Что такое робот SCARA? Краткое введение

Робот SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) – это робот-манипулятор с селективным соответствием. Роботы SCARA имеют особую конструкцию манипулятора. Эта конструкция позволяет им быстро и точно перемещаться из стороны в сторону. Многие отрасли промышленности используют SCARA роботыПроизводители электроники и автомобилей используют их для сборки и упаковки. Роботы SCARA наиболее широко используются в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Основы робота SCARA

Что такое робот SCARA

A СКАРА робот — это разновидность промышленного робота. Он предназначен для задач, требующих быстроты и высокой точности. Согласно ISO 8373, робот SCARA имеет два поворотных сочленения. Эти сочленения расположены рядом друг с другом и позволяют ему двигаться по одной плоской поверхности. Такая конструкция позволяет роботу изгибаться в стороны, сохраняя при этом устойчивость. Роботы SCARA отлично подходят для захвата, сборки и упаковки. Они могут перемещать грузы быстро и бережно. Именно поэтому их так часто используют на заводах по производству электроники и автомобилей.

Аббревиатура SCARA и ее история

SCARA расшифровывается как «Selective Compliance Arm for Robotic Assembly» (Рука выборочного соответствия для роботизированной сборки). Это название начали использовать в конце 1970-х годов. В 1979 году компании Sankyo и IBM создали первых роботов SCARA. Эти роботы были созданы в Университете Яманаси в Японии. Это стало большим шагом вперёд для роботов SCARA на заводах. Вскоре на заводах их стали использовать для обработки пластин при производстве полупроводников. Это задало новые стандарты скорости и точности.

Дизайн и движение

Роботы SCARA имеют особую форму руки. Рука состоит из двух основных сочленений, вращающихся по линиям, направленным вверх и вниз. Это обеспечивает роботу круглое рабочее пространство. Такая конструкция позволяет роботу быстро и аккуратно перемещаться по ровной поверхности. Вертикальная часть остаётся жёсткой для точного вертикального перемещения. Этот особый изгиб позволяет роботам SCARA работать плавно и быстро. В таблице ниже показано, чем роботы SCARA отличаются от других роботов:

Особенность/Аспект	СКАР Роботы	Декартовы роботы	Шарнирно-сочлененные роботы
Совместная конфигурация	Вращение плечевых и локтевых суставов	Линейные приводы (X, Y, Z)	Множественные вращающиеся соединения
Оси движения	X, Y, Z, плюс вращение	Линейный по осям X, Y, Z	Сложные 3D-движения
Жесткость	Жесткий вертикально, гибкий горизонтально	Высокая жесткость	Гибкий, менее жесткий
Рабочий конверт	Круговой	прямоугольный	Большой, сложный
Скорость и точность	Быстро, высокоточно	Высокая точность	Хорошо подходит для сложных задач

SCARA роботы Четыре сервооси обеспечивают их синхронное движение. Это позволяет им бережно выполнять одну и ту же работу снова и снова. Они небольшие и быстрые, поэтому подходят для работы в ограниченном пространстве и на загруженных сборочных линиях.

Как работает робот SCARA: структура, оси и степени свободы.

Робот SCARA — это четырехкоординатный промышленный роботизированный манипулятор, у которого два горизонтальных вращательных шарнира расположены на параллельных вертикальных осях, что обеспечивает ему возможность управления. выборочное соответствие: манипулятор является гибким (податливым) в горизонтальной плоскости XY и жестким в вертикальном направлении Z. SCARA — это сокращение от Манипулятор робота с выборочным соответствием требованиям (Также пишется как шарнирный манипулятор с избирательной податливостью). Конструкция была впервые разработана в 1978 году профессором Хироши Макино в университете Яманаси в Японии; см. кто изобрел первого робота SCARA Чтобы узнать полную историю.

