GB-T12642-2001工业机器人-性能规范及其试验方法

前言本标准等效采用国际标准该标准是国际标准化组织对原有的及进行复审后修订的本标准根据该标准的技术内容对我国的工业机器人性能规范和工业机器人性能测试方法进行了修订并按的版本格式将我国原有的两项标准合并成一项在编写格式上除遵照增加我国前言及在引用标准中按我国已发布的国家标准更改为我国编号及名称外其他全部与之一一对应本标准和国标版相比有较大的变动版是参照采用当时的编制的在标准的内容中增加了缩略语和符号的章节在位姿特性和轨迹特性的项目上有所增删在规范项目的释义图例和计算公式上补充了内容并作了一些增删和修改计算公式的符号作了较大变动作为标准的附录增加了进行机器人对比试验时所选用的各项参数的规定作为提示的附录增加了机器人典型应用时选择哪些性能规范的建议本标准自实施之日起代替工业机器人性能规范和工业机器人性能测试方法本标准的附录为标准的附录附录附录为提示的附录本标准由中国机械工业联合会提出本标准由全国工业自动化系统标准化技术委员会归口本标准起草单位北京机械工业自动化研究所华南理工大学北京理工大学本标准主要起草人胡景刘桂雄陆际联前言国际标准化组织是由各国标准化团体成员体组成的世界性的联合组织国际标准的制定通常是由的技术委员会来进行的对技术委员会已确定的项目有兴趣的每个成员体有权派代表参加该技术委员会的工作与有联系的各国际组织政府和非政府的团体也可参加有关工作在电工技术的标准化方面与国际电工委员会紧密合作技术委员会采纳的国际标准草案在理事会作为国际标准接受之前提交各成员体投票表决按导则需有技术委员会或分技术委员会中成员体投票数的赞成且反对票少于总投票数的才能批准发布国际标准是由工业自动化系统和集成技术委员会的制造业机器人分技术委员会制定的第二版删除和替代第一版和修正案且是技术修订版附录是本国际标准的正式组成部分附录和附录仅作为资料引言是涉及工业机器人的系列国际标准之一其他还有诸如安全通用特性坐标系术语和机械接口等方面的标准这些标准是相互关联的且和其他标准有关制定的目的是便于机器人及其系统的制造商和用户间的沟通定义了重要的性能指标说明这些指标应怎样给定并推荐了试验方法本标准的附录举例说明如何编写试验结果报告本标准给出试验方法中的那些特性是对机器人性能起显著影响的性能指标本标准的用户根据具体要求选择需要测量的性能指标根据机器人的类型和要求可全部或部分地采用本标准所述的试验标准的核心是单个特性试验附录中有位姿特性和轨迹特性对比测试的具体参数本标准的附录对于典型应用提供了选择试验项目的指南本标准的附录提供了试验报告的格式包含所需的最少信息和试验结果的汇总中华人民共和国国家标准工业机器人性能规范及其试验方法代替中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局批准实施范围本标准规定了操作型机器人下列性能指标及其测试方法位姿准确度和位姿重复性多方向位姿准确度变动距离准确度和距离重复性位置稳定时间位置超调量位姿特性漂移互换性轨迹准确度和轨迹重复性重定向轨迹准确度拐角偏差轨迹速度特性最小定位时间静态柔顺性摆动偏差对于某一具体机器人的试验本标准并不规定应选择上述的哪些性能指标本标准所述的试验项目主要用于研究和检验某个机器人的指标但也可用于样机试验定型试验或验收试验为了对比不同机器人的性能指标按照本标准的规定下列参数必须相同试验立方体的尺寸试验用负载试验速度试验轨迹试验循环和环境条件附录标准的附录给出了用于位姿特性和轨迹特性进行对比测试时的具体参数本标准适用于中定义的所有工业机器人本标准术语机器人指的是工业机器人引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性工业机器人词汇工业机器人坐标系和运动命名原则工业机器人特性表示定义本标准采用中给出的定义和下列定义集群用于计算准确度和重复性特性的一组测量点图表示图解法示例重心对于由坐标确定的个点的集群该集群的重心是