2017年5月20日 星期六

距離電動割草機開發完成日 還有67天

事情沒有正面或負面的,就只看你有沒有做而已。
這周很忙,但是割草機方面還是有進度的

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我每天都在寫報告,順便就把這裡當成報告的輸出地點了,
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品,從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密,部分開發的內容將會進行改寫或保留,但故事的整體性與完整性是不變的。
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今天把第二台樣機組裝完成。
目前尾端控制器的顏色只有兩款:法拉利紅和鐵道安全澄(或稱高鐵澄)。



















哪個顏色比較好看?



拿到剛出爐的機箱,趕緊裝上去看一下


兩台的油門控制方式稍有不同


油門開度隨時可調? 割草達人說:沒必要,每次我都是開到最大的


尾端目前有個端子台,這是為了方便更換控制器用的,真正產品是看不到此端子台的。組裝的動作花了一個早上,下午就進行初次的測試了,測試時當然是選用耗功最大的牛筋繩,順便也試一下鋰電池的能耐了,果然鋰電池經過整整一小時的滿載測試,還是輕輕鬆鬆地過關了。


另外,我們也發現:鋰電池供電時,割草機的加速性更好!! 用電源供應器供電時,割草機從無載到最高速運轉需要1.8秒的時間,換成鋰電池供電時,則只要1.5秒就加到最高速了,這也表示鋰電池瞬間提供大電流的能力是很強的。


請小心,牛筋繩割法是最耗電的



實驗證明:牛筋繩的長度稍微減短一點,耗電量就不會那麼多!!



鋰電池已經準備好多組了,近期我們將在南部安排第二次的試割與更進一步的割草數據收集


還有其他顏色需求嗎? 我們須要您的寶貴意見與說法,謝謝!!




在整個割草機中, 這組齒輪很重要,雖然它會耗掉部分的電能,但是它能保護無刷馬達和控制器。少了它,當你割草碰到堅硬的異物,那就馬達當倒楣鬼了!!


簡單地說,
如果可以用機械的方式保護,就不要選用電路的保護,因為兩者的安全係數差太多了。還有就是真的損壞了,也要選擇簡單價格便宜的東西先壞!!

好的產品設計原本就該如此





2017年5月17日 星期三

距離電動割草機開發完成日 還有68天

終於開戰了!!
引擎式的割草機與電動割草機第一次同台PK較量

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我每天都在寫報告,順便就把這裡當成報告的輸出地點了,
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今年年初我們已經割草機的硬體設計與程式碼的修正,如果以進度來形容的話,應該已經達成95%了,就剩下真正量產前的小修正而已。

割草機專用的無刷馬達驅動器已經開發完成


那一天,朋友的工廠剛剛好有引擎式(吃油)的割草機,看起來規格好像是33cc的。那就拿來比比看吧!!


吃電的與吃油的不同點在於尾端,前者用馬達驅動,後者以引擎帶動。割草端都接牛筋繩


吃油的說:要先發動引擎,然後讓引擎在怠速下運轉。發動時的油與煙是少不了的,發動後就聽到引擎的叭叭聲了,還有少許的煙霧出現。二行程的機油比例如果沒有調好,那會導致整個煙霧瀰漫的。

吃電的割草機接上電池後,只聽到Beep二聲,代表控制系統已經啟動並處於待命的階段。它是用VR上的電壓來決定轉速,當VR小於1V時,割草機是完全不動的。

引擎式的割草機機構上比較複雜,如果許久沒用的話,就非常不容易發動!!


這兩台割草機都是以離合器Clutch的方式帶動。約在3000轉上下時,離合器片才會牢牢地卡住連桿。當轉速低於3000轉時,前面的割草端是不動的。



吃油的割草機在握把的地方有油門大小的開關,吃電的割草機目前僅用一個旋鈕充當油門。PRO級的割草達人都說:開始割草時,油門大小程度就固定下來了,通常就是開到最大!!沒錯,就是開到最大!!這樣割草的爽度才會出來,原來如此



兩台割草機都開到最大時,右邊只聽到牛筋繩切割空氣的強勁聲,還有可以忍受的震動。左邊則伴隨有引擎聲和更多的油煙味道,而且轉速越快振動越大?!


