重点说明:下面所讲的结构都根据各个厂家给出的公开资料做的合理猜测,文中所说的“类似”“相同”等字眼是指厂家之间的理念相似,没有谁挑谁的说法,我也不知道哪个产品在前哪个产品在后。文章也仅供交流学习。
爱普生机器人 G系列
一、产品特征
爱普生机器人J2、J3、J4电机呈直线排列
从上图可以看到,G系列的2、3、4轴电机呈直接排列,而且J3轴电机比J4轴的电机要大,原因是J3轴是丝杆的上下运动,力较大,而且是一级同步带减速(丝杆本身也有减速作用),所以J3轴电机还是在带刹车的,为的是断电的时候负载不会轻易下降(这是对小负载来说,大负载的话,J3、J4都会加刹车)。J4轴电机则使用两级同步带减速,控制丝杆的旋转。
电机呈直线排列的好处是,整个关节可以收窄,变得比较细长,但是缺点也是比较明显的,由于J3轴电机离J2轴旋转中心比较远,又是稍大的电机,整个二关节的惯量会增大很多,这对机器人的性能是有非常大的影响的。高中物理老师告诉我们,惯量乘以角加速度等于扭矩。在扭矩一定的情况下,惯量增加了,角加速度自然就下来了。
二、爱普生机器人J3、J4轴耦合设计
不仅是G系列,爱普生机器人的所有SCARA都是采用J3、J4轴耦合的设计,意思是J3、J4轴是联动的。想要丝杆单纯上下运动或者旋转运动都需要同时运动两个电机。耦合的原因是用了滚珠丝杆花键轴,简称丝杆花键。就是下面这货。
采用丝杆花键的好处是可以简化设计,但缺点也很明显,就如同iphone X出来时大家朋友圈所“揭秘”的缺点一样——就费用较高!不管丝杆花键的这种设计还是比较普遍的,大部分厂家都会采用这种设计。
三、J1、J2轴中空设计
爱普生机器人G系列还有一个特点是J1、J2轴都采用了中空中线的设计,而且,Epson并没有采用标准的中空组合型减速机,Epson采用的是谐波减速机的三件套——钢轮、柔轮、波发生器,然后自行设计支撑轴承。
这样的好处是成本更低,结构更紧凑,但是这是大厂家、高手的玩法,因为三件套的装配、支撑的设计、密封等等都比较困难,很容易出问题,国内很多减速机厂家自己都没搞清楚,而且出问题了这责任就不好界定了,是三件套品质问题还是客户设计问题呢?所以你会发现,HDS在中国几乎不销售三件套,其他厂家也很少卖或者根本就没有。而大部分国内客户也比较偏向选用组合型,可以降低装配难度。
采用中空走线的好处是,没有外部的波纹管,外观看起来更简洁,防护等级也可以做得更高,比如倒挂型的SCARA一般就都采用中空走线。但中空走线对线缆的性能要求会更高,因为中空走线的空间更小,线缆的活动范围更小,这样机器人在快速来回运动时,对线缆的磨损会加快。当然这随之也会相对增加成本,像EPSON这种中空设计是稍复杂了一点。