|
DELTA是并聯結構中極少數被商業化的構型之一。之前講過，自從DELTA的專利過期后，不管國內還是國外，做DELTA的公司就越來越多，每次去展會都能看到兩三家新的出來，而且設計的起點也越來越高。然而，不幸的是，根據市場調查，DELTA的在中國的出貨量雖然一直在增長，卻一直沒有爆發，在出貨量上，一直是國外那幾個大佬總掉了絕大部分，國產DELTA的占比實在少得可憐。 那么，到底是什么問題導致DELTA的推廣進程比較慢，特別是國產DELTA為什么不像SCARA那樣發展迅速呢？DELTA難在哪里？看我一一道來。 ![]() 1、應用場景 DELTA的性能特點就是一個字——快。而且這個快跟SCARA還不一樣。SCARA是串聯機器人，在短距離的運動中，SCARA可以達到甚至超過DELTA的速度，但是當運動距離變長時，DELTA的優勢就顯示出來了。因為DELTA不存在像SCARA的左右換手問題，可以在整個運動空間里高速運動，這就是DELTA的優勢所在。 為了達到快的目的，DELTA的運動部件都是輕量化設計，而且負載一般也比較小，超過3KG對DELTA來說就算是大負載的類型了。 在重復定位精度方面，DELTA是比較弱一點，一般是在正負0.1mm左右。當然，像前面文章里講到的那一家把小型DELTA重復定位精度做到u級的令人發指的廠家除外。 小負載，低精度的特點決定了DELTA的特別合適于包裝行業的分揀，可能是五金分揀、食品、包裝等等。這類應用的特點是快，而精度要求不高。然而，不幸的是，這些個行業目前還都是勞動密集型行業，小作坊特別多，非標設備在這些行業非常成熟，所以當前對機器人自動化的需求沒有那么迫切，推廣較慢。 ![]() 2、成本問題 這也是比較尷尬的問題。DELTA雖然功能強大，但是在成本上偏高一些，所以在DELTA跟SCARA都可以使用的情況下，DELTA經常就被SCARA打敗了。而DELTA因為確實比較特殊，想到達到較高的性能，在成本上跟SCARA確實沒得拼，這個我們在后面的技術問題將會詳細講。 總之，經常出現的情況是，客戶對DELTA的性能很滿意，但得知DELTA的價格卻只是望錢興嘆。 ![]() 3、技術瓶頸 這個也是我們今天要講的重點。雖然DELTA的機構設計一目了然，似乎很簡單，但是在很多細節方面，還是有很多技術難點，國產DELTA在這些方面有的已經有所突破，有的還在努力當中。 我們先簡要講講應用方面。 DELTA的應用當中最常用的兩個功能是視覺跟傳送帶，最典型的應用是視覺定點取定以及傳送帶跟蹤取放。沒有了視覺的DELTA應用總覺得有點缺陷似的。 然而視覺與跟蹤正是國內的軟肋，一個是頂級的視覺公司很少，一個是傳送帶跟蹤的穩定性和精度參差不齊。這里很大的區別不在硬件，而在算法，即軟實力，因此，在這兩項上沒有突破，DELTA的應用就很難推廣。 簡單講了軟實力，下面的篇幅，我們就留給今天的重點干貨，DELTA本體之難在何處？？ ![]() DELTA基本構造 上圖是我找到的公開的比較詳細指示DELTA各部位的圖，來自QKM官網用戶手冊，還有維護手冊，接下來我們的講解插圖都主要來自于這兩本手冊。有的部件各家叫法不一，有的部件并不是各家都有，在本文里，我們就統一以上面的來說。 總的來說，DELTA本體基本上由基座、主動臂、從動臂、旋轉軸、動平臺這幾個部分組成。其中主動臂和從動臂各有3套，形成3條運動鏈，加上動平臺，實施空間內的XYZ平移，而旋轉軸則實現繞Z軸的旋轉。 ![]() 基座 一般來說，成熟的廠家的DELTA基座都是一體式鑄造而成，一體鑄造可以使基座更穩定，更美觀，但是機加成本較高，特別是3個運動鏈需要呈120度均勻分布，加工可能需要上4軸半機床或者五軸機床。 