本文件规定了机器人一体化关节的性能并描述了试验方法。 本文件适用于协作机器人及腿足式机器人关节，其他机器人关节参照执行。

iCS25.040.30
CCSJ28
中华人民共和国国家标准
GB/T43200—2023
机器人一体化关节性能及试验方法Performance and related test methods of mechatronicjoints for robots2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-04-01实施
规范性引用文件
术语和定义
试验方法
试验环境
试验设备
试验装置
机械性能试验
电气性能试验
控制性能试验
5.7其他性能试验
附录A（资料性）
参考文献
关节组成示例
GB/T43200—2023
GB/T43200—2023
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机器人一体化关节性能及试验方法本文件规定了机器人一体化关节（以下简称关节）的性能并描述了试验方法。本文件适用于协作机器人及腿足式机器人关节，其他机器人关节参照执行。2规范性引用文件
GB/T43200—2023
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/T10069.1一2006旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法GB/T16439—2009
交流伺服系统通用技术条件
机器人用精密齿轮传动装置试验方法GB/T350892018
GB/T39266—2020
工业机器人机械环境可靠性要求和测试方法3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
一体化关节mechatronicjoint
由电机、减速器、编码器、驱动器等组成的具有独立功能的驱动模块。［来源：GB/T38560—2020，3.2，有修改】3.2
backdrivingtorque
反向启动转矩
关节处于非制动和断电条件下，缓侵扭转关节输出端室关节内电机启动瞬间所需的转矩［来源：GB/T35089—2018，3.3，有修改］3.3
许用弯矩载荷
allowablemomentload
关节正常工作时，输出端承受的径向载荷和偏心轴向载荷的转矩矢量和的最大值。[来源：GB/T37718—2019，3.14，有修改］3.4
allowabletorqueduringacceleration ordeceleration启停允许转矩
关节在正常启动或停止过程中，输出端被充许的最大负载转矩。［来源GB/T36491-2018，3.1，有修改］3.5
转动惯量jointinertia
相对于转轴旋转中心的转子惯性矩。注，包含关节内电机、减速器、编码器等的旋转部分惯性矩。1
GB/T43200—2023
［来源：GB/T39633—2020，3.12］3.6
mechanical stiffness
机械刚度
关节处于制动条件下，负载转矩和输出端切向弹性变形转角之比。［来源：GB/T30819—2014，3.6，有修改］3.7
staticservostiffness
伺服静刚度
关节处于非制动和位置伺服模式条件下，负载转矩和输出端切向弹性变形转角之比。3.8
backlash
关节处于制动条件下，输出端在士3%额定转矩作用下输出端的转角值之差。［来源：GB/T35089—2018，3.7，有修改］3.9
额定静制动转矩staticratedbrakingtorque关节处于制动条件下，输出端可以承裁的最大静态转矩。［来源：GB/T341142017，3.12，有修改3.10
额定动制动转矩dynamicratedbrakingtorque关节在额定转速下，输出端可以承载的有效制动转矩。［来源：GB/T34114—2017，3.13，有修改］3.11
安全转矩关断safetytorqueoff
关节运行时，当安全转矩关断功能使能时，关节关断主回路信号，且不再输出转矩。［来源：GB/T39633—2020，3.3，有修改］3.12
maximumpermittedspeed
允许最高转速
在保证电气绝缘介电强度和机械强度条件下，关节所允许的最高输出转速。3.13
爵时最大转矩
instantaneous maximum torque关节允许短时输出的最大转矩。3.14
torqueconstant
转矩常数
关节在额定转速和额定转矩下，其输出转矩与电机线电流之比。［来源：GB/T30549—2014，3.9，有修改】3.15
torquedensity
转矩密度
关节的额定转矩与关节质量之比。3.16
功率密度powerdensity
关节的额定功率与关节质量之比。3.17
转矩控制精度
torque control accuracy
关节转矩实际值与转矩目标值的偏差占转矩目标值的百分比。2
［来源：GB/T18488.1-—2015，3.11，有修改]3.18
range of rotation angle
旋转角度范围
关节能够运行的角度上限值与下限值。3.19
speed ripplecoefficient
转速波动系数bZxz.net
GB/T43200—2023
关节稳态运行时，关节瞬时转速最大值与最小值的差与关节瞬时转速最大值与最小值的和之比。来源：GB/T16439—2009，3.11，有修改3.20
转矩波动系数
torque ripple coefficient
关节在恒定负载下稳态运行时，关节瞬时转矩最大值与最小值的差与关节瞬时转矩最大值与最小值的和之比。
［来源：GB/T16439—2009，3.10，有修改】4
关节的性能如下，性能应符合产品标准的规定。a)
机械性能：
1）反向启动转矩；
许用弯矩载荷：
启停允许转矩；
转动惯量；
机械刚度；
背隙；
伺服静刚度；
