工業(yè)機(jī)器人 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 征求意見(jiàn)稿

1GB/TXXXXX—XXXX工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)方法規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的術(shù)語(yǔ)和定義、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法（試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算規(guī)則）。適用于GB/T12643-2013中定義的所有工業(yè)機(jī)器人。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T12642-2013工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法GB/T12643-2013機(jī)器人與機(jī)器人裝備詞匯3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性dynamicstability工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受到自身振動(dòng)和外界擾動(dòng)影響后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。3.2抖動(dòng)jitter信號(hào)的某特定時(shí)刻相對(duì)于其理想時(shí)間位置上的短期偏離。3.3抖動(dòng)頻率jitterfrequency抖動(dòng)產(chǎn)生的主要頻率點(diǎn)。3.4抖動(dòng)幅度jitteramplitude由抖動(dòng)產(chǎn)生的工業(yè)機(jī)器人位置（被測(cè)點(diǎn)）變化。3.5末端抖動(dòng)頻率pathjitterfrequency工業(yè)機(jī)器人從靜態(tài)開(kāi)始執(zhí)行全關(guān)節(jié)參與的運(yùn)動(dòng)到停止的全過(guò)程中，其末端抖動(dòng)幅度最大時(shí)的頻率。3.6末端抖動(dòng)幅度pathjitteramplitude工業(yè)機(jī)器人從靜態(tài)開(kāi)始執(zhí)行全關(guān)節(jié)參與的運(yùn)動(dòng)到停止的全過(guò)程中，其末端抖動(dòng)的最大位移，用峰-峰值表示。3.7末端速度抖動(dòng)幅度pathspeedjitteramplitude工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行全關(guān)節(jié)參與的末端勻速指令過(guò)程中，速度波動(dòng)的最大值。2GB/TXXXXX—XXXX3.8單軸抖動(dòng)頻率uniaxialjitterfrequency工業(yè)機(jī)器人從靜態(tài)開(kāi)始執(zhí)行單一關(guān)節(jié)參與的運(yùn)動(dòng)到停止的全過(guò)程中，其末端及此關(guān)節(jié)抖動(dòng)幅度最大時(shí)的頻率。3.9單軸抖動(dòng)幅度uniaxialjitteramplitude工業(yè)機(jī)器人從靜態(tài)開(kāi)始執(zhí)行單一關(guān)節(jié)參與的運(yùn)動(dòng)到停止的全過(guò)程中，其末端及此關(guān)節(jié)抖動(dòng)的最大位移，用峰-峰值表示。3.10單軸速度抖動(dòng)幅度singleaxisspeedjitteramplitude工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行單一關(guān)節(jié)參與的末端勻速指令過(guò)程中，速度波動(dòng)的最大值。3.11停位點(diǎn)穩(wěn)定性stoppingpointstability工業(yè)機(jī)器人在接近目標(biāo)停位點(diǎn)后，從第一次進(jìn)入門限帶的瞬間到不再超出門限帶的瞬間過(guò)程中，所經(jīng)歷的時(shí)間及瞬時(shí)位置與實(shí)到穩(wěn)定位置的最大距離。注：門限帶可定義為位姿重復(fù)性或由制造商制定。3.12停位點(diǎn)抖動(dòng)幅度stoppointjitteramplitude工業(yè)機(jī)器人在最后一次進(jìn)入門限帶后，其末端抖動(dòng)的最大位移，用峰-峰值表示。4試驗(yàn)條件4.1測(cè)試前提條件工業(yè)機(jī)器人應(yīng)裝配完畢，并可全面操作。所有必要的校平操作、調(diào)整步驟及功能試驗(yàn)均應(yīng)圓滿完成。試驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)根據(jù)制造商的建議安裝工業(yè)機(jī)器人。4.2測(cè)試環(huán)境條件測(cè)試環(huán)境溫度應(yīng)滿足20±2℃,且測(cè)試開(kāi)始前需要對(duì)被測(cè)工業(yè)機(jī)器人及測(cè)試設(shè)備進(jìn)行至少24小時(shí)預(yù)4.3測(cè)試場(chǎng)地要求測(cè)量設(shè)備不應(yīng)放在靠近熱源，空調(diào)出風(fēng)口、窗口、門口、地板接縫處及陽(yáng)光能夠直射到的地方。工作地周圍不應(yīng)有大型機(jī)械及車輛工作，不應(yīng)有噪聲、振動(dòng)干擾，周圍無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)、無(wú)腐蝕性液體。4.4測(cè)試儀器4.4.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性（如采樣速率）應(yīng)足夠高，以確保獲得被測(cè)特性的充分描述。