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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 關(guān)于機(jī)器人性能的這些事，你絕對沒有聽過（二） [打印本頁]

作者: ww112358134711 時間: 2017-12-19 21:16
標(biāo)題: 關(guān)于機(jī)器人性能的這些事，你絕對沒有聽過（二）

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昨天我們講了入門級的干貨：關(guān)于cycle time背后的故事以及cycle time對于機(jī)器人性能的評價意義，今天，我們更進(jìn)一步來揭密，看看cycle time到底是怎么測出來的？Cycle time有哪些模式？Cycle time與關(guān)節(jié)速度和線速度的關(guān)系~~~

這里需要稍微提一下，因為Cycle time影響因素比較多，涉及到的知識點比較多，所以我會講到哪里，涉及到什么知識點就直接在旁邊備注，比較本文會比較長，也比較雜。大家如果有什么疑問也可以留言，如果是我懂的而且可以說的，必定知無不言，言無不盡。話不多說，走你！！

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Cycle time的測試條件

Cycle time的定義機(jī)器人沿著特定的軌跡（25-305-25）走一個來回的最短時間。這里實際說的是兩個條件。

第一、選對軌跡。這個很好理解，雖然都是走25-305-25的路徑，但是這條路徑放到機(jī)器人空間的什么位置跑出來的效果卻是不一樣的。以下圖的SCARA為例，在離基座較選的地方，因為臂比較長，所以走相同的路徑時每個關(guān)節(jié)運動的角度較小，但同時每個關(guān)節(jié)的受力會比較少，加速度會比較慢；而反過來在離基座比較的地方，因為臂展短，所以關(guān)節(jié)運動的角度會比較大，但受力小，加速度會更大。所以條件一就是找到一條與基座距離恰到好處的軌跡，使得受力與加速度剛好在一個比較好的平衡上。

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第二、另一個條件就是盡量使所有的電機(jī)在同一時間達(dá)到飽和狀態(tài)，意思是讓機(jī)器人在運行時達(dá)到最大加速度和速度，簡單粗暴的理解就是所有電機(jī)用力用力齊用力就是了。

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這里其實并沒有太多的技巧，最主要是需要時間去一點一點地測試，直到相同的軌跡，機(jī)器人所用的時間最短。這也是大部分廠家的測試方法。

劃重點：你知不知道你對Cycle time理解一直是錯的

上面我們已經(jīng)講了cycle time的測試條件，很多廠家的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍也確實是這么測出來的。但是如果大家有看我的上篇文章的話，每當(dāng)我聽到一個很高的cycle time的時候，我的第一反應(yīng)是這樣的。

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事實上，也曾經(jīng)有好多次商務(wù)的同事跑過來問我，為什么某某家的cycle time比我們快這么多。而我的問題是：他測的是什么模式？

事實上，在QKM內(nèi)部，我們把Cycle time是分成兩種模式的。一種是Burst mode ，一種是Sustian mode。所謂Burst mode，是指機(jī)器人的瞬時cycle time，通俗來說就是機(jī)器人在跑百米沖刺，測的是機(jī)器人的爆發(fā)力，短時間內(nèi)可以跑多快，一直這么沖刺，機(jī)器人是會掛的。然而，在實際應(yīng)用中，機(jī)器人往往不是跑百米沖刺，而是馬拉松，要求機(jī)器人可以高速而且是長時間地跑。而sustain mode就是機(jī)器人的馬拉松模式，機(jī)器人可以連續(xù)24小時跑出這個時間。所以burst mode再快并沒有什么太大意義，sustain mode快才是真的快。

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我曾經(jīng)問過幾家機(jī)器人廠商，他們的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍到底是怎么測的？以這個速度可以持續(xù)跑多久？得到的答復(fù)要么回復(fù)是瞬時達(dá)到，要么支支唔唔說不清，極少聽到敢說可以24小時跑的。

那為什么大家都標(biāo)burst mode呢？很簡單，數(shù)據(jù)好看，sustain mode一般都會比burst mode要慢一點，而且反正這是實驗室數(shù)據(jù)，客戶幾乎是無法測到的。Burst mode的測試其實是有點恐怖的，每次我們在一樓測burst mode的時候，從負(fù)一樓到六樓都可以聽到樓板振動的聲音，特別是負(fù)載稍大一點的時候。比如下面測試小六軸的burst mode達(dá)到0.38s時截取的動圖，因為運動太快，末端幾乎是拍不清的。

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所以下次再有人跟你說他們家標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍有多快的時候，你馬上反問他，是burst mode還是sustain mode？

