T∕SSITS-IMR 301-2020 工业应用移动机器人设计通则

1、ICSAT/SSITS-IMR中国移动机器人产业联盟团体标准CMR Association StandardT/SSITS-IMR 301-2020工业应用移动机器人设计通则Industrial Mobile Robot (IM§>) General Rule of Design2020-06-29 发布2020-08-01 实施深圳市机器人标准检测技术学会发布T/SSITS-IMR 301-2020前言II1范围12规范性引用文件1 3糊般5C14 _般_24.12.2.2.2.2.2.233 .3 .3 .3 ,5 ,564.2分类5使用条件5.1物料特征.5.2地面条件5

2、.3环境条件5.4应用要求 6设计要求 6.1总体设计 6.2工艺流程设计 6.3路径设计 6.4能力计算 调度系统设计 通信系统设计 .6.56.66.7移动机器人设计 .I宁、李明、俞沛齐、谢巍、艾长胜、林志赞、刘俊志、季剑雄、本标准按照GB/T1.1给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由深圳市机器人标准检测技术学会、深圳市新产研咨询服务有限公司提出。本标准负责起草单位：华晓精密工业（苏州）有限公司、机科发展科技股份有限公司、北京特种机 械研宄所、云南昆船智能装备有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、济南大学、浙江科钛

3、机 器人股份有限公司、山西东杰智能物流装备股份有限公司、山东山速机器人科技有限公司。本标准参编单州先锋物流装备科技有限公司、合肥柯金自动化科技股份有限公司、知运（江 苏）机器人有限公司禾光电科技股份有限公司、三一机器人科技有限公司、河北沃美诺自动化 科技有限公司、浙江大本标准主要起草人：吴 傅海龙。T/SSITS-IMR 301-202031范围工业应用移动机器人设计通则本标准规定了工业应用移动机器人(以下简称移动机器人)的设计通则要求、组成分类和使用条件。 本标准适用于工业、物流等领域应用移动机器人的产品开发设计及工艺设计。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

4、凡是注日期的引用文件，仅所注日期的 版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。J设备标志的基本和安全规则指示器和操作器的编码规则(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法术条件减电气设备第1部分：通用技术条件第1部分：一般规定|2部分：标准颜色部分：电线电缆识别标志;电气装备电线电缆绝缘线芯识别标志t力电缆绝缘线芯识别标志GB/T 3797 电GB/T 4025 人GB 4824工业科 GB/T5171 小功率GB 5226.1-2019 机械电GB/T 6995.1GB/T 6995.2GB/T 6995.3GB/T 6995.4GB/T 6995.5GB/T 7344

5、交流伺服电动机通用技术条件 GB/T 7403.1GB 14048.1GB 14048.3GB 14048.5器电线电缆识别标 电线电缆识别标志； 电线电缆识别标志方:i 电线电缆识别标志方法 电线电缆识别标志方法牵引用铅酸蓄电池第1部分：技. 低压开关设备和控制设备 低压开关设备和控制设备 低压开关设备和控制设备第1部分：总贝 第3部分：开关j 第5-1部分：控帝、隔离开关及熔断器组合电器 开关元件机电式控制电路电GB/T 14817GB 17701设备用断路器GB/T 22084.1含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封单体蓄电池 第1部分: 镉镍电池永磁式直流伺服电动机通用

6、技术条件GB/T 27544-2011工业车辆电气要求GB 50054低压配电设计规范GJB 4477锂离子蓄电池组通用规范JB/T 5335蓄电池车辆用直流电动机基本技术条件SJ/T 10533电子设备制造防静电技术要求T/SSITS-IMR 101-2020工业应用移动机器人术语T/SSITS-IMR 201-2020工业应用移动机器人通用技术条件T/SSITS-IMR 202-2020工业应用移动机器人安全规范3术语及定义T/SSITS-IMR 301-2020T/SSITS-IMR 101-2020中界定的以及下列术语和定义适用于本标准。应急操作方式 emergency operati

7、on mode移动机器人在无法通过手动模式控制，依靠外部动力进行的非常规的操作方式。4组成及分类 4. 1组成移动机器人主要包括车体、驱动装置、执行机构、安全防护装置、控制系统、电源装置、导航装置、 通信装置、人机交互系统和其他装置。4.2分类引用 T/SSITS-I：4-W0工业应用移动机器人通用技术条件第4章的分类方法。5使用条件5. 1物料特征搬运物料特征为：物料种类；物料质量；物料重心位置；物料外形尺寸；物料对接方式（如支撑，吊装，锁定）等a)b)c)d)e)5.2地面条件4b)od)平面度（任思1 X lm2范围）：6mm； 坡度：5%；台阶高度：5mm;沟槽宽度：8mm；5.3环境

