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昨天我們講了入門級(jí)的干貨：關(guān)于cycle time背后的故事以及cycle time對(duì)于機(jī)器人性能的評(píng)價(jià)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?yàn)镃ycle time影響因素比較多，涉及到的知識(shí)點(diǎn)比較多，所以我會(huì)講到哪里，涉及到什么知識(shí)點(diǎn)就直接在旁邊備注，比較本文會(huì)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�。�9 n$ _1 K3 {' A+ ]9 I
Cycle time的測試條件/ e% ] l x7 [1 B% W
Cycle time的定義機(jī)器人沿著特定的軌跡（25-305-25）走一個(gè)來回的最短時(shí)間。這里實(shí)際說的是兩個(gè)條件。 第一、選對(duì)軌跡。這個(gè)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?yàn)楸郾容^長，所以走相同的路徑時(shí)每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度較小，但同時(shí)每個(gè)關(guān)節(jié)的受力會(huì)比較少，加速度會(huì)比較慢；而反過來在離基座比較的地方，因?yàn)楸壅苟蹋躁P(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度會(huì)比較大，但受力小，加速度會(huì)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(gè)比較好的平衡上。: V" _0 v" t( h# C" K- u
第二、另一個(gè)條件就是盡量使所有的電機(jī)在同一時(shí)間達(dá)到飽和狀態(tài)，意思是讓機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)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。 這里其實(shí)并沒有太多的技巧，最主要是需要時(shí)間去一點(diǎn)一點(diǎn)地測試，直到相同的軌跡，機(jī)器人所用的時(shí)間最短。這也是大部分廠家的測試方法。 劃重點(diǎn)：你知不知道你對(duì)Cycle time理解一直是錯(cuò)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(shí)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(gè)很高的cycle time的時(shí)候，我的第一反應(yīng)是這樣的。 事實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)可以跑多快，一直這么沖刺，機(jī)器人是會(huì)掛的。然而，在實(shí)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(shí)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(shí)跑出這個(gè)時(shí)間。所以burst mode再快并沒有什么太大意義，sustain mode快才是真的快。 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(gè)速度可以持續(xù)跑多久？得到的答復(fù)要么回復(fù)是瞬時(shí)達(dá)到，要么支支唔唔說不清，極少聽到敢說可以24小時(shí)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(huì)比burst mode要慢一點(diǎn)，而且反正這是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，客戶幾乎是無法測到的。Burst mode的測試其實(shí)是有點(diǎn)恐怖的，每次我們?cè)谝粯菧yburst mode的時(shí)候，從負(fù)一樓到六樓都可以聽到樓板振動(dòng)的聲音，特別是負(fù)載稍大一點(diǎn)的時(shí)候。比如下面測試小六軸的burst mode達(dá)到0.38s時(shí)截取的動(dòng)圖，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)太快，末端幾乎是拍不清的。 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(shí)候，你馬上反問他，是burst mode還是sustain mode？: W) ]7 n5 P: {9 z5 v4 i2 h! R
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(shí)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(gè)字——“熱”。在機(jī)器人本體里，有兩大發(fā)熱體，一個(gè)是電機(jī)，一個(gè)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(huì)更復(fù)雜一點(diǎn)，這里先不講）。Burst mode之所以快，是因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)，電機(jī)和減速機(jī)的溫度還沒有上來，而時(shí)間稍長一點(diǎn)，電機(jī)溫度迅速上升，此時(shí)如果散熱不良或者不及時(shí)降速的話，電機(jī)內(nèi)部過熱，會(huì)將線圈的絕緣層熔化，然后就是短路，然后~~~~就沒有然后了~~~~~~ 因此，我們?cè)跍y試sustain mode的時(shí)候，我們會(huì)在多個(gè)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(gè)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(gè)大概固定的溫度。對(duì)減速機(jī)來說，過高的速度會(huì)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(gè)主要是體現(xiàn)機(jī)器人的散熱設(shè)計(jì)，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(gè)傳感器的溫升情況，一旦溫度超標(biāo)，機(jī)器人就自動(dòng)降速，直接溫度與cycle time達(dá)到平衡，此時(shí)測得的cycle time就是機(jī)器人sustain mode。
