GB/T 39360-2020
基本信息
标准号： GB/T 39360-2020
中文名称：工业机器人控制系统性能评估与测试
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
下载格式：.zip .pdf
下载大小：1554463
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 39360-2020.Evaluation and testing of performance of industrial robot control system.
1范围
GB/T 39360规定了工业机器人控制系统性能模型、性能指标、测试评价方法、测试文档集要求和符合性评价细则。
GB/T 39360适用于工业机器人控制系统,可供工业机器人控制系统设计开发人员、测试人员以及评价人员等使用。
注:本标准不指定达到评定等级或依从性等级的测度值域,因为每个性能指标的值取决于使用环境和用户需要。
一些属性可能有理想值范围,这些值取决于如人类认知因素的一般因素,而不是特定用户需要。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 7826-2012系统可靠性分析技术 失 效模式和影响分析(FMEA)程序
GB/T 7829-1987故障 树分析程序
GB 11291.1-2011工业环境用机器人 安全要求 第 1部分:机器人
GB/T 12642-2013工业机器人 性 能规范及其试验方法
IEC 61025:2006故障树 分析(FTA)[Fault tree analysis(FTA)]
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
工业机器人 industrial robot
自动控制的、可重复编程多用途的操作机,可对三个或三个以上轴进行编程，它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。
注1:工业机器人包括:
一操作机,含制动器;
一控制器,含示教器和某些通信接口。
注2:包括某些集成的附加轴。
[GB/T 12643-2013,定 义2.9]。
3.2
插补 interpolation
对特定曲线进行数据密化的过程。
3.3
通信 communication
机器控制柜内部、机器人控制柜与本体以及机器人与外部设备之间的信息数据交互。
注:机器人的通信协议包括Profibus. Ethernet等。
1范围
GB/T 39360规定了工业机器人控制系统性能模型、性能指标、测试评价方法、测试文档集要求和符合性评价细则。
GB/T 39360适用于工业机器人控制系统,可供工业机器人控制系统设计开发人员、测试人员以及评价人员等使用。
注:本标准不指定达到评定等级或依从性等级的测度值域,因为每个性能指标的值取决于使用环境和用户需要。
一些属性可能有理想值范围,这些值取决于如人类认知因素的一般因素,而不是特定用户需要。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 7826-2012系统可靠性分析技术 失 效模式和影响分析(FMEA)程序
GB/T 7829-1987故障 树分析程序
GB 11291.1-2011工业环境用机器人 安全要求 第 1部分:机器人
GB/T 12642-2013工业机器人 性 能规范及其试验方法
IEC 61025:2006故障树 分析(FTA)[Fault tree analysis(FTA)]
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
工业机器人 industrial robot
自动控制的、可重复编程多用途的操作机,可对三个或三个以上轴进行编程，它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。
注1:工业机器人包括:
一操作机,含制动器;
一控制器,含示教器和某些通信接口。
注2:包括某些集成的附加轴。
[GB/T 12643-2013,定 义2.9]。
3.2
插补 interpolation
对特定曲线进行数据密化的过程。
3.3
通信 communication
机器控制柜内部、机器人控制柜与本体以及机器人与外部设备之间的信息数据交互。
注:机器人的通信协议包括Profibus. Ethernet等。
标准图片预览
标准内容
ICS25.040.30
中华人民共和国国家标准
GB/T39360—2020
工业机器人控制系统性能评估与测试Evaluation and testing of performance of industrial robot control system2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-06-01实施
GB/T39360—2020
规范性引用文件
术语和定义
工业机器人控制系统性能模型
工业机器人控制系统性能模型
5特性说明