而為了降低成本，或者在研發早期設計還不穩定的時候，廠家會采用機加拼接或者分體鑄造的方式來組合成基座。優勢自然非常明顯，在成本上要便宜得多，然而要克服的問題也很多，比如如果要做到IP65，那連接處的防護就在做得很好；比如在做到120度均分，就需要有精度非常高的工裝來保證；再比如DELTA高速運動時，振動會很大，如何保證連接的螺釘長期不會松動甚至斷裂，基座的螺釘松了或者斷了，那可不是鬧著玩的。 12年左右國內DELTA剛剛起步的時候，大部分國產廠家都采用機加或者分體鑄造，QKM也是其中之一，我至今仍然保留著當初第一、二代樣機的照片，剛做出來時覺得很漂亮，現在反回去看實在慘不忍睹！！ ![]() 減速機 以四軸DELTA來說，DELTA一共有4個減速機，三個主動臂的減速機和一個旋轉軸的減速機。因為減速比小，所以絕大部分廠家都會使用行星減速機，極少部分會使用諧波或者RV減速機。 然而，以行星減速機來說，雖然行星減速機的應用非常廣泛，廠家也非常非常多，但是真正能使用在DELTA上卻是屈指可數。為了保證DELTA的精度，行星減速機需要采用背隙1弧分以下的。就這一點就足以把國內90%以上廠家；然后再看標稱1弧分的是加工出來的還是挑出來的，因為有些廠家是通過從一批齒輪中挑出精度更高的配合裝成1弧分的減速機，這又得放棄一批；然后我們再來看穩定性，剩下的就沒幾家了。 目前我所知道的在1弧分以下行星減速機做得最好的就是德國的ALPHA了。很典型的德國品質，精度杠杠的，當然，這價格也是杠杠的，所以國產品牌中估計很少能用上這種奢侈品。 除了德系，國內大部分會選用的就是日系跟臺系了。比較出名的也就那么幾家可選。這里就不一一列舉了。
! F5 X# A6 ]" p% U: W g4 s ![]() 主動臂 看似非常簡單的部件，主要就分兩種工藝，一種就是全身采用鋁合金制作，另一種就如上圖那樣采用鋁合金和碳纖維組合而成。 從圖上看，主動臂的覺得確實是太簡單的，就兩個鋁塊中間夾個碳纖維管再加兩個球頭，沒了。這個時候就得看細節了。比如碳纖維的粘接就有一定技巧，采用什么樣的膠水，什么樣的工藝，什么樣的碳纖維才不會容易斷、開膠、膠不滿、膠溢出等等問題都有講究。另外如果保證球頭中心到主動臂中心的距離、如果保證兩個球頭中心的距離、如何做主動臂的標定~~~這些是客戶看不到的，但是廠家會關注的真真切切影響DELTA性能的地方。 ![]() 從動臂 講這個就有意思了。從動臂從結構上來說也是非常簡單，但是這里面卻有很多廠家想要破解的小秘密。這里面就有不少有意思的小故事。 故事1：2013年11月，QKM的DELTA第一次在工博會亮相。有意思的事，有不少人過來問我們代理的是國外哪個品牌的機器人。因為那時候，國內把DELTA做得像一個產品的廠家確實很少。 故事2：同樣在2013年工博會，很多同行會相互到各家展臺參觀。我們分辨友商與客戶的一個有意思的辦法是，如果是友商，很多會問，你們怎么解決球頭磨損問題？你們怎么解決彈簧斷的問題？一開始我們也一臉懵逼，后來才知道原來這就是DELTA的共性問題，每一個廠家都要面對這些坑。 在球關節與彈簧上面，我們當然也遇到了磨損跟彈簧斷裂的問題，這在研發初期就發現了，而且這個問題最頭疼的地方就是短期內是看不出來的，就不知道什么時候突然就出問題了。所以，我們采用了最笨的方法——測試。老老實實按照實際應用設計了幾個測試平臺，根據可能的方案制作不同的材料跟設計，然后就是一直測一直測，一測就是半年。沒有什么特殊方法，沒有什么高深的理論，就是老老實實花了半年多做各種各樣的測試，直到最終磨損控制得很小，彈簧不再斷，完事兒。所以到目前為止，雖然關節跟彈簧我們都定義為易損件，但到現在還沒有出貨的DELTA需要換球關節的，磨損非常慢，而彈簧，由于異常碰撞導致的損壞發現過，但正常使用把彈簧拉斷的也一直沒有發現過。 所以，前面把時間都花足了，再把產品推出去，后面的時間反而會省很多。
