關(guān)衛(wèi)斌，陳海鋒

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 廣州 510670）

0 引言

在GB/T 39266 2020、GB/T 39006

2020、GB/T 2423.10 2019、GB/T 2423.56 2018、GB/T 34986 2017 等標(biāo)準(zhǔn)中，提出了對(duì)服務(wù)機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行正弦掃頻試驗(yàn)或隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)要求。為進(jìn)一步提高服務(wù)機(jī)器人設(shè)備的可靠性，也可以通過(guò)各類(lèi)加速試驗(yàn)使其充分地暴露缺陷。由于服務(wù)機(jī)器人設(shè)備的種類(lèi)較多，使用場(chǎng)景也大不相同，在加速試驗(yàn)期間應(yīng)參考GB/T 34986 2017 的試驗(yàn)要求評(píng)估產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力。本文以清掃機(jī)器人可靠性振動(dòng)要求為例，結(jié)合實(shí)測(cè)場(chǎng)景數(shù)據(jù)推導(dǎo)可靠性振動(dòng)試驗(yàn)的剖面設(shè)計(jì)與驗(yàn)證要求。

1 振動(dòng)數(shù)據(jù)特征樣本

為有效地解決服務(wù)機(jī)器人實(shí)際工作中的振動(dòng)問(wèn)題，分別對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)通道和不同場(chǎng)景運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合修正后的容差上限法推導(dǎo)相應(yīng)的試驗(yàn)要求及試驗(yàn)剖面。在此基礎(chǔ)上，給出服務(wù)機(jī)器人設(shè)備正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、定頻振動(dòng)試驗(yàn)的剖面與驗(yàn)證要求。為了更準(zhǔn)確地制定清掃機(jī)器人的振動(dòng)試驗(yàn)條件，對(duì)其產(chǎn)生的不同振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行分析。

圖1 為清掃機(jī)器人在不同作業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)圖譜。從圖1 中可以看出，在草地停車(chē)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境下，只有一個(gè)共振頻率，加速度峰值為22 m/s2，共振點(diǎn)頻率之后的頻段實(shí)測(cè)加速度值基本相同且數(shù)值不大；在人行道作業(yè)環(huán)境下，路面相對(duì)平緩且運(yùn)行速度不大，共有兩個(gè)共振頻率且在低頻時(shí)的加速度峰值較大，加速度峰值為34 m/s2；在平地作業(yè)環(huán)境下，路面相對(duì)平緩且行駛時(shí)間較長(zhǎng)，有多個(gè)共振頻率且在低頻時(shí)的加速度值較大，加速度峰值為15.6 m/s2，集中在550 Hz 內(nèi)，后半段頻率的加速度峰值較大；在斜坡減速帶作業(yè)環(huán)境下，路面相對(duì)陡峭，運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，有多個(gè)共振頻率且在低頻時(shí)的加速度值較大，加速度峰值為14.8 m/s2，集中在550 Hz 內(nèi)。

圖1 清掃機(jī)器人在不同作業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)圖譜

2 振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

清掃機(jī)器人在不同作業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 清掃機(jī)器人在不同作業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)數(shù)據(jù)

在實(shí)測(cè)的四種場(chǎng)景中，低頻時(shí)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值偏大，在中頻段區(qū)間的振動(dòng)幅值明顯低于前者。在550 ～1 000 Hz 頻率范圍內(nèi)基本無(wú)共振點(diǎn)，振動(dòng)幅值平緩且較小。

實(shí)測(cè)的四種場(chǎng)景中的共振頻率點(diǎn)集中在低頻段。頻率越低，加速度幅值越大，對(duì)清掃機(jī)器人的影響就越大。其中，在河邊人行道的振動(dòng)幅值最大，同時(shí)對(duì)清掃機(jī)器人的接插件影響也最大，將該幅值作為實(shí)測(cè)最大值參考，通過(guò)加速得出試驗(yàn)條件的最大值。

實(shí)測(cè)中，清掃機(jī)器人在平地場(chǎng)景的工作時(shí)間最長(zhǎng)，整車(chē)反饋的共振頻率點(diǎn)的數(shù)量最多，主要分布在前中短頻率，振動(dòng)幅值相對(duì)更小。

3 試驗(yàn)要求與剖面設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性與可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)清掃機(jī)器人擬定正弦和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)要求?？紤]到產(chǎn)品的尺寸較大，內(nèi)部及核心部件存在共振損傷情況，需要設(shè)定共振點(diǎn)定頻耐久試驗(yàn)。