易用性
维护性
功能性
实时性
扩展性及开放性
可靠性
安全性
测试评价方法
易用性测试评价
维护性测试评价
功能性测试评价
实时性测试评价
扩展性与开放性测试评价
可靠性测试评价
安全性测试评价
测试文档集要求
符合性评价细则·
附录A（资料性附录）
参考文献
机器人操作系统
rKaeerKAca-
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。GB/T39360—2020
本标准起草单位：上海电器科学研究院、固高科技（深圳）有限公司、安徽配天机器人技术有限公司、哈工大机器人（合肥）国际创新研究院、广州智能装备研究院有限公司、上海电器科学研究所（集团）有限公司、山东鲁能智能技术有限公司、青岛钢铁侠科技有限公司、湖南省产商品质量监督检验研究院、上海添唯认证技术有限公司、上海新时达机器人有限公司、北京航空航天大学、成都卡诺普自动化控制技术有限公司、中国电子科技集团公司第三十二研究所、上海电器设备检测所有限公司、上海机器人产业技术研究院。
本标准主要起草人：王爱国、刘越、王泽涵、于振中、曾钰、刘健、李建祥、张锐、钟声、郑海峰、李大新、刘斌、李良军、吴振宇、朱晓鹏、沈文婷、郑军奇、刘继志、郑凯宇、陈灏。1
-iKacerKAca
1范围
工业机器人控制系统性能评估与测试GB/T39360—2020
本标准规定了工业机器人控制系统性能模型、性能指标、测试评价方法、测试文档集要求和符合性评价细则。
本标准适用于工业机器人控制系统，可供工业机器人控制系统设计开发人员、测试人员以及评价人员等使用。
注：本标准不指定达到评定等级或依从性等级的测度值域，因为每个性能指标的值取决于使用环境和用户需要一些属性可能有理想值范围，这些值取决于如人类认知因素的一般因素，而不是特定用户需要规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB/T7826—2012系统可靠性分析技术失效模式和影响分析（FMEA)程序GB/T7829—1987故障树分析程序GB11291.1一2011工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人
GB/T12642—2013工业机器人性能规范及其试验方法IEC61025:2006故障树分析（FTA)[Faulttreeanalysis（FTA)]术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
工业机器人industrialrobot
自动控制的、可重复编程多用途的操作机，可对三个或三个以上轴进行编程，它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。
注1：工业机器人包括：
操作机，含制动器；
控制器，含示教器和某些通信接口。注2：包括某些集成的附加轴。
[GB/T12643—2013.定义2.9]
插补interpolation
对特定曲线进行数据密化的过程。3.3
communication
机器控制柜内部、机器人控制柜与本体以及机器人与外部设备之间的信息数据交互。注：机器人的通信协议包括Profibus、Ethernet等1
rKaeerKAca-
GB/T39360—2020
quality
实体特性的总和，表示实体满足明确或隐含要求的能力。3.5
质量模型
quality model
定义的特征集以及它们之间的关系集，为规约质量需求以及评价质量提供了一个框架。［GB/T25000.10—2016，定义3.18］3.6
evaluation
决定某产品、项目、活动或服务是否符合它的规定的准则的过程3.7
attribute
实体的固有性质或特性，可由人工或自动化手段进行定量或定性地辨别。[GB/T25000.10—2016，定义3.2]3.8
entity
具有属性特征的对象。
示例一个对象可能是过程、产品、项目或资源等。3.9
measurement
使用一种度量，把标准值（可以是数或类别）赋予实体的某个属性［GB/T11457—2006.定义2.924]3.10
indicator
衡量目标的单位或方法。
目标goal
想要达到的目的或想获得的结果。3.12
在多道程序或多进程环境中，由计算机完成的基本工作元，是由控制系统处理的一个或多个指令序列；或由操作员完成的一种基本工作单位3.13
计算机程序中的不正确的步骤、过程或数据定义。GB/T25000.51—2016.定义4.1.83.14
failure
系统或部件不能按规定的性能要求执行所要求的功能GB/T11457-2006.定义2.601
exception
引起正常程序执行挂起的事件。KaeerkAca-
注：类型包括：寻址异常、数据异常、操作异常、溢出异常、保护异常和下溢异常。［GB/T11457—2006，定义2.575]3.16
危险hazard
对设备、操作人员或环境具有产生伤害的潜能。3.17
硬件在环仿真hardwareintheloopsimulation半实物仿真hardwareintheloopsimulationGB/T39360—2020
