工业机器人 动态稳定性试验方法 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX工业机器人动态稳定性试验方法规定了工业机器人动态稳定性的术语和定义、试验条件、试验方法（试验结果计算规则）。适用于GB/T12643-2013中定义的所有工业机器人。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T12642-2013工业机器人性能规范及其试验方法GB/T12643-2013机器人与机器人装备词汇3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1动态稳定性dynamicstability工业机器人运动过程中，受到自身振动和外界扰动影响后，在自动调节和控制装置的作用下，保持稳定运行的能力。3.2抖动jitter信号的某特定时刻相对于其理想时间位置上的短期偏离。3.3抖动频率jitterfrequency抖动产生的主要频率点。3.4抖动幅度jitteramplitude由抖动产生的工业机器人位置（被测点）变化。3.5末端抖动频率pathjitterfrequency工业机器人从静态开始执行全关节参与的运动到停止的全过程中，其末端抖动幅度最大时的频率。3.6末端抖动幅度pathjitteramplitude工业机器人从静态开始执行全关节参与的运动到停止的全过程中，其末端抖动的最大位移，用峰-峰值表示。3.7末端速度抖动幅度pathspeedjitteramplitude工业机器人执行全关节参与的末端匀速指令过程中，速度波动的最大值。2GB/TXXXXX—XXXX3.8单轴抖动频率uniaxialjitterfrequency工业机器人从静态开始执行单一关节参与的运动到停止的全过程中，其末端及此关节抖动幅度最大时的频率。3.9单轴抖动幅度uniaxialjitteramplitude工业机器人从静态开始执行单一关节参与的运动到停止的全过程中，其末端及此关节抖动的最大位移，用峰-峰值表示。3.10单轴速度抖动幅度singleaxisspeedjitteramplitude工业机器人执行单一关节参与的末端匀速指令过程中，速度波动的最大值。3.11停位点稳定性stoppingpointstability工业机器人在接近目标停位点后，从第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带的瞬间过程中，所经历的时间及瞬时位置与实到稳定位置的最大距离。注：门限带可定义为位姿重复性或由制造商制定。3.12停位点抖动幅度stoppointjitteramplitude工业机器人在最后一次进入门限带后，其末端抖动的最大位移，用峰-峰值表示。4试验条件4.1测试前提条件工业机器人应装配完毕，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。试验开始前应根据制造商的建议安装工业机器人。4.2测试环境条件测试环境温度应满足20±2℃,且测试开始前需要对被测工业机器人及测试设备进行至少24小时预4.3测试场地要求测量设备不应放在靠近热源，空调出风口、窗口、门口、地板接缝处及阳光能够直射到的地方。工作地周围不应有大型机械及车辆工作，不应有噪声、振动干扰，周围无强电磁场、无腐蚀性液体。4.4测试仪器4.4.1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。4.4.2试验中所用的测量仪器应进行校准，测量的不确定度不能超过被测特性数值的25%。4.4.3列出了部分适用的测量系统/传感器的实例，具体参见附录C。