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标题: 关于机器人性能的这些事，你绝对没有听过（二） [打印本页]
作者: ww112358134711 时间: 2017-12-19 21:16
标题: 关于机器人性能的这些事，你绝对没有听过（二）
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- z+ N/ { ]" Z& o 昨天我们讲了入门级的干货：关于cycle time背后的故事以及cycle time对于机器人性能的评价意义，今天，我们更进一步来揭密，看看cycle time到底是怎么测出来的？Cycle time有哪些模式？Cycle time与关节速度和线速度的关系~~~
这里需要稍微提一下，因为Cycle time影响因素比较多，涉及到的知识点比较多，所以我会讲到哪里，涉及到什么知识点就直接在旁边备注，比较本文会比较长，也比较杂。大家如果有什么疑问也可以留言，如果是我懂的而且可以说的，必定知无不言，言无不尽。话不多说，走你！！
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Cycle time的测试条件$ A" G0 s& z# `# d+ R/ Q+ R
Cycle time的定义机器人沿着特定的轨迹（25-305-25）走一个来回的最短时间。这里实际说的是两个条件。
第一、选对轨迹。这个很好理解，虽然都是走25-305-25的路径，但是这条路径放到机器人空间的什么位置跑出来的效果却是不一样的。以下图的SCARA为例，在离基座较选的地方，因为臂比较长，所以走相同的路径时每个关节运动的角度较小，但同时每个关节的受力会比较少，加速度会比较慢；而反过来在离基座比较的地方，因为臂展短，所以关节运动的角度会比较大，但受力小，加速度会更大。所以条件一就是找到一条与基座距离恰到好处的轨迹，使得受力与加速度刚好在一个比较好的平衡上。
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第二、另一个条件就是尽量使所有的电机在同一时间达到饱和状态，意思是让机器人在运行时达到最大加速度和速度，简单粗暴的理解就是所有电机用力用力齐用力就是了。
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这里其实并没有太多的技巧，最主要是需要时间去一点一点地测试，直到相同的轨迹，机器人所用的时间最短。这也是大部分厂家的测试方法。
划重点：你知不知道你对Cycle time理解一直是错的
上面我们已经讲了cycle time的测试条件，很多厂家的标准节拍也确实是这么测出来的。但是如果大家有看我的上篇文章的话，每当我听到一个很高的cycle time的时候，我的第一反应是这样的。
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事实上，也曾经有好多次商务的同事跑过来问我，为什么某某家的cycle time比我们快这么多。而我的问题是：他测的是什么模式？
事实上，在QKM内部，我们把Cycle time是分成两种模式的。一种是Burst mode ，一种是Sustian mode。所谓Burst mode，是指机器人的瞬时cycle time，通俗来说就是机器人在跑百米冲刺，测的是机器人的爆发力，短时间内可以跑多快，一直这么冲刺，机器人是会挂的。然而，在实际应用中，机器人往往不是跑百米冲刺，而是马拉松，要求机器人可以高速而且是长时间地跑。而sustain mode就是机器人的马拉松模式，机器人可以连续24小时跑出这个时间。所以burst mode再快并没有什么太大意义，sustain mode快才是真的快。
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我曾经问过几家机器人厂商，他们的标准节拍到底是怎么测的？以这个速度可以持续跑多久？得到的答复要么回复是瞬时达到，要么支支唔唔说不清，极少听到敢说可以24小时跑的。
那为什么大家都标burst mode呢？很简单，数据好看，sustain mode一般都会比burst mode要慢一点，而且反正这是实验室数据，客户几乎是无法测到的。Burst mode的测试其实是有点恐怖的，每次我们在一楼测burst mode的时候，从负一楼到六楼都可以听到楼板振动的声音，特别是负载稍大一点的时候。比如下面测试小六轴的burst mode达到0.38s时截取的动图，因为运动太快，末端几乎是拍不清的。