以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过1/O接口与被测对象相连接3.18
Jworkspace
工作空间
允许机器人工具或法兰工作的空间，机器人一且移出会出现报警停止。3.19
obstaclespace
障碍物空间
不允许机器人工具或法兰进入的空间，机器人一旦进人就会报警停止。3.20
monitoredspace
受监控空间
处于监控状态下的机器人工具或法兰所达空间，机器人进人该空间会输出信号。3.21
user documentation
用户文档
提供用户安装和设置控制系统的软件的指导手册。3.22
testdocumentation
测试文档
用于验证软件或用户文档的完整性、正确性、一致性、易理解性和易览性的文档。4工业机器人控制系统性能模型
4.1概述
根据工业机器人控制系统的特点，在软件质量模型的基础上建立控制系统性能模型，工业机器人控制系统性能模型是进行性能评估与测试的依据。工业机器人控制系统性能模型由一些特性构成，每个特性可进一步被分解为子特性。在实际评测中，应根据具体检测对象选择相应的特性以及每个特性对应的属性组合。要对某个特性/子特性进行测评，除非可直接测评，否则应标识那些覆盖该特性/子特性的一组属性，获得每个属性的测评结果，并通过计算把它们组合起来，以形成对该特性/子特性的总体评价结果。
4.2工业机器人控制系统性能模型控制系统性能模型由7个特性组成：易用性、维护性、功能性、实时性、扩展及开放性、可靠性、安全性。每个特性可进一步分解为多个子特性，如易用性包含可辨识性、易学性、易操作性、用户差错防御性、用户界面舒适性、易访问性、易用性的依从性7个子特性。如图1所示。本标准第5章对性能模型中的每个特性给出了说明。
rrKaerkAca-
GB/T39360—2020
易川性
可辨识性
品学性
易操作性
川户差错陵
川户界面舒
易访问性
品用性的依
5特性说明
5.1易用性
维扩性
模快化
易分析
易修改
易测试
依战性
功能性
功能究
非确性
精度补
路轻源
工业机器人控制系统性能模型
实附性
用期响应
非周期响应
广展及元减性
二次川发
图1工业机器人控制系统性能模型易用性的说明参见GB/T25000.102016中4.3.2.4。5.2
维护性
维护性的说明参见GB/T25000.102016中4.3.2.7。5.3功能性
5.3.1概述
容钳性
可恢复
功能性为指定条件下使用时，控制系统提供满足明确和隐含要求功能的程度。5.3.2功能完备性
功能完备性为指定的任务和用户目标的覆盖程度5.3.3准确性
工业机器人控制系统的准确性指标包括轨迹准确度、位姿准确度、速度准确度。4
KaeerKAca-
安伞性
放障来
限检保
格间蓝
单点控
保护性
5.3.4精度补偿
GB/T39360—2020
补偿精度为工业机器人控制系统对机器人本体模型、减速比、工具设定值、初始零位等误差的补偿能力，通常以位姿准确度、轨迹准确度、TCP绕点精度来衡量补偿精度。其中TCP绕点精度表示机器人分别绕TCP坐标系t、y、轴旋转时，TCP原始位置与实到位置集群重心之差。5.3.5节拍
节拍为机器人完成指定轨迹运动的最短时间，表示机器人控制系统在确保上述准确性的情况下，具有可以发挥电机及机械最大效率，使机器人保持高速运动节拍的功能。5.3.6平顺性
平顺性表示机器人控制系统所具有规划机器人在连续多段轨迹运动的过程中，降低速度波动、轨迹抖动的能力。
平顺性要求机器人的规划轨迹函数应连续且平滑，需考虑运动学约束及动力学约束。运动学约束包括位置、速度、加速度的约束，动力学约束包括关节力矩、惯性等动力学因素，因此机器人的动作平顺性包括轨迹、速度、加速度的平顺性，平顺性通过轨迹准确度和轨迹重复性指标来表示。5.3.7路径混合
机器人按程序设定的恒定轨迹速度无延时的从一条轨迹转到另一条轨迹的行为。路径混合特性采用拐角偏差来表示。
5.4实时性
5.4.1总则
机器人控制系统的实时性表示当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的能力。机器人系统任务分实时性任务和非实时性任务，实时性任务又分实时周期性任务如系统运行监控任务、伺服接口任务、1/O接口任务等，实时非周期性任务包括机器人插补运算器任务等，非实时性任务如设备接口管理任务等。实时性的评价指标包括但不限于图2所示性能指标捕补周期
用期响应
响应时间
非州期响成
图2实时性指标
注：工业机器人运行的嵌人式实时操作系统参见附录A。nKaeerKAca-
通用期
数期传检州间
系统处理时间
GB/T39360—2020
5.4.2周期性响应
周期性响应通过测量信号抖动反映软件性能，包括插补周期、通讯周期。注：抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述信号周期距离其理想值的偏差，时间抖动被定义为高速信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差。5.4.3非周期性响应
5.4.3.1概述
