Robot SCARA - zasada działania, budowa i zastosowanie

Współczesny przemysł nieustannie dąży do zwiększenia efektywności, precyzji oraz elastyczności procesów produkcyjnych. Automatyzacja odgrywa w tym procesie kluczową rolę, a jednym z jej najważniejszych elementów są roboty przemysłowe. Wśród wielu typów robotów, istotne miejsce zajmują roboty typu SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm), które dzięki swojej unikalnej konstrukcji i właściwościom doskonale sprawdzają się w zadaniach wymagających dużej precyzji i szybkości.


Robot SCARA, zobacz więcej robotów tutaj
 

Zasada działania robota SCARA

Robot SCARA został zaprojektowany do wykonywania zadań montażowych i manipulacyjnych w płaszczyźnie poziomej. Jego nazwa – Selective Compliance Assembly Robot Arm – odnosi się do selektywnej podatności konstrukcji: ramię robota jest sztywne w kierunku pionowym (osi Z), a elastyczne w płaszczyźnie poziomej (osie X i Y). Dzięki temu robot może wykonywać szybkie i precyzyjne ruchy poziome, co jest szczególnie przydatne podczas operacji typu pick-and-place.

Ruch robota SCARA odbywa się zwykle w czterech osiach:

1. Oś X i Y – odpowiadają za ruch w poziomie. Ramię robota składa się z dwóch członów obracających się względem siebie, co umożliwia dotarcie do różnych punktów w obszarze roboczym.

2. Oś Z – ruch w pionie, wykorzystywany do podnoszenia i opuszczania przedmiotów.

3. Oś θ (rotacja narzędzia) – obrót końcówki roboczej wokół osi pionowej, przydatny przy manipulacji elementami wymagającymi ustawienia w określonej orientacji.

Taka konfiguracja zapewnia robotowi SCARA dużą szybkość, precyzję i powtarzalność, jednocześnie ograniczając jego zakres ruchu do określonej płaszczyzny, co w wielu zastosowaniach jest zaletą.
 

Budowa robota SCARA

Budowa robota SCARA jest zoptymalizowana pod kątem zadań montażowych, manipulacyjnych i pakujących. Główne elementy jego konstrukcji to:

• Podstawa (stojak) – zazwyczaj montowana do stołu lub platformy roboczej; stanowi stabilne oparcie dla pozostałych członów.

• Ramię dwuczłonowe – dwa segmenty ramienia, z których każdy napędzany jest osobnym silnikiem serwo. Ich obrót umożliwia manipulację w płaszczyźnie XY.

• Oś Z – ruch w pionie realizowany za pomocą siłownika liniowego lub śruby kulowej. W osi tej montowane jest narzędzie robocze.

• Efektor końcowy – najczęściej chwytak pneumatyczny, elektromagnetyczny lub narzędzie dostosowane do aplikacji (np. śrubokręt, dozownik kleju).

Roboty SCARA produkowane są przez wielu znanych producentów automatyki, takich jak: Epson, Yamaha, Mitsubishi Electric, ABB, Fanuc czy Omron. Przykładowo, robot Epson SCARA serii T6 może przenosić ładunki do 6 kg i osiągać prędkość do 5000 mm/s, z powtarzalnością rzędu ±0,02 mm.



Robot Scara JS3-5520 Janome

Robot Scara THL1000 Elmotec

Zastosowanie robota SCARA

Roboty SCARA znajdują szerokie zastosowanie w wielu sektorach przemysłu. Ich popularność wynika z kombinacji prędkości, dokładności i kompaktowej budowy. Do głównych obszarów zastosowania należą:

1. Montaż elektroniki

W branży elektronicznej roboty SCARA wykorzystuje się do:

• montażu płytek PCB,

• umieszczania podzespołów elektronicznych,

• obsługi maszyn SMT (Surface-Mount Technology),

• dozowania pasty lutowniczej i klejów.

Według danych International Federation of Robotics (IFR), ponad 30% robotów SCARA pracuje w przemyśle elektronicznym – jest to największy udział wśród wszystkich branż.

2. Przemysł motoryzacyjny

Roboty SCARA są używane do montażu drobnych komponentów, jak:

• przełączniki,

• złącza,

• czujniki,

• układy elektroniczne w pojazdach.

Wg raportu Global SCARA Robot Market 2023–2028, przemysł motoryzacyjny stanowi ok. 20% globalnego rynku zastosowań SCARA.

3. Przemysł farmaceutyczny i medyczny

Dzięki swojej precyzji i łatwości integracji z systemami cleanroom, roboty SCARA są wykorzystywane do:

• pakowania leków,

• napełniania fiolek,

• przenoszenia probówek i ampułek,

• obsługi systemów laboratoryjnych.

Warto zaznaczyć, że roboty SCARA są często dopuszczone do pracy w środowisku klasy ISO 5 lub ISO 6.

4. Przemysł spożywczy

W tej branży SCARA sprawdzają się w procesach takich jak:

• pakowanie słodyczy i wypieków,

• segregacja produktów na liniach produkcyjnych,

• inspekcja wizualna (zintegrowana z systemem wizyjnym),

• układanie produktów w opakowania zbiorcze.

Z raportu Statista Research Department (2024) wynika, że segment spożywczy stanowił około 12% globalnych instalacji robotów SCARA w 2023 roku.

5. Logistyka i e-commerce

W centrach dystrybucyjnych i magazynach roboty SCARA są używane do:

• sortowania paczek,

• przenoszenia produktów na liniach pakujących,

• obsługi zautomatyzowanych magazynów.

Zastosowanie robotów SCARA w logistyce rośnie dynamicznie – tylko w latach 2020–2023 liczba instalacji wzrosła o ponad 70% (IFR, 2023).
 

Dane statystyczne i trendy rynkowe

Według raportu MarketsandMarkets (2024), globalny rynek robotów SCARA osiągnął wartość 9,5 miliarda USD w 2023 roku i prognozuje się, że do 2028 roku wzrośnie do 13,2 miliarda USD, przy średnim rocznym tempie wzrostu (CAGR) wynoszącym 6,8%.

Najwięcej instalacji robotów SCARA odnotowuje region Azji i Pacyfiku, głównie w Chinach, Korei Południowej i Japonii – te trzy kraje odpowiadają za ponad 65% światowych wdrożeń. Europa i Ameryka Północna pozostają nieco w tyle, choć trend automatyzacji w sektorze MŚP (małych i średnich przedsiębiorstw) powoduje rosnące zainteresowanie tym typem robotów.

W Polsce rośnie liczba firm inwestujących w robotykę. Według raportu PIAP (Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów), w 2023 roku zainstalowano ponad 600 nowych robotów przemysłowych, z czego blisko 15% stanowiły roboty SCARA, głównie w sektorach: AGD, elektronika i przetwórstwo spożywcze.