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所以下次再有人跟你说他们家标准节拍有多快的时候，你马上反问他，是burst mode还是sustain mode？( I9 M h6 z. r# W0 H: n) n* u6 U
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高逼格的sustain mode
上面讲了burst mode只能拼爆发力，sutain mode才是真正技术实力的体现。那到底sustain mode难在哪里？
sustain mode与burst mode的最大影响因素本质上就是一个字——“热”。在机器人本体里，有两大发热体，一个是电机，一个减速机（像QKM这种把电控柜最小化集成到本体里的机器人，还要考虑控制系统的发热，会更复杂一点，这里先不讲）。Burst mode之所以快，是因为在短时间内，电机和减速机的温度还没有上来，而时间稍长一点，电机温度迅速上升，此时如果散热不良或者不及时降速的话，电机内部过热，会将线圈的绝缘层熔化，然后就是短路，然后~~~~就没有然后了~~~~~~
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因此，我们在测试sustain mode的时候，我们会在多个地方贴上温度传感器，比如电机表面（电机内部的温度我们是测不到的，但电机外表面与电机内部有一个大概固定的温差）、减速机表面温度（减速机内外表面也有一个大概固定的温度。对减速机来说，过高的速度会使得内部温度快速上升，导致的问题是，过高的温度使得内部油脂变质，润滑性变差，于是反过来又导致温度上升，摩擦力增大，磨损大大加快，寿命大大缩短）、本体外表面温度（这个主要是体现机器人的散热设计，散热做得越好，发热体与机器人本体的温差越小，通俗地就是，就是更多的热量被本体吸走，然后带到了外环境）、外环境温度等等。一边给机器人加速，一边监测各个传感器的温升情况，一旦温度超标，机器人就自动降速，直接温度与cycle time达到平衡，此时测得的cycle time就是机器人sustain mode。( t+ q0 K: Y& b1 L) F m
关于温度条件，一般来说我们会设置电机表面的最高温度为90度为上限，或者是电机表面温度与外环境的温差小于50度。90度是一个经验值，可以保证外表面在这个温度下，内部不会有温度过高导致电机烧掉的风险（当然，随着电机的发展，也有可以容许更高温度的电机出现，但如果电机与减速机直连，大量的热会传给减速机，两者相互影响，又会导致减速机有过热的风险），至于第二个条件为什么是50度的温差呢？因为我们机器人的容许运行环境是在0~40度，在夏天的时候，我们测sustain mode时会门窗紧闭，将实验室的环境温度到弄在40度左右然后进行测试。我们在里面做测试简直就是蒸桑拿，这酸爽。
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然而，如果是在冬天，无论怎么门窗紧闭，室内的温度就是上不去，室外冷，室内更冷。（南方的冬天用四个字形容就是——无处可逃）。这个时候，机器人很可能无论怎么跑，温度就是上不去，作为纯真善良的我们当然不能把这个时间作为sustain mode，这样就是在欺骗我们同样纯（bu）真（ming）善（zhen）良（xiang）的客户。所以，本着实事求是的原则，既然我们机器人运行环境定在40度，电机最高运行温度定在90度，那么就以温度为50度时机器人的cycle time作为机器人的sustain mode。也正是因为我们在散热上面花了非常多的精力和测试，因此我们的burst mode与sustain mode之间相关并不会很大，客户拿我们的机器人与其他家做产能对比测试的时候，我们也会比较有底气，反而会建议客户要测久了一点，路遥知马力。
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辟谣时刻到了
关于cycle time，你可能会经常听到或看到一些看起来似乎很有道理的宣传，然而，很遗憾的是，大部分也都只是宣传而已。下面，我们就来看看，哪些你曾经认为理所当然的宣传，其实都是套路。（备注，我们这里讲的都只针对小型机器人，中型、大型机器人的特点又不相同，有些说法不太适用。）