4.5试验轨迹选择试验轨迹的选择应满足以下推荐：a)试验轨迹应位于图1所示的平面，或由制造商指定选用哪个测量面；3GB/TXXXXX—XXXXb)在动态稳定性测量时，机械接口的中心位置应始终位于选用平面上，且姿态相对于该平面应保持不变；c)图1给出了在试验平面上的一条直线轨迹和两条圆形轨迹的位置示例；d)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于顶点间距离的80%，如图1中P2到P4的距离是一实例；e)对于圆形轨迹试验，需测试两个不同的圆，见图1，大圆的直径应为立方体边长的80%，圆心为P1；小圆的直径应为同一平面中大圆直径的10%，圆心为P1；图1试验轨迹选择5试验方法5.1末端抖动频率测试本项目测试方法如下：a)工业机器人按表1要求进行编程，使其运行一条轨迹（直线、大圆、小圆、直角）；b)在工业机器人回零状态下，将测试设备传感器刚性连接在工业机器人的末端（见图2中的测点位置），传感器的X、Y、Z方向应与机座坐标系平行；c)启动工业机器人，测试设备实时记录工业机器人运动过程中的数据；d)分别读取（或计算）工业机器人末端X、Y、Z方向的末端抖动频率。每种轨迹循环测试n次，按式（1）～（3）计算n次循环的平均值，其中n≥10。式中：fx、fy、fz—X、Y、Z方向的末端抖动频率平均值，单位为赫兹（Hzfx、fy、fz—X、Y、Z方向的末端抖动频率实测值，单位为赫兹（Hz）。4GB/TXXXXX—XXXX表1末端抖动频率图2末端抖动频率/幅度试验5.2末端抖动幅度测试本项目试验方法与5.1相同，记录测试数据后，分别读取（或计算）工业机器人末端X、Y、Z方向的末端抖动幅度。每种轨迹循环测试n次，按式（4）~（6）计算n次循环的平均值，其中n≥10。Ay=(Ay1+Ay2+Ay3+ nAx、Ay、Az—X、Y、Z方向的末端抖动幅度平均值，单位为毫米（mmAx、Ay、Az—X、Y、Z方向的末端抖动幅度实测值，单位为毫米（mm）。注：单轴抖动频率、单轴抖动幅度、单轴速度抖动速度、固有频率（共振频率）测试方法见附录D。5.3末端速度抖动幅度测试本项目测试方法如下：5GB/TXXXXX—XXXXa)分别选择4.5中的直线轨迹（P2-P4）、大圆、小圆进行测试，保证测试路径中无障碍物；b)在工业机器人回零状态下，将测试设备传感器刚性连接在工业机器人的末端（见图2中的测点位置）；c)驱动工业机器人在100%额定负载的工况下，分别以100%、50%及10%的额定速度运行a）中的路径，测试设备实时记录工业机器人运动过程中的数据；d)读取（或计算）工业机器人末端速度vij，选取轨迹中部速度稳定段作为测量对象，所选取轨迹长度应大于a）中轨迹长度的50%；e)统计d）中速度稳定段工业机器人末端速度vij的最大值和最小值，按式（7）计算得到单次测量中的路径速度抖动幅度fvi；式中：vij—工业机器人末端速度；fvi—路径速度抖动幅度。f)重复上述步骤10次，取fvi的最大值作为路径速度抖动幅度试验的最终结果。5.4停位点稳定性测试停位点稳定性用停位点的稳定时间T和超调量D表征，即工业机器人末端从第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带的瞬间过程中，所经历的时间T及瞬时位置与实到稳定位置的最大距离D，其测试方法如下：a)按4.5选择工业机器人测试轨迹（P2-P1），并选择P1点进行停位点稳定时间T和超调量D的测量；b)按表2的试验条件，驱动工业机器人在100%额定负载的工况下，分别以100%、50%及10%的额定速度运行a）中的路径；c)工业机器人末端从位姿点P2开始移至P1，再回到P2，为一个运动循环，运动时采用连续轨迹控制即可；d)使用测试设备记录工业机器人末端数据，并读取（或计算）停位点稳定时间T和超调量D。表2停位点稳定性P-P3P-P35.5停位点抖动幅度测试停位点抖动幅度测试的目的是为了测量机器人最后一次进入门限带后，其末端抖动的最大位移，6GB/TXXXXX—XXXX本项目试验方法与5.4相同，记录测试数据后，分别读取（或计算）停位点稳定时间T后的工业机器人末端X、Y、Z方向的末端抖动幅度。每种轨迹循环测试3次，计算3次循环的平均值。注：单轴抖动特性及固有频率（共振频率）测试方法见附录D。5.6试验结果报告试验结果报告填写要求参见附录A。6动态稳定性等级评价动态稳定性等级评价参见附录B。