右邊的電池好像大了一點,要肩背的話會有點困擾? 先別怪她,這是要滿足4小時割草的尺寸與重量



從使用的方便性來看,電動割草機是比較新的設計,也不會受到油煙與噪音的干擾,一般人的接受度反而比較高。電動割草機的售價若能再降低一些,肯定會有更多的需求量出現。

公司的實驗桌上已經有兩台電動割草機樣品了,下周還會有幾台試作品完成,同時先在南部進行一連串的芒草試割與機具試用。



PK完後的第一件事就是用快速充電器充電,約1.5小時內就可以完成充電


這幾天我們對牛筋繩割草的功耗進行量測。
結果是:
牛筋繩是比較耗功率的割草方式,而且比鋼刀式的割法至少多出1-2倍的功耗 !!

如果一個電池能供應鋼刀式割草兩個小時,相同的電池若改用牛筋繩割法,可能只能撐不到一個小時,這點請務必注意了。這應該是牛筋繩在空氣中高速旋轉時,其"約當"的慣量變大了,造成更多的能源消耗。

選用牛筋繩割草時,絕對不是繩長越長就越好的,這跟我們的常識與認知有一點違背。還有,形狀越不規則的會越耗電。圓條形的牛筋繩最省電了,但是其對雜草的殺傷力道最小


假設
牛筋繩到圓心的長度是0.23M (23cm)
轉一周的長度是2 x 3.14 x 0.23=1.44M
割草盤的轉速若為5000RPM時,
牛筋繩最末端的速度是 (1.44 x 5000 x 60)/1000M=432 Km/Hr

這是很快很快的速度了,當然很容易就把草給瞬間割斷了






2017年5月12日 星期五

距離電動割草機開發完成日 還有69天


如果你我產品的差異只有價格,
那老實說,我跟你之間是沒有差異的!!

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工程師求知的心有多強烈,其破壞的心就有多強烈!!
小時候曾經偷偷拆了一台Canon的單眼相機,結果當然也很慘烈的



上周在鄉下的連續三小時割草,也割出了一些心得來了。

首先是用鐵片式的鋼片割草,還是有一點點危險性存在。最好15公尺內都不要有其他人,以免鋼刀鬆脫時傷人。而且最好還是要穿防護衣與護目鏡,割草機的紅色擋片也要裝上裝對角度,防止小石頭或硬物打擊到操作者。

正式割草時,我會先調整轉速在4500-5000RPM左右,先進行簡單的試割。等到逐漸熟悉這個割草速率後,才將刀片速度提高到6000RPM或更高的轉速,這時就可以體會出鋼刀削草的力道了。

當鋼刀遇到大草叢或藤蔓群時,有可能正高速旋轉的刀片突然被草整個困住,因而停止旋轉。無刷馬達碰到這種情形會因過電流而直接跳保護,以免傷及控制電路。不過我們的機構有離合器作保護,刀片被強迫靜止並不會導致馬達軸心停止,而是離合器片與外圍的金屬產生摩擦,這樣對馬達驅動電路的保護更佳完善。所以機構硬體已有保護,再配合電路上的硬體保護還有軟體程式上的加強,築起層層的關卡,就是不讓割草機出狀況!!

下面這張照片是完完全全的錯誤示範,操作者沒作適當的防護,請不要學。


業餘的割草工程人員,技巧與姿勢都不夠PRO,請勿見笑。
















鋰電池放右邊草堆上。沒背電池,肩上的負擔變小很多!!


















