国家标准 GB/T39633一2020 协作机器人用一体式伺服电动机系统通用规范 Generalspeeifieationforintegratediseromotorssystemforcooperativerobot 2020-12-14发布 2021-07-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T39633一2020 次目前言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义运行条件功能和接口技术要求和试验方法检验规则交付准备 8 20 附录A(资料性附录) 系统的结构和组件 21
GB/39633一2020 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由电器工业协会提出本标准由全国微电机标准化技术委员会(S.AC/TC2)归口本标准起草单位:西安微电机研究所,珞石(北京)科技有限公司、宁波中大力德智能传动股份有限公司清能德创电气技术(北京)有限公司、杭州三相科技有限公司、西安西微智能科技有限公司,浙江大学、广东盈动高科自动化有限公司、南通振康焊接机电有限公司、南通大学、江苏宝控精密传动科技有限公司、江苏华源防爆电机有限公司、沈阳工业大学、厦门日拓电器科技有限公司、青岛创科源智能装备有限公司,浙江巨龙自动化设备有限公司、广东泰格威机器人科技有限公司、深圳市正德智控股份有限公司、浙江如晶科技有限公司、佛山市南海异和电器有限公司、佛山市高明高盛铝业有限公司本标准主要起草人;任虹霞、王健、韩峰涛、黄炳刘波、郝鹤、段志军、沈建新、杜昭辉、汤子康、顾菊平、吴志明、秦文银、安忠良、倪僚勇、张树房陈昭明、卢新建、李浩、王光建、郑康、王家华
GB/39633一2020 协作机器人用一体式伺服电动机系统通用规范范围本标准规定了协作机器人用一体式伺服电动机系统的术语和定义、运行条件,功能和接口、技术要求和试验方法、检验规则和交付准备本标准适用于协作机器人用直流供电一体式伺服电动机系统(以下简称“系统”)的设计,制造、检验和验收构成系统的伺服电动机(以下简称“电动机”)、伺服驱动器(以下简称“驱动器”)减速器、制动器、传感器等可参照执行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/T191包装储运图示标志电工电子产品环境试验第2部分;试验方法试脸A,低汕 GB/T2423.1一2008 电工电子产品环境试验第2部分;试验方法试验B,高加 GB/T2423.22008 GB/T2423.3环境试验第2部分;试验方法试验Cab恒定湿热试验 GB/T2423.5环境试验第2部分;试验方法试验Ea和导则:冲击 GB/T2423.10-2019环境试验第2部分;试验方法试验Fe;振动(正弦) GB/T2828.1-2012计数抽样检验程序第1部分;按接收质量限(AQL.)检索的逐批检验抽样计划 GB/T2900.26-2008电工术语控制电机 GB482！一2019工业、科学和医疗设备射频骚扰特性限值和测量方法 GB/T5226.1-2019机械电气安全机械电气设备第1部分;通用技术条件 GB/T6113.101一2016无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-1部分;无线电骚扰和抗扰度测量设备测量设备 GB/T6113.102-2018无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-2部分;无线电骚扰和抗扰度测量设备传导骚扰测量的耦合装置 GB/T6113.104一2016无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-4部分;无线电骚扰和抗扰度测量设备辐射骚扰用测量天线和试验场地 GB/T6113.201一2018无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第2-1部分;无线电骚扰和抗扰度测量方法传导骚扰测量 GB/T6113.203一2016无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第2-3部分;无线电骚扰和抗扰度测量方法辐射骚扰测量 GB/T7345一2008控制电机基本技术要求 GB/T73462015控制电机基本外形结构型式 GB/T10069.1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/T12643一2013机器人与机器人装备词汇