9 O* U$ Y$ A1 Y8 ] Z ![]() 旋轉軸 旋轉軸就由一套花鍵軸和兩個萬向節組成。花鍵軸是標準品，這個沒什么可講的，能做這個的廠家也就那幾家，我們都測過，按價格論品質就是了。 萬向節雖然市場也有很多標準品，但是我們測過不少品牌都掛了，要不就是壽命短，要不就是角度不夠大，后來被逼得實在沒辦法了，只能自己做。萬向節是一個利潤很薄的東西，所以在量不是很大的情況下，自己做萬向節是不劃算的，無奈標準品一次又一次地讓我們失望，太不耐折騰了，只能硬著頭皮自己做了。前前后后也是做了好多次改版才最終定下設計并測試通過。不過略遺憾的是，萬向節暫時還沒有做到快裝快拆。要做到拆裝快又滿足精度跟壽命，確實很困難，當年測了幾個方案都失敗了，考慮到拆裝的頻率極低，最終還是放棄了。 旋轉軸其實除了使用花鍵軸，還有其他幾種不同的形式，在之前有文章里有提過，有些方案我們也測過，最終選用花鍵軸是最理想的，而且別看采用了標準花鍵軸，這里面還有一項非常重要的發明專利，解決旋轉軸的一個大問題。只是出于知識產權保護，這里就不方便細說了。 ![]() 動平臺 動平臺的設計要講的不多，最主要的就是兩點，一個是壽命，一個是IP防護，特別是如果用到食品行業的話。 動平臺有一個比較有意思的設計就是ABB的動平臺，采用了氣室的設計，即在負載旋轉的時候，氣管是不需要跟著負載旋轉的，這樣的話氣管就整潔多了，也不怕纏繞導致動平臺脫落等問題。 另一個特殊設計就是ADEPTA的動平臺，因為是四條鏈，所以沒有旋轉軸，而第四軸的旋轉是靠動平臺上的特殊設計來控制角度，有專利，所以市場上除了他們家也沒見什么人在賣。據說有繞過ADEPT專利設計的，可惜一直沒有機會親眼看看結構。 本來 6 j; V, b: N G
文章到這里就應該結束。但是今天收到一位朋友留言問我對DELTA的前景有什么看法，因為現在DELTA都是叫好不叫賣，遠比不上SCARA。所以在這里再講講我的看法。 首先DELTA要跟SCARA比應用是很難的，因為SCARA的應用要比DELTA要廣得多，特別是3C行業爆發的情況下，桌面型的SCARA就非常適應這個行業的自動化，自然也跟著爆發。而DELTA所擅長的分揀類的領域如食品、五金這些行業還是主要是人工為主，大部分老板還在觀望，還沒有大規模上自動化。 其次，DELTA的負載比較小，型號比較單一，不像SCARA有各種各樣的臂長跟負載，負載太大，對DELTA的設計難度會大大提升，這也對DELTA的應用有所限制。 另外，價格是硬傷，目前性能比較好的DELTA成本要比SCARA要高很多，沒辦法，有很多硬成本在那里。這也是為什么很多老板對DELTA是“只敢遠觀而不敢褻玩”的原因之一。 但是，我個人是相信DELTA很快會迎來春天的，因為總體來說DELTA的銷量是在增長的，說明需求是在增長的，等市場風向一變，DELTA也能被吹到風口，所以目前DELTA還沒有爆發，沒關系，利用這個時間把產品完善好了，積累一些應用工藝，束緊腰帶等風來~~~
. r5 ~( N8 K* y$ p; E) ] | 
發表于 2018-3-21 21:32:09
QQ好友和群
QQ空間