非周期性实时性的测试从整体出发，其响应时间包含系统处理时间、数据传输时间和呈现时间。非周期性响应事件包括控制稳定性、制动控制装置意外操作防护响应时间、急停响应时间、保护性停止响应时间、开机自检时间、故障检测时间5.4.3.2控制稳定性
被控制对象从某一速度加速或减速到另一速度所用时间的不一致程度。5.4.3.3制动控制装置意外操作防护响应时间按GB11291.1一2011中5.3.2的要求，从防止意外操作的致动控制装置触发到系统控制逻辑完成控制指令响应的时间。
5.4.3.4急停响应时间
从急停功能被触发到系统控制逻辑切断机器人驱动器的驱动源、中止所有的危险的操作的时间。5.4.3.5保护性停止响应时间
从保护性停止条件满足到系统控制逻辑成保护停止操作的时间。5.4.3.6开机自检时间
按GB11291.1一2011中5.3.3的要求，正常或异常上电后，软件应能在规定的时间内完成开机初始化和上电自检或复位自检，可适用于控制器（含伺服系统）、示教器、致动控制装置中单个或多个对象，即为开机自检时间。
5.4.3.7故障检测时间
按GB11291.1一2011中5.3.3的要求，特别关注的故障出现后，故障检测时间为故障引起危害前，软件能检测出故障并执行相应的故障处理逻辑的最短的时间。产生故障的对象包括控制器（含伺服系统）、示教器、致动控制装置中单个或多个对象。5.5扩展性及开放性
5.5.1扩展性
机器人控制系统的扩展性为扩展新功能的容易程度，系统具有功能扩展能力5.5.2开放性
机器人控制系统的开放性为具有二次开发接口，在接口函数内完成机器人路径规划、速度规划、坐标系转换、运动学正逆解模块等。6
nKaeerKAca-
5.6可靠性
5.6.1容错性
GB/T39360—2020
机器人控制系统可以对输人信息进行检查，具有使其不超出限定范围的功能，具备对误操作或异常输入的识别、定位、记录与防范的能力，确保工业机器人系统在存在单一硬件或软件故障的情况下仍能正常或降级工作。包括对外部输入指令、输入参数进行有效性检查，对外部输人I/0信号进行滤波处理和抗干扰功能。
5.6.2可恢复性
机器人控制系统可恢复性为在发生中断或失效的情况时，能够恢复直接受影响的数据并重建期望的系统状态的功能
工业机器人控制系统软件应具有在掉电重启后恢复对机器人本体的控制能力，根据使用场景保持在掉电时刻位置并发出报警或恢复至安全工况5.7安全性
5.7.1故障采集与防护
机器人控制系统在采集到控制过程中的故障或在异常情况下，能做出故障处理响应，同时能够对故障信息进行记录和报告。
示例：机器人控制系统能检测到报告本体位姿的传感器故障，并及时停止本体运动。5.7.2限位保护
机器人控制系统应具备的限位保护能力，确保机械臂或运动部件达到异常位置或超出特定运行空间时能够及时停止或做出危险规避动作示例：软件检测到限位传感器信号有效时，机器人控制系统能够执行保护措施，避免在限位方向继续运动5.7.3空间监控
机器人控制系统应具备空间监控能力，所监控的空间类型有工作空间、障碍物空间、受监控空间等。5.7.4单点控制
按GB11291.1—2011中5.3.5的要求.应确保本机示教器盒或其他示教盒装置控制下的机器人不能被任何别的控制源启动其运动或改变本机控制方式。5.7.5保护性停止
机器人控制系统应具备启动保护性停止电路的功能，能够在检测到危险状况（逼近安全距离或超出降速速度门限等）、通信链路故障等情况下停止机器人本体的运动。6测试评价方法
6.1概述
工业机器人控制系统功能性特性的测试方法有如下几种a）A：视觉检查；
b）B:实际试验；
rrKaerKAca-
GB/T39360—2020
c）C:测量：
d）D：分析相关设计图纸[结构化分析或大致浏览电路图设计（包括电气、气动、水动等）和相关说明；
E：仿真测试：
f）F：硬件在环仿真。
在进行硬件在环仿真测试前，应搭建硬件在环仿真测试平台，平台硬件主要包括实时硬件系统、外围硬件（含伺服、电机以及可变惯量负载盘）、综合信号管理系统等，平台软件搭载嵌人式实时操作系统，运行机器人动力学模型等仿真模型；同时，应确保硬件在环仿真测试平台满足工业机器人多轴同步控制周期、关节伺服解算周期、总线通信速率等参数满足控制系统设计需求，6.2易用性测试评价
易用性测试评价方法参见ISO/IEC25023：2016中8.5。工业机器人控制系统易用性测试评价应考虑机器人使用中实用性功能，如离线编程功能、应用程序导入导出功能、坐标系转换及选择等。6.3维护性测试评价
维护性测试评价方法参见ISO/IEC25023：2016中8.8。工业机器人控制系统维护性测评应考虑连杆参数（DH)修正、关节轴校准、减速比修正等6.4功能性测试评价
功能完备性
工业机器人控制系统功能完备性测试评价方法如表1所示。表1工业机器人控制系统功能完备性测试评价表序号
功能类型
多机器人类型
运动模式
运动规划
坐标系计算
路径混合
多个扩展轴支持
功能描述
支持多种机器人类型，并具备模型扩展性关节空间点位，笛卡尔空间点位，笛卡尔空间直线，圆弧及其他自定义模式
使运动具有位置与时间的相关函数连续多阶可导的特性
支持机座坐标系、绝对坐标系，工具坐标系，机械接口坐标系
