GB T 12642-2001 工业机器人 性能规范及其试验方法.pdf

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、 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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、 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 再进行位姿重复性试验 位置超调量 位姿准确度和重复性试验可同时进行 位姿特性漂移试验应独立进行位姿特性试验应在点

19、位或连续轨迹控制下进行 轨迹特性试验应在轨迹控制下进行如果测试设备允许 轨迹准确度及重复性试验可与速度试验同时进行建议速度试验在轨迹准确度试验之前进行 并使用相同的轨迹参数 这样可保证在确定轨迹时使用正确的参考量当编程恒定轨迹速度时 应注意确保把速度补偿控制设为 并保证机器人不因在跟踪轨迹上的任何限制而使速度自动减小下列特性可同时进行测试轨迹准确度 重复性和速度特性拐角超调和圆角误差除位姿特性漂移外 一种条件下每一特性的数据采集应在最短的时间内进行试验时所有的程序延时 如测量停顿时间和测量时间应在试验报告中说明试验特性 应用根据机器人的类型和要求 应用 可全面或部分采用本标准所述的试验对于某些

20、典型应用 附录 提示的附录 提供了基本的机器人试验选择指南位姿特性一般说明指令位姿 见图 以示教编程 人工数据输入或离线编程所设定的位姿示教编程机器人的指令位姿定义为机器人的测量点 见图 编程时 通过机器人的运动 使该点尽可能接近立方体的确定点 把测量系统显示的坐标值用作为 指令位姿 以便根据逐个实到位姿计算准确度实到位姿 见图 机器人在自动方式下响应指令位姿而实际达到的位姿本章中所定义的位姿准确度和重复性特性 由指令位姿和实到位姿间的偏差和重复接近指令位姿的一系列实到位姿的分布来确定这些误差产生的原因有内部控制分辨率坐标变换误差关节的实际结构尺寸与机器人控制系统所用的模型尺寸间的差异机械缺陷

21、 如间隙 滞回 摩擦及外部条件如温度等的影响指令位姿数据输入方法取决于机器人控制设备 并对准确度特性有重大影响 使用的数据输入方法应在数据表和试验报告中清楚地说明若指令位姿由数字数据输入设定 则不同指令位姿间的关系 即距离和姿态 是已知的 或可确定的 这对距离特性的规范和测量是需要的对于使用数字数据输入的位姿准确度测量 需知道测量系统相对于机座坐标系的位置 见图 指令位姿与实到位姿的关系图 和图 也表示该关系位姿准确度和位姿重复性位姿准确度位姿准确度表示指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时的实到位姿平均值之间的偏差位姿准确度分为位置准确度 指令位姿的位置与实到位置集群中心之差 见图姿态准确度

22、指令位姿的姿态与实到姿态平均值之差 见图图 位置准确度和重复性注 和 可用同一图图 姿态准确度和重复性位姿准确度计算如下位置准确度和式中 和 是对同一位姿重复响应 次后所得各点集群中心的坐标和 是指令位姿坐标和 是第 次实到位姿的坐标姿态准确度和这些值是在对同一位姿重复响应 次所得的姿态角的平均值式中 和 是指令位姿的姿态角和 是第 次实到位姿的姿态角表 给出了位姿准确度试验条件的汇总表 位姿准确度试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至选用额定速度额定速度额定速度机器人从 点开始 依次将机械接口移至 采用如图 所示的循环之一 以单一方向接近每个位姿 试验时

23、所用的接近方向应与编程时的接近方向类同计算每个位姿的位置准确度 和姿态准确度图 可用循环的图示位姿重复性位姿重复性表示对同一指令位姿从同一方向重复响应 次后实到位姿的一致程度对某一位姿 重复性可表示为以下式计算且以位置集群中心为球心的球半径 之值 见图围绕平均值 和 的角度散布 其中 为标准偏差 见图位置重复性式中其中 和 已在 中定义姿态重复性注 即使距离不正常分布 此指标也是可计算的表 给出位姿重复性试验条件汇总表 位姿重复性试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至选用额定速度额定速度额定速度试验步骤与 相同计算每个位姿的位置重复性 和角度偏差 对于一些

