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服务机器人移动场景下疲劳寿命评定试验
时间：2020-06-05 13:20:00
来源：上海机器人产业技术研究院
作者：小R
随着人工智能等先进技术的加速发展，机器人迅速从工业领域向服务行业渗透，服务机器人展现出比工业机器人更为广阔的市场空间。参照国际机器人联盟（IFR）按照应用领域划分的分类，将服务机器人分为个人/家用机器人和专业服务机器人两大类。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作，使用场所主要有家庭、商场、医院、机场、银行、酒店、仓库等，比如清洁机器人、医院物流机器人、酒店服务机器人、社区楼宇配送机器人等。
服务机器人 [图片来源于网络]
在服务机器人的寿命周期中，会受到各种环境应力的影响，包括温度、湿度、振动、冲击等，均会影响服务机器人的使用寿命。在此仅讨论服务机器人在不同的路面以及障碍物上行走时，如光滑地砖、木制地板、水泥路、沥青路、电梯、减速带、路面障碍物等，由路面的不平整所引起的振动和冲击对其零部件寿命的影响。对于一些服务机器人，如楼宇配送机器人，经常会进出电梯，产生冲击激励，冲击量级不算大，但每天进出电梯的次数比较多，部分零部件会产生疲劳损坏。
服务机器人部分用户使用场景
在长时间的使用过程中，服务机器人零部件（比如电路板、传感器、雷达等）会不断的失效，比如插接件接触不良、激光雷达性能下降等，会影响服务机器人的正常使用。服务机器的零部件大部分是由外部采购而来的，从零部件的规格书会发现有些零部件供应商已经按照GB/T2423电工电子产品环境试验等相关标准进行了高温、低温、湿热、振动、冲击等相关试验。
服务机器人整机也按照相关标准进行了试验，为什么现场还会出现这么多少失效呢，因为这些试验属于环境适应性试验，考核零部件在这种环境条件下能不能扛得住，目的并不是考核其设计使用寿命。因此，服务机器人企业应该根据自身服务机器人的设计使用寿命指标以及实际使用场景制定相应的疲劳寿命试验考核条件，验证零部件的设计使用寿命是否能到达要求。
针对服务机器人在多种使用场景下，如何考核零部件设计使用寿命，下面给出了相应的疲劳寿命试验设计流程，主要包括：确定测试场景和工况、采集数据、数据处理、多种场景综合、制定出振动和冲击测试条件。
疲劳寿命试验设计
下面简单的介绍一下可靠性指标和场景综合：
1、可靠性指标
上面提到考核指标，专业术语为可靠寿命，即给定可靠度所对应的寿命。所以在确定可靠性指标的时候，并不是简单的从时间维度上说是多少年，同时还要明白其对应的概率值。
举个例子来说明一下设计使用寿命指标，每台服务机器人安装一个激光雷达，服务机器人设计使用寿命三年，要求三年激光雷达的失效率不超过5%，或者可靠度是95%。假如投入使用1000个雷达零部件，当达到三年使用寿命时，要求有不超过50个雷达失效。
2、场景综合
场景综合是根据路面比例以及工况情况（运动速度、负载等）进行场景综合计算，并结合加速试验理论，得到寿命考核试验条件。
场景综合
通过上述的试验设计、数据采集以及分析，最终的得到试验条件应该包括振动条件、试验时间、样本量，此试验条件可以验证服务机器人零部件在使用场景下的设计使用寿命可以达到多少年，失效率有多低（即可靠度有多高），还考虑一定的置信度。当然，要得到这么一个寿命考核试验条件，还需要做不少的工作。
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