(高清版)GB∕T 38559-2020 工業(yè)機(jī)器人力控制技術(shù)規(guī)范

ICS25.040.30工業(yè)機(jī)器人力控制技術(shù)規(guī)范Specificationofindustrialrobotsforcecontrol國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T38559—2020 12規(guī)范性引用文件 1 14力控制技術(shù)分類及通用技術(shù)參數(shù) 34.1總則 34.2按力控制策略分類 34.3按傳感方式分類 44.4通用技術(shù)參數(shù) 45力/力矩傳感器選型要求 45.1類型 45.2一般性能指標(biāo) 4 66力控制應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用條件 66.1總則 66.2動(dòng)態(tài)力控制技術(shù) 7 7 7 87力控制應(yīng)用設(shè)計(jì)方法 97.1總則 97.2設(shè)計(jì)原則 97.3設(shè)計(jì)步驟 9ⅢGB/T38559—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國自動(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：沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司、山東魯能智能技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、沈陽?？怂拱羁萍加邢薰?、上海沃迪智能裝備股份有限公司、清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司。1GB/T38559—2020工業(yè)機(jī)器人力控制技術(shù)規(guī)范1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人力控制技術(shù)分類及通用技術(shù)參數(shù)、力/力矩傳感器選型要求、力控制應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用條件和力控制應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)機(jī)器人的力控制應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)。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GB/T18806—2002電阻應(yīng)變式壓力傳感器總規(guī)范GB/T28854—2012硅電容式壓力傳感器GB/T36008—2018機(jī)器人與機(jī)器人裝備協(xié)作機(jī)器人JB/T7482—2008壓電式壓力傳感器JB/T7483—2005半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式力傳感器3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)passivecompliancecontrol機(jī)器人憑借輔助的柔順機(jī)構(gòu)與環(huán)境接觸時(shí)能夠?qū)ν饨缱饔昧M(jìn)行響應(yīng)，可根據(jù)受力來自動(dòng)調(diào)整姿力控制策略forcecontrolstrategy能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)柔順控制的方法策略。力控制精度forcecontrolaccuracy力和/或力矩的反饋值與設(shè)定值的偏差。3.5控制周期controlperiod控制器進(jìn)行主動(dòng)力控制的最小調(diào)節(jié)周期。2GB/T38559—2020剛度控制stiffnesscontrol通過剛度矩陣來描述機(jī)器人末端作用力和位置的關(guān)系的一種間接力控制方法。阻抗控制impedancecontrol利用阻抗模型建立力與位置(或速度)間關(guān)系的一種間接力控制方法。阻尼控制dampingcontrol利用傳感器力信號(hào)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的一種間接力控制方法。3.10導(dǎo)納控制admittancecontrol將位置控制機(jī)器人作為一個(gè)基本系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)導(dǎo)納做必要的修正以執(zhí)行受限任務(wù)的一種控制方法。3.11直接力控制directforcecontrol通過具有顯式的力反饋閉環(huán)直接進(jìn)行力控制的方法。3.12基于位置的直接力控制position-baseddirectforcecontrol由內(nèi)部的位置閉環(huán)控制和外部的力閉環(huán)組成的控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)直接力控制的方法。3.13基于轉(zhuǎn)矩的直接力控制torque-baseddirectforcecontrol由內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和外部的力閉環(huán)組成的控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)直接力控制的方法。3.14融合多種控制策略的力控制方法。3.15力控制(轉(zhuǎn)矩控制)和位置控制(定位控制)融合后的復(fù)合控制策略。3.16混合阻抗控制hybridimpedancecontrol將阻抗控制和力/位混合控制結(jié)合起來考慮的一種控制方法。3.17采用自適應(yīng)控制策略，提高系統(tǒng)對(duì)未知環(huán)境適應(yīng)性的一種先進(jìn)力控制方法。3.18采用魯棒控制策略，保證系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能的一種先進(jìn)力控制方法。