2023机器人自适应能力技术要求

机器人自适应能力技术要求II目 次前 言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1缩略语 2机器人自适应能力概述 2技术要求 2执行系统构成要求 2能力要求 2位姿偏差容忍度 2抗干扰能力 3任务泛化能力 3能力测试步骤 4通则 4位姿偏差容忍度 4通过力控来确保静态接触力 4通过力控来确保动态接触力 4通过力控来补偿操作对象的位姿偏差 4通过视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力 4通过力控借助外界定位面来辅助机器人实现位置和角度定位的能力 5抗干扰能力 5抵抗来自机器人本体干扰的能力 5抵抗来自机器人操作工具干扰的能力 5抵抗来自机器人操作对象干扰的能力 5任务泛化能力 5通过AI视觉实现相似物体操作/装配能力 5通过力控实现相似物体操作/装配能力 5通过AI实现不同类型平面或曲面的贴合能力 6通过力控实现不同类型平面或曲面的贴合能力 6自适应能力等级 6通则 6自适应能力等级 6技术指标参数 7PAGEPAGE8机器人自适应能力技术要求范围本文件规定了机器人自适应能力的技术要求和等级。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB11291.1-2011工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人（ISO10218-1:2006）GB11291.2-20132（ISO10218-2：2011）GB/T12642-2013工业机器人性能规范及其试验方法（ISO9283:1998）GB/T16855.1-2018机械安全控制系统安全相关部件第1部分设计通则（ISO13849-1：2015）GB/T36008-2018机器人与机器人装备协作机器人（ISO/TS15066:2016）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1机器人自适应能力adaptivecapabilityofrobot机器人自适应能力，指机器人在不确定的工作环境中，采用力位协同的方式完成工作任务的能力。即通过对操作对象、环境和任务的识别分析，进行适应性调节控制，来完成复杂工作。3.2力控forcecontrol3.3结构化工况structuredoperatingconditions指工况中的元素都是确定的、规则的、无外部干扰的，工况包含操作对象、环境和任务。3.4非结构化工况unstructuredoperatingconditions指工况中的元素都是不确定的、不规则的、有外部干扰的。3.5位姿偏差容忍度tolerancetoposevariance当机器人与操作对象的相对位姿有偏差时，机器人仍可正常完成预期任务的最大偏差。3.6抗干扰能力disturbancerejectioncapability在非结构化工况下，机器人仍可完成预期任务的能力。3.7任务泛化能力taskgeneralizationcapability机器人在完成某一件任务的前提下，可低成本部署在其他相似场景并自主完成相似任务的能力。缩略语下列缩略语适用于本文件。AI：人工智能（ArtificialIntelligence）机器人自适应能力概述机器人自适应能力应包含但不限于以下项目，如图1所示：图1机器人自适应能力核心架构位姿偏差容忍度，强调对机器人操作对象的自适应能力；抗干扰能力，强调对非结构化工况的自适应能力；任务泛化能力，强调对机器人操作任务的自适应能力。技术要求执行系统构成要求参照机器人基础标准（ISO10218-1）对机器人执行系统的定义。一个典型的具备自适应能力的机器人执行系统应包括如下组件：关节模组：关节模组应具有力或力矩控制的功能；力矩传感器：力矩传感器的精度和响应速度应达到自适应能力的要求；关节伺服驱动器：伺服驱动器应具备位置控制、速度控制和力控功能；机器人控制器：机器人控制器应支持作业空间多关节联动控制，实现位置控制、力控功能；感知系统：感知系统应具备感知操作对象和环境在作业空间中位姿信息的功能。能力要求位姿偏差容忍度一般要求AI通过力控来确保静态最大接触力的能力在静态接触力情况下，力控功能应满足以下要求：稳态力控的精度波动范围；力控的准度。