4.4.2試驗(yàn)中所用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量的不確定度不能超過(guò)被測(cè)特性數(shù)值的25%。4.4.3列出了部分適用的測(cè)量系統(tǒng)/傳感器的實(shí)例，具體參見(jiàn)附錄C。4.5試驗(yàn)軌跡選擇試驗(yàn)軌跡的選擇應(yīng)滿足以下推薦：a)試驗(yàn)軌跡應(yīng)位于圖1所示的平面，或由制造商指定選用哪個(gè)測(cè)量面；3GB/TXXXXX—XXXXb)在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性測(cè)量時(shí)，機(jī)械接口的中心位置應(yīng)始終位于選用平面上，且姿態(tài)相對(duì)于該平面應(yīng)保持不變；c)圖1給出了在試驗(yàn)平面上的一條直線軌跡和兩條圓形軌跡的位置示例；d)在立方體對(duì)角線上的直線軌跡，軌跡長(zhǎng)度應(yīng)是所選平面相對(duì)于頂點(diǎn)間距離的80%，如圖1中P2到P4的距離是一實(shí)例；e)對(duì)于圓形軌跡試驗(yàn)，需測(cè)試兩個(gè)不同的圓，見(jiàn)圖1，大圓的直徑應(yīng)為立方體邊長(zhǎng)的80%，圓心為P1；小圓的直徑應(yīng)為同一平面中大圓直徑的10%，圓心為P1；圖1試驗(yàn)軌跡選擇5試驗(yàn)方法5.1末端抖動(dòng)頻率測(cè)試本項(xiàng)目測(cè)試方法如下：a)工業(yè)機(jī)器人按表1要求進(jìn)行編程，使其運(yùn)行一條軌跡（直線、大圓、小圓、直角）；b)在工業(yè)機(jī)器人回零狀態(tài)下，將測(cè)試設(shè)備傳感器剛性連接在工業(yè)機(jī)器人的末端（見(jiàn)圖2中的測(cè)點(diǎn)位置），傳感器的X、Y、Z方向應(yīng)與機(jī)座坐標(biāo)系平行；c)啟動(dòng)工業(yè)機(jī)器人，測(cè)試設(shè)備實(shí)時(shí)記錄工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)；d)分別讀?。ɑ蛴?jì)算）工業(yè)機(jī)器人末端X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)頻率。每種軌跡循環(huán)測(cè)試n次，按式（1）～（3）計(jì)算n次循環(huán)的平均值，其中n≥10。式中：fx、fy、fz—X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)頻率平均值，單位為赫茲（Hzfx、fy、fz—X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)頻率實(shí)測(cè)值，單位為赫茲（Hz）。4GB/TXXXXX—XXXX表1末端抖動(dòng)頻率圖2末端抖動(dòng)頻率/幅度試驗(yàn)5.2末端抖動(dòng)幅度測(cè)試本項(xiàng)目試驗(yàn)方法與5.1相同，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)后，分別讀?。ɑ蛴?jì)算）工業(yè)機(jī)器人末端X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)幅度。每種軌跡循環(huán)測(cè)試n次，按式（4）~（6）計(jì)算n次循環(huán)的平均值，其中n≥10。Ay=(Ay1+Ay2+Ay3+ nAx、Ay、Az—X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)幅度平均值，單位為毫米（mmAx、Ay、Az—X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)幅度實(shí)測(cè)值，單位為毫米（mm）。注：?jiǎn)屋S抖動(dòng)頻率、單軸抖動(dòng)幅度、單軸速度抖動(dòng)速度、固有頻率（共振頻率）測(cè)試方法見(jiàn)附錄D。5.3末端速度抖動(dòng)幅度測(cè)試本項(xiàng)目測(cè)試方法如下：5GB/TXXXXX—XXXXa)分別選擇4.5中的直線軌跡（P2-P4）、大圓、小圓進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)試路徑中無(wú)障礙物；b)在工業(yè)機(jī)器人回零狀態(tài)下，將測(cè)試設(shè)備傳感器剛性連接在工業(yè)機(jī)器人的末端（見(jiàn)圖2中的測(cè)點(diǎn)位置）；c)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人在100%額定負(fù)載的工況下，分別以100%、50%及10%的額定速度運(yùn)行a）中的路徑，測(cè)試設(shè)備實(shí)時(shí)記錄工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)；d)讀?。ɑ蛴?jì)算）工業(yè)機(jī)器人末端速度vij，選取軌跡中部速度穩(wěn)定段作為測(cè)量對(duì)象，所選取軌跡長(zhǎng)度應(yīng)大于a）中軌跡長(zhǎng)度的50%；e)統(tǒng)計(jì)d）中速度穩(wěn)定段工業(yè)機(jī)器人末端速度vij的最大值和最小值，按式（7）計(jì)算得到單次測(cè)量中的路徑速度抖動(dòng)幅度f(wàn)vi；式中：vij—工業(yè)機(jī)器人末端速度；fvi—路徑速度抖動(dòng)幅度。f)重復(fù)上述步驟10次，取fvi的最大值作為路徑速度抖動(dòng)幅度試驗(yàn)的最終結(jié)果。