实现机器人在多样条曲线之间的不停顿圆滑过渡
机器人控制系统应具有规划多个外部扩展轴的功能
机器人控制系统支持直线插补、圆弧插补、样条曲线插补
”支持多种机器人类型包括一套控制系统可支持不同规格的机器人本体。6参见6.1。
rKaeerKAca-
测试方法“
B、C、D
A、B、D
测试结果
是口否口
6.4.2准确性
评估与测试方法可以采用如下方法：GB/T39360—2020
仿真测试（E）。按GB/T12642一2013确定的测试轨迹的规划数据取出，位姿准确度、轨迹准a
确度、速度准确度的计算方式见GB/T126422013中7.2.1、8.2、8.6.2。b）硬件在环仿真（F)。通过将被测件接人半实物仿真平台的方式，其余条件同a)仿真测试。6.4.3补偿精度
评估与测试方法可以采用如下方法：a）仿真测试（E)：
1）轨迹准确度、轨迹重复性：按GB/T12642一2013中8.2、8.3分别对样机进行测试2）TCP绕点精度：设置机器人工作坐标系为工具坐标系，控制机器人绕工、V、轴旋转，应尽可能使机器人沿各轴旋转到达正负极限，在进行旋转轴切换时，机器人应返回到初始位姿，每轴旋转过程中通过符合GB/T12642一2013中测量设备均勾采样30个点。计算方法按GB/T12642一2013中7.2.1中位置准确度的计算公式。试验条件汇总见表2。表2TCP绕点精度试验条件
100%额定负载
10%额定负载（选用）
100%额定速度
50%额定速度
10%额定速度
100%额定速度
50%额定速度
10%额定速度
按GB/T12642-2013中图6。
循环次数
结果记录：应记录样机及负载的相关配置，应按GB/T126422013中附录C进行结果3）
记录。
b）硬件在环仿真（F）。通过将被测件接人半实物仿真平台的方式，其余条件同a）。6.4.4节拍
评估与测试方法可以采用如下方法：a下载标准就来标准下载网
仿真测试（E）。在仿真模式下通过对典型运动轨迹见表3进行规划运动，在确保运动有效的前提下，尽量提高运动节拍，计算所有循环次数的平均时间为节拍。硬件在环仿真（F)。通过将被测件接入半实物仿真平台的方式，其余条件同a）。b)
KaeerKAca-
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中华人民共和国国家标准
GB/T39360—2020
工业机器人控制系统性能评估与测试Evaluation and testing of performance of industrial robot control system2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-06-01实施
GB/T39360—2020
规范性引用文件
术语和定义
工业机器人控制系统性能模型
工业机器人控制系统性能模型
5特性说明
易用性
维护性
功能性
实时性
扩展性及开放性
可靠性
安全性
测试评价方法
易用性测试评价
维护性测试评价
功能性测试评价
实时性测试评价
扩展性与开放性测试评价
可靠性测试评价
安全性测试评价
测试文档集要求
符合性评价细则·
附录A（资料性附录）
参考文献
机器人操作系统
rKaeerKAca-
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。GB/T39360—2020
本标准起草单位：上海电器科学研究院、固高科技（深圳）有限公司、安徽配天机器人技术有限公司、哈工大机器人（合肥）国际创新研究院、广州智能装备研究院有限公司、上海电器科学研究所（集团）有限公司、山东鲁能智能技术有限公司、青岛钢铁侠科技有限公司、湖南省产商品质量监督检验研究院、上海添唯认证技术有限公司、上海新时达机器人有限公司、北京航空航天大学、成都卡诺普自动化控制技术有限公司、中国电子科技集团公司第三十二研究所、上海电器设备检测所有限公司、上海机器人产业技术研究院。
本标准主要起草人：王爱国、刘越、王泽涵、于振中、曾钰、刘健、李建祥、张锐、钟声、郑海峰、李大新、刘斌、李良军、吴振宇、朱晓鹏、沈文婷、郑军奇、刘继志、郑凯宇、陈灏。1
-iKacerKAca
1范围
工业机器人控制系统性能评估与测试GB/T39360—2020
本标准规定了工业机器人控制系统性能模型、性能指标、测试评价方法、测试文档集要求和符合性评价细则。
本标准适用于工业机器人控制系统，可供工业机器人控制系统设计开发人员、测试人员以及评价人员等使用。
注：本标准不指定达到评定等级或依从性等级的测度值域，因为每个性能指标的值取决于使用环境和用户需要一些属性可能有理想值范围，这些值取决于如人类认知因素的一般因素，而不是特定用户需要规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB/T7826—2012系统可靠性分析技术失效模式和影响分析（FMEA)程序GB/T7829—1987故障树分析程序GB11291.1一2011工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人