24、特殊应用 也可用其分量多方向位姿准确度变动多方向位姿准确度变动表示从三个相互垂直方向对相同指令位姿响应 次时 各平均实到位姿间的偏差 见图是不同轨迹终点得到的实到位置集群中心间的最大距离是不同轨迹终点得到的实到姿态平均值间的最大偏差多方向位姿准确度变动的计算公式如下式中 是接近轨迹的编号表 给出了多方向位姿准确度变动的试验条件汇总表 多方向位姿准确度变动试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至非选用额定速度额定速度额定速度经过编程 使机器人的机械接口沿平行于机座坐标系轴线的三条接近轨迹运动到各指令位姿点 对于 以坐标轴的负方向接近 对于 和 则从立方体内部接

25、近 见图 和图 如果不可能 应使用制造商指定的接近方向并在报告中说明计算每个位姿的 和图 多方向位姿准确度变动图 循环图解距离准确度和重复性本特性仅用于离线编程或人工数据输入的机器人一般说明本章所定义的距离准确度和重复性由两个指令位姿与两组实到位姿均值之间的距离偏差和在这两个位姿间一系列重复移动的距离波动来确定对位姿用下列两种方法之一控制 可测量距离准确度和重复性使用离线编程控制两个位姿用示教编程控制一个位姿 并通过人工数据输入对距离编程应在报告中说明所使用的方法距离准确度距离准确度表示在指令距离和实到距离平均值之间位置和姿态的偏差设 是指令位姿 是实到位姿 位置距离准确度是 和 间距离之差

26、见图 且该距离被重复 次图 距离准确度距离准确度由位置距离准确度和姿态距离准确度两个因素决定位置距离准确度 计算公式如下式中其中是在机器人控制中可用的 的坐标是在机器人控制中可用的 的坐标是 的坐标是 的坐标是重复次数位置距离准确度也可用机座坐标系各轴分量来表示 计算公式如下式中姿态距离准确度计算方法相当于单轴距离准确度 计算公式如下式中和是在机器人控制器中可用的 的姿态是在机器人控制器中可用的 的姿态是 的姿态是 的姿态是重复次数表 给出距离准确度试验条件的汇总表 距离准确度试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度经过编程 使机器人的机械接口从 开始 在 位姿间连续运

27、动 应单方向进行测量 见图在报告中至少要有 的值图 循环的图示距离重复性距离重复性表示在同一方向对相同指令距离重复运动 次后实到距离的一致程度距离重复性包括位置距离重复性和姿态距离重复性对于给定的指令距离 位置距离重复性计算公式如下姿态距离重复性计算公式如下其中 各变量的定义与 相同表 给出距离重复性试验条件的汇总表 距离重复性试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度步骤与 相同 在报告中至少给出 值位置稳定时间位置稳定时间是用于衡量机器人停止在实到位姿快慢程度的性能 图 的实例是接近实到位姿的三维图示 同时应知道稳定时间与超调量及机器人的其他性能参数有关图 三维表示的

28、稳定时间和位置超调量位置稳定时间的测量与在 中测量超调量的方式相同 以 中的循环方式使机器人在试验负载和试验速度下运行 当机器人达到指令位姿 后 应连续测量测试点的位置 直到稳定位置稳定时间是从机器人第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带的瞬间所经历的时间 门限带可定义为 中的重复性或由制造商指定这一测量步骤需重复三次 对于每个位姿计算三次测量平均值 见图曲线 过阻尼接近示例 见注曲线 振荡接近示例有 存在图 稳定时间和位置超调量表 给出位置稳定时间试验条件汇总表 位置稳定时间试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至选用额定速度额定速度额定速度位置超调量测量

29、位置超调量的目的是为了衡量机器人平稳 准确地停在实到位姿的能力 应明白 位置超调量与位置稳定时间有关位置超调量是机器人第一次进入门限带再超出门限带后瞬时位置与实到稳定位置的最大距离注 对于过阻尼机器人 图 曲线 其超调量为测量位置超调量时 机器人以 的循环方式在试验负载和试验速度下运行 位置超调量等于超出测量点 的移动距离 超调量应测量三次 计算三次中的最大值 见图若 门限带若 门限带式中 表示机器人进入门限带后测量的采样点号对于某些特殊应用 也可用其分量 来表示表 给出位置超调量试验条件的汇总表 位置超调量试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降低至选用额定

