從研發(fā)角度盤點SCARA機械手的成長歷程
1984年,世界上第一臺直驅(qū)的SCARA機器人——AdeptOne在Adept誕生。所謂直驅(qū),就是電機直接驅(qū)動手臂,省去了中間的齒輪或鏈條等傳動機構(gòu)。優(yōu)點是,沒有了傳動系統(tǒng)造成的摩擦、齒隙和低剛度等弱點,提高了響應(yīng)速度和精度。這在當(dāng)時名噪一時。然而,直驅(qū)的缺點也是顯而易見的。首先,是體積,由于要提供很大的力矩,所以機器人的電機體積都特別大;其次,由于是高剛性的傳動,所以末端的振動很容易傳遍機器人全身,簡單地說,你在末端敲一下,電機馬上就感覺到了,需要馬上進(jìn)行調(diào)整,所以可能整個機器人都會抖起來。而且實際上伺服電機是停不下來的。如果你在伺服電機上電之后仔細(xì)去觀察電機的編碼器的數(shù)值的話,你會發(fā)現(xiàn)這個數(shù)值并不是穩(wěn)定的,而是會在正負(fù)一個脈沖在那里跳來跳去,這是因為他在不停地微調(diào)自己的位置,而不是像步進(jìn)電機一樣,步進(jìn)步進(jìn),就是我給你多少個脈沖你就走多少步然后停下來不動了。所以臂長短還看不出來,臂長一長,那你就會看到機器人會一直在那里抖,停不下來的。平時我們看不到,是因為加了減速機,減速機內(nèi)部微小的間隙和柔性平衡了這個間隙,所以末端感覺不出來。

全球第一臺直驅(qū)的SCARA機械手
隨著機器人發(fā)展,AdeptOne很快也退出舞臺了,不過他的影響還是很深遠(yuǎn)的。

曾經(jīng)全球最快的SCARA機械手
前面我們講了AdeptOne有很多硬傷,傻大笨粗,所以后來Adept又推出另一款桌面型的SCARA——Cobra。為什么叫Cobra(眼鏡蛇)呢,這其實跟SCARA的外觀設(shè)計有關(guān)。在Cobra之前,SCARA的J2、J3、J4軸的電機布局一般是下面這種直線式分布。
然而,Cobra的設(shè)計團隊通過仿真計算,找到了新的布局。如下面所示,讓三個電機呈三角形分布。這樣布局的好處是,電機更靠后,重心收回來了,慣量更小了,機器人自然也更快了。


由于這樣的布局,使得二關(guān)節(jié)看起來有點像三角形一樣,有點像眼鏡蛇,所以他們就給這個SCARA取名為Cobra。這樣的布局出來之后是一鳴驚人的,當(dāng)年Adept放出Cobra的宣傳視頻,一個吸彈珠的視頻,很多人都認(rèn)為Adept是加速了的,因為實在太快了。即使是這么多年過去了,這個視頻在現(xiàn)在看來依然是不可思議的,至今能超越的人也不多,是一個里程碑式的產(chǎn)品。
講完了SCARA的前輩,要講回現(xiàn)實中的SCARA機器人廠家中,眾為興機械手經(jīng)歷了四代產(chǎn)品進(jìn)化,從銷量上來看,眾為興SCARA機械手可以說已經(jīng)取得了階段性地成功,眾為興董事長曾義強將這個歸結(jié)為產(chǎn)品的快、準(zhǔn)、穩(wěn)。

