人內部空間很小，電機、減速機等發熱部件很靠近，彼此影響。特別是防護等級達到IP65的設計，因為內部與外部的空氣不流通，熱量無法散出，所以只能通過內部空氣以及本體散熱。因此，如何想辦法把內部熱量均勻散開，而不是聚集在一起，就是設計關鍵。否則就是我之前講過的，也許你瞬間速度很快，但是跑一段時間，熱量上來了，機器人就會過熱，輕者報警、重者直接掛了。

生產

這也是每一家都會遇到的坑，而且是大坑。

在機器人研發階段，樣機少，一般是由研發人員裝配，因為對產品很熟，有專業素養，所以裝配效果會比較好。但是，一旦進入量產階段，就大不一樣了。工人對產品不一定了解，而且不同工人的專業素養不同，所以裝配出來的結果會有很大差異。因此，模塊化的設計、專業的培訓、嚴格的品質把握就非常重要。

生產量每上一個數量級，就是一個鬼門關，很容易批量品質問題。牢牢記住一個點就是，在整個生產系統中，人是最不穩定的因素，人是最不可控的，是最容易出現問題的地方。

Question 8