中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，制造業(yè)自動化、智能化時代已到來。在中國，工業(yè)4.0意味著傳統(tǒng)制造業(yè)需要進(jìn)行智能化升級，制造領(lǐng)域智能裝備必不可少，這就使得
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)有望在工業(yè)4.0時代迎來巨大的發(fā)展機(jī)遇。SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文譯名：選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂）是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人。1978年，日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明SCARA。如今SCARA機(jī)器人還廣泛應(yīng)用于3C行業(yè)、塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。
SCARA介紹
SCARA機(jī)器人有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。該機(jī)器人具有四個軸和四個運動自由度，（包括沿X,Y,Z方向的平移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度）。
SCARA系統(tǒng)在x,y方向上具有順從性，而在Z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作。
SCARA水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，是一種圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器，主要由以下組成（見圖1）：
匯川在SCARA機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)介紹
一、控制系統(tǒng)介紹
（一）機(jī)器人控制器
IMC100機(jī)器人控制器、IS620N伺服系統(tǒng)、IMC100系列高速擴(kuò)展模塊、視覺系統(tǒng)、ITP100系列示教器、HMI、工業(yè)計算機(jī)、低壓電源等組成。該系統(tǒng)支持高速總線IMC100R控制器通過EtherCAT與IS62ON系列伺服高速通信，實現(xiàn)機(jī)器人的精準(zhǔn)運動控制盒姿態(tài)控制。IMC100R控制器通過Ethernet總線與工業(yè)PC、示教器、HMI等工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備通訊，實現(xiàn)機(jī)器人的示教和監(jiān)控。本地的高速擴(kuò)展模塊通訊通過IRLINK總線將現(xiàn)場的IO信號和各種傳感器信號傳回IMC100R控制器。
（1）高性能
① 實時性：支持16軸插補(bǔ)，最小控制周期125us，抖動周期小于100ns；
② 動力學(xué)：支持6自由度機(jī)器人動力學(xué)解耦控制，實現(xiàn)實時力矩補(bǔ)償，提高機(jī)器人動態(tài)特性及軌跡跟蹤精度，支持機(jī)器人動力學(xué)模型參數(shù)辨識功能，提高機(jī)器人動力學(xué)模型不準(zhǔn)時引起的誤差精度；
③ 多通道：支持一臺控制器控制多臺機(jī)器人，同時支持多外部軸擴(kuò)展。
（2）靈活擴(kuò)展
① 擴(kuò)展外部軸：支持多個外部插補(bǔ)軸及聯(lián)動軸；
② 擴(kuò)展PLC：支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)PLC編程功能；
③ 配置簡單：伺服參數(shù)配置一體化，一鍵配置機(jī)器人類型。
（3）易用性
① 易操作：支持搖桿、觸摸、鼠標(biāo)；
② 易安裝：并排安裝，布線簡單；
③ 易編程：菜單化編程，離線編程。
（4）工業(yè)以太網(wǎng)
① EtherCAT
總線：實現(xiàn)機(jī)器人控制器、伺服系統(tǒng)、擴(kuò)展模塊的高速通信，使系統(tǒng)簡單可靠；
② IR-Link總線：實現(xiàn)本地高速高精度擴(kuò)展模塊IO、AD、DA、編碼器等的需求，高速、高精度、高可靠；
③ TCP/IP通訊：連接工業(yè)視覺終端、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、示教器，實現(xiàn)互聯(lián)互通。