坐标为均值的点的计算公式在中给出测量停顿时间记录数据前在测量点处的延迟时间如发出到位控制信号与测量装置开始测量之间的时间测量时间记录量值所用的时间单位除非另有规定所有单位如下长度以毫米计角度以弧度或度计或时间以秒计质量以千克计力以牛顿计速度以米秒或度秒或弧度秒计缩略语和符号本标准采用下列缩略语和符号基本缩略语准确度重复性变动波动漂移位姿路径轨迹速度摆动互换性量值对轴的姿态角分量沿轴的直线坐标测量循环次数沿轨迹测量点数标准偏差两点之间的距离实到位姿和各个实到位姿集群重心间的距离轨迹速度位姿准确度位姿重复性多方向位姿准确度变动距离准确度距离重复性位置稳定时间位置超调量位姿准确度漂移位姿重复性漂移轨迹准确度轨迹重复性拐角圆角误差拐角超调轨迹速度准确度轨迹速度重复性轨迹速度波动摆幅误差摆频误差下标表示对轴的姿态特性表示沿轴的定位特性指令表示第点表示第次循环表示第次方向表示次方向表示位姿编号拐角点边界机器人性能进入规定的轨迹特性内的点位置其他符号到试验立方体的顶点到测量轨迹特性用矩形平面的顶点各实到位姿集群的重心测量系统坐标原点注其他符号在有关章节中解释性能测试条件机器人安装根据制造商的建议安装机器人测试前条件机器人应装配完毕并可全面操作所有必要的校平操作调整步骤及功能试验均圆满完成除位姿特性的漂移试验应由冷态开始外不管制造商是否有规定其余的试验在试验前应进行适当的预热运行若机器人具有由用户使用的会影响被测特性的设备或如果只能用特殊函数来记录特性如离线编程给出的位姿校准设施的设备则试验中的状态必须在试验报告中说明并且与某种特性有关时每次试验中均应保持不变操作和环境条件由制造商指定并由本标准相应的试验方法确定的性能特性只有在制造商规定的环境和正常操作条件下才是有效的操作条件试验中所使用的正常操作条件应由制造商说明正常操作条件包括但不限于对电源液压源和气压源的要求电源波动和干扰最大安全操作极限见等环境条件一般条件试验所用的环境条件应由制造商说明参照的要求环境条件包括温度相对湿度电磁场和静电场射频干扰大气污染和海拔高度极限测试温度测试的环境温度应为采用其他的环境温度应在试验报告中指明并加以解释试验温度应保持在为使机器人和测量仪器在试验前处于热稳定状态下需将它们置于试验环境中足够长的时间最好一昼夜还需防止通风和外部热辐射如阳光加热器位移测量原则被测位置和姿态数据应以机座坐标系来表示或以测量设备所确定的坐标系来表示若机器人指令位姿和轨迹由另一坐标系如离线编程确定而不是测量系统来确定则必须把数据转换到一个公共坐标系中用测量建立坐标系间的相互关系在此情况下给出的测量位姿不能用作转换数据的参照位置参照点和测量点需在试验立方体内且彼此距离应尽可能大如若到为测量点则可用作参照点对于性能规范的有向分量机座坐标系和所选坐标系的关系应在试验结果中说明测量点应离制造商指明的机械接口一段距离该点在机械接口坐标系见的位置应予记录见图计算姿态偏差时所用的转动顺序必须使姿态在数值上是连续的绕动轴导航角或欧拉角旋转或绕静止轴旋转是没有关系的除非另有规定应在实到位姿稳定后进行测量仪器对于轨迹特性超调量和位姿稳定性的测量数据采集设备的动态特性如采样速率应足够高以确保获得被测特性的充分描述试验中所用的测量仪器应进行校准还应估计测量的不确定度并在试验报告中说明应考虑下列参数仪器误差与方法有关的系统误差计算误差测量的不确定度不能超过被测特性数值的机械接口的负载所有试验项目都应在额定负载条件下进行即制造商规定的质量重心位置和惯性力矩额定负载条件应在试验报告中注明为表征机器人与负载有关的性能可采用如表中指出的将额定负载减至或由制造商指定的其他数值进行附加试验如部分测量仪器附加于机器人上应把其质量和位置当作试验负载的一部分图是试验用末端执行器的实例其重心和工具中心点有偏移试验时是测量点测量点的位置应在试验报告中说明表试验负载试验特性使用负载额定负载表示必须采用额定负载减至○表示选用位姿准确度和位姿重复性○多方向位姿准确度变动○距离准确度和距离重复性位置稳定时间○