GB/T12642—2013工业机器人性能规范及其试验方法IEC61025:2006故障树分析（FTA)[Faulttreeanalysis（FTA)]术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
工业机器人industrialrobot
自动控制的、可重复编程多用途的操作机，可对三个或三个以上轴进行编程，它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。
注1：工业机器人包括：
操作机，含制动器；
控制器，含示教器和某些通信接口。注2：包括某些集成的附加轴。
[GB/T12643—2013.定义2.9]
插补interpolation
对特定曲线进行数据密化的过程。3.3
communication
机器控制柜内部、机器人控制柜与本体以及机器人与外部设备之间的信息数据交互。注：机器人的通信协议包括Profibus、Ethernet等1
rKaeerKAca-
GB/T39360—2020
quality
实体特性的总和，表示实体满足明确或隐含要求的能力。3.5
质量模型
quality model
定义的特征集以及它们之间的关系集，为规约质量需求以及评价质量提供了一个框架。［GB/T25000.10—2016，定义3.18］3.6
evaluation
决定某产品、项目、活动或服务是否符合它的规定的准则的过程3.7
attribute
实体的固有性质或特性，可由人工或自动化手段进行定量或定性地辨别。[GB/T25000.10—2016，定义3.2]3.8
entity
具有属性特征的对象。
示例一个对象可能是过程、产品、项目或资源等。3.9
measurement
使用一种度量，把标准值（可以是数或类别）赋予实体的某个属性［GB/T11457—2006.定义2.924]3.10
indicator
衡量目标的单位或方法。
目标goal
想要达到的目的或想获得的结果。3.12
在多道程序或多进程环境中，由计算机完成的基本工作元，是由控制系统处理的一个或多个指令序列；或由操作员完成的一种基本工作单位3.13
计算机程序中的不正确的步骤、过程或数据定义。GB/T25000.51—2016.定义4.1.83.14
failure
系统或部件不能按规定的性能要求执行所要求的功能GB/T11457-2006.定义2.601
exception
引起正常程序执行挂起的事件。KaeerkAca-
注：类型包括：寻址异常、数据异常、操作异常、溢出异常、保护异常和下溢异常。［GB/T11457—2006，定义2.575]3.16
危险hazard
对设备、操作人员或环境具有产生伤害的潜能。3.17
硬件在环仿真hardwareintheloopsimulation半实物仿真hardwareintheloopsimulationGB/T39360—2020
以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过1/O接口与被测对象相连接3.18
Jworkspace
工作空间
允许机器人工具或法兰工作的空间，机器人一且移出会出现报警停止。3.19
obstaclespace
障碍物空间
不允许机器人工具或法兰进入的空间，机器人一旦进人就会报警停止。3.20
monitoredspace
受监控空间
处于监控状态下的机器人工具或法兰所达空间，机器人进人该空间会输出信号。3.21
user documentation
用户文档
提供用户安装和设置控制系统的软件的指导手册。3.22
testdocumentation
测试文档
用于验证软件或用户文档的完整性、正确性、一致性、易理解性和易览性的文档。4工业机器人控制系统性能模型
4.1概述
根据工业机器人控制系统的特点，在软件质量模型的基础上建立控制系统性能模型，工业机器人控制系统性能模型是进行性能评估与测试的依据。工业机器人控制系统性能模型由一些特性构成，每个特性可进一步被分解为子特性。在实际评测中，应根据具体检测对象选择相应的特性以及每个特性对应的属性组合。要对某个特性/子特性进行测评，除非可直接测评，否则应标识那些覆盖该特性/子特性的一组属性，获得每个属性的测评结果，并通过计算把它们组合起来，以形成对该特性/子特性的总体评价结果。
4.2工业机器人控制系统性能模型控制系统性能模型由7个特性组成：易用性、维护性、功能性、实时性、扩展及开放性、可靠性、安全性。每个特性可进一步分解为多个子特性，如易用性包含可辨识性、易学性、易操作性、用户差错防御性、用户界面舒适性、易访问性、易用性的依从性7个子特性。如图1所示。本标准第5章对性能模型中的每个特性给出了说明。
rrKaerkAca-
GB/T39360—2020
易川性
可辨识性
品学性
易操作性
川户差错陵
川户界面舒
易访问性
品用性的依
5特性说明
5.1易用性
维扩性
模快化
易分析
易修改
易测试
依战性
功能性
功能究
非确性
精度补
路轻源
工业机器人控制系统性能模型
实附性
用期响应
非周期响应
广展及元减性
二次川发
图1工业机器人控制系统性能模型易用性的说明参见GB/T25000.102016中4.3.2.4。5.2