Как работает робот SCARA

«Избирательная податливость» — определяющий принцип. Два последовательно соединенных сегмента манипулятора вращаются вокруг вертикальной оси, так что центр инструмента может быстро поворачиваться и деформироваться вбок для фиксации детали, в то время как вертикальный шариковый винт (шпиндель) жестко удерживает нагрузку, противодействуя силе, направленной вниз. Типичный цикл захвата и перемещения состоит из четырех этапов:

1. Шарниры J1 и J2 вращаются вместе, чтобы расположить манипулятор над точкой захвата в плоскости XY.
2. Шпиндель по оси Z опускается, и концевой захват захватывает деталь.
3. Шток втягивается, и J1/J2 поворачиваются в заданную точку, в то время как запястье J4 вращает деталь в требуемое положение.
4. Ось Z опускается, деталь освобождается, и манипулятор возвращается для начала следующего цикла.

Для более подробного изучения этого движения и его сравнения с движениями коллаборативных роботов, см. наш раздел Руководство по принципу работы робота SCARA.

Степени свободы (DOF) и именование осей

Стандартный SCARA-робот имеет четыре степени свободы (4 DOF), соответствующие четырем осям. Три оси задают положение инструмента по осям X, Y и Z, а четвертая — его вращение вокруг вертикальной оси; манипулятор не может наклоняться или вращаться, и именно это ограничение делает его быстрым. Вертикальная ось называется Ось Z Потому что это приводит к перемещению инструмента строго вверх и вниз вдоль оси Z декартовой системы координат, что соответствует оси высоты, используемой на станках и системах ЧПУ. Четыре оси и их перемещения следующие:

Ось / Часть	Тип движения	Типичный ассортимент	Функция
J1 – Основание / плечевой сустав	Ротари	От ± 120 ° до ± 140 °	Поворачивает всю рукоятку вокруг основания, чтобы установить первую координату XY.
J2 – Соединительный/локтевой сустав	Ротари	От ± 140 ° до ± 150 °	Поворачивает предплечье, чтобы достичь точной точки XY внутри круговой рабочей зоны.
Ось Z – штоковый/шариковый винт	Линейные приводы	ход поршня 100–400 мм	Поднимает и опускает исполнительный механизм; с высокой жесткостью выдерживает вертикальную нагрузку.
J4 – Запястье на конце плеча (ось тета/Т)	Ротари	± 360 °	Поворачивает исполнительный механизм для ориентации захватываемой детали.

Именно благодаря четырехкоординатной компоновке робот SCARA обеспечивает повторяемость с точностью до ±0.01–0.025 мм при работе в плоскости, оставаясь при этом быстрее и дешевле, чем шестикоординатный манипулятор. Когда задача требует полной пространственной ориентации — наклона, угловых подходов или сложных трехмерных траекторий — шестикоординатный робот с 6 степенями свободы подходит лучше; наше руководство по этому вопросу различия между декартовыми, шестиосевыми и SCARA-роботами объясняет, когда следует выбирать тот или иной вариант.

Роботы SCARA в промышленности

Применение роботов SCARA

Роботы SCARA играют важную роль во многих отраслях. Они быстрые и очень точные. Эти роботы выполняют задачи, которые всегда требуют одинакового выполнения. Вот несколько основных способов их использования:

• Выберите и разместите: Роботы SCARA быстро и бережно перемещают мелкие детали. Они помогают собирать электронику.

• Обслуживание машин: Они загружают детали в машины и вынимают их. Это ускоряет работу.

• Упаковка: Эти роботы быстро складывают вещи в коробки и контейнеры.

• Осмотр: Роботы SCARA проверяют качество продукции с помощью камер и датчиков.

Другие отрасли также используют роботов SCARA для специальных задач:

промышленное использование	Типичные выполняемые задачи
Микроавтоматизация в фармацевтике	Перемещение мелких деталей при производстве лекарств и научных исследованиях; работа с деталями размером менее 1 мм
Пищевая промышленность и производство напитков	Переработка и упаковка продуктов питания; использование безопасных материалов и простота очистки
Помощь с 3D-печатью	Помощь с 3D-печатью; доставка материалов; отделочные работы
Лабораторная автоматизация	Подготовка образцов, поддержание чистоты и работа с лабораторными компьютерами
Автоматизация розничной торговли	Обработка товаров в торговых автоматах или на небольших складах; использование распознавания объектов

Роботы SCARA также используются в производстве аккумуляторов, перемещении грузов, в биологических науках и машиностроении. Например, на заводе улучшили свою сенсорную линию, используя робота SCARA с портальным роботом. Это позволило увеличить выпуск продукции и сэкономить место. На примере показано, как роботы SCARA помогают сделать рабочие зоны гибкими.