5.4停位點(diǎn)穩(wěn)定性測(cè)試停位點(diǎn)穩(wěn)定性用停位點(diǎn)的穩(wěn)定時(shí)間T和超調(diào)量D表征，即工業(yè)機(jī)器人末端從第一次進(jìn)入門限帶的瞬間到不再超出門限帶的瞬間過(guò)程中，所經(jīng)歷的時(shí)間T及瞬時(shí)位置與實(shí)到穩(wěn)定位置的最大距離D，其測(cè)試方法如下：a)按4.5選擇工業(yè)機(jī)器人測(cè)試軌跡（P2-P1），并選擇P1點(diǎn)進(jìn)行停位點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間T和超調(diào)量D的測(cè)量；b)按表2的試驗(yàn)條件，驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人在100%額定負(fù)載的工況下，分別以100%、50%及10%的額定速度運(yùn)行a）中的路徑；c)工業(yè)機(jī)器人末端從位姿點(diǎn)P2開(kāi)始移至P1，再回到P2，為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，運(yùn)動(dòng)時(shí)采用連續(xù)軌跡控制即可；d)使用測(cè)試設(shè)備記錄工業(yè)機(jī)器人末端數(shù)據(jù)，并讀取（或計(jì)算）停位點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間T和超調(diào)量D。表2停位點(diǎn)穩(wěn)定性P-P3P-P35.5停位點(diǎn)抖動(dòng)幅度測(cè)試停位點(diǎn)抖動(dòng)幅度測(cè)試的目的是為了測(cè)量機(jī)器人最后一次進(jìn)入門限帶后，其末端抖動(dòng)的最大位移，6GB/TXXXXX—XXXX本項(xiàng)目試驗(yàn)方法與5.4相同，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)后，分別讀?。ɑ蛴?jì)算）停位點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間T后的工業(yè)機(jī)器人末端X、Y、Z方向的末端抖動(dòng)幅度。每種軌跡循環(huán)測(cè)試3次，計(jì)算3次循環(huán)的平均值。注：?jiǎn)屋S抖動(dòng)特性及固有頻率（共振頻率）測(cè)試方法見(jiàn)附錄D。5.6試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告填寫要求參見(jiàn)附錄A。6動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)參見(jiàn)附錄B。7GB/TXXXXX—XXXX（資料性）試驗(yàn)報(bào)告實(shí)例A.1基本信息A.1.1機(jī)器人控制系統(tǒng)制造商：類型：型號(hào)：系列號(hào)：安裝方向：軟件版本：編程方法：試驗(yàn)場(chǎng)所：A.1.2物理環(huán)境環(huán)境溫度：不正常狀態(tài)：預(yù)熱時(shí)間：測(cè)量時(shí)間：測(cè)量停頓時(shí)間：A.1.3測(cè)量系統(tǒng)類型：型號(hào)：系列號(hào)：說(shuō)明：A.1.4試驗(yàn)條件額定負(fù)載條件：質(zhì)量（kg)重心位置(坐標(biāo)LX,LY,LZ)慣性矩（kg/m2)測(cè)量點(diǎn)位置（坐標(biāo)XMP,YMP,ZMP)□末端抖動(dòng)頻率□末端抖動(dòng)幅度□末端速度抖動(dòng)幅度□停位點(diǎn)穩(wěn)定性□停位點(diǎn)抖動(dòng)幅度8GB/TXXXXX—XXXXA.2試驗(yàn)結(jié)果表表A.1末端抖動(dòng)頻率表A.2末端抖動(dòng)幅度表A.3末端速度抖動(dòng)幅度9GB/TXXXXX—XXXX表A.4停位點(diǎn)穩(wěn)定性表A.5停位點(diǎn)抖動(dòng)幅度GB/TXXXXX—XXXX動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等級(jí)及技術(shù)指標(biāo)參數(shù)B.1概述工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)可通過(guò)提供測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試得到的對(duì)應(yīng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，對(duì)工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行等級(jí)劃分。本附錄提供一種分級(jí)方式，可供參考。B.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等級(jí)建議將工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性從高到低分為三個(gè)等級(jí)：A（高）、B（中）、C（低）。B.3技術(shù)指標(biāo)參數(shù)建議參考表B.1所列指標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，按測(cè)試結(jié)果可分別對(duì)應(yīng)上述三個(gè)等級(jí)。表B.1工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)參照表ABCGB/TXXXXX—XXXX工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試設(shè)備C.1概述本附錄推薦了可用于本文件描述的工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)的測(cè)試設(shè)備，供參考。C.