通过力控来确保动态最大接触力的能力在动态接触力情况下，力控功能应满足以下要求：平面接触情况下，力控的动态精度波动范围；曲面接触情况下，力控的动态精度波动范围。通过力控来补偿操作对象位姿偏差的能力在操作对象位姿偏差情况下，力控功能对操作对象位姿偏差的适应能力：参照723；参照723通过视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力在操作对象位姿偏差情况下，视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力：位置、角度精度容忍度（7.2.4）；视觉伺服能力，包括三维位姿和平面位姿两类视觉伺服能力：三维位姿视觉伺服的位姿精度；平面位姿视觉伺服的位姿精度。能适应位姿偏差的能力（7.2.4），完成装配的时间为秒级。抗干扰能力一般要求抵抗来自机器人本体干扰的能力指机器人本体在工况变化时，机器人完成6.2.1的要求时的各项能力指标，机器人本体工况变化包括但不限于以下情况：机器人底座晃动；机器人底座与工作台相对位置移动；机器人肘部晃动。抵抗来自机器人操作工具干扰的能力指机器人末端工具在震动干扰时，机器人完成6.2.1的要求时的各项能力指标。抵抗来自机器人操作对象干扰的能力指机器人操作对象在震动干扰时，机器人完成6.2.1的要求时的各项能力指标。任务泛化能力一般要求在面对相似操作对象的应用场景时，机器人在任务迁移过程中所表现出来的易部署能力。相似物体操作/装配（在实现操作/装配某一种物体的前提下，算法可以高效迁移到相似但不同形状、大小、材质等物体上的操作/装配）机器人可以通过AI视觉或力控实现对于相似物体操作/装配，任务泛化能力体现在以下方面：机器人对于不同级别相似度物体的操作/装配能力；机器人可操作/装配明显不同种类物体的数量。（如在实现贴合某一类平面或曲面的前提下，可以实现贴合不同类型的平面或曲面）机器人可以通过AI或力控实现不同类型平面或曲面贴合，任务泛化能力体现在以下方面：贴合作业的轨迹精度；机器人可适应的曲率区间。能力测试步骤通则位姿偏差容忍度通过力控来确保静态接触力通过力控来确保静态接触力的能力测试，可以按照如下步骤进行：在机器人末端固定一个标准力规；把上述力规固定在和机器人同个平台上；驱动机器人施加一个恒定的力或力矩；同步采集机器人的力感知数值和标准力规的数值，并分析两者关系。通过力控来确保动态接触力通过力控来确保动态接触力的能力测试，可以按照如下步骤进行：在机器人末端固定一个标准力规；驱动机器人末端在一个标准平面和特定曲率的曲面上按照特定轨迹贴合滑动；同步采集机器人的力感知数值和标准力规的数值，并分析两者关系；利用激光跟踪仪跟踪机器人TCP与平/曲面的贴合轨迹。通过力控来补偿操作对象的位姿偏差通过力控来补偿操作对象位姿偏差的能力测试，可以按照如下步骤进行：驱动机器人把销插入孔中；同步采集机器人的力感知数值。通过视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力通过视觉引导来补偿操作对象位姿偏差的能力测试，可以按照如下步骤进行：搭建机器人和视觉联动系统；同步采集机器人的视觉数值。通过力控借助外界定位面来辅助机器人实现位置和角度定位的能力通过力控借助外界定位面来辅助机器人实现位置和角度定位的能力测试，可以按照如下步骤进行：将机器人安装在一个移动平台上，在工作台安装定位工具；驱动机器人贴合到定位面，完成定位校准；驱动机器人到世界坐标系上的一个点，利用激光跟踪仪或者球杆仪记录机器人位置；移动机器人平台，再次完成b，c动作，再次测量机器人位置。抗干扰能力抵抗来自机器人本体干扰的能力抵抗来自机器人本体干扰的能力测试，可以按照如下步骤进行：给机器人底座添加5Hz的震动，重复7.2的测试步骤；实现机器人底座与工作台的相对位置在±50mm给机器人肘部添加2Hz的震动，重复7.2的测试步骤。抵抗来自机器人操作工具干扰的能力抵抗来自机器人操作工具干扰的能力测试，可以按照如下步骤进行：结合机器人系统，搭建位置测量的环境和力/力矩测量的环境；给工具添加100Hz的震动，重复7.2的测试步骤。抵抗来自机器人操作对象干扰的能力抵抗来自机器人操作对象干扰的能力测试，可以按照如下步骤进行：结合机器人系统，搭建位置测量的环境和力或力矩测量的环境；给操作对象添加10Hz的震动，重复7.2的测试步骤。