根据SCARA机械手结构原理特点设置与标定SCARA机械手

发布日期：2020-07-09

SCARA机械手的结构原理是什么？

答：采用高弹性、高整合性的大升智能SCARA工业机器人，以及外围自动化零件（如伺服系统、视觉系统、线性模块等），不仅满足单机或结合移载平台应用。最具有口碑的SCARA机器人结合我国先进的自动化操作系统，使得我国的机器人工作站能更加的高效能工作。下面详细的分享SCARA机器人的机械结构介绍：

1.伺服电机加谐波减速机

第一二轴结构相同，都是伺服电机加谐波减速机传动。当于，出于成本的考虑，也有将伺服电机换成步机电机，或者将谐波减速机换成行星减速机或者RV减速机的。但目前的SCARA机器人的第一二轴还是主要以伺服电机加谐波减速机。

2.耦合式

SCARA机器人三四轴设计就比较丰富多样。耦合式即轴的驱动是分离的，分花键轴、滚珠丝杆各一根，由两个电机分别驱动升降与旋转两个自由度，SCARA机器人耦合式，即三轴与四轴的驱动的耦合的，相互影响的，由一根滚珠丝杆花键轴实现。单个电机无法实现单独的旋转或升降，必须两个电机同时驱动才能实现。

3.解耦式

SCARA机器人的解耦式的结构优点是设计相对简单，价格对比便宜，缺点是对花键轴与滚珠丝杆的平行度要求很高，装配比较困难。而耦合式的结构优点是设计紧凑，重量较轻，缺点是滚珠丝杆花键轴价格高昂，厂家极少，基本属于垄断。除了解耦式与耦合式的不同以外，不同厂家的SCARA机器人对于电机的分布，减速装置的设计有多种形式。

总而言之，正是因为SCARA机器人机械结构多样化，使其具备容易快速导入产线自动化的优势，在制造系统中呈现了更高的灵活性、敏捷度并逐步实现智能生产。从而体现专业的SCARA机器人的高效率的自动化，解放工人的双手，加速我国自动化大国的进程。

如何设置与标定SCARA机械手

初次上机调试 SCARA机械手, 分为下面步骤：

1. 确认SCARA机械结构及臂长

2. 配置各轴UNIT

3. 确认各轴运动方向

4. 绝对式编码器读取与SCARA位置标定

5. 软限位设置

方法/步骤1-确认SCARA机械结构及臂长

配置机构耦合关系

SCARA最常见的是RZ耦合。RZ耦合即确认SCARA的R轴（J4）和Z轴（J3）是否存在耦合关系。当单独控制R轴旋转时，SCARA的Z轴会被带动上下移动的情况，该SCARA的R轴和Z轴即是耦合结构。具有RZ耦合结构的SCARA本体机构，需配置正确的耦合关系。如SCARA本体的机械机构中R轴和Z轴各自独立，互不影响，则无需配置耦合关系。

Motion Studio中配置RZ耦合关系操作如下：

"硬件配置"—>选择"运动"选项卡—>双击要配置的"控制单元"—>"Device"—>"SCARA"

用公式计算耦合关系：RZ_NUM / RZ_DENOM=L / 360

RZ_NUM : RZ耦合关系系数的分子。

RZ_DENOM : RZ耦合关系系数的分母。

L：R轴旋转一周，Z轴的移动量（单位为毫米）。

注意：以上设置需在各轴UNIT设置正确的情况下进行。各轴UNIT的设置方法会下UNIT设置章节说明。

配置SCARA各臂长

根据实际SCARA本体机构，设置正确的各臂长度。

Motion Studio中配置各臂长度的操作如下：

"硬件配置"—>选择"运动"选项卡—>双击要配置的"控制单元"—>"Device"—>"SCARA"