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試設(shè)備類型推薦表C.1測(cè)試設(shè)備用于依據(jù)本文件評(píng)價(jià)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)項(xiàng)目。表C.1測(cè)試設(shè)備分類驗(yàn)C.3動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試設(shè)備及方法本節(jié)列舉出所推薦的測(cè)試設(shè)備的測(cè)試方法說(shuō)明及示意圖。C.3.1抖動(dòng)分析儀抖動(dòng)分析儀可用于機(jī)器人抖動(dòng)特性測(cè)量及分析。圖C.1表示用于機(jī)器人抖動(dòng)特性測(cè)量的抖動(dòng)分析儀的典型配置。加速度傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的單軸或三軸向的加速度，并通過(guò)信號(hào)采集儀實(shí)時(shí)采集傳輸?shù)诫娔X軟件端，通過(guò)對(duì)采集的信號(hào)分析計(jì)算可得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的抖動(dòng)頻率、抖動(dòng)幅度等參數(shù)信息。GB/TXXXXX—XXXX圖C.1用于機(jī)器人抖動(dòng)特性測(cè)量的抖動(dòng)分析儀C.3.2激光跟蹤儀激光跟蹤儀可用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量及分析。固定的跟蹤儀可逐點(diǎn)測(cè)量機(jī)器人實(shí)到位置的坐標(biāo)信息。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工程中的實(shí)到位姿和軌跡可用跟蹤儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)用于激光溯源的靶球固定安裝于被測(cè)機(jī)器人上，測(cè)量過(guò)程中跟蹤儀始終跟蹤靶球。通過(guò)分析計(jì)算測(cè)量得到的機(jī)器人位置坐標(biāo)或軌跡坐標(biāo)集合，可得到機(jī)器人位置穩(wěn)定時(shí)間、軌跡準(zhǔn)確度等參數(shù)信息。圖C.2表示用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量的激光跟蹤儀的典型配置。圖C.2用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量的激光跟蹤儀GB/TXXXXX—XXXX推薦性測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試方法D.1概述本附錄推薦了可用于工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試的推薦性測(cè)試項(xiàng)目及其測(cè)試方法，包括單軸抖動(dòng)頻率、單軸抖動(dòng)幅度、單軸速度抖動(dòng)速度、固有頻率（共振頻率），供參考。D.2推薦性測(cè)試項(xiàng)目及方法D.2.1單軸抖動(dòng)頻率測(cè)試圖D.1單軸抖動(dòng)頻率/位移試驗(yàn)本項(xiàng)目測(cè)試步驟如下：a)在機(jī)器人回零狀態(tài)下，將三軸向加速度計(jì)剛性連接在機(jī)器人的各軸中心（見(jiàn)圖D.1中的測(cè)點(diǎn)位置1~6），使三軸向加速度計(jì)的X、Y、Z方向與機(jī)座坐標(biāo)系重合；b)加速度計(jì)通過(guò)連接至多通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀；c)按表D.1的試驗(yàn)條件進(jìn)行校準(zhǔn)；d)機(jī)器人的編程使機(jī)器人運(yùn)行一條軌跡，軌跡選擇參考（5.1），在軌跡起點(diǎn)和終點(diǎn)位置分別停頓數(shù)秒；e)開(kāi)啟機(jī)器人運(yùn)行，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀實(shí)時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)；f)分別讀?。ɑ蛴?jì)算）機(jī)器人末端3個(gè)方向的路徑抖動(dòng)頻率。循環(huán)運(yùn)行3次，計(jì)算3次循環(huán)的平均值；g)如有需要，可自行截取部分路徑進(jìn)行分析，如加速/勻速/減速階段。表D.1單軸抖動(dòng)頻率依據(jù)4.5中軌跡進(jìn)行各軸分解，單獨(dú)運(yùn)動(dòng)每一3GB/TXXXXX—XXXXD.2.2單軸抖動(dòng)幅度測(cè)試如不另外說(shuō)明，此項(xiàng)測(cè)試可與D.2.1同步進(jìn)行，最后分別讀取（或計(jì)算）機(jī)器人各軸的抖動(dòng)位移。循環(huán)運(yùn)行3次，計(jì)算3次循環(huán)的平均值。D.2.3單軸速度抖動(dòng)幅度測(cè)試本項(xiàng)目測(cè)試步驟如下：a)機(jī)器人TCP位于4.5中P1點(diǎn)，在該位姿附近選取各單軸運(yùn)動(dòng)軌跡，單軸運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)足夠大使軌跡出現(xiàn)勻速段；b)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在100%額定負(fù)載的工況下，分別以100%、50%以及10%的額定速度運(yùn)行關(guān)節(jié)，記錄軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)和時(shí)間；c)計(jì)