眾為興2018年推出的新一代GR系列SCARA機械手
另一方面眾為興機械手也有獨特的優(yōu)勢:
第一是硬件優(yōu)勢,同等級機器人眾為興為重載設(shè)計,例如其它品牌支持1~3kg,眾為興SCARA支持2~5kg,外部IO數(shù)量接近一些其它品牌SCARA的兩倍;
第二是軟件優(yōu)勢,眾為興常用碼垛、視覺函數(shù)庫打包方便調(diào)用,自動標(biāo)定功能省時,多線程并行執(zhí)行最多同時支持5個多任務(wù),并且軟件功能全部開放不收取其它費用;
第三是服務(wù)優(yōu)勢,眾為興可以按照現(xiàn)場實際情況為客戶定制伺服參數(shù)貼近生產(chǎn),可以按照行業(yè)制造工藝特點為客戶定制SCARA包含執(zhí)行機構(gòu)以及軟件,在公司對客戶進(jìn)行免費的機器人特訓(xùn)。
在曾義強看來,客戶如果脫離效率談機器人,那么機器人市場就是不存在的,因此,在滿足功能的情況下,快就是滿足效率最根本的保證,然而要達(dá)到“快”并不容易。比如SCARA在桌面搬運中的應(yīng)用,需要根據(jù)客戶現(xiàn)場情況,選擇最優(yōu)的搬運軌跡,結(jié)合最優(yōu)的速度曲線,才能讓SCARA的速度發(fā)揮到極致。
2017年,在東莞某客戶手機玻璃屏搬運的應(yīng)用中,眾為興的SCARA機械手通過調(diào)整搬運軌跡和速度曲線從最初每小時可完成2000片到每小時完成2600片,遠(yuǎn)超客戶期待值。
2018年,眾為興推出了SCARA新品,新品在速度上提高了25%。“眾為興為‘快’做了很多準(zhǔn)備工作——研發(fā)的算法、實驗的裝配、改進(jìn)了測試方法,保證了批量制造的性能。”曾義強說。
SCARA在PCB插件以及精準(zhǔn)裝配應(yīng)用中,如何滿足精準(zhǔn)的要求?眾為興主要通過內(nèi)準(zhǔn)和外準(zhǔn)兩方面來實現(xiàn)。內(nèi)準(zhǔn)方面,依托于眾為興在運動控制領(lǐng)域十幾年的技術(shù)積累,SCARA核心的控制器、驅(qū)動器都是自主研發(fā)生產(chǎn)并且已經(jīng)獲得了下游客戶的充分驗證。本體結(jié)構(gòu)部分,減速機、絲桿、花鍵等,眾為興選擇與細(xì)分頂尖制造商合作,從內(nèi)部性能上保證了機器人的精準(zhǔn)。
外準(zhǔn)方面,通過添加機器視覺的方式,進(jìn)一步提升機器人裝配的精準(zhǔn)。其中,視覺應(yīng)用又分視覺方案和標(biāo)定。眾為興視覺應(yīng)用方案分為正裝,倒裝,J4軸安裝,J2軸安裝等。動態(tài)視覺一般為正裝,又分為距離觸發(fā)、時間觸發(fā)。從無序到有序,可采用正裝;無序到無序,采用J4+倒裝或者J2+倒裝;動態(tài)跟隨一般采用視覺加編碼器共同應(yīng)用。此外,眾為興將獨有的自動標(biāo)定功能打包進(jìn)了機器人配置當(dāng)中,大大地縮短了標(biāo)定時間。
至于穩(wěn),眾為興則從SCARA本體結(jié)構(gòu)和軟件方面著手。本體內(nèi)部采用三角眼鏡蛇構(gòu)造,機身重量整體后移,外形采用流線曲面,不但減小風(fēng)阻,提升美感,更減小轉(zhuǎn)動慣量,使運行更平穩(wěn);軟件部分啟動二次抑制算法消除末端振動。
堅守:聚焦SCARA 細(xì)分突圍
之所以能夠?qū)CARA做到快、準(zhǔn)、穩(wěn),跟眾為興一直以來的“聚焦”分不開,曾義強說,眾為興始終專注于SCARA,和其不相關(guān)的一律不做。
為了進(jìn)一步聚焦SCARA,眾為興已經(jīng)建立了深圳市高精度SCARA機械手工程實驗室這個行業(yè)公共平臺,為業(yè)內(nèi)機器人企業(yè)提供測試服務(wù),使其新產(chǎn)品能夠符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),從實驗室正式走向市場。此外,眾為興對SCARA制造工藝和應(yīng)用工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行研究,生產(chǎn)出更高性能、更可靠、更好用的SCARA。
有業(yè)內(nèi)人士提出,SCARA市場將迎來“血戰(zhàn)的一年”,競爭的激烈可想而知,為了保持行業(yè)領(lǐng)先地位,眾為興一方面將進(jìn)一步提高機器人的可靠性和應(yīng)用工藝;另一方面,加強機器人測試平臺建設(shè),確保行業(yè)每一臺機器人可靠,建立SCARA機械手的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并提高其行業(yè)認(rèn)知水平,有效杜絕價格戰(zhàn)亂象。
以研發(fā)高性能、高可靠性、更好用的SCARA為方向,從建設(shè)好的SCARA機械手工程實驗室出發(fā),眾為興在確保產(chǎn)品走出實驗室的時候符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時,將聚焦若干細(xì)分應(yīng)用市場,進(jìn)行細(xì)分領(lǐng)域的工藝研究。
從細(xì)分領(lǐng)域來看,眾為興SCARA螺絲機以快、智能、穩(wěn)定的特點成為這一領(lǐng)域的佼佼者,其SCARA螺絲機鎖付節(jié)奏1秒以內(nèi)即可精確完成;鎖付過程中遇到螺絲卡住、浮鎖、滑牙、滑槽等問題,能自動判斷并修正不良工序;并且,眾為興基于對鎖付工藝的研究,對整個鎖付過程扭矩旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行監(jiān)測,鎖付結(jié)果可以實現(xiàn)輸出,設(shè)備穩(wěn)定執(zhí)行鎖付可達(dá)上千、上萬次。