谣言一：厂商标这么快，我应用也可以跑这么快。这个误区主要出现在客户端。我经常听到客户抱怨机器人跑不到厂家标的节拍。这其实是厂家有点冤枉，首先，个别不良厂家故意 虚标cycle time这种不说了，即使按实际测试标出来，毕竟这个是研发参数，而实际应用中，机器人会带不同的负载，负载越大，cycle time当然越慢；不同的轨迹，cycle time也可能慢起来；更重要的是，研发测试是机器人只做来回跑的动作，而实际应用可以会抓取或者吸取某个东西，这个时候，机器人需要确切到位，而且需要有停留抓取或吸取的时间，应用的节拍当然会掉下来。个别不良厂家也正是利用了这一点虚标cycle time作为竞争筹码，如果客户信以为真买了，那就掉大坑了。
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谣言二：关节速度越大，cycle time越快。这是误解最多的一个。很多厂商会宣称自己的关节速度比其他的快，所以他的节拍也更快。
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关节速度与电机最高转速与减速机型号和减速比有关。电机转速越高，减速比越小，关节速度越高，但同时，输出扭矩越小（不考虑传动损失的情况下，输出扭矩等于电机扭矩乘以减速比）。而不同型号的减速机的最高输入转速是不同的，减速机越大，最高转入转速越小，这个主要也是发热问题的限制，所以电机转速再快也没有有，减速机会限制你。因此，所以的关节速度变大了，要么是电机转速提高了，要么是减速比变小了。这个时候，机器人的最高线速度确实是提高了。很多人也理为当然地认为速度快了，cycle time当然就更快了。
错！第一、在测cycle time的时候，因为距离很短，机器人还没有来得及达到最高速度就已经开始减速了，cycle time的测试过程机器人一直就处下加速减速的交替状态，所以关节速度再快对cycle time根本没有什么用，因为根本跑不到；第二、即使可以达到最快速度，那也并不意味着cycle time会更快。因为不同的电机的性能不同，其中有一个差距就是输出力矩与速度的变化曲线，超过额定转速时，电机的输出扭矩会随着速度的上升快速下降，而下降的速度就是不同品牌的差距，性能好的电机扭矩下降得慢一点，而差一点的电机则是徒然下降。因此，比如我的电机最高速度比你低，但是我的扭矩下降慢，就是说我的加速度下降得比较慢，更快达到最高速度；而你的电机虽然最高转速比较我快，但是速度上去之后，扭矩急剧下降，加速度上不去，速度上升很慢，那同样的轨迹，很可能还是我比你快。因此说关节速度，cycle time就快的人，其实是在混淆概念。线速度也一样，对于小机器人来说，因为工作空间小，最大线速度是很少跑到的，或者只是瞬间达到而已。
好了，关于cycle time的干货，到这里就结束了，后面在讲各类机器人时也会再涉及到。下一篇，我们将真正开始介绍机器人，我们将从2017年最火的小型机器人——SCARA机器人讲起。敬请期待。
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作者: 海角一棵树 时间: 2017-12-19 21:59
了解了
作者: 未来第一站 时间: 2017-12-19 22:03
那个行业多少都有这种现象，典型的用专业自创名词忽悠人。
作者: 只有快乐 时间: 2017-12-20 06:58
有良心的还是可以接受的
作者: liuyong453 时间: 2017-12-20 10:33
行业中人。讲得让我大开眼界。
作者: ww112358134711 时间: 2017-12-20 10:39
0 |6 G; f. x$ Z& a谢谢，关注微信公众号“小型工业机器人设计”会有更多精彩内容持续更新。+ J+ i6 P6 F- ~; h
作者: ww112358134711 时间: 2017-12-20 10:39
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谢谢，关注微信公众号“小型工业机器人设计”会有更多精彩内容持续更新。
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作者: 韩良佐 时间: 2017-12-21 12:36
谢谢
作者: yaman218 时间: 2017-12-23 23:21
很详细，很专业，不错
作者: 莫大先生 时间: 2017-12-26 11:42
谢谢分享。
作者: 星移斗转 时间: 2018-1-11 07:11
学习了，支持一下
作者: wx_duP4gfv4 时间: 2018-1-11 23:27
机器人行业入门难不难？
作者: ☆西北光☆ 时间: 2018-1-12 15:24
图文并茂，爽翻了！
作者: adminace 时间: 2018-1-15 11:12
受教了
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