8、条件环境温度：oac4o°c;环境相对湿度：10%90%，无结露;气压：80kPa110kPao5.4应用要求产品设计时，考虑下列应用要求:a）系统能力（或工作节拍）；b）工作制；c）业务流程；d）与外围设备的接口方式；通伯万式； 供电状态； 应急操作方式;地面适应性。6设计要求 6. 1总体设计总体设计应从工艺流程设计，路径设计，系统能力设计，调度系统设计，通信系统设计，移动机器 人设计等方面考虑。6.2工艺流程设计根据要求的系4,（或工作节拍）、工作制、业务流程等，确定系统工艺流程，应考虑:a）操作及运行方b）执行机构动作流程；c）充电流程；6.3路径设计d）故障处理流程等。0亍

9、驶路径，并确定充（供）电系统、外围设备、现场 奴行机构动作方式及运行环境条件等，确保移动机 在路径操计中应考虑以下因素：根据使用条件和工艺流程，设计移写 操作站等的位置。应充分考虑车体尺寸、驱_ 器人在运行时，与周边的物体没有干涉的地方。/ XYH/ 7 lzabed待命点、避让点、通信点； 充电站台、操作站台； 运行速度；公共区域、限制区域、危险区域。6.4能力计算6. 4.1周期时间计算移动机器人在进行正常搬运时，从在待命点接受指令开始，完成通信、行驶、装载、卸载、再回到 待命点，所用的时间称为移动机器人的周期时间。计算见公式（1）。7 = 7i + 72 + 7s + 74 + 75（1

10、）式中：T一周期时间，单位为s ;Tj行驶时间，单位为s ；T2通信时间，单位为s ；T3执行机构动作时间（包括执行机构通信时间），单位为s ；T4充电时间，单位为s;T5一交通阻塞时间，单位为s。6. 4. 2系统能力计算T/SSITS-IMR 301-2020136. 4. 2. 1 单辆车求出周期时间，然后求出单位时间内的搬运次数，把这个搬运次数定为系统的搬运能力。系统的搬 运能力计算公式如下：a) 一辆车，一个搬运场所时，可按公式(2)和公式(3)计算：tn(2) T式中：Ln第n次的行驶距离，单位为m ；Vn第n次的行驶速度(行驶速度需考虑前进、后退、慢速、加速度、减速度)，单位为m

11、/s; -tn第n次的抽%_动作时间与通信时间之和，单位为S;M单位时间位为次/h。b) 一辆车，i个可按公式(4 )和公式(5 )计算：= 式中：Ts-复合周期时间，单位为s;/Ti第i个搬运场所的周期时间，单位为s;Rt-到第i个搬运场所去的概率。注：R:是指在一定时间内，此车辆去第i个搬运场所次数次数的比值。计算搬运次数M时， 需考虑充电所需的时间。(4)(5)6. 4. 2. 2 多辆车多辆车时，可按公式(6)或公式(7)计算:M二3600Tin ：+ tn N E3600y Rn Tn N E式中：N移动机器人的台数；E使用率；Tn第n个搬运场所的周期时间，单位为s;Rn到第n个搬运

12、场所去的概率。注：在多辆车系统中，由于交通管理因素的影响，移动机器人为完成任务的有效运行时间小于运行 总时间。二者的比值为使用率。计算搬运次数M时，需考虑充电所需的时间。6.5调度系统设计6. 5. 1调度系统功能调度系统应具备任务管理、车辆管理、交通管理、监控等功能。6. 5. 2任务管理用于处理系统运行过程中的各种任务，对任务执行的信息进行记录和统计，应考虑以下功能: 任务的正常执行；充电任务或换电池任务的执行；任务的异包括任务的取消、删除及变更信息；权限管理;j6.5. 3车辆管理任务查询a)b)c)d)e)f)奶周度，应考虑以下功能:用于系统中运行的所有移 车辆分配；路径搜索； 运行控

13、制； 车辆的退出与恢复； 车辆故障处理； 车辆信息采集等。6.5.4交通管理对系统中运行的所有移动机器人进行交通管制a）多车避让；b）路径分配；c）阻塞报告；d）死锁检测；e）流量控制等。6. 5. 5监控直观地显示整个系统运行的实时状态信息，运行日志及历史日志信息等。应考虑以下功能:a）故障报警；b）任务监控；c）车辆监控；d）运行日志等。6.6通信系统设计通信系统是用于调度系统与移动机器人之间，调度系统与其他相关外围系统及设备之间的信息交 互，不同通信端可采用不同的传输方式(有线、无线、红外、载波等)实现，应具备任务的收发、车辆 状态信息的发送、操作指令的收发、交通管理信息的收发、与外围系

14、统及设备的信息交互等功能。对于特殊使用方的敏感信息应考虑采用安全通信方式。6. 7移动机器人设计 6. 7. 1 车体车体是移动机器人支撑各部件的基础，在设计时应符合T/SSITS-IMR 201-2020中6.1的要求，符合 T/SSITS-IMR 202-2020中7.1.2的要求。并考虑以下内容：物料特征；车体减振和主要控制器件减振；电池仓散风、维护便利；a)b)c)d)6. 7. 2驱动及转向部卞时应符合T/SSITS-IMR 201 -2020中6.2的要求，并考虑以下内容: 车轮荷重；sS .驱动力(应考虑加速度，行驶速度；转向力矩；转向角速度； 使用环境等。常用驱动方式如图1所乐