Преимущества роботов SCARA

Роботы SCARA имеют множество преимуществ по сравнению с другими роботами-манипуляторами. Их форма позволяет им двигаться быстро и точно, особенно при выполнении горизонтальных движений. Вот некоторые из основных преимуществ:

• Роботы SCARA отлично подходят для быстрых, повторяющихся задач с высокой точностью.

• Конструкция их рычагов позволяет им быстрее выполнять задачи, поэтому они отлично подходят для подъема и перемещения грузов.

• В отличие от некоторых других роботов, они остаются быстрыми даже при подъеме тяжелых предметов.

• Роботы SCARA имеют небольшие размеры, поэтому они экономят место и требуют меньших затрат на установку.

• Они оснащены двигателями и контроллерами, поэтому их легко устанавливать и они требуют меньше проводов.

• Их легко программировать и подключать, часто по технологии plug-and-play.

• Роботы SCARA требуют меньше ремонта, поскольку у них меньше движущихся частей, что экономит деньги.

• Их высокая точность помогает контролировать качество и сокращать отходы.

SCARA роботы помочь компаниям тратить меньше, требуя меньше работников и ускоряют работу. Они также делают рабочие места безопаснее, выполняя опасную работу.

В реальной жизни компании, производящие электронику и автомобили, добились значительных улучшений. Например, Робот EVS3-400 SCARA Помогает упаковывать и перевозить хрупкие электронные компоненты. Это делает работу точнее и быстрее.

Ограничения роботов SCARA

Роботы SCARA прочны, но имеют ряд слабых мест:

• Роботы SCARA имеют небольшие размеры и не могут далеко дотянуться, поэтому их рабочая зона ограничена.

• Полезная нагрузка ограничена номинальным значением, указанным производителем, а не эмпирическим правилом. Номинальная нагрузка, указанная в техническом описании, — это максимальная масса, которую производитель сертифицирует при заявленных условиях, и она должна охватывать как концевой захват, так и заготовку вместе — манипулятор с номинальной нагрузкой 6 кг выдерживает максимум 6 кг, не более. Смещение центра тяжести относительно фланца и момент инерции нагрузки еще больше уменьшают полезную величину; превышение допустимого момента инерции приводит к снижению скорости и ускорения, даже если сама масса находится в допустимом диапазоне.

• Движение преимущественно горизонтальное: вертикальный (Z) ход короткий по сравнению с горизонтальным, поэтому штабелирование на большой высоте, глубокая установка или работа на нескольких уровнях высоты могут выходить за рамки допустимого.

• Они не такие гибкие, как 6-осевые роботы, поэтому не могут выполнять очень сложную или объемную работу.

Роботы SCARA идеально подходят для быстрой и аккуратной работы с мелкими деталями в ограниченном пространстве. Они не подходят для работ, требующих большого количества движений или подъёма тяжестей.

Выбор робота SCARA

Чтобы выбрать подходящего робота SCARA, необходимо учесть несколько ключевых моментов. Вот несколько советов:

• Полезная нагрузка и дальность полета: Сложите нагрузку на концевой захват и заготовку, затем сравните общую сумму с заявленной производителем грузоподъемностью — и проверьте допустимый момент инерции и допустимое смещение центра тяжести на той скорости, которую вы планируете использовать, а не только на заявленной. Досягаемость должна охватывать каждую точку захвата и перемещения, включая зажимы и буферы.

• Точность и аккуратность: Выберите робота, который достаточно точен для вашей работы, например, в электронике или медицине.