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高逼格的sustain mode

上面講了burst mode只能拼爆發(fā)力，sutain mode才是真正技術(shù)實力的體現(xiàn)。那到底sustain mode難在哪里？

sustain mode與burst mode的最大影響因素本質(zhì)上就是一個字——“熱”。在機(jī)器人本體里，有兩大發(fā)熱體，一個是電機(jī)，一個減速機(jī)（像QKM這種把電控柜最小化集成到本體里的機(jī)器人，還要考慮控制系統(tǒng)的發(fā)熱，會更復(fù)雜一點，這里先不講）。Burst mode之所以快，是因為在短時間內(nèi)，電機(jī)和減速機(jī)的溫度還沒有上來，而時間稍長一點，電機(jī)溫度迅速上升，此時如果散熱不良或者不及時降速的話，電機(jī)內(nèi)部過熱，會將線圈的絕緣層熔化，然后就是短路，然后~~~~就沒有然后了~~~~~~

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因此，我們在測試sustain mode的時候，我們會在多個地方貼上溫度傳感器，比如電機(jī)表面（電機(jī)內(nèi)部的溫度我們是測不到的，但電機(jī)外表面與電機(jī)內(nèi)部有一個大概固定的溫差）、減速機(jī)表面溫度（減速機(jī)內(nèi)外表面也有一個大概固定的溫度。對減速機(jī)來說，過高的速度會使得內(nèi)部溫度快速上升，導(dǎo)致的問題是，過高的溫度使得內(nèi)部油脂變質(zhì)，潤滑性變差，于是反過來又導(dǎo)致溫度上升，摩擦力增大，磨損大大加快，壽命大大縮短）、本體外表面溫度（這個主要是體現(xiàn)機(jī)器人的散熱設(shè)計，散熱做得越好，發(fā)熱體與機(jī)器人本體的溫差越小，通俗地就是，就是更多的熱量被本體吸走，然后帶到了外環(huán)境）、外環(huán)境溫度等等。一邊給機(jī)器人加速，一邊監(jiān)測各個傳感器的溫升情況，一旦溫度超標(biāo)，機(jī)器人就自動降速，直接溫度與cycle time達(dá)到平衡，此時測得的cycle time就是機(jī)器人sustain mode。

關(guān)于溫度條件，一般來說我們會設(shè)置電機(jī)表面的最高溫度為90度為上限，或者是電機(jī)表面溫度與外環(huán)境的溫差小于50度。90度是一個經(jīng)驗值，可以保證外表面在這個溫度下，內(nèi)部不會有溫度過高導(dǎo)致電機(jī)燒掉的風(fēng)險（當(dāng)然，隨著電機(jī)的發(fā)展，也有可以容許更高溫度的電機(jī)出現(xiàn)，但如果電機(jī)與減速機(jī)直連，大量的熱會傳給減速機(jī)，兩者相互影響，又會導(dǎo)致減速機(jī)有過熱的風(fēng)險），至于第二個條件為什么是50度的溫差呢？因為我們機(jī)器人的容許運行環(huán)境是在0~40度，在夏天的時候，我們測sustain mode時會門窗緊閉，將實驗室的環(huán)境溫度到弄在40度左右然后進(jìn)行測試。我們在里面做測試簡直就是蒸桑拿，這酸爽。

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然而，如果是在冬天，無論怎么門窗緊閉，室內(nèi)的溫度就是上不去，室外冷，室內(nèi)更冷。（南方的冬天用四個字形容就是——無處可逃）。這個時候，機(jī)器人很可能無論怎么跑，溫度就是上不去，作為純真善良的我們當(dāng)然不能把這個時間作為sustain mode，這樣就是在欺騙我們同樣純（bu）真（ming）善（zhen）良（xiang）的客戶。所以，本著實事求是的原則，既然我們機(jī)器人運行環(huán)境定在40度，電機(jī)最高運行溫度定在90度，那么就以溫度為50度時機(jī)器人的cycle time作為機(jī)器人的sustain mode。也正是因為我們在散熱上面花了非常多的精力和測試，因此我們的burst mode與sustain mode之間相關(guān)并不會很大，客戶拿我們的機(jī)器人與其他家做產(chǎn)能對比測試的時候，我們也會比較有底氣，反而會建議客戶要測久了一點，路遙知馬力。

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辟謠時刻到了

關(guān)于cycle time，你可能會經(jīng)常聽到或看到一些看起來似乎很有道理的宣傳，然而，很遺憾的是，大部分也都只是宣傳而已。下面，我們就來看看，哪些你曾經(jīng)認(rèn)為理所當(dāng)然的宣傳，其實都是套路。（備注，我們這里講的都只針對小型機(jī)器人，中型、大型機(jī)器人的特點又不相同，有些說法不太適用。）

謠言一：廠商標(biāo)這么快，我應(yīng)用也可以跑這么快。這個誤區(qū)主要出現(xiàn)在客戶端。我經(jīng)常聽到客戶抱怨機(jī)器人跑不到廠家標(biāo)的節(jié)拍。這其實是廠家有點冤枉，首先，個別不良廠家故意虛標(biāo)cycle time這種不說了，即使按實際測試標(biāo)出來，畢竟這個是研發(fā)參數(shù)，而實際應(yīng)用中，機(jī)器人會帶不同的負(fù)載，負(fù)載越大，cycle time當(dāng)然越慢；不同的軌跡，cycle time也可能慢起來；更重要的是，研發(fā)測試是機(jī)器人只做來回跑的動作，而實際應(yīng)用可以會抓取或者吸取某個東西，這個時候，機(jī)器人需要確切到位，而且需要有停留抓取或吸取的時間，應(yīng)用的節(jié)拍當(dāng)然會掉下來。個別不良廠家也正是利用了這一點虛標(biāo)cycle time作為競爭籌碼，如果客戶信以為真買了，那就掉大坑了。