维护性
维护性的说明参见GB/T25000.102016中4.3.2.7。5.3功能性
5.3.1概述
容钳性
可恢复
功能性为指定条件下使用时，控制系统提供满足明确和隐含要求功能的程度。5.3.2功能完备性
功能完备性为指定的任务和用户目标的覆盖程度5.3.3准确性
工业机器人控制系统的准确性指标包括轨迹准确度、位姿准确度、速度准确度。4
KaeerKAca-
安伞性
放障来
限检保
格间蓝
单点控
保护性
5.3.4精度补偿
GB/T39360—2020
补偿精度为工业机器人控制系统对机器人本体模型、减速比、工具设定值、初始零位等误差的补偿能力，通常以位姿准确度、轨迹准确度、TCP绕点精度来衡量补偿精度。其中TCP绕点精度表示机器人分别绕TCP坐标系t、y、轴旋转时，TCP原始位置与实到位置集群重心之差。5.3.5节拍
节拍为机器人完成指定轨迹运动的最短时间，表示机器人控制系统在确保上述准确性的情况下，具有可以发挥电机及机械最大效率，使机器人保持高速运动节拍的功能。5.3.6平顺性
平顺性表示机器人控制系统所具有规划机器人在连续多段轨迹运动的过程中，降低速度波动、轨迹抖动的能力。
平顺性要求机器人的规划轨迹函数应连续且平滑，需考虑运动学约束及动力学约束。运动学约束包括位置、速度、加速度的约束，动力学约束包括关节力矩、惯性等动力学因素，因此机器人的动作平顺性包括轨迹、速度、加速度的平顺性，平顺性通过轨迹准确度和轨迹重复性指标来表示。5.3.7路径混合
机器人按程序设定的恒定轨迹速度无延时的从一条轨迹转到另一条轨迹的行为。路径混合特性采用拐角偏差来表示。
5.4实时性
5.4.1总则
机器人控制系统的实时性表示当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的能力。机器人系统任务分实时性任务和非实时性任务，实时性任务又分实时周期性任务如系统运行监控任务、伺服接口任务、1/O接口任务等，实时非周期性任务包括机器人插补运算器任务等，非实时性任务如设备接口管理任务等。实时性的评价指标包括但不限于图2所示性能指标捕补周期
用期响应
响应时间
非州期响成
图2实时性指标
注：工业机器人运行的嵌人式实时操作系统参见附录A。nKaeerKAca-
通用期
数期传检州间
系统处理时间
GB/T39360—2020
5.4.2周期性响应
周期性响应通过测量信号抖动反映软件性能，包括插补周期、通讯周期。注：抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述信号周期距离其理想值的偏差，时间抖动被定义为高速信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差。5.4.3非周期性响应
5.4.3.1概述
非周期性实时性的测试从整体出发，其响应时间包含系统处理时间、数据传输时间和呈现时间。非周期性响应事件包括控制稳定性、制动控制装置意外操作防护响应时间、急停响应时间、保护性停止响应时间、开机自检时间、故障检测时间5.4.3.2控制稳定性
被控制对象从某一速度加速或减速到另一速度所用时间的不一致程度。5.4.3.3制动控制装置意外操作防护响应时间按GB11291.1一2011中5.3.2的要求，从防止意外操作的致动控制装置触发到系统控制逻辑完成控制指令响应的时间。
5.4.3.4急停响应时间
从急停功能被触发到系统控制逻辑切断机器人驱动器的驱动源、中止所有的危险的操作的时间。5.4.3.5保护性停止响应时间
从保护性停止条件满足到系统控制逻辑成保护停止操作的时间。5.4.3.6开机自检时间
按GB11291.1一2011中5.3.3的要求，正常或异常上电后，软件应能在规定的时间内完成开机初始化和上电自检或复位自检，可适用于控制器（含伺服系统）、示教器、致动控制装置中单个或多个对象，即为开机自检时间。
5.4.3.7故障检测时间
按GB11291.1一2011中5.3.3的要求，特别关注的故障出现后，故障检测时间为故障引起危害前，软件能检测出故障并执行相应的故障处理逻辑的最短的时间。产生故障的对象包括控制器（含伺服系统）、示教器、致动控制装置中单个或多个对象。5.5扩展性及开放性
5.5.1扩展性
机器人控制系统的扩展性为扩展新功能的容易程度，系统具有功能扩展能力5.5.2开放性
机器人控制系统的开放性为具有二次开发接口，在接口函数内完成机器人路径规划、速度规划、坐标系转换、运动学正逆解模块等。6
nKaeerKAca-
5.6可靠性
5.6.1容错性
GB/T39360—2020
机器人控制系统可以对输人信息进行检查，具有使其不超出限定范围的功能，具备对误操作或异常输入的识别、定位、记录与防范的能力，确保工业机器人系统在存在单一硬件或软件故障的情况下仍能正常或降级工作。包括对外部输入指令、输入参数进行有效性检查，对外部输人I/0信号进行滤波处理和抗干扰功能。
5.6.2可恢复性
机器人控制系统可恢复性为在发生中断或失效的情况时，能够恢复直接受影响的数据并重建期望的系统状态的功能
工业机器人控制系统软件应具有在掉电重启后恢复对机器人本体的控制能力，根据使用场景保持在掉电时刻位置并发出报警或恢复至安全工况5.7安全性
