SCARA机器人是指选择性柔性装配机器人手臂。SCARA机器人拥有特殊的手臂设计，有助于它们快速准确地左右移动。许多行业都使用 SCARA机器人电子和汽车公司将其用于装配和包装作业。亚太地区使用SCARA机器人最多。
SCARA机器人基础知识
什么是SCARA机器人
A SCARA机器人 是一种工业机器人，专为需要快速且精准的工作而设计。ISO 8373 标准规定，SCARA 机器人拥有两个旋转关节。这两个关节并排设置，使其能够在一个平坦区域内移动。这种设计使机器人能够侧向弯曲，但上下移动时保持刚性。SCARA 机器人非常适合拾放、组装和包装作业。它们能够快速且小心地移动物体。因此，电子和汽车工厂大量使用它们。
SCARA 缩写和历史
SCARA 代表“机器人装配选择性柔顺臂”。人们在 1970 世纪 1979 年代末开始使用这个名称。XNUMX 年，三共株式会社 (Sankyo) 和 IBM 制造了第一台 SCARA 机器人。这些机器人由日本山梨大学制造。这为 SCARA 机器人在工厂中的应用带来了巨大的变革。工厂很快就开始使用 SCARA 机器人来处理半导体制造过程中的晶圆。这为快速和精准的制造树立了新的标杆。
设计与机芯
SCARA 机器人拥有特殊的手臂形状。手臂有两个主要关节，围绕上下线旋转。这使得机器人拥有一个圆形的工作空间。这种设计使机器人能够在平坦区域快速而谨慎地移动。上下部分保持刚性，以实现良好的垂直运动。这种特殊的弯曲使 SCARA 机器人能够平稳快速地工作。下表列出了 SCARA 机器人与其他机器人的不同之处：
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特征/方面 |
SCARA机器人 |
笛卡尔机器人 |
铰接式机器人 |
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联合配置 |
旋转肩关节和肘关节 |
线性执行器（X、Y、Z） |
多旋转接头 |
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运动轴 |
X、Y、Z，加上旋转 |
X、Y、Z 轴为线性 |
复杂的3D运动 |
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刚性 |
垂直刚性，水平灵活 |
高刚性 |
灵活，不那么僵硬 |
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工作信封 |
圆 |
矩形 |
大型、复杂 |
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速度和精度 |
速度快、精度高 |
高精准度 |
适合复杂的任务 |
SCARA机器人 使用四个伺服轴帮助它们一起移动。这有助于它们反复小心地完成相同的工作。它们体积小巧、速度快，因此非常适合在狭小的空间和繁忙的装配线上使用。
SCARA机器人的工作原理：结构、轴和自由度
SCARA机器人是一种四轴工业机器人手臂，其两个水平旋转关节堆叠在平行的垂直轴上，使其具有…… 选择性服从机械臂在水平 XY 平面内具有柔性（顺应性），在垂直 Z 方向上具有刚性。SCARA 是以下机构的缩写： 选择性合规装配机械臂 （也写作选择性顺应关节机器人手臂）。该设计最初由日本山梨大学的牧野博教授于1978年提出；参见 谁发明了第一台SCARA机器人 欲了解完整历史。
SCARA机器人的工作原理
“选择性顺应”是其核心原理。两个串联的臂段各自绕垂直轴旋转，因此工具中心点可以快速摆动并向侧面移动以固定零件，而垂直滚珠丝杠（主轴）则刚性地保持负载，抵抗向下的力。典型的取放循环分为四个步骤：
- 关节 J1 和 J2 一起旋转，使机械臂定位在 XY 平面上的拾取点上方。
- Z轴主轴下降，末端执行器夹紧工件。
- 主轴缩回，J1/J2 摆动到放置点，同时 J4 手腕将零件旋转到所需的方向。
- Z轴下降，零件被释放，机械臂返回开始下一个循环。
想深入了解该运动及其与协作机器人的比较，请参阅我们的 SCARA机器人工作原理指南.