GB/T39633一2020 GB/T17626.2一2018电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T17626.32016 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T17626.4一2018电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T17626.52019 电磁兼容试验和测量技术浪涌冲击)抗扰度试验 GB/T18211 微电机安全通用要求 GB/T36008机器人与机器人装备协作机器人 3 术语和定义 GB/T2900.26一2008,GB/T126432013界定的以及下列术语和定义适用于本文件为便于使用,以下重复列出了GB/T12643一2013中的某些术语和定义 3.1 协作机器人coperativerobot 定义l:可与人在同一工作空间内进行安全的交互,合作完成工作任务的机器人定义2为与人直接交互而设计的机器人 3.2 -体式伺服电动机系统integratedservomotorssystem 将电动机、驱动、传感和传动部件等集成优化的机电一体化系统,以实现协作机器人集成、安全,紧凑的关节应用要求注;系统组件包括电动机.驱动器,制动器,角度位置传感器等(A类,或称为一体化同服电动机装置),也可进一步包括减速器、力传感器等(B类,或称为一体化关节模组,其结构图参见附录A) 3.3 安全转矩关断saftytorqueofr 在任何控制方式下,系统处于空载带载运行状态,当安全转矩关断功能开关闭合时,系统关断主回路信号,且不再输出转矩 3.4 转矩限制safelimitedtorque 在任何控制方式下,系统处于带载运行状态,当负载转矩达到转矩设定的限制值时,电动机输出转矩最大值为限制设定值,并且输出一个转矩限制信号 3.5 转速限制safelimitedspeed 在任何控制方式下,系统处于空载,带载运行状态,当系统转速达到或超过设定的限制值时,电动机以设定的限制值输出转速 3.6 安全制动safebrake 在任何控制方式下,系统处于任何工作状态,当安全转矩关断功能被激活且检测到安全故障时,系统提供一路输出信号,驱动制动器制动 3.7 频带宽度bandwidth 系统输人正弦波指令,随着指令信号频率的提高,系统输出的波形曲线对指令正弦波曲线的相位滞后逐渐增大,而幅值逐渐减小相位滞后增大至90"'时或幅值减小至1/厄时的输人指令频率
GB/39633一2020 3.8 电磁骚扰eleetromagnetiedisturbanee 任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对生物或非生物产生不良影响的电磁现象 3.9 electrommagneticinterference;EMII 电磁干扰电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能下降注1:术语“电磁骚扰”和“电磁干扰”分别表示“起因”和“后果” 注2过去“电磁骚扰 ”科 “电磁干扰”常混用 3.10 系统效率systemeflieieney 系统至稳定工作温度,测量系统在额定状态下的输人功率与输出功率,输出功率对输人功率之比值 3.11 瞬时最大转矩instantaneousmaximumtorque 在规定的条件下,以短时工作而不会引起系统损坏或性能不可恢复为条件,系统所能输出的转矩最大值 3.12 系统转动惯量systeminertia 相对于转轴旋转中心的转子惯性矩注包含电动机,减速机,制动器、,编码器的旋转部分惯性矩运行条件 4.1使用环境条件除另有规定外,系统的使用环境条件应符合下列规定环境温度:0C一55; a 相对湿度:5%一95%,无凝露 b) 4.2试验环境条件 4.2.1正常的试验大气条件所有试验若无其他规定,均应在下列气候条件下进行环境温度;1535C a b 相对湿度;45%75%; 气压:86kPa106kPa 4.2.2仲裁试验的标准大气条件当因气候条件对试验结果有争议时,则以下述条件的试验结果为裁定产品的依据环境温度;25C士1C; aa b)相对湿度;48%一52% 气压:86kPa106kPa 4.2.3基准的标准大气条件作为计算依据的基准条件如下:
GB/T39633一2020 环境温度:20C; a b 相对湿度:65% 气压:101.3kPa c 4.2.4测试仪表检验测试仪表精度不低于1级 5 功能和接口 5.1功能控制功能:主要包括位置控制、转速控制、力矩控制三种控制指令监视功能与反馈功能:反馈的参数包括位置、转速、力和力矩、电源电压、温度故障代码、预警信息，必要时可增加噪声或振动的监视与反馈功能等安全功能与保护功能:功率模块短路、电动机失速、电动机超速、系统过载、功率模块过热、电源过欠压、给定与反锁位置偏差过大、安全转矩关断、转矩限制、转速限制,安全制动等智能功能系统的预防性维护,系统控制参数自动调谐、振动抑制、摩擦力补偿等 5.2接口 5.2.1电气接口系统的电气接口包括通信接口电源接口(电源电压一般不大于直流48V),必要时可包括安全接口通信可采用现场总线(如CAN总线)或工业以太网(如EtherCAT)等数字通信接口电气连接可采用电缆和连接器等方式 5.2.2机械接口机械连接方式为轴输出,其接口形式与安装尺寸由产品专用技术条件规定技术要求和试验方法 6 6.1总则系统试验对象包括A、B两类系统,系统包含组件参见附录A 6.2外观及安装尺寸 6.2.1外观 6.2.1.1技术要求系统表面不应有锈蚀、碰伤、划痕,涂覆层不应剥落,紧固件连接应牢固,引出线或接线端应完整无损,颜色和标志应正确、牢固,铭牌清晰易辨、不易除去 6.2.1.2试验方法目检系统外观
GB/39633一2020 6.2.2外形安装尺寸 6.2.2.1技术要求系统外形及安装尺寸应符合产品专用技术条件的规定如无其他说明,外形及安装尺寸包括尺寸公差 6.2.2.2试验方法试验时,按系统的外形及安装尺寸要求选用量具种类及精度等级,将系统放置在常温条件下,达到稳定非工作温度后,逐项进行测量 6.2.3引出线或接线端 6.2.3.1 技术要求 6.2.3.1.1总则系统出线方式可采用引出线或接线端方式,引出线标记应符合GB/T7346一2015中与引出线方式和标记相关的规定引出线或接线端应有足够的强度和抗弯曲次数 6.2.3.1.2引出线标记及强度系统引出线应有明显标识,或由产品专用技术条件规定除另有规定外,100w及以下功率的系统引出线,每根引出线应能承受4.5N的拉力,100w以上功率的系统引出线,每根引出线应能承受9.0N的拉力试验后,引出线不应断开,绝缘层和线芯不应损坏,引出线被夹持部位与卡紧装置不应有相对位移的现象抗弯曲试验后,引出线不应发生断裂或知路,绝缘表层不应出现龟裂、破损及其他异常现象,或由产品专用技术条件规定 6.2.3.1.3接线端标记及强度系统采用引出线端子接线时,引出线端子接线板的接线位置上均应有相应的标志接线端的结构尺寸、牢固程度应符合GB/T18211的规定 6.2.3.2试验方法 6.2.3.2.1引出线标记及强度当采用引出线时,系统每根引出线应能承受规定拉力历时1min 试验时,系统放置在结构上允许的任意位置,以使夹紧装置能受到拉力的作用 6.2.3.2.2接线端标记及强度检查接线端的结构和标记,按GB/T18211的规定进行试验 6.2.3.2.3引出线抗弯曲次数引出线样品线长1.1m,将导线固定在U型反复弯折试验机内,调整弯曲半径,行程设置范围为 1900mm,试验装置按表1规定的试验条件进行往复运动 0mm
GB/T39633一2020 表1引出线抗弯曲试验条件弯曲半径R 速率次数电缆特性 mm 次/min 万次电缆护套硬材质(如ETFE) 33 88 el000 88 >1000 电缆护套软材质(如高柔vc,TPU) 6.3安全 6.3.1电气安全 6.3.1.1 绝缘介电强度 6.3.1.1.1技术要求电气接口与系统壳体之间应能承受表2规定的试验电压,应无击穿、飞弧、闪络现象漏电流应不大于表2规定值,或由产品专用技术条件规定当进行批量生产常规试验时,1nmin试验可用约5s的试验代替,试验电压不变;也可用1s试验来代替,但试验电压值为规定值的120% 表2绝缘介电试验条件电源功率电源试验电压电压持续输人额定电压漏电流最小值) 频率有效值) 时间 m kVA Hz 24 300 60 50 0.5 -24一48 500 6.3.1.1.2试验方法系统试验时,应断开电源后进行对于不能承受试验电压的元件(如浪涌抑制器、半导体元件、电容器等)应将其断开或旁路安装在电路和棵露部件之间的抗扰性电容器不应断开然试验电压的有效值不应超过规定值的土5% 开始能加时的试验电压不应超过规定值的50% 后在儿秒钟内将试验电压平稳增加到规定的最大值并保持1min. 不应重复进行本项试验除另有规定外.允许在安装后开始运行前再进行一一次额外试验,其试验电压值应不超过上述规定值的80% 6.3.1.2绝缘电阻 6.3.1.2.1技术要求在正常试验条件及产品专用技术条件规定的极限低温条件下,电气接口与系统机壳之间的绝缘电阻应不小于50Mn.在极限高温条件下绝缘电阻应不小于10Mn,经受恒定湿热试验后绝缘电阻应不小于1MQ 绝缘电阻检查选用绝缘电阻表的电压值为250V