鋼片式的刀片高速切割芒草是很療癒的。可是碰到硬物時,那可就相當危險了!!
不曉得草堆裡面怎麼會有大拇指粗的鋼筋,可是就被我碰到了,互相撞擊時除了立刻產生火花外,鋼刀的邊緣也撞出傷痕來。

割草機的馬達還是好好的,除了撞擊到鋼筋的瞬間,轉速約掉了500-1000RPM。不過,速度又隨即拉回原先的6000RPM轉速。

割草達人都會建議鋼刀邊邊要再磨利一點,割芒草就會像切豆腐一樣。不過,我個人應該還沒到那個境界。















新的刀片已經有缺角了,我想"鋼筋"應該是切不斷的!




另一邊也是有缺角的,不過力道已經減弱,所以缺角的形狀較小!!


那一天也嘗試用圓鋸去砍中小型的樹木,效果滿好的。可能是尚未習慣圓鋸的操作方法,用起來就覺得怪怪的,反正是不順手就對了。






下次割草測試就要改用牛筋繩了,我們第二台樣品已經快準備好了。

有鋸齒狀的牛筋繩,割草肯定更帶勁了



第二台割草機的操控性絕對會更佳的














頭端都改成可放牛筋繩的裝置





有網友在問:你們真的還要70天才開賣嗎?
夏天快到了,夏天就是割草的旺季!!
歐,我知曉了。

我們的開發腳步已經加快了...
真的

2017年4月23日 星期日

距離電動割草機開發完成日 還有72天

鏘! 鏘!! 鏘!!! 聽到不尋常的金屬與玻璃碰撞聲音
鐵定 出事了

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割草機只要一轉起來,絕對是有其危險性的 !!!
轉速快,又有刀片高速旋轉,一定要特別小心



今天在多次的啟動與加減速調整後,在某一次啟動的瞬間,鎖定刀片的逆向螺絲鬆脫,所有跟著旋轉的零件與螺母全部飛了出來!!



混亂的一秒鐘後,所有零件散佈在地板上,固定用螺母飛到半空中,打到我的測試用車用音響後,又彈回地板上。

我立刻關閉電源,進行災情統計與分析





裝在上面的零件全部都出竅了!!


地板上的刮痕應該是割草機的刀片撞擊後留下的痕跡















刀片的首次撞擊點應該是這裡 !! 旋轉的力道和銳利的刀口直接就割出一道大傷痕,郵局的白和平鴿也被打到了
















近看一點,這如果是腳的話,鐵定要住院了



再近看一點,Rubycon電容紙箱內的 PCHOME郵寄紙箱也是傷痕累累!!























這塊橋式整流濾波板也被噴出來的螺母打歪了,然後又打到強化玻璃。幾年前台南大地震時也歪了一次


看起來,割草的刀片就是沿著切線飛出去,先對無辜的紙箱割出一道傷口,然後繼續旋轉,再對地板割出另一道深深的痕跡。

原先,我們設計的割草機還有一個可以倒退的按鈕,當割草碰到藤蔓時,前端很容易被藤蔓卡死住,這個功能可以讓刀片反轉,以方便操作人員將已經咬死刀片的藤蔓拉出來。不過經過今天的意外事件後,我們考慮將此功能永久取消。

因為,刀片反轉時,有機會順便也讓固定用的螺母鬆動,歷經幾次反轉以後,刀片就有可能飛出來傷人!!

許多事情想得越完善,以後出錯的機會就越小。今天的意外事件,又讓我們上了學校老師絕對沒有教的一課。

以前的老工程師一直提醒我:
做任何有關電的實驗,實驗桌旁一定要同時有兩個人在場,以便在緊急情況下可以互相救援!!
切記 !!
切記在心裡 !!


刀片就是沿這各方向飛出去,外加旋轉的力道,割破三個紙箱,最後又劃破木質地板後才停止。



2017年4月18日 星期二

距離電動割草機開發完成日 還有73天

這世上有一樣東西是別人搶不走的,那就是藏在你自己心中的夢想。
許多問題是須要時間來解決的。想搶快是行不通的!!