30、速度额定速度额定速度位姿特性漂移位姿准确度漂移 是在指定的时间 内位姿准确度的变化 其计算公式如下式中 在 中已定义 指令位姿应在冷态下示教试验报告中记录最大值位姿重复性漂移 是在指定时间 内位姿重复性的变化 其计算公式如下式中 已在 中定义试验报告中记录最大值表 给出位姿特性漂移试验条件的汇总表 位姿特性漂移试验条件负载速度 位姿 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度连续循环漂移测量应从冷态 打开主电源时 开始 并在热机状态下持续数小时应遵循下述操作顺序上电进行试验循环编程关闭机器人电源重新启动机器人并开始程序的自动循环测量循环 被编程的机器人其机械接口从 开始运动到 当从 返回 次 时

31、 所有关节都必须运动热机循环 当从 返回到 时 所有关节应以最大可能的速度在其全程 的范围内运动 见表 参照图 的流程图 对于特殊的应用可选择不同的值测量中若连续五次测量漂移 的变化率小于第 小时内的最大漂移变化率的 则可以提前结束测量 不用等到 用测量值计算位姿准确度和重复性 见 和 所得的结果作为时间的函数制作图表 两个测量循环间的时间应是 热机程序见图 和图 漂移测量流程图图 位姿特性漂移互换性互换性表示在相同环境条件 机械安装和使用相同作业程序的情况下 更换同一型号的机器人时集群中心的偏差值是试验中偏差最大的两个机器人集群中心间的距离 见图图 互换性互换性是由于机械公差 轴校准误差和机

32、器人安装误差形成的互换性试验的试验位姿应是 和 且对所有被测机器人均应相同五个点的指令位姿应用第一台机器人设定 在测试其他机器人时应保持不变试验在 额定负载和 额定速度下进行 并应在五台同型号的机器人上进行试验表 给出互换性试验条件汇总表 互换性试验条件负载速度位姿每台机器人循环次数 机器人台数额定负载 额定速度第一台机器人应安装在制造商指定的安装场所 对于 和 各点 应以相同的参照坐标系来计算各集群中心其他各台机器人的位姿准确度 的计算 采用相同的机械安装基础 保持测量系统固定不变并使用相同的作业程序互换性计算公式如下注 试验可用同一个机器人控制器进行 根据制造商的规定使用各操作机见 的校准

33、数据轨迹特性概述轨迹准确度和重复性的定义与轨迹形状无关 图 给出了轨迹准确度与重复性的一般性说明以下各条所述的轨迹特性适用于所有的编程方法图 对某一指令轨迹的轨迹准确度与轨迹重复性轨迹准确度轨迹准确度表示机器人在同一方向上沿指令轨迹 次移动其机械接口的能力轨迹准确度由下述两个因素决定指令轨迹的位置与各实到轨迹位置集群的中心线之间的偏差 即位置轨迹准确度 见图指令姿态与实到姿态平均值之间的偏差 即姿态轨迹准确度轨迹准确度是在位置和姿态上沿所得轨迹的最大轨迹偏差位置轨迹准确度 定义为指令轨迹上一些 个 计算点的位置与 次测量的集群中心 间的距离的最大值位置轨迹准确度由下式计算式中计算 时 应该考虑

34、下述因素根据指令轨迹形状与试验速度 沿指令轨迹选择一些计算点及相应的正交平面 所选正交平面数应在试验报告中说明和 是在指令轨迹上第 点的坐标和 是第 条实到轨迹与第 个正交平面交点的坐标姿态轨迹准确度 和 定义为沿轨迹线上与指令姿态的最大偏差式中是点 处的指令姿态是点 处的指令姿态表 给出轨迹准确度试验条件的汇总表 轨迹准确度试验条件负载速度 轨迹形状 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降低至选用额定速度额定速度额定速度直线轨迹圆形轨迹大圆和小圆见 和图在与指令轨迹垂直的平面上计算轨迹准确度时 实到轨迹可作为距离或时间的函数进行测量编程时 循环的起点与终点应位于所选测试轨迹之外轨