3GB/T38559—20203.19學(xué)習(xí)力控制learningforcecontrol采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法改進(jìn)力控制參數(shù)，提高力控制性能的控制方法。3.20神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)力控制neural-networkforcecontrol基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種先進(jìn)力控制方法。3.21模糊力控制fuzzyforcecontrol采用模糊控制策略對(duì)力控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的一種先進(jìn)力控制方法。3.22基于末端力/力矩傳感器的力控制技術(shù)endforce/torquesensor-basedforcecontrol利用機(jī)器人末端力/力矩傳感器，檢測機(jī)器人與外界的接觸力并在各個(gè)方向上進(jìn)行力/力矩控制。3.23基于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的力控制技術(shù)jointtorquesensor-basedforcecontrol3.24通過系統(tǒng)模型與電機(jī)電流，模擬關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人力控制功能。4力控制技術(shù)分類及通用技術(shù)參數(shù)機(jī)器人力控制為機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域中，將力反饋信號(hào)與位置控制、速度控制或力控制輸入信號(hào)相結(jié)合，通過相關(guān)力控制算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的主動(dòng)柔順控制技術(shù)，可按照力控制策略或傳感方式進(jìn)行分類。4.2按力控制策略分類a)間接力控制：1)剛度控制；2)阻抗控制；3)阻尼控制；4)導(dǎo)納控制。b)直接力控制：1)基于位置的直接力控制；2)基于轉(zhuǎn)矩的直接力控制。c)混合力控制：1)力/位混合控制；2)混合阻抗控制。4GB/T38559—2020a)自適應(yīng)力控制；b)魯棒力控制；c)學(xué)習(xí)力控制；d)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)力控制；e)模糊力控制。4.3按傳感方式分類a)基于末端力/力矩傳感器的力控制；b)基于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的力控制；c)基于電機(jī)電流的力控制。4.4通用技術(shù)參數(shù)力控制模式下系統(tǒng)的控制節(jié)拍，單位為毫秒(ms)。4.4.4控制頻率單位時(shí)間內(nèi)完成力控制周期的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。力控制最大控制量程，單位為牛每牛米[N/(N·m)]。5力/力矩傳感器選型要求5.1類型力/力矩傳感器可按以下分類：a)電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器；b)壓電式力/力矩傳感器；c)硅電容式力/力矩傳感器；d)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器。5.2一般性能指標(biāo)量程應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件(詳細(xì)規(guī)范)規(guī)定的所有要求。5GB/T38559—2020工作溫度范圍應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件(詳細(xì)規(guī)范)的規(guī)定。工作溫度的下限值和上限值應(yīng)優(yōu)先從表1數(shù)值中選取。表1工作溫度限值工作溫度下限℃-55-50-45-40-35-30-20-100工作溫度上限℃準(zhǔn)確度可分為6個(gè)等級(jí)，見表2。表2準(zhǔn)確度等級(jí)序號(hào)參數(shù)準(zhǔn)確度等級(jí)0.051基本誤差/%FS士0.05士0.1士0.2士2.02耦合誤差/%FS士0.1士0.2士0.4士1.0士4.03零點(diǎn)輸出/%FS12342h的零點(diǎn)時(shí)漂/%FS0.05510℃的零點(diǎn)溫漂/%FS0.0561h的輸出時(shí)漂/%FS0.05710℃的輸出溫漂/%FS0.058過載能力200%200%除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上輸出值的重復(fù)性誤差(%FS)應(yīng)不大于表2中1～2項(xiàng)規(guī)定的限制，單一維度的測試方法按GB/T28854—2012中7.4.8的規(guī)定。除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的非線性誤差(%FS)應(yīng)不大于表2中1～2項(xiàng)規(guī)定的限制，單一維度的測試方法按GB/T28854—2012中7.4.5的規(guī)定。除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的零點(diǎn)輸出誤差應(yīng)不大于表2中規(guī)定的零點(diǎn)輸出誤差，單一維度的測試方法按GB/T18806—2002中6.1.5的規(guī)定。除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的零點(diǎn)時(shí)漂應(yīng)不大于表2中規(guī)定的零點(diǎn)時(shí)漂，單一維度的測試方法按GB/T18806—2002中6.3.1的規(guī)定。6GB/T38559—2020除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的輸出時(shí)漂應(yīng)不大于表2中規(guī)定的輸出時(shí)漂。