位置超调量○位姿特性漂移互换性○轨迹准确度和轨迹重复性○重定向轨迹准确度○拐角偏差○轨迹速度特性○最小定位时间○静态柔顺性见第章摆动偏差○图试验用末端执行器实例试验速度所有位姿特性试验都应在指定位姿间可达到的最大速度下进行即在每种情况下速度补偿均置于并可在此速度的和或下进行附加试验对于每一种轨迹特性应在制造商规定的额定轨迹速度的和下进行试验见表在试验报告中应注明额定轨迹速度每次试验所规定的速度取决于轨迹的形状和尺寸机器人至少应能在试验轨迹的长度内达到此速度此时相关的性能指标才是有效的如果可选择应在试验报告中说明速度是以点位方式还是以连续轨迹方式来规定的表和表给出试验速度的汇总表位姿特性试验速度试验特性速度额定速度必测或额定速度○选测位姿准确度和位姿重复性○多方向位姿准确度变动○距离准确度和距离重复性○位置稳定时间○位置超调量○位姿特性漂移互换性○最小定位时间见第章和表表轨迹特性的试验速度试验特性速度额定轨迹速度必测额定轨迹速度必测额定轨迹速度必测轨迹准确度和轨迹重复性重定向轨迹准确度拐角偏差轨迹速度特性摆动偏差试验位姿和跟踪轨迹的定义目的本条说明如何确定位于工作空间中立方体内一平面上的五个合适位置还说明了要跟踪的试验轨迹当机器人某轴运动范围较其他轴小时可用长方体代替立方体立方体在工作空间中的位置位于工作空间中的单个立方体其顶点用到表示见图应满足以下要求立方体应位于工作空间中预期应用最多的那一部分立方体应具有最大的体积且其棱边平行于机座坐标系在试验报告中应以图形说明工作空间中所用立方体的位置平面平面平面平面图工作空间中的立方体立方体内所用平面的位置位姿试验应选用下列平面之一对这些平面制造商已声明在说明书中的值是有效的试验报告中应指出选用了哪一个平面表给出了位姿特性所使用的位姿表位姿特性中选用的位姿试验特性位姿位姿准确度和位姿重复性多方向位姿准确度变动距离准确度和距离重复性位置稳定时间位置超调量位姿特性漂移互换性试验位姿五个要测量的点位于测量平面的对角线上并对应于选用平面上的到加上轴向和径向测量点偏移点到是机器人手腕参考点的位置测量平面平行于选用平面见图和图制造商可规定试验位姿应以机座坐标系最佳和或关节坐标系来确定是对角线的交点也是立方体的中心点到离对角线端点的距离等于对角线长度的见图若不可能则在报告中说明在对角线上所选择的点机械接口坐标系图选用平面和测量平面对角线长度示例平面和位姿图使用的位姿运动要求当机器人在各位姿间运动时所有关节均应运动试验时应注意不超出制造操作规范跟踪的轨迹试验轨迹的位置采用中说明的立方体试验轨迹应位于图所示的四个平面之一对于轴机器人除制造商特殊规定外应选用平面对少于轴的机器人应由制造商指定选用哪个平面在轨迹特性测量时机械接口的中心应位于选用平面上见图且其姿态相对于该平面应保持不变试验轨迹的形状和尺寸图给出了在四个可用试验平面之一上的一条直线轨迹一条矩形轨迹和两条圆形轨迹的位置示例除测量拐角偏差外试验轨迹的形状应是直线或圆见和图若采用其他形状的轨迹制造商应说明并附于试验报告中在立方体对角线上的直线轨迹轨迹长度应是所选平面相对顶点间距离的如图中到的距离是一实例另一直线轨迹到可用于中所述的重定向试验对圆形轨迹试验需测试两个不同的圆见图大圆的直径应为立方体边长的圆心为小圆的直径应是同一平面中大圆直径的圆心为见图应使用最少的数目的指令位姿在试验报告中应说明指令位姿的数目位置和编程方法示教编程人工输入数字数据或离线编程对于矩形轨迹拐角记为和每个拐角离平面各顶点的距离为该平面对角线长度的在图的实例中和分别与和重合图试验轨迹定位平面的确定图试验轨迹实例循环次数表给出了测试每种特性时实施的循环次数表循环次数试验特性循环次数位姿准确度和位姿重复性多方向位姿准确度变动距离准确度和距离重复性位置稳定时间位置超调量位姿特性漂移连续循环互换性轨迹准确度和轨迹重复性重定向轨迹准确度拐角偏差轨迹速度特性最小定位时间摆动偏差试验步骤试验顺序对试验结果没有影响但为了确定测量停顿时间建议先进行位置稳定时间试验后再进行