$ T/ f' [7 H( I; G0 D# o5 u 關(guān)于溫度條件，一般來說我們會(huì)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(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可以保證外表面在這個(gè)溫度下，內(nèi)部不會(huì)有溫度過高導(dǎo)致電機(jī)燒掉的風(fēng)險(xiǎn)（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(huì)傳給減速機(jī)，兩者相互影響，又會(huì)導(dǎo)致減速機(jī)有過熱的風(fēng)險(xiǎn)），至于第二個(gè)條件為什么是50度的溫差呢？因?yàn)槲覀儥C(jī)器人的容許運(yùn)行環(huán)境是在0~40度，在夏天的時(shí)候，我們測sustain mode時(shí)會(huì)門窗緊閉，將實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度到弄在40度左右然后進(jìn)行測試。我們?cè)诶锩孀鰷y試簡直就是蒸桑拿，這酸爽。 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(gè)字形容就是——無處可逃）。這個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(shí)事求是的原則，既然我們機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境定在40度，電機(jī)最高運(yùn)行溫度定在90度，那么就以溫度為50度時(shí)機(jī)器人的cycle time作為機(jī)器人的sustain mode。也正是因?yàn)槲覀冊(cè)谏嵘厦婊朔浅６嗟木蜏y試，因此我們的burst mode與sustain mode之間相關(guān)并不會(huì)很大，客戶拿我們的機(jī)器人與其他家做產(chǎn)能對(duì)比測試的時(shí)候，我們也會(huì)比較有底氣，反而會(huì)建議客戶要測久了一點(diǎn)，路遙知馬力。 辟謠時(shí)刻到了 關(guān)于cycle time，你可能會(huì)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(shí)都是套路。（備注，我們這里講的都只針對(duì)小型機(jī)器人，中型、大型機(jī)器人的特點(diǎn)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(gè)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(shí)是廠家有點(diǎn)冤枉，首先，個(gè)別不良廠家故意 虛標(biāo)cycle time這種不說了，即使按實(shí)際測試標(biāo)出來，畢竟這個(gè)是研發(fā)參數(shù)，而實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人會(huì)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(dòng)作，而實(shí)際應(yīng)用可以會(huì)抓取或者吸取某個(gè)東西，這個(gè)時(shí)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(shí)間，應(yīng)用的節(jié)拍當(dāng)然會(huì)掉下來。個(gè)別不良廠家也正是利用了這一點(diǎn)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。 謠言二：關(guān)節(jié)速度越大，cycle time越快。這是誤解最多的一個(gè)。很多廠商會(huì)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。 關(guān)節(jié)速度與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與減速機(jī)型號(hào)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(shí)，輸出扭矩越�。ú豢紤]傳動(dòng)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(hào)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(gè)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(huì)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(gè)時(shí)候，機(jī)器人的最高線速度確實(shí)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(cuò)！第一、在測cycle time的時(shí)候，因?yàn)榫嚯x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(duì)cycle time根本沒有什么用，因?yàn)楦九懿坏�；第二、即使可以達(dá)到最快速度，那也并不意味著cycle time會(huì)更快。因?yàn)椴煌碾姍C(jī)的性能不同，其中有一個(gè)差距就是輸出力矩與速度的變化曲線，超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)的輸出扭矩會(huì)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(diǎn)，而差一點(diǎn)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(shí)是在混淆概念。線速度也一樣，對(duì)于小機(jī)器人來說，因?yàn)楣ぷ骺臻g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(shí)也會(huì)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(qǐng)期待。 這是一個(gè)良心公眾號(hào)，沒有廣告，只有干貨，您的贊賞，是對(duì)我的最大鼓勵(lì)。
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發(fā)表于 2017-12-19 21:16:20
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