2021年09月26日 | SCARA做到50KG负载，难在哪里？

撰文 | 歌者

一般而言，SCARA给人的主要印象都是负载小、速度快，90年代前后，Adept推出了全球第一台桌面型SCARA——Cobra，速度达到当时之最，Cobra有个经典的吸弹珠的DEMO，视频出来的时候所有人都以为视频是快进了，就是放在今天，能挑战这个DEMO的人也不是很多。

后来，Staubli推出的TP80速度再上一个新台阶，一分钟可以抓取200次以上。

高速、占地小等特点，使得SCARA非常适合3C产业中的生产制造，据公开数据显示，目前SCARA在3C领域的应用占比超60%，这也导致市场上3-6KG负载的SCARA是主流，其竞争程度也是相当激烈。

实际上，对于SCARA来说，速度和负载就是一个矛盾体的两面，大负载就意味着机器人结构必须具备足够的强度和刚性，而增加体积和重量是提升强度和刚性最快的办法，但是要达到高速和高精度又要求机器人结构尽可能的轻巧。

平衡负载和速度，是一个高难度技术活，鲜有人尝试。目前，外资厂商中也就雅马哈YK-XG系列覆盖了10-50KG的负载，用于大型、重型工件的组装和搬运。

国产方面，新时达旗下众为兴作为SCARA机器人技术和市占率领先品牌，于今年8月正式推出了YR系列重负载SCARA—YR122040,据官方公布的性能指标，YR122040额定负载为20KG，最大负载50KG，额定负载惯量1kgm2，最大负载惯量2.4kgm2；最大工作空间半径1200mm。

新时达众为兴称“YR122040的荷载能力触达了SCARA行业天花板，且并未以牺牲速度和精度为代价，而在性价比方面，与同等载荷六轴机器人相比，则具有明显优势。”

事实如何？本文【高工机器人】就大负载SCARA的技术难度、成本、应用场景等问题采访了业内专业人士，以论证大负载SCARA的应用前景几何。

到底难在哪里？

大负载的SCARA与常规SCARA相比，首先需要在结构设计、零部件选型上进行完全调整。某行业专家表示，机器人的质量越大也就意味着惯量越大，对应着对机器人关节伺服的惯量要更大，那么就要求机器人的关节机械结构的刚性、耐久性要更强。

除此之外，负载50KG的SCARA要达到负载在20KG时的速度，在理论上是非常困难的，机器人在水平高速运动惯量太大的状态下，会降低精度，甚至损伤本体。因此，厂家的常规操作是在把SCARA的负载提升上去之后，会相应地把速度降低一点。

业内人士大头则表示，基本上负载达到50KG之后，SCARA里面的核心零部件都需要更换。首先电机需要加大，其次在这一负载水平下，谐波减速机也不再合适，需要更换成RV减速机。

这样一来，SCARA的二关节就会变得非常重，常见的丝杆花键轴也需要进行替换。同时负载达到50KG的情况下，单独的丝杆花键也无法支撑弯矩，需要增加支撑杆。因此，新时达众为兴YR122040末端丝杆不是一根而是三根，一根大的是丝杆花键，两根小的形成三角形起到支撑效果。

至于速度和精度方面倒没有特别的技术难度，他认为速度取决于电机功率和减速比的配合，最终还是一个性价比问题，而精度则取决于RV减速机的性能。

而新时达众为兴方面表示，为了确保YR系列的各项性能指标，公司通过静力学和动力学的仿真优化，以及基于多关节力矩约束、零部件寿命约束、负载惯量比约束等多约束的最优零部件选型和结构参数设计，实现结构减重、刚度提升、传动优化，在保证强度和刚性不减弱的同时，尽可能实现机器人结构轻巧。

新时达众为兴桌面机器人业务单元负责人黄国辉向【高工机器人】表示，在同等50KG负载情况下，YR系列SCARA负载自重比更高，可达0.385。更低的自重，便于运输和安装，同时降低了运输成本和安装台架制造成本。

成本如何？

除了SCARA，并联机器人、多关节机器人都能实现搬运，客户一般在选择具体产品的时候，都会考虑到产品的优劣势以及具体解决问题的能力，最后叠加成本的综合考量。

首先，SCARA的兴起是因为有大量的水平搬运/分拣/装配工作，原先使用六轴来做，速度稍微会慢一点，且六轴比SCARA要贵得多。而并联机器人的优势是大范围的高速分拣，因为DETLA的构型，使得它可以在工作范围内都高速运动，SCARA的速度在小范围内可以达到DETLA的速度，如果是大范围的，SCARA就会慢一点，特别是如果要换手的时候就更慢了。目前只有Staubli的TP80可以达到跟DETLA一样全空间内高速运动。限制DETLA的也是成本问题，所以一般能用SCARA替代的场景，一般就不用并联机器人。

三者之间，相同负载下，通常SCARA成本最低。

大头表示，在具体成本上，不同厂家之间差别有点大，不大好对比。以3KG负载为例，一台3KG的并联机器人大概是一台3KG的SCARA的2-4倍。

而在大负载场景下，应对重负载水平搬运需求的产品主要有：大负载SCARA、直线模组、四轴码垛机器人、六轴机器人等。一般情况下，SCARA比直线模组更容易部署，比四轴码垛机器人精度更高，比六轴机器人更便宜，安装空间更紧凑，适合成本敏感、对于物料搬运有精度要求的、安装空间紧凑的重负载水平搬运场景。

以新时达众为兴YR122040为例，由于比同负载六轴机器人结构更简单、结构件更少，比如节省了2个电机和减速机，因此在结构成本和组装制造成本更低；且4个关节电机平均功率和减速机平均输出转矩比同负载六轴机器人更小（意味着成本更具优势）。

应用前景几何？

回到应用场景上，大负载SCARA除了具有一定技术门槛之外，其应用场景较少也阻碍了厂商投入研发的积极性。上述行业专家认为，目前SCARA负载达到50KG比较明确的应用场景也就是锂电行业，其他场景很少。实际上，这种SCARA基本属于定制型，客户下单了才会生产，因此场景也有限，一年出货量并不大，除非是为超大型客户的大规模定制。不过，这么大负载的SCARA也有个非常明显的优势，可以借助它“进攻”大客户。

大头认为，大负载SCARA可能存在的应用场景应该是汽车电池、汽车零部件、食品包装等行业，但是不会发展成为市场应用的主流，这类场景毕竟有限；SCARA的应用还是以3-6KG的负载为主。

黄国辉强调，目前公司推出的大负载SCARA主要针对的应用场景是重物料的水平搬运，比如锂电池、汽车零部件、食品饮料箱包、机加工件，特别是有节拍和精度要求的应用场景。

但是现阶段来看，这种大负载SCARA明确应用场景的还是锂电池行业，满足PACK工艺段锂电模组重量大、节拍快、装配精度高的工况。