(高清版)GB∕T 38839-2020 工業(yè)機(jī)器人柔性控制通 用技術(shù)要求

ICS25.040.30工業(yè)機(jī)器人柔性控制通用技術(shù)要求國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 14柔性控制技術(shù) 25柔性控制模塊的實(shí)現(xiàn) 36工業(yè)機(jī)器人本體技術(shù)要求 37工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)要求 3 6附錄A(資料性附錄)工業(yè)機(jī)器人柔性控制技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景 8IⅢGB/T38839—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC159)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：深圳市標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院、深圳市大富科技股份有限公司、博眾精工科技股份有限能裝備研究院有限公司、北京理工大學(xué)、重慶郵電大學(xué)、上海沃迪智能裝備股份有限公司、華南理工大興技術(shù)股份有限公司、深圳市維圖視技術(shù)有限公司、深圳市巴倫技術(shù)股份有限公司、杭州?？禉C(jī)器人技術(shù)有限公司、深圳市全球通檢測(cè)服務(wù)有限公司、沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、浙江瓿達(dá)科技有限公司、深圳吉陽(yáng)智能科技有限公司、張家港清研再制造產(chǎn)業(yè)研究院有限公司、浙江瓿達(dá)機(jī)器人制造有限公司、浙江今躍機(jī)械科技開(kāi)發(fā)有限公司、深圳市寶安區(qū)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)1GB/T38839—2020工業(yè)機(jī)器人柔性控制通用技術(shù)要求1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人柔性控制的術(shù)語(yǔ)和定義、柔性控制技術(shù)、柔性控制模塊的實(shí)現(xiàn)、工業(yè)機(jī)器人本體技術(shù)要求、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)要求及工業(yè)機(jī)器人安全要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于具有柔性控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T5226.1機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件GB11291.1—2011工業(yè)環(huán)境用機(jī)器人安全要求第1部分：機(jī)器人GB/T12642—2013工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法GB/T16855.2機(jī)械安全控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件第2部分：確認(rèn)ISO/TS15066:2016機(jī)器人和機(jī)器人裝備協(xié)作機(jī)器人(Robotsandroboticdevices—Collabo-rativerobots)3.1術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1.1工業(yè)機(jī)器人通過(guò)驅(qū)動(dòng)總線反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)和外部傳感器采集的傳感數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃進(jìn)行點(diǎn)位控制或者連續(xù)路徑控制的控制方式合集。3.1.2完成柔性控制相關(guān)行為指令，具有物理形態(tài)的機(jī)電設(shè)備。3.1.3本體穩(wěn)定性bodystability機(jī)器人本體正常運(yùn)行過(guò)程中，在指定的時(shí)間內(nèi)保持其位姿準(zhǔn)確度以及位姿重復(fù)性的能力。3.1.4控制系統(tǒng)controlsystem具有邏輯控制和動(dòng)力功能，能控制和監(jiān)測(cè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，并與環(huán)境(設(shè)備和操作者)進(jìn)行通信的系統(tǒng)。3.1.5拖動(dòng)示教draggingteaching通過(guò)手動(dòng)拖動(dòng)工業(yè)機(jī)器人末端(或末端附加裝置)或關(guān)節(jié)到達(dá)期望位姿的示教方式。2GB/T38839—20203.1.6交互示教interactiveteaching通過(guò)手勢(shì)控制、體態(tài)控制、語(yǔ)音控制等交互方法控制工業(yè)機(jī)器人末端(或末端附加裝置)或關(guān)節(jié)到達(dá)期望位姿的示教方式。3.1.7遙操作示教teleoperationteaching通過(guò)力反饋設(shè)備遙控或手柄遙控等操作方法控制工業(yè)機(jī)器人末端(或末端附加裝置)或關(guān)節(jié)到達(dá)期望位姿的示教方式。3.2縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。DI/DO:開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出(DiscreteInput/DiscreteOutput)EtherCAT:以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)(EthernetforControlAutomationTechnology)I/O:輸入和輸出(Input/Output)LCD:液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay)SD:安全數(shù)字存儲(chǔ)卡(SecureDigitalMemoryCard)USB:通用串行總線(UniversalSerialBus)VGA:視頻圖形陣列(VideoGraphicsArray)4柔性控制技術(shù)傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)主要體現(xiàn)為，按照預(yù)先示教的點(diǎn)位和預(yù)先編好的程序?qū)崿F(xiàn)指定路徑的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。而工業(yè)機(jī)器人柔性控制技術(shù)是指工業(yè)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)的同時(shí)，通過(guò)感應(yīng)外部環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)軌跡以完成特定任務(wù)的控制方式的合集。