额定静制动转矩：
额定动制动转矩；
安全转矩关断。
电气性能：
额定功率；
额定转速；
额定转矩；
效率：
允许最高转速；
瞬时最大转矩；
转矩常数；
转矩密度；
功率密度。
控制性能：
1）绝对定位精度；
重复定位精度；
转矩控制精度；
正阶跃输入位置响应时间；
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负阶跃输入位置响应时间；
正阶跃输人转速响应时间；
负阶跃输入转速响应时间；
正阶跃输入转矩响应时间；
负阶跃输入转矩响应时间；
位置频带宽度；
转速频带宽度；
转矩频带宽度；
旋转角度范围；
转速波动系数；
转矩波动系数。
其他性能：
5试验方法
振动；
冲击；
噪声。
试验环境
除有特殊规定外，所有试验均在下述条件下进行：温度：15℃~35℃
相对湿度：25%~75%；
大气压：86kPa~106kPa。
5.2试验设备
试验电源
直流试验电源的电压为关节产品标准规定的额定电压士10%范围内，纹波电压应不大于士1%：交流试验电源（220士11)V，频率（50士1）Hz5.2.2
试验仪器
试验用仪器精度要求如下：
电压表，准确度不低于0.5级；
电流表，准确度不低于0.5级；
功率分析仪，准确度不低于0.5级；角度传感器，准确度不低于士2arcsec（弧秒）；转速传感器，误差应小于转速量程的士0.1%或小于1r/min（转每分）：转矩传感器，准确度不低于0.5级；温度测量仪，准确度不低于士1℃；测力计，准确度不低于1级，
磁码，准确度不低于M3等级；
电阻测量仪，准确度不低于0.2级；声级计，准确度不低于士1dB。
5.3试验装置
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除有规定外，试验装置见图1。其中关节组成示例见附录A，性能试验前应将关节组装并接线正常。
上位机
试验平台
标引序号说明：
被测关节：
角度传感器：
转矩转速传感器：
惯量盘：
加载系统，
图1试验装置
5.4机械性能试验
5.4.1反向启动转矩
关节处于非制动及断电条件下，加载系统缓慢施加均匀增大的转矩，并实时采集输出端转矩值和关节内电机角度值，记录电机角度开始变化时对应的瞬时转矩值。在正反两个方向上间隔不同角度各进行5次试验，取10次试验中记录的最大值，即为反向启动转矩。5.4.2许用弯矩载荷
许用弯矩载荷试验装置见图2，其中负载为梁柱，末端有加载装置。加载装置运行时能够加载/卸载，载荷稳定。
关节在空载、额定转速条件下运行，逐渐增加输出端弯矩至规定的许用弯矩载荷值，运行规定的时间后，检查关节是否运行正常。5
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标引说明：
关节，
横梁；
轴承：
加载器：
径向负载力臂；
加载器提供的径向负载，
5.4.3启停允许转矩
777777
图2许用弯矩载荷试验装置
关节在空载条件下运行至额定转速，逐渐施加输出端负载至规定的启停允许转矩值，持续运行10min，检查关节是否运行正常。5.4.4转动惯量
首先在空载条件下，控制关节运行至额定转速nN，稳定后读取输出转矩值Tol。然后控制关节停止，待关节静止后，对其按加速度α（为提高精度，取最大值）进行恒定加速控制，至关节输出转速达到允许最高转速读取加速过程中关节在转速nN处对应的输出转矩Toa，按公式（1）计算关节转子转动惯量：
J=(To-To)/a
式中：
一关节转子转动惯量，单位为千克二次方米(kg·m*)：Tor
额定转速下稳态转矩值，单位为牛米（N·m）；额定转速下加速转矩值，单位为牛米（N·m）)；加速度，单位为弧度每二次方秒(rad/s)。如需提高试验精度，应进行多次试验，并计算平均值。5.4.5机械刚度
按照GB/T35089-2018中8.1的试验方法，关节处于制动条件下，输出端进行加载，首先负载从0开始沿一个方向缓慢加载到T，再反方向缓慢加载到一TN，再正方向缓慢加载到T，最后缓慢卸载，记录该过程中不同负载转矩对应的输出端转角变化值，绘制滞回曲线，见图3。6
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滞回曲线中，负载转矩与相应弹性变形转角的比值，即图3中b/a为机械刚度，其中6为额定转矩的一半，为中值线上额定转矩对应的转角与50%额定转矩对应的转角之差。转角
3%额定转矩
-100%额定转矩
5.4.6背隙
+3%额定转矩
100%额定转柜
图3滞回曲线
关节背隙的试验方法与5.4.5的操作步骤相同，在图3中分别得出十3%额定转矩和一3%额定转矩下的转角中值9，和02.和的差值即为关节背隙。5.4.7伺服静刚度
关节工作在位置控制模式下，如有制动器应将制动器处于非制动条件，输出端进行加载，首先从0开始沿一个方向缓慢加载到T，再反方向缓慢加载到一T，再正方向缓慢加载到TN，最后缓慢卸载，记录该过程中不同负载转矩对应的输出端转角变化值，绘制滞回曲线，见图3。滞回曲线中，负载转矩与相应弹性变形转角的比值，即图3中b/a为伺服静刚度，其中6为额定转矩的一半，a为中值线上额定转矩对应的转角与50%额定转矩对应的转角之差。5.4.8额定静制动转矩
关节处于制动条件下，缓慢均匀增大施加于关节输出端的转矩至规定的额定静制动转矩值，检测关节输出端角位移是否超过士1”
5.4.9定动制动转矩
关节在空载、额定转速下运行，逐步增加关节输出端的转矩至规定的额定动制动转矩值。待关节转速稳定后，内部制动器使能开启，观察关节是否能正常制动并停止转动。5.4.10安全转矩关断
关节正常运行时，使能安全转矩关断信号，判断关节是否停止，且输出轴进人自由状态。5.5电气性能试验
5.5.1额定功率
在额定电压、空载条件下，关节运行至额定转速，在关节输出端逐渐增加负载至额定转矩，待关节运7
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