• Скорость и время цикла: Подумайте, насколько быстро робот должен работать, чтобы достичь ваших целей.

• Экономическая эффективность: Выберите робота, который соответствует вашему бюджету и потребностям.

• Простота интеграции и программирования: Найдите роботов, которые легко настроить и использовать.

• Способ крепления: Крепление на столешницу/пол, стену и в перевернутом (потолочном) положении не взаимозаменяемо — убедитесь, что модель рассчитана на необходимую вам ориентацию, и что скамья или рама, на которой она установлена, достаточно жесткие для предполагаемого вами ускорения.

• Вертикальный (Z) штрих и перо: Проверьте ход по оси Z относительно самой высокой точки захвата и самой глубокой точки введения, включая длину захвата и высоту зажимного устройства или лотка, а также проверьте допустимую силу надавливания вниз и диапазон вращения (θ) на штоке.

• Окружающая среда и защита: Температура и влажность окружающей среды, степень защиты IP или класс чистоты помещения, требования к защите от электростатического разряда, а также наличие масляного тумана, охлаждающей жидкости, пыли или промывочной жидкости. Класс защиты следует выбирать в соответствии с реальными условиями производственной линии, а не с номинальными.

• Элементы управления и интерфейсы: Количество цифровых и аналоговых входов/выходов, протокол полевой шины или Ethernet, используемый вашим ПЛК и системой управления линией, интерфейс машинного зрения и процесс его калибровки, а также среда программирования и обучения, которую вашей команде придется поддерживать.

фактор	объяснение
полезная нагрузка	Номинальная полезная нагрузка должна покрывать как деталь, так и инструмент вместе, с учетом смещения центра тяжести и инерции. Номинальная нагрузка, указанная производителем, является пределом, а не отправной точкой.
Скорость	Роботы SCARA — одни из самых быстрых, что хорошо для быстрой работы.
след	Роботы SCARA обычно меньше других роботов с такой же досягаемостью.
Повторяемость	Для таких работ, как электроника, необходима высокая точность по осям XY.
сочленение	Роботы SCARA имеют 4 оси, что позволяет им выполнять подъем, установку, сборку и выгрузку материалов.
Рабочий конверт	Радиус действия робота должен охватывать все точки рабочей зоны.

Со стороны поставщиков, линия EVS SCARA является 4-осевой и относится к классу полезной нагрузки 3–20 кг с размахом стрелы 400–1000 мм, предназначенной для 3C-сборки и обработки материалов. Более широкая линия EVST линейка промышленных роботов Охватывает весь спектр полезной нагрузки, от моделей для совместной работы до тяжелых манипуляторов, но это другой класс продукции, и это не следует понимать как возможности SCARA. Повторяемость, максимальная скорость и допустимая инерция зависят от модели и указываются в техническом описании — запросите техническое описание модели, которую вы сравниваете, и сравнивайте сопоставимые параметры.

Стоимость и тенденции

Цена на системы SCARA зависит от класса полезной нагрузки, дальности действия, класса защиты, опций контроллера и системы машинного зрения, а также от степени интеграции с роботом. Приведенные ниже диапазоны являются ориентировочными рыночными диапазонами только для планирования бюджета — это не коммерческие предложения и не привязаны к какому-либо конкретному бренду. Точная цена зависит от полезной нагрузки, дальности действия и конфигурации и подтверждается для каждой конфигурации отдельно. продажи EVST.

Уровень модели	Типичный диапазон цен	Характеристики полезной нагрузки и дальности полета	Типичная конфигурация
Начального уровня	10,000 $ - $ 40,000	Простые задачи, не требующие большого веса или досягаемости	Простая установка компонентов или несложная сборка; стандартный контроллер, ограниченный набор входов/выходов и мало дополнительных опций.
СЧ	40,000 $ - $ 60,000	Может поднимать больше, выполнять более тяжелую работу	Более высокая повторяемость, более высокая скорость, больше вариантов ввода/вывода и полевых шин.
Высококачественный	$ 60,000 +	Умное управление, улучшенные датчики	Используется для очень точных работ; имеет системы технического зрения и интеллектуальные датчики.
Подержанные роботы	на 30-50% меньше, чем новый	Зависит от состояния и гарантии	Дешевле, но может не быть новых технологий или гарантии

Заявленный срок окупаемости установки SCARA обычно составляет от 6 до 18 месяцев, но эта цифра полностью зависит от графика смен, затрат на рабочую силу, времени цикла и загрузки производственной линии — обосновывайте свой расчет, исходя из собственного времени цикла и численности персонала, а не из опубликованных средних значений.