Arm1：J1中轴线与J2中轴线的垂直距离，单位为mm。（SCARA机械本体图纸中得到）

Arm2：J2中轴线与J4中轴线的垂直距离，单位为mm。（SCARA机械本体图纸中得到）

Arm3：J4中轴线与工具末端中心线的垂直距离，单位为mm。（工具机构加工图纸中得到）

方法/步骤2-配置各轴UNIT

Motion Studio中配置UNIT的操作如下：
"硬件配置"—>选择"运动"选项卡—>双击要配置的"控制单元"—>"Device"—>"Axis"
对于旋转运动轴J1，J2，J4，UNIT可使用下面公式
例1：假定关节轴J1的马达解析度为131072（17bit），减速机的减速比为80，伺服里设置的电子齿轮比为4/1。那么J1轴的UNIT为：
UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=131072*80/4*360=65536/9
即：UNIT_NUM设置为65536，UNIT_DENOM设置为9。
例2：假定关节轴J2的马达一圈指令脉冲数为65536（上位发送65536个指令脉冲到伺服驱动器，伺服驱动器控制马达旋转一圈），减速机的减速比为80。那么J2轴的UNIT为：
UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=65536*80/360=131072/9
即：UNIT_NUM设置为131072，UNIT_DENOM设置为9。
对于直线运动轴J3，可使用下面公式
例：假定关节轴J3的马达解析度为131072（17bit），减速机的减速比为2，伺服里设置的电子齿轮比为4/1，J3的丝杠螺距为16mm，那么J3轴的UNIT为：
UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=131072*2/4*16=4096/1
即：UNIT_NUM设置为4096，UNIT_DENOM设置为1。

方法/步骤3-确认各轴运动方向

在Motion Studio中配置各轴的指令脉冲输出类型。

正确的指令脉冲配置后，各关节轴控制的方向需如下图：

方法/步骤4-绝对式编码器读取与SCARA位置标定

说明
SCARA控制系统通常不会安装限位开关来提供回原点的位置参考，一般需要控制器读取伺服的绝对式编码器来获取绝对位置，用于给系统提供位置参考。Motion Studio中提供了支持RS232/422/485串口通信读取绝对式编码器的方式，用户根据实际硬件配置后，即可完成绝对式编码器读取，然后再进行SCARA位置标定。
注：目前支持的伺服厂牌：松下、三菱、山洋、富士、台达、Servotronix。
绝对式编码器读取
根据实际硬件，接好控制器串口到各伺服驱动器的通信线。然后使用Motion Studio，如上图：点击“绝对式编码器设置”进入“绝对式编码器设置”页面，设置说明如下：
1. 通信使能：使能各串口。
2. 串口： 根据实际硬件连线，选择读取各伺服轴绝对式编码器的串口号（可通过电脑设备管理器中查看）。比较常见的情况是，SCARA的4个伺服通过1个RS485串口读取，4个伺服通过伺服驱动器里设定的地址来彼此区分，这时候，4个伺服轴选择的串口号是同一个。
3. 波特率：控制器设定的波特率需与伺服驱动器里设定的绝对式编码器读取通信波特率一致。即该项的设定需根据伺服驱动器里设定的波特率来选择。
4. 通信超时：通信超时的判断时间，单位为ms。
5.伺服厂商：根据实际要读取的伺服选择厂牌，如果实际伺服没有在可选择的伺服厂商列表中，需与研华的技术支持联系。
6. 伺服轴地址：如果用一个串口总线（如RS485）去读取4个伺服的绝对式编码器值，那需将4个伺服驱动器里的伺服地址设定成不一样（参考对应的伺服手册）。该项根据实际设定的伺服地址来填写。
7. 单圈解析度：伺服马达的解析度，即伺服马达单圈的编码器解析度，比如是17位的编码器，那就填131072。
8. 一圈指令脉冲数：填写上位发送多少个指令脉冲可以控制伺服马达旋转一圈。
9. 编码器方向：需确认指令脉冲方向与编码器方向是一致的。如控制器发送正向1000个指令脉冲到伺服驱动器，那读到的编码器值应该也是正向增加1000个脉冲。否则，则需要切换方向让指令脉冲与编码器方向一致。
10. 绝对位置：显示读上来的编码器绝对位置。第11项的“设置”按钮按下后，该项即会更新一次。
11. 设置：按下“设置”按钮后，Motion Studio会将上述1~10的配置保存设定，同时会根据设定读取4个伺服轴的编码器绝对值到第10项的显示框里。
SCARA位置标定
对SCARA进行控制之前，必须要将各伺服马达的绝对位置与SCARA的姿态做一个关联标定。以便让SCARA的控制系统有位置参考。进行SCARA的位置标定前，必须要保证上一步“绝对式编码器读取”是正常的。
如下图，进入“SCARA起始点标定”页面。按如下操作步骤进行位置标定：
控制J1，J2，J4，让SCARA沿世界坐标系X+方向伸直，如上图标识3红框中的最左这张俯视示意图一样(最常见的位置标定姿态，也可以选择其它姿态进行标定)。控制J3，根据实际情况选择一个零位。
进入"绝对式编码器设置"页面，点击“设置”，再读一次各轴的编码器绝对值。再进入“SCARA起始点标定”页面，可以看到刚才读到的编码器绝对值已传入上图标识2的红框里。
在上图标识1的红框里将J1，J2，J3，J4的值分别填入0,0,0,0（用其它姿态标定，这里填入的值要根实际一致才能正确标定）。
点击上图标识4的“设置”按钮，进行标定。Motion Studio将会保存标定信息。