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| 标准编号 | GB/T 38559-2020 (GB/T38559-2020) | | 中文名称 | 工业机器人力控制技术规范 | | 英文名称 | Specification of industrial robots force control | | 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 | 14,149 | | 发布日期 | 2020-03-06 | | 实施日期 | 2020-10-01 | | 引用标准 | GB/T 5226.1; GB/T 18806-2002; GB/T 28854-2012; GB/T 36008-2018; JB/T 7482-2008; JB/T 7483-2005 | | 起草单位 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司、中国科学院自动化研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、北京机械工业自动化研究所有限公司、山东鲁能智能技术有限公司、中国科学院合肥物质科学研究院、沈阳埃克斯邦科技有限公司、上海沃迪智能装备股份有限公司、清能德创电气技术(北京)有限公司 | | 归口单位 | 全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC 159) | | 提出机构 | 中国机械工业联合会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | | 范围 | 本标准规定了工业机器人力控制技术分类及通用技术参数、力/力矩传感器选型要求、力控制应用技术与应用条件和力控制应用设计方法。本标准适用于工业机器人的力控制应用技术设计。 | GB/T 38559-2020: 工业机器人力控制技术规范
GB/T 38559-2020 英文名称: Specification of industrial robots force control
ICS 25.040.30
J28
中华人民共和国国家标准
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本标准规定了工业机器人力控制技术分类及通用技术参数、力/力矩传感器选型要求、力控制应用
技术与应用条件和力控制应用设计方法。
本标准适用于工业机器人的力控制应用技术设计。
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。
GB/T 5226.1 机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件
GB/T 18806-2002 电阻应变式压力传感器总规范
GB/T 28854-2012 硅电容式压力传感器
GB/T 36008-2018 机器人与机器人装备 协作机器人
JB/T 7482-2008 压电式压力传感器
JB/T 7483-2005 半导体电阻应变式力传感器
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
4 力控制技术分类及通用技术参数
4.1 总则
机器人力控制为机器人应用领域中,将力反馈信号与位置控制、速度控制或力控制输入信号相结
合,通过相关力控制算法,实现机器人的主动柔顺控制技术,可按照力控制策略或传感方式进行分类。
4.4 通用技术参数
4.4.1 分辨率
力、力矩最小控制量,单位为牛每牛米[N/(N·m)]。
4.4.2 控制精度
力、力矩实际控制值与输入设定值的接近程度,单位为牛每牛米[N/(N·m)]。
4.4.3 响应周期
力控制模式下系统的控制节拍,单位为毫秒(ms)。
4.4.4 控制频率
单位时间内完成力控制周期的次数,单位为赫兹(Hz)。
4.4.5 控制范围
力控制最大控制量程,单位为牛每牛米[N/(N·m)]。
5 力/力矩传感器选型要求
5.1 类型
力/力矩传感器可按以下分类:
a) 电阻应变式力/力矩传感器;
b) 压电式力/力矩传感器;
c) 硅电容式力/力矩传感器;
d) 半导体电阻应变式力/力矩传感器。
5.2 一般性能指标
5.2.1 量程
量程应符合产品技术条件(详细规范)规定的所有要求。
5.2.2 工作温度范围
工作温度范围应符合产品技术条件(详细规范)的规定。
工作温度的下限值和上限值应优先从表1数值中选取。
5.2.4 重复性误差
除非另有规定,传感器各个维度上输出值的重复性误差(%FS)应不大于表2中1~2项规定的限
制,单一维度的测试方法按GB/T 28854-2012中7.4.8的规定。
5.2.5 非线性误差
除非另有规定,传感器各个维度上的非线性误差(%FS)应不大于表2中1~2项规定的限制,单一
维度的测试方法按GB/T 28854-2012中7.4.5的规定。
5.2.6 零点输出
除非另有规定,传感器各个维度上的零点输出误差应不大于表2中规定的零点输出误差,单一维度
的测试方法按GB/T 18806-2002中6.1.5的规定。
5.2.7 零点时漂
除非另有规定,传感器各个维度上的零点时漂应不大于表2中规定的零点时漂,单一维度的测试方
法按GB/T 18806-2002中6.3.1的规定。
5.2.8 输出时漂
除非另有规定,传感器各个维度上的输出时漂应不大于表2中规定的输出时漂。