自由度（DOF）和轴命名
标准的SCARA机器人有四个自由度（4 DOF），分别对应四个轴。其中三个轴分别决定了机器人的X、Y和Z轴位置，第四个轴则决定了机器人绕垂直轴的旋转；机械臂不能倾斜或滚动，而正是这种限制使其速度极快。垂直轴被称为…… Z轴 因为它使刀具沿笛卡尔坐标系的 Z 轴方向上下直线运动，与机床和数控系统使用的高度轴相匹配。四个轴及其运动如下：
| 轴/部件 | 运动类型 | 典型范围 | 功能 |
|---|---|---|---|
| J1 – 基部/肩关节 | 旋转 | ±120°至±140° | 将整个机械臂绕着底座摆动，以设置第一个 XY 坐标。 |
| J2 – 连杆/肘关节 | 旋转 | ±140°至±150° | 旋转前臂，使其到达圆形工作范围内的精确 XY 点。 |
| Z轴 – 主轴/滚珠丝杠 | 线性推力器 | 行程 100–400 毫米 | 升降末端执行器；以高刚度承载垂直载荷。 |
| J4 – 手臂末端腕部（θ/T 轴） | 旋转 | ±360° | 旋转末端执行器以调整被抓取部件的方向。 |
这种四轴布局使得 SCARA 机器人能够在平面加工中实现 ±0.01–0.025 毫米的重复精度，同时速度更快、成本更低，优于六轴机械臂。当任务需要完整的空间定位——例如倾斜、角度移动或复杂的 3D 路径——时，具有 6 个自由度的六轴机器人则更为合适；我们的指南将对此进行详细介绍。 笛卡尔机器人、六轴机器人和SCARA机器人之间的区别 说明何时应该选择哪种方案。
SCARA机器人在工业中的应用
SCARA机器人的应用
SCARA 机器人在许多行业中都发挥着重要作用。它们速度快、精度高。这些机器人能够以相同的方式完成每次需要完成的工作。以下是它们的一些主要用途：
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拾取和放置： SCARA 机器人能够快速、小心地搬运小零件，帮助组装电子设备。
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机器看管： 他们将零件放入机器并取出。这使得工作更快。
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包装： 这些机器人可以快速地将物品放入盒子或容器中。
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检查： SCARA 机器人使用摄像头和传感器检查产品是否良好。
其他行业也使用 SCARA 机器人来完成特殊工作：
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工业应用 |
执行的典型任务 |
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制药行业的微型自动化 |
在药物制造和研究中移动微小部件；处理小于 1 毫米的碎片 |
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食品饮料行业 |
加工和包装食品；使用安全材料且易于清洁 |
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3D打印协助 |
协助 3D 打印；提供材料；完成工作 |
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实验室自动化 |
准备样品、保持清洁以及使用实验室计算机 |
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零售自动化 |
处理自动售货机或小型仓库中的物品；使用物体识别 |
SCARA 机器人还可用于制造电池、运输货物、生命科学和机器。例如，一家工厂通过使用 SCARA 机器人和龙门机器人，优化了其传感器生产线。这不仅提高了产量，还节省了空间。这体现了 SCARA 机器人如何帮助提高工作区域的灵活性。
SCARA机器人的优势
SCARA 机器人相比其他机械臂有很多优点。其独特的形状使其能够快速移动，精准度极高，尤其适合侧向移动作业。以下是一些主要优点：
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SCARA 机器人非常适合快速、重复且高精度的工作。
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它们的手臂设计使它们能够更快地完成任务，因此非常适合拾取和放置。
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与其他机器人不同，它们即使在举起较重的物体时也能保持快速移动。
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SCARA 机器人体积小，因此节省空间且安装成本较低。
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它们内部有电机和控制器，因此易于安装且需要的接线较少。
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它们易于编程和连接，通常即插即用。
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SCARA 机器人需要的维修较少，因为它们的活动部件较少，从而节省了成本。
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它们的高精度有助于控制质量并减少浪费。
SCARA机器人 通过减少工人数量来帮助公司减少开支 并提高工作效率。他们还通过从事危险工作来提高工作安全性。
在现实生活中，生产电子产品和汽车的公司已经取得了巨大的进步。例如， EVS3-400 SCARA机器人 帮助包装和搬运易碎电子零件。这使得工作更准确、更快捷。
SCARA 机器人的局限性