7GB/TXXXXX—XXXX（资料性）试验报告实例A.1基本信息A.1.1机器人控制系统制造商：类型：型号：系列号：安装方向：软件版本：编程方法：试验场所：A.1.2物理环境环境温度：不正常状态：预热时间：测量时间：测量停顿时间：A.1.3测量系统类型：型号：系列号：说明：A.1.4试验条件额定负载条件：质量（kg)重心位置(坐标LX,LY,LZ)惯性矩（kg/m2)测量点位置（坐标XMP,YMP,ZMP)□末端抖动频率□末端抖动幅度□末端速度抖动幅度□停位点稳定性□停位点抖动幅度8GB/TXXXXX—XXXXA.2试验结果表表A.1末端抖动频率表A.2末端抖动幅度表A.3末端速度抖动幅度9GB/TXXXXX—XXXX表A.4停位点稳定性表A.5停位点抖动幅度GB/TXXXXX—XXXX动态稳定性等级及技术指标参数B.1概述工业机器人动态稳定性指标可通过提供测试方法进行测试，根据测试得到的对应指标测试结果，对工业机器人动态稳定性进行等级划分。本附录提供一种分级方式，可供参考。B.2动态稳定性等级建议将工业机器人动态稳定性从高到低分为三个等级：A（高）、B（中）、C（低）。B.3技术指标参数建议参考表B.1所列指标项目进行测试，按测试结果可分别对应上述三个等级。表B.1工业机器人动态稳定性等级评价技术指标参照表ABCGB/TXXXXX—XXXX工业机器人动态稳定性测试设备C.1概述本附录推荐了可用于本文件描述的工业机器人动态稳定性试验的测试设备，供参考。C.2动态稳定性测试设备类型推荐表C.1测试设备用于依据本文件评价机器人动态稳定性试验项目。表C.1测试设备分类验C.3动态稳定性测试设备及方法本节列举出所推荐的测试设备的测试方法说明及示意图。C.3.1抖动分析仪抖动分析仪可用于机器人抖动特性测量及分析。图C.1表示用于机器人抖动特性测量的抖动分析仪的典型配置。加速度传感器可实时测量机器人运动过程中的单轴或三轴向的加速度，并通过信号采集仪实时采集传输到电脑软件端，通过对采集的信号分析计算可得到机器人运动过程中的抖动频率、抖动幅度等参数信息。GB/TXXXXX—XXXX图C.1用于机器人抖动特性测量的抖动分析仪C.3.2激光跟踪仪激光跟踪仪可用于机器人运动特性测量及分析。固定的跟踪仪可逐点测量机器人实到位置的坐标信息。机器人运动工程中的实到位姿和轨迹可用跟踪仪进行测量，测量时用于激光溯源的靶球固定安装于被测机器人上，测量过程中跟踪仪始终跟踪靶球。通过分析计算测量得到的机器人位置坐标或轨迹坐标集合，可得到机器人位置稳定时间、轨迹准确度等参数信息。图C.2表示用于机器人运动特性测量的激光跟踪仪的典型配置。图C.2用于机器人运动特性测量的激光跟踪仪GB/TXXXXX—XXXX推荐性测试项目及测试方法D.1概述本附录推荐了可用于工业机器人动态稳定性测试的推荐性测试项目及其测试方法，包括单轴抖动频率、单轴抖动幅度、单轴速度抖动速度、固有频率（共振频率），供参考。D.2推荐性测试项目及方法D.2.1单轴抖动频率测试图D.1单轴抖动频率/位移试验本项目测试步骤如下：a)在机器人回零状态下，将三轴向加速度计刚性连接在机器人的各轴中心（见图D.1中的测点位置1~6），使三轴向加速度计的X、Y、Z方向与机座坐标系重合；b)加速度计通过连接至多通道动态信号分析仪；c)按表D.1的试验条件进行校准；d)机器人的编程使机器人运行一条轨迹，轨迹选择参考（5.1），在轨迹起点和终点位置分别停顿数秒；e)开启机器人运行，动态信号分析仪实时记录运动过程中的数据；f)分别读取（或计算）机器人末端3个方向的路径抖动频率。循环运行3次，计算3次循环的平均值；g)如有需要，可自行截取部分路径进行分析，如加速/匀速/减速阶段。表D.1单轴抖动频率依据4.5中轨迹进行各轴分解，单独运动每一3GB/TXXXXX—XXXXD.2.2单轴抖动幅度测试如不另外说明，此项测试可与D.2.1同步进行，最后分别读取（或计算）机器人各轴的抖动位移。循环运行3次，计算3次循环的平均值。D.2.3单轴速度抖动幅度测试本项目测试步骤如下：a)机器人TCP位于4.5中P1点，在该位姿附近选取各单轴运动轨迹，单轴运动范围应足够大使轨迹出现匀速段；b)驱动机器人在100%额定负载的工况下，分别以100%、50%以及10%的额定速度运行关节，记录轨迹点的坐标和时间；c)计