5.7.1故障采集与防护
机器人控制系统在采集到控制过程中的故障或在异常情况下，能做出故障处理响应，同时能够对故障信息进行记录和报告。
示例：机器人控制系统能检测到报告本体位姿的传感器故障，并及时停止本体运动。5.7.2限位保护
机器人控制系统应具备的限位保护能力，确保机械臂或运动部件达到异常位置或超出特定运行空间时能够及时停止或做出危险规避动作示例：软件检测到限位传感器信号有效时，机器人控制系统能够执行保护措施，避免在限位方向继续运动5.7.3空间监控
机器人控制系统应具备空间监控能力，所监控的空间类型有工作空间、障碍物空间、受监控空间等。5.7.4单点控制
按GB11291.1—2011中5.3.5的要求.应确保本机示教器盒或其他示教盒装置控制下的机器人不能被任何别的控制源启动其运动或改变本机控制方式。5.7.5保护性停止
机器人控制系统应具备启动保护性停止电路的功能，能够在检测到危险状况（逼近安全距离或超出降速速度门限等）、通信链路故障等情况下停止机器人本体的运动。6测试评价方法
6.1概述
工业机器人控制系统功能性特性的测试方法有如下几种a）A：视觉检查；
b）B:实际试验；
rrKaerKAca-
GB/T39360—2020
c）C:测量：
d）D：分析相关设计图纸[结构化分析或大致浏览电路图设计（包括电气、气动、水动等）和相关说明；
E：仿真测试：
f）F：硬件在环仿真。
在进行硬件在环仿真测试前，应搭建硬件在环仿真测试平台，平台硬件主要包括实时硬件系统、外围硬件（含伺服、电机以及可变惯量负载盘）、综合信号管理系统等，平台软件搭载嵌人式实时操作系统，运行机器人动力学模型等仿真模型；同时，应确保硬件在环仿真测试平台满足工业机器人多轴同步控制周期、关节伺服解算周期、总线通信速率等参数满足控制系统设计需求，6.2易用性测试评价
易用性测试评价方法参见ISO/IEC25023：2016中8.5。工业机器人控制系统易用性测试评价应考虑机器人使用中实用性功能，如离线编程功能、应用程序导入导出功能、坐标系转换及选择等。6.3维护性测试评价
维护性测试评价方法参见ISO/IEC25023：2016中8.8。工业机器人控制系统维护性测评应考虑连杆参数（DH)修正、关节轴校准、减速比修正等6.4功能性测试评价
功能完备性
工业机器人控制系统功能完备性测试评价方法如表1所示。表1工业机器人控制系统功能完备性测试评价表序号
功能类型
多机器人类型
运动模式
运动规划
坐标系计算
路径混合
多个扩展轴支持
功能描述
支持多种机器人类型，并具备模型扩展性关节空间点位，笛卡尔空间点位，笛卡尔空间直线，圆弧及其他自定义模式
使运动具有位置与时间的相关函数连续多阶可导的特性
支持机座坐标系、绝对坐标系，工具坐标系，机械接口坐标系
实现机器人在多样条曲线之间的不停顿圆滑过渡
机器人控制系统应具有规划多个外部扩展轴的功能
机器人控制系统支持直线插补、圆弧插补、样条曲线插补
”支持多种机器人类型包括一套控制系统可支持不同规格的机器人本体。6参见6.1。
rKaeerKAca-
测试方法“
B、C、D
A、B、D
测试结果
是口否口
6.4.2准确性
评估与测试方法可以采用如下方法：GB/T39360—2020
仿真测试（E）。按GB/T12642一2013确定的测试轨迹的规划数据取出，位姿准确度、轨迹准a
确度、速度准确度的计算方式见GB/T126422013中7.2.1、8.2、8.6.2。b）硬件在环仿真（F)。通过将被测件接人半实物仿真平台的方式，其余条件同a)仿真测试。6.4.3补偿精度
评估与测试方法可以采用如下方法：a）仿真测试（E)：
1）轨迹准确度、轨迹重复性：按GB/T12642一2013中8.2、8.3分别对样机进行测试2）TCP绕点精度：设置机器人工作坐标系为工具坐标系，控制机器人绕工、V、轴旋转，应尽可能使机器人沿各轴旋转到达正负极限，在进行旋转轴切换时，机器人应返回到初始位姿，每轴旋转过程中通过符合GB/T12642一2013中测量设备均勾采样30个点。计算方法按GB/T12642一2013中7.2.1中位置准确度的计算公式。试验条件汇总见表2。表2TCP绕点精度试验条件
100%额定负载
10%额定负载（选用）
100%额定速度
50%额定速度
10%额定速度
100%额定速度
50%额定速度
10%额定速度
按GB/T12642-2013中图6。
循环次数
结果记录：应记录样机及负载的相关配置，应按GB/T126422013中附录C进行结果3）
记录。
b）硬件在环仿真（F）。通过将被测件接人半实物仿真平台的方式，其余条件同a）。6.4.4节拍
评估与测试方法可以采用如下方法：a下载标准就来标准下载网
仿真测试（E）。在仿真模式下通过对典型运动轨迹见表3进行规划运动，在确保运动有效的前提下，尽量提高运动节拍，计算所有循环次数的平均时间为节拍。硬件在环仿真（F)。通过将被测件接入半实物仿真平台的方式，其余条件同a）。b)
KaeerKAca-
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