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兩台幾乎一樣的電動割草機,一台是用離合器Clutch帶動,另一台是直驅Direct Drive方式帶動。你認為哪種方式較為省電?

上為直接驅動型的割草機,下為帶Clutch的割草機




















Direct Drive就是馬達軸心與割草機軸心對接


Clutch型的割草機只有在高速旋轉時,馬達才和割草機軸心連結


整個Clutch片用兩顆大螺絲鎖住,靜止時靠照片中的彈簧把Clutch拉離黑色外框






















今天就是來驗證割草機功耗這一部分。

我們用擎弘電子公司精密Pro級的電源供應器(DSP-050-030最大輸出50V30A),電壓都調在36.00V,掛上相同的刀片當負載,然後記錄4000-6000RPM時的電流值

CLUTCH type(有離合器)
4000 RPM 1.8A
4500 RPM 2.2A
5000 RPM 2.5A
5500 RPM 2.9A
6000 RPM 3.4A

DIRECT type(直接驅動型)
4000 RPM 1.6A
4500 RPM 1.8A
5000 RPM 2.0A
5500 RPM 2.5A
6000 RPM 2.8A

以上的結果跟我們心裡想的類似。

做個小結論:Clutch帶有離合器型的割草機效率會較差,這是因為馬達高速旋轉後,才正式把離合器片甩開,進而帶動割草機內部軸的旋轉,經過此一級的轉換,也多了近20%的功耗。

可是,許多Pro級的割草人士還是喜歡Clutch型的割草機?經過詢問後,我們這才發現真實割草的情景。當割草機高速在除草時,若碰到硬物,直接Direct Drive型的反應是:電流過大,進入保護模式,並且立即關閉馬達的輸出,等到狀況解除後,才恢復原先的轉速,這一來一往可能就耗掉5-8秒鐘的時間。

而Clutch型的割草機碰到異物或堅硬的石頭時,輸出軸有可能硬被暫停。此時只能導致離合器片的滑動而已,馬達仍在高速運轉。所以狀況一解除後,刀片處隨即回到高的轉速模式。有可能不到半秒就回到原先的轉速,可以不用停頓繼續割草。




這也就是說:
有Clutch的割草機功耗可能多了一些,但實際使用上它卻有其獨特的方便性,熟優熟劣還是沒有定論。

比較詭異的問題出現了,我們竟然發現帶Clutch的割草機在動作一些時間後...

2017年4月17日 星期一

距離電動割草機開發完成日 還有74天

產品的開發中,機構往往是最難克服的!!
一個好的機構應該是簡單明瞭的機構,
一個好的控制電路也應該是簡單的電路。

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傳統的引擎割草機的離合器是這樣設計安排的



















電動割草機的傳動機構如圖所示。這裡,我們複製了原來的離合器架構,當馬達轉速超過某個轉速後,兩片式的離合器會往外甩,進而帶動刀片或牛筋繩轉動

無刷馬達開始與機構接合



鎖上離合器,經過測試後,發現此款的Clutch要到3500RPM後,才會正式被甩開,然後刀片才開始轉動


馬達再與其他機構接合,看起來滿有殺氣的!!































從另外一角度看無刷馬達與割草機本體的合體



這周總算可以開始進行"割草實測"了,同時順便觀察鋰鐵電池的耐操度了。
供應商的Li-Fe測試用電池,到我們手裡當然難逃被拆解的命運。不過,我們不建議一般使用者去拆解高能量密度的鋰電池,因為這還是有相當危險性的。




Pro級的Li-Fe電池,價格絕對不親民。但是要一次割滿四小時,那就非得用此類電池不可了。
實測重量約7.5Kg

















馬達控制重要圖表 說明

這是個人收集的資料之一,最終版權仍屬當初放在網路的公司或個人 個人認為 展現"馬達控制"的最佳動畫, 它代表的意涵太多太多了,請一定要把它另存新檔。 文字上很難敘述,看了動畫就一目了然。看TI德州儀器的影片一個多小時還似懂非懂的,無意中從網路上找到...