SCARA 机器人虽然性能强大，但也存在一些弱点：
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SCARA 机器人体积小，伸展距离不远，因此其工作区域有限。
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有效载荷受限于制造商的额定值，而非经验法则。数据表上的额定值是制造商在规定条件下认证的最大质量，必须涵盖末端执行器和工件的总质量——一个额定载荷为 6 公斤的机械臂最多只能承载 6 公斤的重量，不能超过这个值。重心偏离法兰的位置以及负载的转动惯量会进一步缩小可用载荷范围；即使质量本身在范围内，超过允许的转动惯量也会导致速度和加速度降低。
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运动主要为水平方向：垂直（Z）行程与水平伸展距离相比较短，因此高堆叠、深插入或跨多个高度层的工作可能会超出范围。
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它们不像 6 轴机器人那样灵活，因此无法完成非常困难或大的工作。
SCARA 机器人最适合在狭小空间内快速、细致地处理小部件。它们并不适合需要大量移动或重物搬运的工作。
选择 SCARA 机器人
选择合适的 SCARA 机器人需要考虑一些关键因素。以下是一些建议：
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有效载荷和到达范围： 将末端执行器和工件的重量相加，然后将总重量与制造商的额定有效载荷进行比较——并检查在您计划运行速度下的允许转动惯量和允许的重心偏移量，而不仅仅是标称值。伸缩臂必须覆盖所有取放点，包括夹具和缓冲区域。
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精密度和准确度： 选择一个足够精确地适合您的工作的机器人，例如在电子或医学领域。
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速度和循环时间： 想想机器人必须工作多快才能实现你的目标。
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成本效益： 选择适合您的预算和需求的机器人。
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易于集成和编程： 寻找易于设置和使用的机器人。
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安装方式： 桌面/地面、墙壁和倒置（天花板）安装方式不可互换——请确认该型号适用于您需要的方向，并且它所放置的长凳或框架足够坚固，能够承受您计划运行的加速度。
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垂直（Z）笔画和笔尖： 检查 Z 轴行程是否达到最大取放深度和最大插入深度，包括夹爪长度和夹具或托盘高度，并检查主轴允许的向下推力和旋转 (θ) 范围。
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环境与保护： 环境温度和湿度、IP防护等级或洁净室等级、静电放电防护要求，以及是否存在油雾、冷却液、灰尘或冲洗液等因素都会影响防护等级的选择。防护等级必须根据实际生产线环境而非标称环境来选择。
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控制和界面： 数字和模拟 I/O 数量、PLC 和线路控制器使用的现场总线或以太网协议、视觉接口及其校准工作流程，以及您自己的团队必须维护的编程和示教环境。
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因素 |
说明 |
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Payload |
额定有效载荷必须涵盖工件和刀具的总重量，并预留重心偏移和惯性余量。制造商提供的额定值只是一个上限，而非起始值。 |
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速度 |
SCARA 机器人是速度最快的机器人之一，适合快速工作。 |
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Footprint |
SCARA 机器人通常比具有相同伸展范围的其他机器人更小。 |
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重复性 |
电子等工作需要 XY 的高精度。 |
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关节 |
SCARA 机器人有 4 个轴，适合拾取和放置、组装和放出材料。 |
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工作信封 |
机器人的触及范围必须覆盖工作区域内的所有点。 |
供应商方面，EVS SCARA 系列是四轴的，有效载荷范围为 3–20 公斤，臂展为 400–1000 毫米，主要面向 3C 装配和物料搬运。EVST 的更宽 工业机器人系列 涵盖从协作模型到重型武器的全系列有效载荷，但这属于不同的产品类别，不应将其理解为SCARA能力。重复性、最大速度和允许惯性是特定型号的，并在数据手册中注明——请索取您实际比较的型号的数据手册，并进行同类比较。
成本和趋势
SCARA 的定价取决于有效载荷等级、臂展、防护等级、控制器和视觉选项，以及机器人的集成程度。以下价格区间仅供参考，并非报价，也不代表任何特定品牌。具体价格取决于有效载荷、臂展和配置，并由相关部门根据具体配置进行确认。 电动汽车销售.
