關於機器人性能的這些事，你絕對沒有聽過（二）

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昨天我們講了入門級的乾貨：關於cycle time背後的故事以及cycle time對於機器人性能的評價意義，今天，我們更進一步來揭密，看看cycle time到底是怎麼測出來的？Cycle time有哪些模式？Cycle time與關節速度和線速度的關係~~~

這裡需要稍微提一下，因為Cycle time影響因素比較多，涉及到的知識點比較多，所以我會講到哪裡，涉及到什麼知識點就直接在旁邊備註，比較本文會比較長，也比較雜。大家如果有什麼疑問也可以留言，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！！

Cycle time的測試條件

Cycle time的定義機器人沿著特定的軌跡（25-305-25）走一個來回的最短時間。這裡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器人空間的什麼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節運動的角度較小，但同時每個關節的受力會比較少，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，所以關節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。

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

這裡其實並沒有太多的技巧，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

上面我們已經講了cycle time的測試條件，很多廠家的標準節拍也確實是這麼測出來的。但是如果大家有看我的上篇文章的話，每當我聽到一個很高的cycle time的時候，我的第一反應是這樣的。

事實上，也曾經有好多次商務的同事跑過來問我，為什麼某某家的cycle time比我們快這麼多。而我的問題是：他測的是什麼模式？

事實上，在QKM內部，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，是指機器人的瞬時cycle time，通俗來說就是機器人在跑百米衝刺，測的是機器人的爆發力，短時間內可以跑多快，一直這麼衝刺，機器人是會掛的。然而，在實際應用中，機器人往往不是跑百米衝刺，而是馬拉松，要求機器人可以高速而且是長時間地跑。而sustain mode就是機器人的馬拉松模式，機器人可以連續24小時跑出這個時間。所以burst mode再快並沒有什麼太大意義，sustain mode快才是真的快。

我曾經問過幾家機器人廠商，他們的標準節拍到底是怎麼測的？以這個速度可以持續跑多久？得到的答覆要麼回復是瞬時達到，要麼支支唔唔說不清，極少聽到敢說可以24小時跑的。

那為什麼大家都標burst mode呢？很簡單，數據好看，sustain mode一般都會比burst mode要慢一點，而且反正這是實驗室數據，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，從負一樓到六樓都可以聽到樓板振動的聲音，特別是負載稍大一點的時候。比如下面測試小六軸的burst mode達到0.38s時截取的動圖，因為運動太快，末端幾乎是拍不清的。

所以下次再有人跟你說他們家標準節拍有多快的時候，你馬上反問他，是burst mode還是sustain mode？

高逼格的sustain mode

上面講了burst mode只能拼爆發力，sutain mode才是真正技術實力的體現。那到底sustain mode難在哪裡？

sustain mode與burst mode的最大影響因素本質上就是一個字——「熱」。在機器人本體里，有兩大發熱體，一個是電機，一個減速機（像QKM這種把電控櫃最小化集成到本體里的機器人，還要考慮控制系統的發熱，會更複雜一點，這裡先不講）。Burst mode之所以快，是因為在短時間內，電機和減速機的溫度還沒有上來，而時間稍長一點，電機溫度迅速上升，此時如果散熱不良或者不及時降速的話，電機內部過熱，會將線圈的絕緣層熔化，然後就是短路，然後~~~~就沒有然後了~~~~~~

因此，我們在測試sustain mode的時候，我們會在多個地方貼上溫度感測器，比如電機表面（電機內部的溫度我們是測不到的，但電機外表面與電機內部有一個大概固定的溫差）、減速機表面溫度（減速機內外表面也有一個大概固定的溫度。對減速機來說，過高的速度會使得內部溫度快速上升，導致的問題是，過高的溫度使得內部油脂變質，潤滑性變差，於是反過來又導致溫度上升，摩擦力增大，磨損大大加快，壽命大大縮短）、本體外表面溫度（這個主要是體現機器人的散熱設計，散熱做得越好，發熱體與機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，然後帶到了外環境）、外環境溫度等等。一邊給機器人加速，一邊監測各個感測器的溫升情況，一旦溫度超標，機器人就自動降速，直接溫度與cycle time達到平衡，此時測得的cycle time就是機器人sustain mode。