1）掃頻耐久試驗(yàn)。進(jìn)行初始化檢查，檢查完畢后將清掃機(jī)器人安裝在振動(dòng)臺(tái)上，試驗(yàn)期間樣品不通電。試驗(yàn)條件及參數(shù)如下：

掃頻速率：0.5 oct/min；頻率范圍：5 ～1 000 Hz；振動(dòng)幅值：5 ～55 Hz 加速度峰值為20 m/s2，55 ～550 Hz 加速度峰值為10 m/s2，550～1 000 Hz加速度峰值為5 m/s2；振動(dòng)方向：X、Y、Z；試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間：每個(gè)軸向持續(xù)1 h。當(dāng)前加速度峰值根據(jù)最大實(shí)測(cè)值34 m/s2，結(jié)合修正后的容差上限系數(shù)法推導(dǎo)得出。

掃頻耐久試驗(yàn)剖面圖如圖2 所示。

圖2 掃頻耐久試驗(yàn)剖面圖

2）隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。進(jìn)行初始化檢查，檢查完畢后將清掃機(jī)器人安裝在振動(dòng)臺(tái)上，試驗(yàn)期間樣品不通電。試驗(yàn)條件及參數(shù)見(jiàn)表2。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)剖面圖如圖3 所示。

表2 試驗(yàn)條件

圖3 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)剖面圖

3）定頻耐久試驗(yàn)。試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)檢查，找出共振頻率。建議安裝3 個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器，分別定位于清掃機(jī)器人外表面中心位置、右側(cè)底盤(pán)位置以及受振動(dòng)影響最大的位置（該位置由企業(yè)自定）。試驗(yàn)期間給樣品上電，試驗(yàn)條件及參數(shù)如下：

掃頻速率：1 oct/min；頻率范圍：1 ～1 000 Hz；振動(dòng)幅值：1 ～1 000 Hz，加速度峰值為5 m/s2；振動(dòng)方向：X、Y、Z；循環(huán)次數(shù)：每個(gè)軸向循環(huán)1 次。

振動(dòng)響應(yīng)檢查試驗(yàn)剖面圖如圖4 所示。

圖4 振動(dòng)響應(yīng)檢查試驗(yàn)剖面圖

定頻耐久試驗(yàn)前，應(yīng)檢查得到的共振頻率。首先，固定頻率，即共振頻率，施加的頻率始終保持在該共振頻率上，在Z軸上以20 m/s2加速度持續(xù)30 min。其次，靠近固定頻率進(jìn)行有限的頻率范圍掃描。如果實(shí)際共振頻率不清晰（出現(xiàn)顫動(dòng)且顫動(dòng)的頻率相近或出現(xiàn)多個(gè)較為相近的共振點(diǎn)），應(yīng)在共振頻率0.8 ～1.2 倍的范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，在Z軸上以20 m/s2加速度持續(xù)60 min。試驗(yàn)期間樣品不通電，定頻耐久試驗(yàn)剖面圖如圖5 所示。

圖5 定頻耐久試驗(yàn)剖面圖

4 驗(yàn)證要求

試驗(yàn)樣品的要求是為了防止清掃機(jī)器人產(chǎn)生機(jī)械疲勞的累加，不建議試驗(yàn)重復(fù)使用。試驗(yàn)前后應(yīng)檢查、記錄各類(lèi)數(shù)據(jù)，確證結(jié)果一致性。

試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)考核清掃機(jī)器人及其部件的疲勞程度，連接處是否有松動(dòng)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，功能是否正常。采用振動(dòng)幅值逐漸遞減的方式，隨著頻率增大，振動(dòng)幅值變小。預(yù)測(cè)前半段頻率對(duì)清掃機(jī)器人的機(jī)械損傷相對(duì)較大，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、緊固件、連接件等多方面表現(xiàn)綜合評(píng)估產(chǎn)品的耐受情況。

5 結(jié)語(yǔ)

以清掃機(jī)器人為例，測(cè)量多場(chǎng)景下的振動(dòng)量化指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)歸納理論，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，給出了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性振動(dòng)試驗(yàn)剖面與驗(yàn)證要求。通過(guò)可靠性量化評(píng)價(jià)與試驗(yàn)，制造商可以進(jìn)一步提高相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，最大限度滿(mǎn)足客戶(hù)需求。