Роботы SCARA становятся умнее и проще в использовании. Среди новых тенденций:

• ИИ для более сложной работы и лучшего зрения.

• Машинное обучение, позволяющее роботам делать самостоятельный выбор.

• Улучшенные системы зрения для наблюдения за деталями и планирования перемещений.

• Модульная конструкция позволяет легко менять настройки.

• Повышение безопасности людей, работающих с роботами.

• Робототехника с открытым исходным кодом для более простого программирования и настройки.

Опубликованные прогнозы указывают на продолжение роста рынка SCARA-роботов, при этом часто цитируемые цифры говорят о том, что объем рынка увеличится с примерно 10 миллиардов долларов в 2024 году до более чем 16 миллиардов долларов к 2030 году. Прогнозы сильно различаются по определению сегментов и методологии, поэтому перед использованием данных из конкретного отчета в бизнес-плане необходимо проверить, какие показатели фактически учитываются.

Роботы SCARA быстрые и очень точные. Они также могут выполнять множество различных задач. Это помогает компаниям работать эффективнее и совершать меньше ошибок. Выбор правильного робота SCARA важно для хороших результатов.

 

Часто задаваемые вопросы

Что означает аббревиатура SCARA?

Аббревиатура SCARA расшифровывается как Selective Compliance Assembly Robot Arm (робот-манипулятор с селективной податливостью при сборке, также известный как Selective Compliance Articulated Robot Arm). Название описывает его ключевую особенность: он податлив, или гибок, в горизонтальной плоскости, но жесток в вертикальной, что подходит для быстрой сборки и операций захвата и перемещения.

Для чего используется робот SCARA?

Роботы SCARA превосходно справляются с высокоскоростным захватом и перемещением, сборкой, упаковкой и паллетированием легких деталей, особенно в электронике и производстве потребительских товаров, где горизонтальная скорость и вертикальная жесткость — это именно то, что требуется для выполнения задачи.

Сколько осей у робота SCARA?

Большинство SCARA-роботов имеют четыре оси: два вращательных шарнира, перемещающих манипулятор в горизонтальной плоскости XY, одну вертикальную ось Z и вращающееся запястье. Именно такая четырехкоординатная компоновка делает SCARA-роботы быстрыми и точными при выполнении задач в плоскости.

В чём разница между SCARA-роботом и 6-осевым роботом?

Робот SCARA имеет четыре оси и перемещается преимущественно в горизонтальной плоскости с очень высокой скоростью, в то время как 6-осевой робот может достигать практически любой ориентации в 3D, но медленнее при выполнении плоских операций захвата и перемещения. SCARA выигрывает по скорости и стоимости при работе в плоской плоскости; см. наш сравнение декартовых, шестиосевых и SCARA-роботов.

Сколько стоит робот SCARA?

Корпуса роботов SCARA обычно стоят дешевле, чем шестиосевые манипуляторы, а стоимость развертывания возрастает по мере добавления оснастки и интеграции. Для получения полной информации о ценах на роботов см. наш раздел руководство по стоимости роботизированной руки.

Ознакомьтесь с серией роботов SCARA.

• Как работает робот SCARA: принцип работы и сравнение с коллаборативными роботами.
• SCARA против декартовых и шестиосевых роботов
• Как выбрать робота SCARA
• Использование недорогого SCARA-робота для операций захвата и перемещения.
• Применение роботов SCARA в различных отраслях промышленности
• Топ-10 производителей SCARA-роботов в 2026 году
• Кто изобрел первого робота SCARA?