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模型层 |
典型价格范围 |
有效载荷和到达特性 |
典型配置 |
|---|---|---|---|
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入门级 |
$ 10,000 - $ 40,000 |
工作简单，重量不大，伸展范围不大 |
基本取放或简单组装；标准控制器，有限的I/O接口和较少的选项 |
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中档 |
$ 40,000 - $ 60,000 |
能举起更多的东西，做更艰巨的工作 |
更高的重复精度、更高的速度、更多的 I/O 和现场总线选项 |
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高端 |
$ 60,000 + |
智能控制，更好的传感器 |
用于非常精确的工作；具有视觉系统和智能传感器 |
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二手机器人 |
比新品便宜 30-50% |
取决于条件和保修 |
更便宜，但可能没有新技术或保修 |
据报道，SCARA 单元的投资回收期通常在 6 到 18 个月之间，但这个数字完全取决于轮班模式、劳动力成本、周期时间和生产线利用率——根据您自己的周期时间和人员配备数据来论证，而不是根据公布的平均值。
SCARA 机器人正变得越来越智能，使用也越来越方便。新趋势包括：
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人工智能可以用于更艰巨的工作并带来更美好的视野。
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机器学习让机器人能够自行做出选择。
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更好的视觉系统来观察零件并规划动作。
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模块化设计，可轻松更改设置。
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为使用机器人的人员提供更好的安全性。
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开源机器人技术，使编程和设置更加容易。
已发布的预测表明，SCARA机器人市场将持续增长，普遍引用的数据是，市场规模将从2024年的约10亿美元增长到2030年的超过16亿美元。由于预测数据在细分市场定义和方法论上存在很大差异，因此在将特定报告中的数据用于商业案例之前，请务必查看该报告的具体统计内容。
SCARA 机器人速度快、精度高，还能胜任多种工作。这有助于企业提高工作效率，减少错误。 选择合适的 SCARA 机器人 对于取得良好结果来说很重要。
常見問題解答
SCARA是什么的缩写？
SCARA是选择性顺应装配机器人手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm，也称Selective Compliance Articulated Robot Arm）的缩写。其名称描述了它的关键特性：它在水平方向上具有顺应性（或柔性），而在垂直方向上则保持刚性，这使其非常适合快速装配和取放操作。
SCARA机器人是用来做什么的？
SCARA 机器人擅长高速拾取放置、组装、包装和码垛轻型零件，尤其是在电子产品和消费品行业，水平速度和垂直刚性正是这些任务所需要的。
SCARA机器人有多少个轴？
大多数SCARA机器人有四个轴：两个用于在水平XY平面内移动机械臂的旋转关节、一个垂直Z轴和一个旋转腕关节。这种四轴布局使得SCARA机器人能够在平面任务中快速而精确地完成工作。
SCARA机器人和六轴机器人有什么区别？
SCARA 机器人拥有四个轴，主要在水平面上高速移动；而六轴机器人几乎可以到达三维空间中的任何方向，但在平面拾取和放置任务中速度较慢。SCARA 在平面作业中速度和成本方面都更胜一筹；请参阅我们的…… 笛卡尔机器人、六轴机器人和SCARA机器人的比较.
SCARA机器人多少钱？
SCARA机器人本体的初始成本通常低于六轴机械臂，但加上工装和集成费用后，部署成本会更高。如需了解完整的机器人定价明细，请参阅我们的[此处插入链接]。 机械臂成本指南.