GB/39633一2020 6.3.1.2.2试验方法按GB/T7345一2008中5.18.2的方法进行试验 6.3.1.3系统接地 6.3.1.3.1技术要求系统可设置保护接地端子,并有E标志电源的地线与PE在系统内部连接,应符合GB/T5226.1 2019中第8章的规定接地电路的连续性要求应符合GB/T5226.1一2019中5.2和8.2.3的规定 6.3.13.2试验方法试验设备及基本参数应符合下列规定保护接地电路连续测试仪; b)测试误差;<0.05V 利用测试仪电源(频率50Hz低压,电流>l0A,时间>10s)在受试品的PE端和电路部件各不同点进行,保证实测电阻应不小于0.1Q 6.3.2功能安全 6.3.2.1 总则在对本系统进行功能安全规定时,应先根据整机的安全功能要求和功能安全等级进行分解,以确定系统具备的安全功能及等级当系统及组件发生重大设计变更时或使用环境条件变更时,应重新根据整机要求进行分解常用的安全功能为;安全转矩关断、转矩限制、转速限制、安全制动等 6.3.2.2安全转矩关断 6.3.2.2.1技术要求系统应具有安全转矩关断功能 6.3.2.2.2试验方法试验时系统在额定电源电压下运行,当安全转矩关断信号有效时,处理时序满足安全控制要求,驱动器停止功率输出,电动机轴进人自由状态 6.3.2.3转矩限制 6.3.2.3.1技术要求系统应具有转矩限制功能力矩限制值应按照GB/T36008的规定进行转矩限制的计算 6.3.2.3.2试验方法试验时系统在额定电源电压下运行,当系统的负载转矩达到转矩限制设定值时,系统的转矩输出维持在限制转矩值持续运行
GB/T39633一2020 6.3.2.4转速限制 6.3.2.4.1 技术要求系统应具有转速限制功能 6.3.2.4.2试验方法试验时系统在额定电源电压下运行,外部输人的转速指令值大于设定的转速限制值时,系统转速维持在转速限制值持续运行 6.3.2.5安全制动 6.3.2.5.1技术要求系统应具有安全制动控制功能 6.3.2.5.2试验方法试验时系统在额定电源电压下运行,触发安全转矩关断功能、转矩限制功能、转速限制功能 6.4功能与性能 6.4.1功能过压保护 6.4.1.1 6.4.1.1.1技术要求系统应具有电源电压过压保护功能,系统电源电压超过设定过压保护值,系统应停止工作,输出保护信号 6.4.1.1.2试验方法试验时系统在电源电压达到设定过压值运行时,保护功能动作 6.4.1.2欠压保护 6.4.1.2.1技术要求系统应具有电源电压欠压保护功能,系统电源电压超过设定欠压保护值,系统应停止工作,输出保护信号当电压恢复正常,系统应能正常运行 6.4.1.2.2试验方法试验时系统在电源电压达到设定欠压值运行时,保护功能动作 6.4.1.3过载保护 6.4.1.3.1技术要求系统应具有过载保护功能,当系统负载持续超过过载倍数达到规定时间时,系统应停止工作,输出保护信号
GB/39633一2020 6.4.1.3.2试验方法试验时系统在额定电压下运行,电动机运行在10%的额定转速下,将负载增加到规定的过载倍数，同时记录进人过载保护时间,应符合产品专用技术条件规定 6.4.1.4过热保护 6.4.1.4.1技术要求系统应具有过热保护功能,过热保护包括电动机绕组热保护和驱动功率器件热保护 6.4.1.4.2试验方法过热保护功能应由产品专用技术条件规定进行试验,试验时系统在额定电压下,通过外部加热环境,系统加载监测温度,观察是否在超过过热保护值之后,保护功能动作,上报过热保护故障当去除故障信号,系统重新通电应能正常运行,或符合产品专用技术条件规定 6.4.2性能 6.4.2.1 额定数据 6.4.2.1.1技术要求系统的额定输人电压、额定输人电流、额定输人功率、额定输出转速、额定输出转矩、额定输出功率等应符合产品专用技术条件的规定额定输人功率按式(I)计算,额定输出功率按式(2)计算 ( P=Ue×I 式中 P 额定输人功率,单位为瓦(w); U -额定输人电压,单位为伏特(V); IN 额定输人电流,单位为安培(A) ×2x TN×n、 P= 60 式中: P -额定输出功率,单位为瓦(w); T、 -额定输出转矩,单位为牛米(N m; 额定输出转速,单位为转每分(r/min). nN 6.4.2.1.2试验方法系统通过专用测试工装与规定负载连接,向驱动器施加额定电压,调节系统转速为额定转速,调节负载至额定转矩,运行至产品专用技术条件规定的系统稳定工作温度,测量额定电流,计算额定功率 6.4.2.2调速范围 6.4.2.2.1技术要求系统在额定电压下工作时,调节驱动器的转速指令,系统应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.2.2试验方法按照产品专用技术条件规定的转速波动率条件,测量系统的最低转速和额定转速分别记录两种