關於溫度條件，一般來說我們會設置電機表面的最高溫度為90度為上限，或者是電機表面溫度與外環境的溫差小於50度。90度是一個經驗值，可以保證外表面在這個溫度下，內部不會有溫度過高導致電機燒掉的風險（當然，隨著電機的發展，也有可以容許更高溫度的電機出現，但如果電機與減速機直連，大量的熱會傳給減速機，兩者相互影響，又會導致減速機有過熱的風險），至於第二個條件為什麼是50度的溫差呢？因為我們機器人的容許運行環境是在0~40度，在夏天的時候，我們測sustain mode時會門窗緊閉，將實驗室的環境溫度到弄在40度左右然後進行測試。我們在裡面做測試簡直就是蒸桑拿，這酸爽。

然而，如果是在冬天，無論怎麼門窗緊閉，室內的溫度就是上不去，室外冷，室內更冷。（南方的冬天用四個字形容就是——無處可逃）。這個時候，機器人很可能無論怎麼跑，溫度就是上不去，作為純真善良的我們當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，既然我們機器人運行環境定在40度，電機最高運行溫度定在90度，那麼就以溫度為50度時機器人的cycle time作為機器人的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之間相關並不會很大，客戶拿我們的機器人與其他家做產能對比測試的時候，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。

闢謠時刻到了

關於cycle time，你可能會經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，哪些你曾經認為理所當然的宣傳，其實都是套路。（備註，我們這裡講的都只針對小型機器人，中型、大型機器人的特點又不相同，有些說法不太適用。）

謠言一：廠商標這麼快，我應用也可以跑這麼快。這個誤區主要出現在客戶端。我經常聽到客戶抱怨機器人跑不到廠家標的節拍。這其實是廠家有點冤枉，首先，個別不良廠家故意 虛標cycle time這種不說了，即使按實際測試標出來，畢竟這個是研發參數，而實際應用中，機器人會帶不同的負載，負載越大，cycle time當然越慢；不同的軌跡，cycle time也可能慢起來；更重要的是，研發測試是機器人只做來回跑的動作，而實際應用可以會抓取或者吸取某個東西，這個時候，機器人需要確切到位，而且需要有停留抓取或吸取的時間，應用的節拍當然會掉下來。個別不良廠家也正是利用了這一點虛標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：關節速度越大，cycle time越快。這是誤解最多的一個。很多廠商會宣稱自己的關節速度比其他的快，所以他的節拍也更快。

關節速度與電機最高轉速與減速機型號和減速比有關。電機轉速越高，減速比越小，關節速度越高，但同時，輸出扭矩越小（不考慮傳動損失的情況下，輸出扭矩等於電機扭矩乘以減速比）。而不同型號的減速機的最高輸入轉速是不同的，減速機越大，最高轉入轉速越小，這個主要也是發熱問題的限制，所以電機轉速再快也沒有有，減速機會限制你。因此，所以的關節速度變大了，要麼是電機轉速提高了，要麼是減速比變小了。這個時候，機器人的最高線速度確實是提高了。很多人也理為當然地認為速度快了，cycle time當然就更快了。

錯！第一、在測cycle time的時候，因為距離很短，機器人還沒有來得及達到最高速度就已經開始減速了，cycle time的測試過程機器人一直就處下加速減速的交替狀態，所以關節速度再快對cycle time根本沒有什麼用，因為根本跑不到；第二、即使可以達到最快速度，那也並不意味著cycle time會更快。因為不同的電機的性能不同，其中有一個差距就是輸出力矩與速度的變化曲線，超過額定轉速時，電機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，性能好的電機扭矩下降得慢一點，而差一點的電機則是徒然下降。因此，比如我的電機最高速度比你低，但是我的扭矩下降慢，就是說我的加速度下降得比較慢，更快達到最高速度；而你的電機雖然最高轉速比較我快，但是速度上去之後，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。因此說關節速度，cycle time就快的人，其實是在混淆概念。線速度也一樣，對於小機器人來說，因為工作空間小，最大線速度是很少跑到的，或者只是瞬間達到而已。