例如，拖動(dòng)示教、交互示教、遙操作示教、碰撞檢測(cè)(參見(jiàn)附錄A)、視覺(jué)引導(dǎo)(參見(jiàn)附錄A)等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景都體現(xiàn)了柔性控制技術(shù)。圖1為工業(yè)機(jī)器人柔性控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯框架圖，通過(guò)柔性控制模塊來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。柔性控制模塊機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)指令控制實(shí)施模塊傳感數(shù)據(jù)傳感器周?chē)h(huán)境圖1工業(yè)機(jī)器人柔性控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯框架圖圖1中，機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)是指驅(qū)動(dòng)總線反饋的電機(jī)位置、電機(jī)速度、電機(jī)力矩等數(shù)據(jù)，傳感數(shù)據(jù)是指3GB/T38839—20205柔性控制模塊的實(shí)現(xiàn)柔性控制模塊的核心是實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法、工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)算法、圖像檢測(cè)與識(shí)別等柔性控制算法，這些算法都需要工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)的支撐，同時(shí)也需要添加DI/DO、文件讀寫(xiě)、停止報(bào)錯(cuò)等輔助功能。圖2為工業(yè)機(jī)器人柔性控制模塊的基本實(shí)現(xiàn)邏輯框架圖，所需數(shù)據(jù)和輔助功能通過(guò)相應(yīng)的接口與柔性控制算法進(jìn)行交互，運(yùn)動(dòng)指令的下發(fā)既可以直接調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù)，也可以進(jìn)行軌跡插補(bǔ)后給出具體的指令數(shù)據(jù)。軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù)接口運(yùn)動(dòng)函數(shù)接口圖2工業(yè)機(jī)器人柔性控制模塊實(shí)現(xiàn)邏輯框架圖6工業(yè)機(jī)器人本體技術(shù)要求6.1本體穩(wěn)定性機(jī)器人本體穩(wěn)定性由位姿特性漂移確定，測(cè)試方法應(yīng)符合GB/T12642—2013中7.6的規(guī)定，具體數(shù)值由各制造商產(chǎn)品規(guī)定。6.2電氣布局應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景確定具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人電磁隔離、電氣空間布局、電氣防護(hù)等電氣布局要求，并符合GB/T5226.1的規(guī)定。6.3接口要求通過(guò)擴(kuò)展性實(shí)現(xiàn)柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人本體應(yīng)配置I/O設(shè)安裝接口等滿足柔性控制需求的接口。6.4互換性要求具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人本體部件應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，并滿足互換性要求。當(dāng)工業(yè)機(jī)器人發(fā)生故障并互換本體或部件后，應(yīng)能保證定位精度。7工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)要求7.1通用要求具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人硬件系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，并包括控制模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、邏4GB/T38839—2020輯控制、電源管理模塊及安全備份模塊等功能模塊。硬件系統(tǒng)應(yīng)支持總線接口并具備實(shí)現(xiàn)外軸擴(kuò)展、I/O擴(kuò)展以及各種通信接口的柔性擴(kuò)展能力。7.2硬件系統(tǒng)要求控制器模塊應(yīng)具備浮點(diǎn)運(yùn)算能力、邏輯運(yùn)算能力、接口擴(kuò)展能力，并應(yīng)具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。主控平驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)具備EtherCAT、PowerLINK、Profinet等總線接口。7.2.3I/0模塊卡等接口。7.3軟件系統(tǒng)要求為實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的柔性控制功能，軟件系統(tǒng)應(yīng)具有獨(dú)立運(yùn)行的控制軟件系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)，并應(yīng)開(kāi)放相應(yīng)的接口以供柔性控制模塊的二次開(kāi)發(fā)調(diào)用。7.3.2控制軟件系統(tǒng)為滿足工業(yè)機(jī)器人的柔性控制功能要求，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)配備控制軟件系統(tǒng)，并應(yīng)開(kāi)放如表1所示的函數(shù)接口。表1控制軟件系統(tǒng)應(yīng)開(kāi)放的函數(shù)接口函數(shù)名描述運(yùn)動(dòng)操作函數(shù)a)上位機(jī)系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)動(dòng)函數(shù)，包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)以及各運(yùn)動(dòng)之間的平滑過(guò)b)其他運(yùn)動(dòng)函數(shù)；c)運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解機(jī)器人狀態(tài)操作函數(shù)a)讀取機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(運(yùn)動(dòng)暫停、停止等標(biāo)志位);b)運(yùn)動(dòng)停止，終止當(dāng)前運(yùn)動(dòng)；c)運(yùn)動(dòng)暫停，暫停當(dāng)前運(yùn)動(dòng)，且可以繼續(xù)未完成運(yùn)動(dòng)；d)運(yùn)動(dòng)中斷，中止當(dāng)前運(yùn)動(dòng)，完成其他操作后可繼續(xù)回原軌跡完成運(yùn)動(dòng)；e)設(shè)定運(yùn)動(dòng)模式；f)控制機(jī)械臂或者單軸上使能或下使能；g)讀取、獲得、放棄控制權(quán)限(其中權(quán)限范圍由制造商給定);5GB/T38839—2020表1(續(xù))函數(shù)名描述I/O讀寫(xiě)操作函數(shù)讀取、設(shè)定指定I/O文件讀寫(xiě)操作函數(shù)讀取、修改、保存目標(biāo)文件控制軟件系統(tǒng)應(yīng)具備如下程序擴(kuò)展功能：a)指令自定義添加功能：1)通過(guò)用戶自定義方式定義系統(tǒng)中的新指令；2)在系統(tǒng)中注冊(cè)用戶自定義的新指令；3)使用所定義的新指令編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)控制程序。