GB/T39633一2020 状态下的最低转速n和额定转速n 6.4.2.3过载 6.4.2.3.1技术要求系统的过载特性包括过载倍数及过载持续时间,应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.3.2试验方法按产品专用技术条件规定的过载条件运行,系统连续工作过程中不应发生转速突变、停转或有害变形等异常情况 6.4.2.4制动转矩 6.4.2.4.1 技术要求驱动器断电后,系统应具有制动功能,制动转矩应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.4.2试验方法系统断电,制动器动作,用标准砝码和测试盘将施加反向转矩至系统输出轴,增加转矩直至输出轴开始连续旋转前的最大转矩并记录这个值 6.4.2.5定位精度 6.4.2.5.1技术要求系统的定位精度应小于士0.05"或符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.5.2试验方法系统外接高精度角度位置传感器,通过驱动器给出三处不同的位置指令,系统到达指定位置后通过外接高精度角度传感器检测出实际位置角度,与理论位置角度之差取平均值即为定位精度 6.4.2.6重复定位精度 6.4.2.6.1技术要求使系统额定运行至稳定工作温度,测量系统重复几个点的定位精度,重复定位精度应小于士0.025",或符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.6.2试验方法系统安装在测试工装外接高精度角度位置传感器,系统施加额定电压,根据三处给定位置进行5次定位,测量每次定位精度,对相同定位点的位置进行比较,得到重复定位精度 6.4.2.7系统效率 6.4.2.7.1技术要求系统效率根据采用减速器的等级应符合表3规定,或由产品专用技术条件规定 10
GB/39633一2020 表3系统效率效率系统等级 1级 >80%95% 2级 >65%一80% 3级 >50%一65% 4级 <50% 6.4.2.7.2试验方法系统与规定负载连接,向驱动器施加额定电压,调节系统转速为额定转速,调节负载至额定转矩,运行至稳定工作温度,测量输人电流,计算额定系统效率 6.4.2.8最高转速 6.4.2.8.1技术要求空载条件下,间歇运行系统、系统最高转速应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.8.2试验方法系统在额定电压下正常工作,给定最高转速指令信号,是否能达到规定值 6.4.2.9转矩变化的时间响应 6.4.2.9.1技术要求在1:1惯量负载下,系统在额定工作条件,额定转速运行,系统突加额定负载与突减额定负载,转速的调整时间应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.9.2试验方法系统以额定转速运行,施加从0100%的阶跃负载以及从100%~0的阶跃负载,记录转速调整时间和转速的瞬时最大偏差 6.4.2.10转速变化的时间响应 6.4.2.10.1技术要求系统在空载零速条件下,系统(驱动器)输人额定速度(转速)阶跃信号,转速变化的时间响应过程中的响应时间、超调量和建立时间,应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.10.2试验方法系统处于空载零速状态下,输人对应额定转速n、的阶跃信号,记录正阶跃输人的时间响应曲线读出响应时间,建立时间和瞬态超调并计算出超调量在稳定的n、转迷下,输人信号阶跃到零,记录负阶跃输人的时间响应曲线,读出响应时间、建立时间和瞬态超调并计算超调量改变系统转向重复上述试验,测量四次取平均值 11
GB/T39633一2020 6.4.2.11频带宽度 6.4.2.11.1技术要求系统跟踪指令的频带宽度应符合产品专用技术条件的规定 6.4.2.11.2试验方法系统中电流环,速度环控制模式下,分别检测其输人指令与反馈值的幅度及相角频率特性,按照频带宽度的定义,检测各个控制环的带宽,并记录伯德图对数坐标图) 6.4.2.113试验程序 6.4.2.11.3.1电流环带宽的测试将被测系统安装在测试工装上,所带惯量大于本体惯量的5倍以上系统工作在电流环(转矩)模式下输人带有直流偏置的正弦被转矩指令,系统转速维持在30%额定转速条件下做正弦加诚速,以此降低驱动脉宽死区和静动摩擦对转矩带宽的影响转矩指令正弦幅值为100%额定转矩指令值,频率由0.1Hz逐渐提高,随着指令正弦波频率的抛高,系统实际转矩的波形曲线对指令正弦波曲线的相位滞后逐渐增大,而幅值逐渐诚小以相位滞后增大至90°时的频率作为转矩系统90"相位移的频带宽度;以幅值减小至0.707时的频率作为转矩系统 -3db的频带宽度 6.4.2.11.3.2速度环带宽的测试将被测系统安装在测试工装上,所带惯量等于本体惯量系统工作在速度环模式下输人带有直流偏置的正弦波转速指令,系统转速维持在30%额定转速条件下做正弦加减速,以此降低驱动脉宽死区和静动摩擦对转矩带宽的影响速度指令正弦幅值为100%额定速度指令值,频率由0.1Hz逐渐提高,随着指令正弦波频率的提高,系统实际转速的波形曲线对指令正弦波曲线的相位滞后逐渐增大,而幅值逐渐减小以相位滞后增大至90"时的频率作为速度系统90"相位移的频带宽度;以幅值减小至0.707时的频率作为速度系统 -3db的频带宽度 6.4.2.12系统转动惯量 6.4.2.12.1技术要求系统的转动惯量应符合产品专用技术条件规定 6.4.2.12.2试验方法按GB/T73452008中5.19.2的方法进行试验,或将系统安装在工装上通过转动惯量测试台进行试验 12
GB/39633一2020 6.5环境适应性 6.5.1 低温 6.5.1.1 技术要求当有要求时,系统应能承受产品专用技术条件规定的极限低温试验试验后其性能指标应符合产晶专用技术条件的规定 6.5.1.2试验方法按GB/T2423.1一2008中试验方法Ad进行低温试验,试验持续时间为4h,或符合产品专用技术条件的规定 6.5.2 高温 6.5.2.1 技术要求当有要求时,系统应能承受产品专用技术条件规定的极限高温试验试验后其性能指标应符合产品专用技术条件的规定 6.5.2.2试验方法 -2008中试验方法B进行高温试验,试验持续时间为4h,或符合产品专用技术按GB/T2423.2 条件的规定 6.5.3振动技术要求 6.5.3.1 当有要求时,系统应能承受表4规定振动条件的初始振动响应及耐久试验试验后系统不应出现零部件松动或损坏,性能应符合产品专用技术条件的规定 6.5.3.2试验方法系统牢固地固定在试验支架上,支架固定在试验台面上,按GB/T2423.102019中的扫频试验法进行振动响应及耐久试验在三个垂直的方向进行,每轴振动10nmin. 试验期间的监测项目和方法、机械负载大小及是否通电试验等,应符合产品专用技术条件规定表4振动条件 -轴线危险频率上振动时间振动频率每幅值扫频次数 H" min 10 -150 0 10 0.035mm或5m/s 指交越频率以下的位移幅值和交越频率以上的加速度幅值交越频率在57Hx一62Hz之间 6.5.4冲击 6.5.4.1 技术要求系统的冲击应符合产品专用技术条件中规定试验后系统不应出现零部件松动或损坏,性能应符 13
GB/T39633一2020 合产品专用技术条件的规定 6.5.4.2试验方法系统牢固地固定在试验支架上,按GB/T2423.5的规定进行冲击试验在三个相互垂直轴线的六个方向进行冲击条件见表5 试验期间的监测项目、是否通电试验等,应符合产品专用技术条件的规定表5冲击条件峰值加速度脉冲持续时间波形每一轴线冲击次数 m/s ms 300 30 半正弦 6.5.5恒定湿热 6.5.5.1技术要求系统应能承受温度55C士2,相对湿度91%~96%,历时4d的恒定湿热试验试验后立即测量绝缘电阻,应不小于1MQ 系统应无明显的外表质量变坏及影响正常工作的锈蚀现象在正常大气条件下恢复12h后通电,系统应能正常工作 6.5.5.2试验方法按GB/T2423.3规定的方法进行试验 6.5.6噪声 6.5.6.1 技术要求噪声应符合产品专用技术条件规定 6.5.6.2 试验方法系统的噪声等级dB)用声功率级dB(A)表示,噪声的测试按GB/T10069.1规定进行 6.6电磁兼容性(EMC) 6.6.1导则本试验要充分考虑系统的EMC环境,由用户和制造商共同协商制定每项试验的试验等级在试验期间和试验后,无需操作人员介人,系统应能按预期持续工作当按预期使用时,不准许出现低于制造商规定的最低性能等级的降级或功能损失可用允许的性能降低来代替性能等级如果制造商没有规定最低性能等级或允许的性能降低,则可由产品专用技术条件规定,并且用户有理由要求所使用的设备达到此规定系统应符合GB4824一2019中第12章或产品专用技术条件的规定 6.6.2抗扰度涉及的设备抗扰度试验要求是按端口逐一给出的试验应按表6的规定,以完全确定的和可重复的方式进行 14
