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| 标准编号 | GB/T 12642-2013 (GB/T12642-2013) | | 中文名称 | 工业机器人 性能规范及其试验方法 | | 英文名称 | Industrial robots. Performance criteria and related test methods | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J28 | | 国际标准分类 | 25.040.30 | | 字数估计 | 69,630 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 12642-2001 | | 引用标准 | ISO 8373-1994; ISO 9946-1999; ISO 9787-1990 | | 采用标准 | ISO 9283-1998; IDT | | 起草单位 | 北京机械工业自动化研究所 | | 归口单位 | 全国自动化系统与集成标准化技术委员会 | | 标准依据 | 国家标准公告2013年第22号 | | 提出机构 | 中国机械工业联合会 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 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;重复定向轨迹准确度;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分析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 | GB/T 12642-2013: 工业机器人 性能规范及其试验方法
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 12642-2001
工业机器人 性能规范及其试验方法
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
1 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;
---重复定向轨迹准确度;
---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
目主要用于分析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A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ISO 8373:1994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。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 9787:1990 工业机器人 坐标系和运动命名原则(Industrialrobots-Coordinatesystems
3 术语和定义
ISO 8373:1994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
4 单位
除非另有规定,所有单位如下:
---长度以毫米计...(mm)
---角度以弧度或度计...(rad)或(°)
---时间以秒计...(s)
---质量以千克计...(kg)
---力以牛顿计...(N)
---速度以米每秒...(m/s)
或度每秒...(°/s)
或弧度每秒...(rad/s)
或转每分计...(r/min)
5 缩略语和符号
下列缩略语和符号适用于本文件。
5.1 基本缩略语
A 准确度 Accuracy
d 漂移 Drift
E 互换性 Exchangeability
F 波动 Fluctuation
P 位姿 Pose
R 重复性 Repeatability
T 路径(轨迹) Path(Trajectory)
V 速度 Velocity
v 变动 Variation
W 摆动 Weaving
5.2 量值
AD 距离准确度
AP 位姿准确度
AT 轨迹准确度
AV 轨迹速度准确度
a,b,c 对X、Y、Z轴的姿态(角分量)
CR 拐角圆角误差
CO 拐角超调
D 两点之间的距离
dAP 位姿准确度漂移
dRP 位姿重复性漂移
FV 轨迹速度波动
l 实到位姿和各个实到位姿集群重心间的距离
m 沿轨迹测量点数
n 测量循环次数
OV 位置超调量
RD 距离重复性
RP 位姿重复性
RT 轨迹重复性
RV 轨迹速度重复性
S 标准偏差
t 位置稳定时间
v 轨迹速度
vAP 多方向位姿准确度变动
x,y,z 沿X、Y、Z轴的直线坐标
WF 摆频误差
WS 摆幅误差
5.3 下标
a,b,c 表示对X、Y、Z轴的姿态特性
c 指令
e 拐角点(边界)
g 机器人性能进入规定的轨迹特性内的点
h 表示h次方向
i 表示第i点
j 表示第j次循环
k 表示第k次方向
p 位置
x,y,z 表示沿X、Y、Z轴的定位特性
1,2, 表示位姿编号1,2,
5.4 其他符号
C1 到C8 试验立方体的顶点
E1 到E8 用于测量轨迹特性的矩形平面顶点
G 各实到位姿集群的重心
Oc 测量系统坐标原点
注1:其他符号在有关章节中解释。
6 性能测试条件与性能检测方法
6.1 机器人安装
根据制造商的建议安装机器人。
6.2 测试前提条件
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应圆满完成。
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机器人应进
行适当的预热。
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。
6.3 操作和环境条件
由制造商制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。
6.3.1 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ISO 9946:1999)等。
6.3.2 环境条件
6.3.2.1 一般条件
试验所用的环境条件应由制造商说明,参照6.3.2.2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。
6.3.2.2 测试温度
测试的环境温度(θ)应为20℃。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θ±2℃范围内。
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)。
6.4 位移测量原则
被测位置和姿态数据(xj、yj、zj、aj、bj、cj)应以机座坐标系(ISO 9787:1990)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(如在离线编程中使用)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。用测量方法建立坐标系间的相互关系。在此情况下,7.2.1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P1 到P5 为测量点,则C3、C4、C5、C6 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ISO 9787:1990)的位置
应予记录(见图7)。
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。
6.5 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25%。
本标准列出了部分适用的测量系统/传感器的实例,具体参见附录NA。
6.6 机械接口的负载
所有试验项目都应在100%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1中指出的将额定负载降至10%或由制造商制定的
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1是试验用末端执行器的实例,其CG(重心)和TCP(工具中心点)有偏移。试验时,TCP是测量
点(MP)。测量点的位置应在试验报告中说明。
6.7 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
100%,并可在此速度的50%和/或10%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100%、50%和10%下进行试验(见表
3)。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50%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2和表3给出试验速度的汇总。
6.8 试验位姿和跟踪轨迹的定义
6.8.1 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。
6.8.2 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C1~C8 表示(见图2),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。
6.8.3 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:
a) C1-C2-C7-C8;
b) C2-C3-C8-C5;
c) C3-C4-C5-C6;
d) C4-C1-C6-C7。
6.8.4 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P1~P5 加上轴向(XMP)和径向
(ZMP)测量点偏移。点P1~P5 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3和图7。
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。
P1是对角线的交点,也是立方体的中心。P2 到P5 离对角线端点的距离等于对角线长度的(10±
2)%(见图4)。若不可能,则在报告中说明在对角线上所选择的点。
6.8.5 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。
6.8.6 跟踪的轨迹
6.8.6.1 试验轨迹的位置
采用6.8.2中说明的立方体。
试验轨迹应位于图5所示的四个平面之一。对于6轴机器人,除制造商特殊规定外,应选用平
面1。对少于6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3),且其姿态相对于该平面应保持
不变。
6.8.6.2 试验轨迹的形状和尺寸
图6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......
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