35、迹重复性轨迹重复性表示机器人对同一指令轨迹重复 次时实到轨迹的一致程度对某一给定轨迹跟踪 次 轨迹重复性可表示为等于以下式计算的在正交平面内且圆心在集群中心线上圆的半径 的最大值 见图在不同计算点处围绕平均值的最大角度散布轨迹重复性由下式计算式中其中 与 的含义同式中 的定义同轨迹重复性应该用与轨迹准确度相同的试验步骤来测量对于特殊应用 也可用其分量 来表示重定向轨迹准确度为了以简便方法表示在一条直线轨迹上沿三个方向交替变换姿态的影响 仅测量位置轨迹准确度采用下述试验 如图 所示绕 轴改变姿态的说明起点 处 角至 角至 角绕 轴改变姿态的说明起点 处 角至 角至 角至 角至 角图 改变姿态的说

36、明在图 的试验平面 内 应像图 一样等距标记好另一些点 为了确定姿态 应建立一个坐标系 其 面平行于所选择的 平面 直线轨迹 平行于 轴从起点 至 或从 返回至 时 工具中心点 应以恒定速度跟踪轨迹 在图 所述的区域中 姿态应连续改变 不要在 点停顿 速度与负载按 见表重定向轨迹准确度的计算应类似于 中所定义的轨迹准确度的计算表 给出了重定向轨迹准确度试验条件的汇总表 重定向轨迹准确度试验条件负载速度 轨迹形状 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至可选额定速度额定速度额定速度直线轨迹见 图 和图拐角偏差拐角偏差通常可分成以下两类尖锐拐角圆滑拐角为了得到尖锐拐角 必须允许改变速度

37、 以保持对轨迹的精确控制 一般来说 这样会导致较大的速度变动 因此 为了维持稳定的速度 就需要圆滑拐角当机器人按程序设定的恒定轨迹速度无延时地从第一条轨迹转到与之垂直的第二条轨迹时 便会出现尖锐拐角拐角附近的速度变化取决于控制系统的类型 应予记录 在某种情况下 速度的下降可达到所用试验速度的为防止过大的超调并使机构的变形保持在一定的限度内 可用圆滑拐角 不同的控制系统可以用编制程序或自动采用一些独立的轨迹 如给定半径或样条函数 平滑方法 在此情况下 不希望速度下降若不另外说明 速度的下降应控制在所用试验速度的 以内若编程中使用了平滑方法 应在试验报告中说明圆角误差圆角误差定义为连续三次测量循环

38、计算所得的最大值 对于每一次循环 拐角点 图 中的与实到轨迹间的最小距离按以下公式计算是指令拐角点的坐标是实到轨迹上的指令拐角附近第 个点的坐标拐角超调拐角超调定义为连续三次测量循环计算所得的最大值 对于每一次循环 是计算机器人不减速地以设定的恒定轨迹速度进入第二条轨迹后偏离指令轨迹的最大值若第二条指令轨迹是沿 轴方向定义 且第一条指令轨迹在负 轴方向 则拐角超调由下式计算式中 是指令轨迹上对应于 的点的坐标是实到轨迹上对应于 的点的坐标此公式仅当 为正时才是正确的 若 为负 则不存在拐角超调图 尖锐拐角处的超调和圆角误差一般试验条件表 给出了拐角偏差试验条件的汇总表 拐角偏差试验条件负载速度

39、 拐角循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度 见 中图起始位置应在 与 的中点 四个拐角均应测量 应采用连续轨迹编程以得到矩形指令轨迹 当实现轨迹时 任何自动的速度下降均应按制造商的规定 且应在试验报告中说明若不另外说明 姿态是垂直于矩形轨迹平面的拐角超调可以由测量指令轨迹与每条已测的轨迹偏差来计算 为了确定指令轨迹 拐角点位置既可以在示教编程的示教过程中测量 也可以从人工输入数据中得知与 的指标应在相同的测量步骤中测量 任何程序的变动 如尖锐拐角 平滑 都应在试验报告中说明轨迹速度特性一般说明机器人轨迹速度的性能特性可分为下述三项指标 它们是轨迹速度准确度轨迹速度重复性轨迹速度波动图 表示