b)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃擴(kuò)展功能：1)預(yù)留接口添加運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法；2)直接替代系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。c)功能或工藝模塊自主添加功能：1)焊接工藝包；2)碼垛工藝包；3)視覺(jué)功能包；4)其他功能或工藝包。為滿足工業(yè)機(jī)器人的柔性控制功能要求，伺服驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)應(yīng)具備可擴(kuò)展性，并應(yīng)開(kāi)放表2所示數(shù)據(jù)傳輸接口。表2伺服驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)應(yīng)開(kāi)放的接口列表序號(hào)數(shù)據(jù)名稱(chēng)權(quán)限是否實(shí)時(shí)傳輸1設(shè)備標(biāo)識(shí)可讀否2指令電流可寫(xiě)是3指令轉(zhuǎn)矩可寫(xiě)是4指令速度可寫(xiě)是5指令位置可寫(xiě)是6編碼器數(shù)值可讀是7編碼器分辨率可讀否8編碼器狀態(tài)可讀否9電流力矩常數(shù)可讀否電機(jī)實(shí)際電流可讀是電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩可讀是電機(jī)實(shí)際速度可讀是電機(jī)實(shí)際位置可讀是Log信息可讀否6GB/T38839—2020序號(hào)數(shù)據(jù)名稱(chēng)權(quán)限是否實(shí)時(shí)傳輸當(dāng)前告警可讀否歷史告警可讀否總線通信周期可讀/可寫(xiě)否位置指令插補(bǔ)周期可讀/可寫(xiě)否控制模式可讀/可寫(xiě)否驅(qū)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)可讀否控制環(huán)路配置參數(shù)可讀/可寫(xiě)否位置限額可讀/可寫(xiě)否速度限額可讀/可寫(xiě)否加速度、加加速度指令可讀/可寫(xiě)是告警清除可寫(xiě)否8工業(yè)機(jī)器人安全要求8.1電氣安全具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人電氣安全應(yīng)符合GB/T5226.1的規(guī)定。8.2安全回路設(shè)計(jì)具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人安全回路設(shè)計(jì)應(yīng)包括安全等級(jí)要求、停止方式要求以及碰撞檢測(cè)具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)具備急停和保護(hù)性停止功能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB11291.1—2011的規(guī)定，產(chǎn)品安全回路應(yīng)符合GB/T16855.2的規(guī)定。為滿足人機(jī)交互工作場(chǎng)景下的安全要求，具有柔性控制功能的工業(yè)機(jī)器人本體在碰到障礙物時(shí)應(yīng)能及時(shí)做出反應(yīng)，且具有碰撞檢測(cè)功能，碰撞檢測(cè)功能提供以下處理模式：a)當(dāng)監(jiān)測(cè)到碰撞發(fā)生后，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)并停留在碰撞發(fā)生位置的碰撞即停模式；b)負(fù)載不匹配時(shí)的碰撞緩行模式；c)從位置控制切換到零力控制模式；d)根據(jù)檢測(cè)外力定義與外力方向相反的速度，使得機(jī)械臂逃離碰撞點(diǎn)的碰撞逃離模式。77GB/T38839—2020工業(yè)機(jī)器人或控制器制造商應(yīng)提供碰撞檢測(cè)模塊的以下參數(shù)：a)碰撞檢測(cè)模塊適用速度范圍，單位為毫米每秒(mm/s);b)各關(guān)節(jié)碰撞檢測(cè)力矩，單位為牛頓米(N·m);c)機(jī)器人本體最小碰撞檢測(cè)力，單位為牛頓(N);d)碰撞檢測(cè)后機(jī)器人急停時(shí)間，單位為毫秒(ms)。當(dāng)工業(yè)機(jī)器人本體與人員發(fā)生接觸時(shí)，不同的身體碰撞部位可能造成不同程度的損害，工業(yè)機(jī)器人或控制器制造商應(yīng)做出詳細(xì)的說(shuō)明和警告，并符合ISO/TS15066:2016中4.3的規(guī)定。當(dāng)工業(yè)機(jī)器人工作在碰撞檢測(cè)功能適用速度范圍外時(shí)，工業(yè)機(jī)器人或控制器應(yīng)符合GB11291.1—2011中5.10的規(guī)定。8.3安全接口要求系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)應(yīng)符合安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并應(yīng)符合防數(shù)據(jù)泄露、防攻擊的安全要求。GB/T38839—2020(資料性附錄)工業(yè)機(jī)器人柔性控制技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景柔性控制技術(shù)有多種應(yīng)用形式，例如人機(jī)接觸情景下的碰撞與逃離，工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)下的工件抓取等。通常情況下工業(yè)機(jī)器人按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)其實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)偏差或外部環(huán)境出現(xiàn)意外變化時(shí)，工業(yè)機(jī)器人有可能和外部環(huán)境發(fā)生意料之外的物理接觸，這將導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)，如果工業(yè)機(jī)器人和操作者發(fā)生意外接觸，甚至有可能造成人員損傷。A.2碰撞檢測(cè)場(chǎng)景圖A.1是碰