5.2.9 输出温漂
除非另有规定,传感器各个维度上的输出温漂应不大于表2中规定的输出温漂。
5.2.10 过载能力
除非另有规定,传感器各个维度上的过载能力应不小于表2中规定的过载能力。
5.3 特殊性能指标
5.3.1 电阻应变式力/力矩传感器特殊性能指标
按GB/T 18806-2002,电阻应变式力/力矩传感器特殊性能指标包含:
a) 输出阻抗
传感器输出阻抗应符合产品技术条件(详细规范)的规定。
输出阻抗应优先从下列数值中选取:0.06kΩ、0.12kΩ、0.15kΩ、0.24kΩ、0.35kΩ、0.45kΩ、
0.6kΩ、0.8kΩ、1.0kΩ、2.0kΩ、2.4kΩ、3.5kΩ、10kΩ。
b) 绝缘电阻
传感器的引出线与壳体间的绝缘电阻应不小于500MΩ。
5.3.2 压电式力/力矩传感器特殊性能指标
按JB/T 7482-2008的规定,电阻应变式力/力矩传感器特殊性能指标应包含:
a) 绝缘电阻:传感器的引出线与壳体间的绝缘电阻应不小于1013Ω;
b) 电容值:传感器电容值范围应为2pF~100pF;
c) 固有频率:传感器固有频率不小于50kHz。
5.3.3 硅电容式力/力矩传感器特殊性能指标
按GB/T 28854-2012及JB/T 7483-2005的规定,硅电容式力/力矩传感器特殊性能指标应包含:
a) 基础电容
传感器的基础电容标称值应符合产品技术条件(详细规范)的规定。
基础电容值应优先从下列数值中选取:10pF、25pF、50pF、75pF、100pF、150pF。
b) 绝缘电阻
传感器的引出线与壳体间的绝缘电阻应符合GB/T 5226.1的规定。
5.3.4 半导体电阻应变式力/力矩传感器特殊性能指标
按GB/T 18806-2002及JB/T 7483-2005的规定,半导体电阻应变式力/力矩传感器特殊性能指
标应包含输出阻抗。
传感器输出阻抗应符合产品技术条件的规定。
输出阻抗应优先从下列数值中选取:0.06kΩ、0.12kΩ、0.15kΩ、0.24kΩ、0.35kΩ、0.45kΩ、
0.6kΩ、0.8kΩ、1.0kΩ、2.0kΩ、2.4kΩ、3.5kΩ、10kΩ。
6 力控制应用技术与应用条件
6.1 总则
力控制应用技术包括:动态力控制技术、恒力控制技术、零力控制技术以及碰撞保护技术等。各力
控制应用技术应满足其条件要求。
6.2 动态力控制技术
6.2.1 定义
动态力控制技术为应用力控制策略,根据环境与作业需求动态调整力/力矩设定值,完成机器人装
配等操作。
6.2.2 应用
动态力控制技术可应用机器人装配,可应用但不限于:
a) 插销入孔;
b) 装配曲柄;
c) 旋拧螺钉。
6.2.3 应用条件要求
动态力控制技术应具备以下应用条件要求:
a) 故障状态下的急停处理;
b) 未采用碰撞保护技术时,应设置人机隔离栅栏;
c) 应设置夹持工件的最大质量和尺寸;
d) 应设置最大运行速度,避免工件因惯性而导致脱离或掉落;
e) 装配精度优于力/力矩传感器测量范围的1%。
6.3 恒力控制技术
6.3.1 定义
工业机器人的末端执行机构在作业过程中,通过使用力控制技术,始终保持大小恒定的输出力/
力矩。
6.3.2 应用
恒力控制技术可应用但不限于:
a) 打磨;
b) 抛光;
c) 医疗辅助。
6.3.3 应用条件要求
恒力控制技术应具备以下应用条件要求:
a) 故障状态下的急停处理;
b) 未采用碰撞保护技术时,应设置人机隔离栅栏等;
c) 采用力/力矩传感器时,力控制精度应优于传感器量程的1%。
6.4 零力控制技术
6.4.1 定义
应用力控制技术消除重力、摩擦力以及张紧力对机器人的影响,力控制输入为零情况下的柔顺控制
技术。
6.4.2 应用
零力控制技术可应用但不限于:
a) 拖曳示教;
b) 人机协作。
6.4.3 应用条件要求
零力控制技术应具备以下应用条件要求:
a) 故障状态下的急停处理;
b) 超速状态时的限速处理;
c) 人机接触状态下的力保护处理;
d) 零力控制应用中建议采用光滑的接触表面替代尖锐棱角;
e) 零力控制应用中建议采用具有缓冲元素的可变性、轻质量部件。
6.5 碰撞保护技术
6.5.1 定义
在机器人与人或环境发生物理接触时,应用力控制技术应实现保护措施,避免由碰撞造成的损伤,
或将损伤降低到能承受的范围内。
6.5.2 应用
碰撞保护技术可应用但不限于:
a) 协作机器人;
b) 移动机器人;
c) 工业机器人装配作业;
d) 机器人双臂协调;
e) 多机器人协同作业。
6.5.3 力控制策略分类
碰撞保护技术按控制策略可分为:
a) 基于底座力矩检测的碰撞保护技术;
b) 基于关节力矩传感器的碰撞保护技术;
c) 基于关节电流检测的碰撞保护技术;
d) 基于末端力/力矩传感器的碰撞保护技术。
6.5.4 应用条件要求
6.5.4.1 人机协作情况下的应用条件要求
人机协作情况下的应用条件要求如下:
a) 设置机器人输出力阀值:应符合GB/T 36008-2018中A.3.2规定的人体各部位所能承受的
最大压力/压强值;
b) 应采用光滑的接触表面替代尖锐棱角;
c) 应采用具有缓冲元素的可变性、轻质量部件。
6.5.4.2 机器人独立作业情况下的应用条件要求
机器人独立作业情况下的应用条件要求如下:
a) 应具备碰撞检测以及紧急制动功能;
b) 应采用光滑的接触表面替代尖锐棱角;
c) 应在机器人工......
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