任务泛化能力AI/装配能力通过AI视觉实现对于相似物体的操作/装配的能力测试，可以按照如下步骤进行：搭建机器人基于AI视觉完成操作/装配任务的基本环境；训练AI模型使机器人完成某一种物体的操作/装配；选择与上述物体相似但不同的物体，根据相似度分级；驱动机器人用b步骤的AI模型完成对于c步骤物体的操作/装配；重复b,c,d步骤。通过力控实现相似物体操作/装配能力通过力控实现对于相似物体操作/装配的能力测试，可以按照如下步骤进行：搭建机器人基于力控完成操作/装配任务的基本环境；驱动机器人完成某一种物体的操作/装配；选择与上述物体相似但不同的物体，根据相似度分级；重复b步骤；重复c,d步骤。AI通过AI实现不同类型平面或曲面的贴合能力测试，可以按照如下步骤进行：搭建机器人基于AI完成平面或曲面贴合任务的基本环境；训练AI模型使机器人实现贴合某一类平面或曲面；（如不同粗糙度（如不同曲率驱动机器人用第b步骤的AI模型完成对于c步骤平面或曲面的贴合；重复b,c,d步骤。通过力控实现不同类型平面或曲面的贴合能力通过力控实现不同类型平面或曲面的贴合能力测试，可以按照如下步骤进行：搭建机器人基于力控完成平面或曲面贴合任务的基本环境；驱动机器人完成贴合某一类平面或曲面；（如不同粗糙度（如不同曲率重复b步骤；重复c,d步骤。自适应能力等级通则机器人自适应能力可以通过第76自适应能力等级机器人自适应能力可分为四个等级：A0（无自适应性）、A1（初级适应性）、A2（中级适应性）、A3（高级适应性），如图2所示。图2机器人自适应能力等级——A0（无自适应性）：完全不具备自适应能力的技术要求，仅适用于刚性任务；——A1（初级适应性）：位姿偏差容忍度低，抗干扰能力低，任务泛化能力低，适用于偏刚性任务；——A2（中级适应性）：位姿偏差容忍度较高，抗干扰能力较强，任务泛化能力较强，适用于偏柔性任务；——A3（高级适应性）：位姿偏差容忍度高，抗干扰能力强，任务泛化能力强，适用于柔性任务。技术指标参数机器人自适应能力四个等级的技术指标参数，可以参考表1所列指标项：表1机器人自适应能力等级技术指标参数对照表自适应能力指标A3A2A1A0位姿偏差容忍度力控静态/动态接触力的能力有有有无静态接触的力控精度波动范围优于F*2%介于F*2%和F*5%之间F*5F*15%之间/静态接触力的力控准度优于F*2%介于F*2%和F*5%之间介于F*5%和F*15%之间/动态平面接触的力控精度波动范围优于F*5%介于F*5%和F*8%之间介于F*8%和F*20%之间/动态曲面接触的力控精度波动范围优于F*8%介于F*8%和F*10%之间介于F*10%和F*30%之间/力控来补偿操作对象位姿偏差的能力有有有无力控来补偿操作对象位姿偏差的能力的时间≤1s＞1s≤10s＞10s≤30s/视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力有有无无视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力的时间≤1s＞1s≤10s//三维位姿视觉伺服的位姿精度＜1mm＜5°≥1mm≥5°//平面位姿视觉伺服的位姿精度＜0.2mm＜1°≥0.2mm≥1°//抗干扰能力底座震动、肘部震动、工具震动、操作对象震动，分别需要满足静态接触的力控精度波动范围优于F*3%介于F*3%和F*6%之间F*6F*20%之间/静态接触力的力控准度优于F*3%介于F*3%和F*6%之间F*6F*20%之间/动态平面接触的力控精度波动范围优于F*8%介于F*5%和F*10%之间介于F*10%和F*25%之间/动态曲面接触的力控精度波动范围优 于F*10%F*10%F*15介于F*15%和F*40%之间/间力控来补偿操作对象位姿偏差的能力有有有无力控来补偿操作对象位姿偏差的能力的时间≤1s＞1s≤10s＞10s≤40s/视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力有有无无视觉引导对操作对象位姿偏差的适应能力的时间≤1s＞1s≤10s//三维位姿视觉伺服的位姿精度＜2mm＜8°≥2mm≥8°//平面位姿视觉伺服的位姿精度＜1mm＜