40、了这些指标的理想化图形图 轨迹速度特性表 给出了轨迹速度特性试验条件的汇总表 轨迹速度特性试验条件负载速 循环次数额定负载额定速度额定速度额定速度额定负载降至 选用额定速度额定速度额定速度当轨迹有比较大的速度波动出现时 作为时间函数所进行的重复测量 必须参照指令轨迹上同一空间点来进行测量应在位于试验轨迹长度中部稳定速度段且在 长度上进行轨迹速度特性应该在与测试轨迹准确度 见 相同的直线轨迹上进行测量 计算 与所用的循环次数轨迹速度准确度轨迹速度准确度是指令速度与沿轨迹进行 次重复测量所获得的实到速度平均值之差 可用指令速度的百分比表示 轨迹速度准确度可按下式计算式中指令速度第 次测量第 点处的

41、实到速度沿轨迹测量的次数轨迹速度重复性轨迹速度重复性是对于同一指令速度所得实到速度的一致程度如不另外说明 轨迹速度重复性应以指令速度的百分比来表示式中与 的定义见轨迹速度重复性应采用与轨迹速度准确度一样的试验步骤进行测量轨迹速度波动轨迹速度波动是在再现一种指令速度的过程中速度的最大变化量轨迹速度波动定义为每次再现时速度波动的最大值式中 与 同轨迹速度波动应采用轨迹速度准确度一样的试验步骤进行测量最小定位时间定位时间是机器人在点位控制方式下从静态开始移动一预定距离和或摆动一预定角度到达稳定状态所经历的时间 中所定义的机器人稳定于实到位姿所用的时间包含于总的定位时间内如不另外说明 机器人以规定的最

42、小定位时间在测试位姿间运动时 应能得到规定的位置准确度与重复性定位时间与运动距离没有线性关系注 机器人的定位时间有助于确定循环时间 但不是其中唯一的因素 因此 从定位时间的测量结果可以大概表示循环时间的长短但不能用来直接计算循环时间试验时 机械接口的负载与速度和 中位姿特性的试验一样若想得到较短的定位时间 试验所用的速度为 额定速度 且试验应在循环每一部分的最佳速度下进行 所用的速度应在试验报告中说明试验的循环次数是 次表 与表 给出了最小定位时间试验条件的汇总表 最小定位时间的试验位姿与距离位姿与前一位姿的距离表 最小定位时间试验条件负载速度 拐角循环次数额定负载 额定速度最佳速度额定负载降

43、至选用额定速度最佳速度见表为了在定位时间测量中有较短的距离 在沿 中定义的立方体对角线上 由程序或示教设定一系列位姿 相邻位姿间的距离分量 之值符合表 中所示的数列 见图位姿的个数与距离取决于所选的立方体大小对于每一个运动过程 计算三次循环的平均值 列表给出结果和位姿间的距离图 循环的图示静态柔顺性静态柔顺性是在单位负载作用下最大的位移 应在机械接口处加载并测量位移静态柔顺性应在机座坐标系下以毫米每牛顿为单位来表示试验中所用的力应加在平行于机座坐标轴的三个方向上 既有正也有负力应以 额定负载逐步增加到 额定负载 每次一个方向 对于每个力和方向 测量相应的位移应在伺服系统通电 制动器脱开的情况下

44、进行测量每个方向上重复三次测量 试验应在 中所定义的位于 的机械接口的中心进行面向应用的特殊性能规范摆动偏差机器人的摆动偏差特性可分为两个指标 它们是摆幅误差摆频误差摆动是轨迹上一个或多个运动的组合 主要用于弧焊摆动试验轨迹图 的轨迹是锯齿状摆动轨迹 指令摆幅 和以指令摆频 完成的摆动距离 产生 二者由制造商给定 在图 与图 中的所选平面内 以 为对称点 中线平行于 至少应有 次摆动摆幅误差以百分比表示的摆幅误差应由测得的实到摆幅平均值 与指令摆幅 之间的偏差计算而得 见图 它可按下式计算摆频误差以百分比表示的摆频误差应由测得的实际摆频 与指令摆频 之间的偏差来计算 可按下式进行式中 和指令摆