除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的輸出溫漂應(yīng)不大于表2中規(guī)定的輸出溫漂。除非另有規(guī)定，傳感器各個(gè)維度上的過載能力應(yīng)不小于表2中規(guī)定的過載能力。5.3特殊性能指標(biāo)5.3.1電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)按GB/T18806—2002,電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)包含：a)輸出阻抗傳感器輸出阻抗應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件(詳細(xì)規(guī)范)的規(guī)定。b)絕緣電阻傳感器的引出線與殼體間的絕緣電阻應(yīng)不小于500MQ。5.3.2壓電式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)按JB/T7482—2008的規(guī)定，電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)應(yīng)包含：a)絕緣電阻：傳感器的引出線與殼體間的絕緣電阻應(yīng)不小于1013Ω;b)電容值：傳感器電容值范圍應(yīng)為2pF～100pF;c)固有頻率：傳感器固有頻率不小于50kHz。5.3.3硅電容式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)按GB/T28854—2012及JB/T7483—2005的規(guī)定，硅電容式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)應(yīng)包含：a)基礎(chǔ)電容傳感器的基礎(chǔ)電容標(biāo)稱值應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件(詳細(xì)規(guī)范)的規(guī)定。b)絕緣電阻傳感器的引出線與殼體間的絕緣電阻應(yīng)符合GB/T5226.1的規(guī)定。5.3.4半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)按GB/T18806—2002及JB/T7483—2005的規(guī)定，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式力/力矩傳感器特殊性能指標(biāo)應(yīng)包含輸出阻抗。傳感器輸出阻抗應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定。輸出阻抗應(yīng)優(yōu)先從下列數(shù)值中選?。?.06kΩ、0.12kΩ、0.15kΩ、0.24kΩ、0.35kQ、0.45kQ、6力控制應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用條件力控制應(yīng)用技術(shù)包括：動(dòng)態(tài)力控制技術(shù)、恒力控制技術(shù)、零力控制技術(shù)以及碰撞保護(hù)技術(shù)等。各力GB/T38559—2020控制應(yīng)用技術(shù)應(yīng)滿足其條件要求。動(dòng)態(tài)力控制技術(shù)為應(yīng)用力控制策略，根據(jù)環(huán)境與作業(yè)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整力/力矩設(shè)定值，完成機(jī)器人裝配等操作。a)插銷入孔；c)旋擰螺釘。動(dòng)態(tài)力控制技術(shù)應(yīng)具備以下應(yīng)用條件要求：a)故障狀態(tài)下的急停處理；c)應(yīng)設(shè)置夾持工件的最大質(zhì)量和尺寸；e)裝配精度優(yōu)于力/力矩傳感器測量范圍的1%。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在作業(yè)過程中，通過使用力控制技術(shù)，始終保持大小恒定的輸出力/力矩。恒力控制技術(shù)可應(yīng)用但不限于：恒力控制技術(shù)應(yīng)具備以下應(yīng)用條件要求：c)采用力/力矩傳感器時(shí)，力控制精度應(yīng)優(yōu)于傳感器量程的1%。技術(shù)。78GB/T38559—2020零力控制技術(shù)可應(yīng)用但不限于：a)拖曳示教；b)人機(jī)協(xié)作。6.4.3應(yīng)用條件要求零力控制技術(shù)應(yīng)具備以下應(yīng)用條件要求：a)故障狀態(tài)下的急停處理；b)超速狀態(tài)時(shí)的限速處理；c)人機(jī)接觸狀態(tài)下的力保護(hù)處理；d)零力控制應(yīng)用中建議采用光滑的接觸表面替代尖銳棱角；e)零力控制應(yīng)用中建議采用具有緩沖元素的可變性、輕質(zhì)量部件。6.5碰撞保護(hù)技術(shù)在機(jī)器人與人或環(huán)境發(fā)生物理接觸時(shí)，應(yīng)用力控制技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)措施，避免由碰撞造成的損傷，或?qū)p傷降低到能承受的范圍內(nèi)。碰撞保護(hù)技術(shù)可應(yīng)用但不限于：a)協(xié)作機(jī)器人；b)移動(dòng)機(jī)器人；c)工業(yè)機(jī)器人裝配作業(yè)；d)機(jī)器人雙臂協(xié)調(diào)；e)多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)。碰撞保護(hù)技術(shù)按控制策略可分為：a)基于底座力矩檢測的碰撞保護(hù)技術(shù)；b)基于關(guān)節(jié)力矩傳感器的碰撞保護(hù)技術(shù)；c)基于關(guān)節(jié)電流檢測的碰撞保護(hù)技術(shù)；d)基于末端力/力矩傳感器的碰撞保護(hù)技術(shù)。人機(jī)協(xié)作情況下的應(yīng)用條件要求如下：a)設(shè)置機(jī)器人輸出力閥值：應(yīng)符合GB/T36008—2018中A.3.2規(guī)定的人體各部位所能承受的最大壓力/壓強(qiáng)值；b)應(yīng)采用光滑的接觸表面替代尖銳棱角；c)