（二）伺服驅(qū)動器
IS620N匹配機(jī)器人控制器，具有以下特點：
（1）快
? IS620N的位置環(huán)掃描周期為250us，在同步位置模式下最小可以支持250us的同步位置周期。
單軸定位周期5-6MS。
? ethercat 100M速率，一幀到底，單軸1US延時，0.1ms可以刷新100個軸。
比如：雕銑機(jī)，鉆攻中心，機(jī)器人，印刷包裝機(jī)械等。
（2）高性能
IS620N的位置環(huán)帶寬為1.2kHz，位置環(huán)掃描周期為4kHz，速度環(huán)電流環(huán)掃描周期為16kHz，最快定位時間可達(dá)5~6ms。能夠完全滿足LED，LCD，雕銑，機(jī)器人，印刷，模切等設(shè)備（見圖3）。
（3）精準(zhǔn)
EtherCAT 300個節(jié)點120m距離15ns同步誤差、±20ns同步抖動，在對實時性及同步性要求非常高的領(lǐng)域比如印刷等，可以得到很好的效果（見圖4）。
（三）示教器
參數(shù)設(shè)置與編程示教可選的示教器或基于PC平臺的示教軟件，可以根據(jù)需要選擇（見圖5）。
（四）擴(kuò)展模塊
可以擴(kuò)展AM600的I/O模塊、AD、DA等模塊。
二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)
（一）本體
結(jié)構(gòu)件：一般存在焊接型結(jié)構(gòu)件，或鑄造型結(jié)構(gòu)件（見圖6）。
Q1：第1、2關(guān)節(jié)的軸中心距
Q2：第2、3關(guān)節(jié)的軸中心距
Q3：絲杠零點的Z軸位置坐標(biāo)
Q4：絲杠的導(dǎo)程
（二）
伺服電機(jī)
1. 電機(jī)核心是我們自主研發(fā)的編碼器：
匯川絕對值編碼器工作原理：
系統(tǒng)采用游標(biāo)原理實現(xiàn)單圈絕對位置功能。假設(shè)第一道與第二道柵格分別為1024與1023，則在每個光柵（如1024柵格與1023柵格的第10個柵格）彼此相同的第X個柵格間，有唯一固定范圍的相位差值，來實現(xiàn)絕對位置的識別，原理同游標(biāo)卡尺。如1023/1024，在第X個柵格相位差范圍為：（2π/1023）（X-1）<θ<=（2π/1023）*X.。實際上1024和1023兩個碼道即可實現(xiàn)10位分辨率的絕對位置信息。
2. 特點
① 絕對值編碼器分辨率為23位，相當(dāng)于0.015角秒。
② 省掉機(jī)械開關(guān)和原點。
③ 耐溫120度，抗震達(dá)到10G
（三）減速機(jī)（減速，增大轉(zhuǎn)矩）
把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運轉(zhuǎn)的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。
類型：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星減速器、行星齒輪減速器、RV減速器、擺線針輪減速器和諧波減速器。其中：RV減速器和諧波減速器是精密減速器中重要的兩種減速器。
三、匯川產(chǎn)品配置（見表1 ）
四、SCARA參數(shù)設(shè)置
1）機(jī)器人型號設(shè)置<設(shè)置>-<機(jī)器人設(shè)置>-<機(jī)器人型號>
a.選擇類型：串聯(lián)b.軸數(shù)：四軸c.外部軸：無
2）結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置<設(shè)置>-<機(jī)器人設(shè)置>-<結(jié)構(gòu)參數(shù)>
J1 : 225J2 : 175J3 : 0J4 : 16
3) 減速比設(shè)置<設(shè)置>-<機(jī)器人設(shè)置>-<減速比>
J1 : 50J2 : 50J3 : 16J4 : 20
4) 編碼器位數(shù)設(shè)置<設(shè)置>-<編碼器設(shè)置
J1 : 23J2 : 23J3 : 23J4 : 23
5) 機(jī)器人零點標(biāo)定（見圖7）
（1）第1關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)零點位置：
與機(jī)器人坐標(biāo)系的X坐標(biāo)軸重疊。
（2）第2關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)零點位置：
第1、2關(guān)節(jié)完全伸直的位置
（3）第3關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)零點位置：
絲杠的行程上限位置