眾為興可為客戶定制整套鎖螺絲方案
以趨勢和企業(yè)的確定性應(yīng)對行業(yè)的不確定性。
在經(jīng)歷了去年的小幅度爆發(fā)之后,2018年,機器人行業(yè)進(jìn)入調(diào)整期,增速放緩;此外,手機消費動力不足也導(dǎo)致了機器人需求減少,而機器人使用者更趨于理性。加上中美貿(mào)易戰(zhàn)、價格戰(zhàn)等影響,機器人行業(yè)的“不確定性”慢慢擴大,大家對于未來機器人市場增長動力源及市場機會在哪開始變得迷茫,焦慮感也在行業(yè)內(nèi)蔓延。
曾義強認(rèn)為只要智能制造方向是確定的,企業(yè)有自己明確的定位,這種不確定性就不會成為“障礙”。“企業(yè)要正確看待規(guī)模,不貪大求全,不找捷徑;另外,企業(yè)的專業(yè)性、積累和技能也必須要有提升。”
“眾為興從做機器人開始,對自己都有一個明確的定位——做高性能,能為客戶解決生產(chǎn)制造方面問題的機器人,簡言之就是‘能用的機器人,能幫客戶賺錢的機器人’”。曾義強認(rèn)為使用者更加理性對眾為興來說反而是利好的消息。
“用戶越來越清楚自己需要什么,越來越理性和聰明,用戶買機器人不是便宜才買,而是為了解決他某種應(yīng)用,還特別看重產(chǎn)品品質(zhì)保證和服務(wù)。”他進(jìn)一步指出。
為了更好地解決客戶的問題,眾為興在背后下了很大的功夫。眾為興首先對一些特定的工藝做了深入的研究和積累,確保應(yīng)用和研究的方向是符合現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)界需求的;其次,將這些應(yīng)用和理解,做成了實驗室的標(biāo)準(zhǔn),對行業(yè)每種應(yīng)用、每個新需求,都能進(jìn)行實驗,通過實驗室測試,就能做一個基本的判斷。
在明確定位的基礎(chǔ)上,曾義強表示,對于企業(yè)來說,首先要正確理解機器人這個產(chǎn)業(yè)是需要技術(shù)基礎(chǔ)和工藝特點的,不是短時間內(nèi),簡單的拿來主義就能學(xué)會;其次,企業(yè)應(yīng)該制定一個符合自己定位和市場規(guī)律的預(yù)期。
而對于3C 市場的需求不達(dá)預(yù)期的情況,眾為興方面表示,中國市場除了3C以外,還有很多和民生相關(guān)的產(chǎn)品。“除了3C,眾為興還涉足食品、包裝等領(lǐng)域,隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,我們將一部分市場關(guān)注點轉(zhuǎn)移至了國外。”曾義強最后強調(diào)。
好了,對SCARA機械手的盤點就到這此為止了。更多精彩,敬請期待。
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