GB/39633一2020 试验时系统在额定转速下空载运行,工作特性未有明显的变化,在规定的允许偏差内正常工作表6抗扰度试验试验要求项目端口试验方法试验点为系统的供电电源端口线对地的,规范值: GB/T17626.52019 浪涌冲击输人直流电源接口T,/T.(.2/50s一8/20s). 士0.5kV(开路试验电压试验点为系统的供电电源端口和控制信号端口,规电快速瞬变信号端口/直流输人重范值:士0.5kV(开路试验电压),T，/T,5/50ns， GB/T17626,4一2018 脉冲样电源端口复频率5kH" 试验点为驱动器的保护接地端,优先选用接触放电静电放电外壳端口 GB/T17626.2一2018 法测试,规范值土4kV,空气放电规范值士8V 试验点是外壳端口,规定的试验电平是未调制载波射频电的有效值规范值频段为80MHz~1o00MHa. 外壳端口 GB/T17626.3一2016 磁场辐射 1.4MHz2.0MHHz,2.0MHz2.7MHz;电平 3V/m,80%AM(1kHz) 6.6.3发射测试场地应符合GB/T6113.104一2016的规定发射测试天线应符合GB/T61l3.104一2016的规定测量接收机应符合GB/T6113.101一2016的规定传导测试设备应符合GB/T6113.102一2018的规定系统工作在额定电压、额定转速、空载状态下电源终端传导骚扰及信号终端传导共模骚扰的极限值应符合表7的规定表7电源终端传导骚扰及信号终端传导共模骚扰的极限值频带准蜂值平均值试验方法 MHz dB(AV dB(AV 0.15GB/T39633一2020 表8电磁辐射骚扰的极限值频带1 电场强度分量准峰值测量距离试验方法 MHz dB(AV/m m 30GB/39633一2020 7.2鉴定检验 7.2.1鉴定检验时机和条件当有要求时,鉴定检验应在国家认可的实验室按产品专用技术条件规定进行有下列情况之一时,应进行鉴定检验: 新产品设计确认前; a 已鉴定产品设计或工艺变更时; b 已鉴定产品关键原材料、元器件变更时 c d)产品制造场所改变时 7.2.2样机数量从能代表相应生产阶段的产品中抽取6台,其中4台作为试验样机,2台作为存放对比用特殊情况下样机抽取应符合产品专用技术条件规定 7.2.3检验程序鉴定检验项目、基本顺序和样机编号按表10规定进行表10检验项目和顺序质量一致性检验技术要求和试验方法章条鉴定检验序号试验项目鉴定检验样机编号章条号系统 A组检验 C组检验外观 6.2.1 1,2,3,4 1,2,3,4 外形安装尺寸 6.2.2 引出线或接线端 6.2.3 1,2,3,4 绝缘介电强度 6.3.1.l 1,2,3,4 绝缘电阳阻 6,3,1.2 1,2,3,4 系统接地 6.3.1.3 1.2.3.4 额定数据 6.4.2.1 6.4.2.2 调速范围 l,2,3,4 过载 6.4.2.3 l,2 10 制动转矩 6.4.2.4 1,2,3,4 定位精度 6.4.2.5 1,2,3,4 重复定位精度 6.4.2.6 1,2,3,4 12 系统效率 1.,2.3,4 13 6,4.2.7 1 最高转浊 6.4.2.8 1.2.3.4 15 6,4.2.9 转矩变化的时间响应 l.2.3,4 16 转速变化的时间响应 6.4.2.10 1,2,3,4 r 频带宽度 6.4.2.11 1,2,3,4 18 系统转动惯量 6.4.2.12 1,2,3,4 19 低温" 6.5.l1 17
GB/T39633一2020 表10(续) 技术要求和试验方法章条质量一致性检验鉴定检验序号试验项目鉴定检验样机编号章条号系统 A组检验 C组检验高温" 20 6.5.2 21 6.5.3 1,2 振动 22冲击 6,5,4 1,2 23 恒定湿热 6,5,5 12 24 噪声 6,5.6 1,2 25 抗扰度 6,6,2 3,4 电磁兼容性(EMC) 26 发射 6,6.3 3,4 27 质量 6? 28 6.8 寿命 1.2 29 5.1 1,2,3,4 控制功能" 30 安全功能！" 5.1 1,2,3,4 31 保护功能" 5.1 1,2,3,4 注:“、”表示进行该项目检验,“一”"表示不进行该项目检验根据用途和环境条件,当有要求时才进行的鉴定检验项目当有要求时,需选择合适的子项目进行检验 7.2.4检验结果的评定 7.2.4.1合格鉴定检验用样机的全部项目检验符合要求,则鉴定检验合格 7.2.4.2不合格只要有一台样机的任一项检验不符合要求,并且不属于7.2.4.3和7.2.4.4的情况,则验收检验不合格 7.2.4.3偶然失效当鉴定部门确定某一项不合格时,允许用新的同等数量的样机代替,并补做已经做过的项目然后继续试验,若再有一台样机的任何一个项目不合格,则验收检验不合格 7.2.4.4性能降低样机经环境试验后,允许出现不影响其使用的性能降低,性能降低的允许值由产品专用技术条件规定 7.2.4.5环境试验期间和试验后的性能严重降低样机在环境试验时或环境试验后,出现影响其使用的性能严重降低时,鉴定部门可以采取两种方式 18