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謠言二：關(guān)節(jié)速度越大，cycle time越快。這是誤解最多的一個。很多廠商會宣稱自己的關(guān)節(jié)速度比其他的快，所以他的節(jié)拍也更快。

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關(guān)節(jié)速度與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與減速機(jī)型號和減速比有關(guān)。電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，減速比越小，關(guān)節(jié)速度越高，但同時，輸出扭矩越�。ú豢紤]傳動損失的情況下，輸出扭矩等于電機(jī)扭矩乘以減速比）。而不同型號的減速機(jī)的最高輸入轉(zhuǎn)速是不同的，減速機(jī)越大，最高轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速越小，這個主要也是發(fā)熱問題的限制，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速再快也沒有有，減速機(jī)會限制你。因此，所以的關(guān)節(jié)速度變大了，要么是電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了，要么是減速比變小了。這個時候，機(jī)器人的最高線速度確實是提高了。很多人也理為當(dāng)然地認(rèn)為速度快了，cycle time當(dāng)然就更快了。

錯！第一、在測cycle time的時候，因為距離很短，機(jī)器人還沒有來得及達(dá)到最高速度就已經(jīng)開始減速了，cycle time的測試過程機(jī)器人一直就處下加速減速的交替狀態(tài)，所以關(guān)節(jié)速度再快對cycle time根本沒有什么用，因為根本跑不到；第二、即使可以達(dá)到最快速度，那也并不意味著cycle time會更快。因為不同的電機(jī)的性能不同，其中有一個差距就是輸出力矩與速度的變化曲線，超過額定轉(zhuǎn)速時，電機(jī)的輸出扭矩會隨著速度的上升快速下降，而下降的速度就是不同品牌的差距，性能好的電機(jī)扭矩下降得慢一點，而差一點的電機(jī)則是徒然下降。因此，比如我的電機(jī)最高速度比你低，但是我的扭矩下降慢，就是說我的加速度下降得比較慢，更快達(dá)到最高速度；而你的電機(jī)雖然最高轉(zhuǎn)速比較我快，但是速度上去之后，扭矩急劇下降，加速度上不去，速度上升很慢，那同樣的軌跡，很可能還是我比你快。因此說關(guān)節(jié)速度，cycle time就快的人，其實是在混淆概念。線速度也一樣，對于小機(jī)器人來說，因為工作空間小，最大線速度是很少跑到的，或者只是瞬間達(dá)到而已。

好了，關(guān)于cycle time的干貨，到這里就結(jié)束了，后面在講各類機(jī)器人時也會再涉及到。下一篇，我們將真正開始介紹機(jī)器人，我們將從2017年最火的小型機(jī)器人——SCARA機(jī)器人講起。敬請期待。

這是一個良心公眾號，沒有廣告，只有干貨，您的贊賞，是對我的最大鼓勵。

作者: 海角一棵樹 時間: 2017-12-19 21:59
了解了

作者: 未來第一站 時間: 2017-12-19 22:03
那個行業(yè)多少都有這種現(xiàn)象，典型的用專業(yè)自創(chuàng)名詞忽悠人。

作者: 只有快樂 時間: 2017-12-20 06:58
有良心的還是可以接受的

作者: liuyong453 時間: 2017-12-20 10:33
行業(yè)中人。講得讓我大開眼界。

作者: ww112358134711 時間: 2017-12-20 10:39

海角一棵樹發(fā)表于 2017-12-19 21:59
2 U) `1 b# J" [; p了解了

謝謝，關(guān)注微信公眾號“小型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計”會有更多精彩內(nèi)容持續(xù)更新。

作者: ww112358134711 時間: 2017-12-20 10:39

海角一棵樹發(fā)表于 2017-12-19 21:59
9 ^. M' j L0 L# T7 f* I1 O- E了解了

謝謝，關(guān)注微信公眾號“小型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計”會有更多精彩內(nèi)容持續(xù)更新。

作者: 韓良佐 時間: 2017-12-21 12:36
謝謝

作者: yaman218 時間: 2017-12-23 23:21
很詳細(xì)，很專業(yè)，不錯

作者: 莫大先生 時間: 2017-12-26 11:42
謝謝分享。

作者: 星移斗轉(zhuǎn) 時間: 2018-1-11 07:11
學(xué)習(xí)了，支持一下

作者: wx_duP4gfv4 時間: 2018-1-11 23:27
機(jī)器人行業(yè)入門難不難？

作者: ☆西北光☆ 時間: 2018-1-12 15:24
圖文并茂，爽翻了！

作者: adminace 時間: 2018-1-15 11:12
受教了

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