15、a)b)c)d)e)f)单轮驱动自重，轮系布置等因素)；多轮驱动OO図冈図驱动轮从动轮差速轮转向轮驱动转向轮麦克纳姆轮人机工程.图1常用驱动方式6. 7. 3导航系统设计根据系统的运行环境及执行机构动作的要求，确定具体的导航方式应考虑导航精度、抗干扰能力、 灵活性、可维护性等因素。常用导航方式及其原理和特点见表1。依据工艺流程和路径设计结果，计算 出导航介质(金属线、磁带、激光反射板、反光材料等)的数量，并确定其布置方法。在设计时应满足 T/SSITS-IMR201-2020 中 6.7 的要求。表1常用导航方式原理及特点导航方式导航原理导航 精度可维 护性电磁导航在地面下埋设金属线并加载电磁

16、信号，移动机器人通过对电 磁信号频率的识别实现导航一般较低较低磁带导航磁带导航技术与电磁导航相近，用在路面上敷设磁带替代在 地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导航一般较高较高惯性导航通过惯性器件获取角速度，并辅以地面定位标志，计算出自 身位置和航向，从而实现导航一般较低较高一般激光反射板导航在移人行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板， 移动接收反射激光束，确定其当前的位置和航 向，从而较高较高一般激光自然导航移动机器人通过发®廓图形，通过计算确定其J收反射激光束，获得周围环境的轮、位置和航向，从而实现导航较高一般较高光学导航或感光带，通过光学识在移动机器人行驶的路径 别实现导航较

17、高一般一般一般二维码导航在行驶的路径上设置含有位置及动机器人通过读取信息获取自身的2 航6. 7. 4执行机构£1维码标志，移而实现导设计时应符合T/SSITS-IMR202-2020中第11章节的规定， 根据物料特征以及系统工艺流程来选择合适的执行机 当执行机构动作过程需与外围设备合作完成时，应考虑两 为防止货物意外坠落应设置必要的安全装置。a)b)c)6. 7. 5安全装置较低一般一般口方式及关联尺寸;移动机器人应设计多级安全装置及警示标志，且应具备以下内容：a）安全标志和警示标志；b）转向指示灯、行驶指示灯以及相应的声光报警装置；c）在行驶过程及执行机构动作过程中出现异常时，具

18、备能保证安全的装置和措施;d）紧急停止装置安装于醒目位置，便于操作；e）非接触式防护装置；0 接触式防护装置；g）执行机构自动动作时，确保执行机构与外围设备互锁联动。6. 7.6电源装置移动机器人一般以蓄电池（铅酸、镍氢、镉镍、锂离子等）为动力源，也可米用其他满足需求的供 电方式，如：超级电容、感应式供电等。所选用的蓄电池应符合GB/T 22084. 1、GB/T7403. k GJB 4477的规定，符合T/SSITS-IMR201-2020中6.6的要求，并考虑以下内容：电池续航能力（应考虑空载电流，满载电流，加速度，运行环境，作业时间等因素）； 蓄电池的种类及容量；充电连接方式；维护特性

19、；选用锂电池应考虑其使用的安全性；车体电池仓的尺寸要求等。6. 7. 7控制系统6. 7. 7. 1控制模式控制模式应包含自动Ca）b）c)1动、手动検式：自动模式，是指统来控制移动机器人自动运行，无需人工干预。半自动模式，慰旨在时通过人工输入命令来控制移动机器人运行，一般能满足系统 调试需要。手动模式，是旨通过制造调试等工作需要。控制装置来控制移动机器人运行，一般能满足设备检修、6. 7. 7. 2療车载控制系统应包含以下基本功能：手动控制（如：手动操作驾驶、执行机构动 自动控制（如：自动行驶、执行机构自动动作等）； 人机接口（如：参数设置、调试命令等）； 故障报警；自诊断（如：硬件错误、软

20、件错误、运行日志等）。控制系统功能a)b)c)d)e)6. 7. 7. 3电气设计移动机器人电气设计，应考虑以下内容:a）接地电阻数值符合T/SSITS-IMR 202-2020中8.1.1的要求；b）绝缘电阻数值符合T/SSITS-IMR 202-2020中8.1.2的要求；c）耐电强度数值符合T/SSITS-IMR202-2020中8.1.3的要求；d）低功耗模式；e）出现失速时，应及时安全停车；f）出现通讯中断时，应发出报警信息，并根据使用条件判断是否要及时自动停车；g）出现导航信息丢失时，应及时安全停车；h）执行机构出现动作异常时，应及时发出报警信息，并根据使用条件判断是否要安全停车；i）应考虑软件和硬件的防错机制，以防止出现非正常操作；j）应符合 GB/T 3797、GB/T 4025、GB/T 6995.1、GB/T 6995. 2, GB/T 6995. 3、GB/T 6995. 4> GB/T 6995. 5中的相关要求，符合GB/T 27544-2011中5.1.8的要