SCARA机械臂基本特性

索旭东

发布于 2026-01-27 16:33:26

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文章被收录于专栏：具身小站具身小站

一、核心特点

a. 柔顺性

平面刚性：X-Y平面内具有高刚度，能抵抗平面内的力和力矩
轴向柔顺：Z轴方向（垂直方向）具有可控制的柔顺性
设计原理：通过特定的机械结构实现不同方向的不同刚度特性

b. 运动特性

最大速度：1-10 m/s
重复定位精度：±0.005-0.02mm
循环时间：0.3-1秒
负载能力：通常3-50kg（标准工业型）
占地面积小：相比同等工作范围的机械臂
平面运动为主：主要运动在水平面内
快速点对点运动：擅长直线和圆弧插补
垂直柔顺性：有利于装配作业

二、工作原理

刚性方向（X-Y平面）：
  连杆设计 → 大截面惯性矩 → 高弯曲刚度
  传动系统 → 直接驱动/高刚性减速机 → 低背隙

柔顺方向（Z轴）：
  线性导轨 → 可控制顺从性
  弹性元件/力传感器 → 主动柔顺控制

三、运动学原理

3.1. 平面定位

原理：通过两个旋转关节确定末端在平面内的位置
数学关系：

末端位置 = f(θ₁, θ₂)
x = l₁·cosθ₁ + l₂·cos(θ₁+θ₂)
y = l₁·sinθ₁ + l₂·sin(θ₁+θ₂)

3.2. 垂直运动

实现方式：丝杠驱动、同步带传动、直线电机
特点：独立于平面运动，可单独控制

3.3. 末端姿态

末端旋转：独立旋转关节控制末端工具方向
连续旋转：部分型号支持360°以上连续旋转

四、动力学原理

4.1 低惯量设计

移动质量分布优化：
  重部件（电机、减速器） → 靠近基座或固定
  轻部件（末端连杆） → 快速运动部分

4.2 力矩平衡原理

通过平行四边形结构：
  重力矩 → 部分抵消
  惯性力 → 优化分布

五、选型与应用建议

未来SCARA将继续沿着高速化、精密化、智能化、协作化的方向发展，并通过标准化和模块化降低使用门槛，应综合考虑任务需求、环境要求、柔性要求及成本等因素。

适合场景：
  √ 平面内快速运动
  √ 垂直装配作业
  √ 高精度定位需求
  √ 空间有限场合
  √ 高速分拣应用

不适合场景：
  × 复杂三维轨迹
  × 大范围空间操作
  × 重负载搬运（>100kg）
  × 需要全方位柔顺
  
根据需求选择：
  高速分拣 → 轻量化 + 直接驱动
  精密装配 → 高刚度 + 力控制
  协作应用 → 安全功能 + 力矩传感
  洁净环境 → 密封设计 + 特殊材料
  柔性生产 → 模块化 + 快速换型

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原始发表：2026-01-24，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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