（4）第4關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)零點位置：
軸的平面（或上下機(jī)械擋塊的槽）朝向第2機(jī)械臂的位置
6）左右手方法校準(zhǔn)第二關(guān)節(jié)精度：
需對機(jī)器人的作業(yè)點進(jìn)行坐標(biāo)計算時，第2關(guān)節(jié)的精度是非常重要的。
7）軸極限設(shè)置<設(shè)置>-<軸極限設(shè)置>
機(jī)器人標(biāo)定后，伺服在不使能狀態(tài)下，手動推到擋塊極限位置，保持好停止時的余量，從編程界面讀取軸極限的位置進(jìn)行設(shè)置，單位全部為角度。
8）運動參數(shù)設(shè)置<設(shè)置>-<運動參數(shù)>
速度設(shè)置最大允許速度為再現(xiàn)運行狀態(tài)下機(jī)器人末端直線運行的最大速度，單位：mm/s
最大運行姿態(tài)速度為再現(xiàn)運行狀態(tài)下機(jī)器人姿態(tài)運行的最大速度，單位：deg/s
關(guān)節(jié)允許速度為再現(xiàn)運行狀態(tài)下各關(guān)節(jié)最大關(guān)節(jié)速度，單位deg/s，
該參數(shù)的設(shè)置通常通過電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、減速比進(jìn)行計算
以第一軸速度為例：
加減速度設(shè)置：
加速度初始參數(shù)設(shè)置按照加加速時間T1=50ms，即加速時間100ms加速到最大速度求出Jerk，程序內(nèi)加加速度Jerk為加速度a的80倍。以一軸加速度為例：
然后根據(jù)伺服轉(zhuǎn)矩使用情況和機(jī)械結(jié)構(gòu)振動情況進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時還需配合伺服的剛度等級設(shè)置，以1軸為例900加速度時振動較大，減小加速度，最終調(diào)至720。減速度根據(jù)最高速運行時，停止距離進(jìn)行調(diào)整，初始設(shè)置為加速度的5倍左右。
五、系統(tǒng)方案優(yōu)勢
1）控制器采用ARM的A8系統(tǒng)，內(nèi)核采用Linux實時內(nèi)核，保障操作系統(tǒng)的實時性，插補(bǔ)周期1ms；
2）匯川提供全套電氣產(chǎn)品以及高精、高速、智能的完整自動化取放解決方案；
3）開放的二次平臺，可以輕易獲得除機(jī)器人本體之外的，靈活的邏輯控制
4）SCARA機(jī)器人的ETHERCAT總線化，降低國產(chǎn)機(jī)器人的總體成本，提高國產(chǎn)機(jī)器人的競爭力；
5）匯川提供綜合設(shè)計能力（EMC）以及工藝實施；
6）擁有驅(qū)動器電流環(huán)核心算法和23位絕對值
編碼器核心技術(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位；
7）匯川能為客戶提供機(jī)器人測試標(biāo)準(zhǔn)體系以及動力學(xué)，聚焦工藝開發(fā)；
8）控制器IMC100與IS620N采用EtherCAT實時以太網(wǎng)，具備與電流環(huán)同步的水準(zhǔn)，可以輕易實現(xiàn)動力學(xué)的控制；
9）及時交付貨物能力；
10）匯川作為本土化上市公司為客戶提供持續(xù)不斷的產(chǎn)品改進(jìn)和方案優(yōu)化，更好的為客戶服務(wù)；
11）匯川是為擁有自主研發(fā)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)和伺服馬達(dá)的國產(chǎn)企業(yè)，特別運動控制解決方案上的能力已可媲美歐美水平。
六、機(jī)器人發(fā)展趨勢
機(jī)器人在近些年開始走進(jìn)大眾視野，并隨著人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合而飛速發(fā)展。越來越多的服務(wù)型機(jī)器人被研發(fā)出來，開始改變?nèi)祟惖纳鐣罘绞健ｋS著人工成本的上漲、工作環(huán)境的改變、人口老齡化和多元化的市場競爭，各企業(yè)面臨著重重壓力。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是一個快速成長中的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。我國機(jī)器人使用密度處于極低水平，機(jī)器人使用密度的提升將帶動機(jī)器人需求量的提升。“中國制造2025”發(fā)布也確立了機(jī)器人等十大行業(yè)作為下一階段的重點發(fā)展方向，在政策利好相繼影響下，機(jī)器人也將迎來新一輪的爆發(fā)期。(e