45、动速度实际摆动速度指令摆动距离图 在所选平面内的摆动试验轨迹图 实际和指令摆动轨迹示意图试验报告试验报告应由封面与一张或多张试验结果表格组成 封面应能提供关于机器人的测量装置配置与试验条件 物理环境 安装 预热 仪器 编程方法等 的一般信息以及所进行的试验 试验结果表格应能提供所进行的各项试验的汇总及测量设备的不确定性所有报告应包含每一种试验所用的机器人程序与软件参数附录 提示的附录 给出了一个试验报告的实例 它说明了封面与试验表格所必须的一些信息附录标准的附录对比试验的参数概述如本标准范围所述 本附录为一些典型的位姿和轨迹特性对比试验提供了一些规定的参数对于表 中所列特性的对比试验 如供应商

46、与用户对参数没有提出别的数值 应采用本附录所述的立方体尺寸 平面 负载 速度和轨迹形状等参数 表 还提供了一些本附录其他地方没有规定的特定试验参数对于本附录中未提供的一些参数 应采用本标准正文部分规定的试验条件和参数 如位姿点 循环次数等仅当在外作用力对末端执行器没有影响时 对比试验才有意义表 特性表测试特性 备注位姿准确度与重复性多方向位姿准确度变动距离准确度与重复性位置稳定时间位置超调量位姿特性漂移位置轨迹准确度 直线试验轨迹的长度按 的原则选定的立方体的尺寸而定重定向轨迹准确度 直线试验轨迹的长度按 的原则选定的立方体的尺寸而定拐角偏差 尖锐拐角轨迹速度最小定位时间静态柔顺性摆动 对于

47、与图 中的轨迹 或立方体的尺寸与测试平面的选取若不另外说明 应采用边长为 中最大的立方体 所选立方体的中心点见 与图 应与具有最大容积的立方体中心一致 且其棱边平行于机座坐标系 立方体在机器人机座坐标系中的位置应在试验报告中说明应采用图 中的平面对于少于六轴的机器人 应采用图 中的平面 或机械接口的负载所有试验应按表 选择尽可能大的负载进行 亦可选用该试验负载的 重心 的轴向偏移 的径向偏移和 测量点 的轴向偏移如图 所示表 标准试验负载一览表试验负载分类 质量 的轴向偏移 与 径向偏移 的轴向偏移试验速度位姿特性应采用表 中规定的速度进行测试 如果速度不能达到 则应采用的速度 表 中门限带已

48、在 与 中说明轨迹特性应采用表 中规定的速度进行测量表 位姿特性的试验速度被测特性速 度低 速 高 速门限带 门限带 门限带 门限带位置稳定时间 位置超调量 最小定位时间 位姿准确度和位姿重复性多方向位姿准确度变动 距离准确度和重复性注必选可选在速度下门限带可在三个数值中择其一表 轨迹特性试验速度被 测 特 性速 度低 速 高 速位置轨迹准确度 重定向轨迹准确度 尖锐拐角偏差 轨迹速度特性 摆动偏差 注 必选 可选低速适用于焊接 切割 抛光 去毛刺等用途 而高速用于喷漆 涂胶等用途可选用的轨迹形状与尺寸图 所示是一条可选用的试验轨迹 它包括各种单元轨迹 可用于位置轨迹准确度测试 对于和 的平面

49、表 中给出了点 和 到 的坐标图 可选用的试验轨迹表 可选用的试验轨迹的坐标点平面 平面附录提示的附录典型应用性能规范的选择指南引言本引言和 均指出各项试验可全部或部分采用 取决于机器人的类型以及对它的要求 根据用户本身的特殊要求 对 标准的使用者提供选择试验项目的方法本附录的目的是为一些典型的应用场合提供选择机器人基本试验的指南 因此 试验项目数可以是有限的表 列举了一些典型的机器人的应用 对于不同的用途 所选的基本试验项目以 标明表 的注解用于点位控制场合用于连续轨迹控制场合仅用于离线编程情况下仅指位置表 典型应用的性能规范选择指南应用规范 中的参考章节应用场合点焊搬运上下料装配 检验 机加工 去毛刺抛光切割 喷漆 弧焊涂粘密封位姿准确度位姿重复性多方向位姿准确度变动距离准确