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ABB 5SHY3545L0014 机器人设计避坑指南19——丝杆硬限位设计盘点

发布日期：2023-04-14 17:01 浏览次数：

简单讲一下SCARA上的丝杆，限定一下文章范围。我们是以丝杆上的丝杆花键来作为描述对象，丝杆花键是丝杆与花键的耦合，目前市场上能做的厂家也少，也有把丝杆跟花键解耦进行设计，比如YAMAHA，但是我们今天还是以耦合的丝杆对象来描述，原理是一样的。并且，我下面就直接用“丝杆”来代替“丝杆花键”，简洁一点，大家知道就行。

我们都知道丝杆花键包含了SCARA在Z轴跟R轴的两个自由度，其中R轴都没有硬限位，理论上丝杆是可以无限旋转的，所以有用SCARA来做开盖跟拧盖的，但是这毕竟是不常见的应用，而且涉及到可能出现绕线的问题，所以一般会给R轴设置软限位，一般是正负360度，如果遇到需要大于这个范围的，客户是通过管理员权限把软限位扩大的。而Z轴就有不同的情况，我们今天重点讲这个。

第一种，裸奔型。

如丝杆厂家手册上标的图一样，仅仅是把丝杆按要求切断，两头都不加工。这是最经济的做法，因为厂家备货也是这么备的，比如进货时按标准长度400m、500mm、600mm这样的长度来备，如果你刚好的是500mm，那直接拿走，如果你要的是450mm，也没关系，拿500mm一切或者线割一下就可以了，非常快，厂家或者代理也乐意，因为通用性很高，价格还能优惠些。但是对SCARA来说，这种裸奔的设计是比较危险的。一个是做零点标定的时候，只有一个光的丝杆是很难把Z轴的零点标准的，除非借助外部工具；另一个是虽然有软限位，但是机器人有可能超过软限位运动，比如手动把丝杆拉下来，或者飞车了，丝杆就飞出来了，损坏丝杆不说，这是比较危险的情况。所以裸奔是最经济的，但是在主流SCARA厂家里我好像是没有见到过，毕竟限位是比较有用的。

第二种，EPSON型。

这应该是目前使用最多的设计。在丝杆的两端各加一个紧固环作为硬限位，同时在丝杆下面留一小段作为法兰位，客户可以自己设计法兰，也可以采购标准的法兰（当然，你自己做肯定比跟EPSON买要便宜）。然后为了防止旋转偏移，EPSON在丝杆上增加了一个扁位跟一个定位孔（也有不加定位孔的），用顶丝来紧固和定位。这样一来，上下标定其实就可以靠上或下硬限位的位置来确定，可以手动推到硬限位作为零点，智能一点也可以使用力矩控制让丝杆慢慢往一个方向走直到碰到硬限位来作为零点。是比较经济实惠的做法。

第三种、EPSON简化版。

这个其实就是在采用EPSON的紧固环，但是不对丝杆做定制，就是一个光杆。至于零点跟标定，就得在紧固环上下功夫，下面的紧固环就得加上点设计，有多种方式，就不一一描述了。

第四种、QKM型。

EPSON的设计虽然比较简单实际，但其实有一定局限性的。大家也看到了，硬限位是两个紧固环，是靠两个环紧固之后的摩擦力来抵抗碰撞力。如果是低速下自然没有问题，但是如果是高速运动，这个环是hold不住的。 不用怀疑，我是亲身经历丝杆飞出来的，虽然这种情况的概率很小。

所以QKM在这个方面做了细节改善。下限位采用标配用户法兰的设计，看起来简单的法兰，其实里面有不少作用。

首先法兰与丝杆是带配合跟限位的，也就是说法兰装上之后，丝杆与法兰的配合长度都是完全确定的，而EPSON下面的硬限位如果在精确定位，是需要额外的工装的；其次是法兰也是抱紧设计，但是抱紧的接触面积是增加了不少，可以扛住高速下的撞击；另外把扁位改成平键，在R轴上精确定位，而且比扁位的扛扭矩要增大不少；还有就是法兰上是有销孔的，有同时标定Z轴跟R轴的功能，而EPSON的R轴如果要精标定应该是要借助外部工具的（猜测）。

上硬限位就是加了一卡簧，简单的小东西，但是要把卡簧撞出来，那这个力可不得了了，SCARA使不出这样的力。所以我们会看到QKM在丝杆上是做了不少细节改善的，这些“以防万一”的设计跟安全设计是一样的，绝大多时候客户是感觉不到的，反而是由此引发的负面影响客户会马上察觉，比如这会造成成本的增加，丝杆代理肯定不喜欢这种“与众不同”的设计，不通用，货期长；另外给客户贴心标配法兰有时也会造成问题，比如客户原来使用的是EPSON的机器人，自己做的法兰，你标配的他用不上，他还可能质疑你浪费他钱

第五种、ABB型。

看到ABB这个专利的是时候，我是又惊又喜，喜是因为大家想到一块儿去了，我之前也想过这种方案，所以说大家做一个行业久了总会想到相似的点子，我相信一定还有其他朋友也想过这个方案，非常有意思；惊是因为我没有想过申请专利，所以看到这个的时候就有点遗憾，以后就不能用这个专利了。所以说，隔行如隔山，工程师眼里的一点小技巧，专利人眼里就是宝藏啊，但是你让工程师去挖掘专利，抓白了头也想不出来，毕竟绝大部分人都没有惊天地泣鬼神的发明，反倒是发明专利大多数是灵机一动的小技巧，这就看IP布局人的专业能力了。

扯远了，回到ABB的专利上来，这其实是在EPSON的基础上做的一个很小的改善，但是却很巧妙。上面的图大家一看就明白了，就是在硬限位上加一个顶丝顶到丝杆沟槽中，这样如果发生大的碰撞，除了紧固环的摩擦力，还有顶丝与沟槽的作用力助力，原理跟卡簧其实是一样的，虽然没有卡簧力那么大，但是扛住SCARA的力应该还是可以的，最重要的是，比起在丝杆上加卡簧槽，在紧固环上打个螺纹孔简单多了。而且这个方案上下硬限位都使用，非常实用。

第六种、混合型。

紧固环、铣扁、平键、紧定螺钉、卡簧是上面几个典型厂家的典型方案，另外还有将以上进行方案进行混合的厂家。但是总的来说还是EPSON以及EPSON简化版使用最多。毕竟性价比比较高，特别是小厂，本来量就不大，要是再有定制，那不管是价格跟货期谈判都处于劣势。