GB/39633一2020 判定验收检验不合格; a b 当一台样机出现失效时,允许用新的两台样机代替,并补做失效发生前包括失效时)的所有试验,然后补足7.2.2规定的数量继续下面的试验,若再有一台样机的任何一个项目不合格则判定验收检验不合格 7.2.4.6同类产品的验收检验当某一类两个及两个以上型号的产品同时提交鉴定时,每种型号均应抽取7.2.2规定的样机数量所有样机通过出厂检验后,再从中选取具有代表性的不同型号的样机进行其余项目的试验,合格判据按 7.2.4规定任一台样机的任一项目不合格,则其所代表的该型号的产品验收检验不合格本检验不允许样机替换若验收检验合格,则认为同时提交的所有型号的产品均合格 7.3质量一致性检验 7.3.1质量一致性检验分类质量一致性分为A组和C组检验 A组是为了产品是否满足常规质量要求进行的出厂检验 b)C组是周期性检验 7.3.2A组检验 A组检验项目及基本顺序按照表10进行 A组检验可以抽样或逐台进行抽样按GB/T2828.12012中抽检水平I,一次抽样方案进行，接收质量限(AQL)值,由用户和制造商协商选定逐台检验中,产品若有一项或一项以上不合格,则为该产品不合格品 A组检验合格,则除抽样中的不合格产品之外,用户应整批接收若A组检验不合格,则整批不合格,由制造商消除缺陷并剔除不合格品后,再次提交A组检验 7.3.3C组检验 7.3.3.1C组检验项目及基本顺序 C组检验项目及基本顺序按表10规定进行 7.3.3.2检验时机和周期有以下情况之一时，一般应进行C组检验相关项目检验; a A组检验结果与鉴定检验结果发生较大偏差时 b 周期检验 c d)政府或行业监管产品质量或用户要求时 C组检验周期除另有规定,每两年至少进行一次 7.3.3.3检验规则 C组检验样机从已通过A组检验的产品中抽取,对未做过A组检验的样机应补做A组检验项目的试验,待合格后方能进行C组检验其余项目的试验 C组检验样机数量及检验结果评定分别按7.2.2和7.2.4的规定 19
GB/T39633一2020 若C组检验不合格,由制造商消除不合格原因后,重新进行C组检验 8 交付准备 8.1标识标识(铭牌)至少应包括下列信息: a)制造商名称或商标; b型号和名称; 产品出厂编号 c 8.2制造商应提供的系统信息制造商应根据用户要求提供下列参数值及允差这些参数值可在使用说明书、标识和合格证中提供,并能在试验中得到验证如果参数值受负载的影响,则对负载应有具体描述这些参数包括额定功率; a 绝缘等级; b 额定电压,V; c d 额定电流,A; 额定转速(或空载转速), ，r/min e D 额定转矩,N m; 瞬时最大转矩,N g m; h)质量; 产品出厂编号制造厂出品年月 8.3制造商应提供的其他信息随系统应提供的信息安全和警告信息; a EMC信息; b 接地和保护信息 e d 规定由用户调整的校准元件、器件和部件所需的信息 e 安装与操作信息; f 故障与维修信息支持与联络信息 g 8.4安全和警告标志制造商应提供安全和警告标志 8.5包装系统在包装前,轴身应采用防锈保护措施系统包装应牢固可靠,包装箱应按GB/T191的规定标识包装箱或包装盒在运输过程中应小心轻放,避免碰撞和敲击,严禁与酸碱等腐蚀性物质放在一起系统应贮存在环境温度为一20C75,相对湿度不大于85%,清洁,通风良好的库房内,空气中不得含有腐蚀性气体 20
GB/39633一2020 附录 A 资料性附录系统的结构和组件 A.1结构图 -体式关节结构图如图A.1所示输出编码器输入编码器制动器电机减速器驱动器图A.1一体式关节结构示意图 A.2系统框图系统方框图如图A.2和图A.3所示输入指令驱动器制动器电动机输出扭矩电动机位置传感器图A.2A类系统方框图 21
GB/T39633一2020 减速器位置力传感器传感器输入指令驱动州制动器电动机减速器输出扭知电动机位置传感器图A.3B类系统方框图 A.3电动机 A.3.1无框伺服电动机外形结构及尺寸根据驱动器、传感器的使用要求,电动机后侧的位置反馈元件可采用霍尔传感器或编码器,典型的电动机结构如图A.4 从电动机的性能出发,关键的外形尺寸包括定子外径D和铁芯长度L 一种常规的方法是以定子外径和铁芯长度来定义电动机的规格不同的协作机器人对空间的要求决定了引出线端部长度L 和L，的不同图A.4无框电动机外形结构常规无框电动机的机座号及推荐使用的定子外径尺寸体D见表A.1的规定 22
GB/39633一2020 表A.1典型外形尺寸单位为毫米机座号定子外径pD 备注 40××/38×× 40,00/p38.,00 50.00/ 50×X/49×X 49.00 60××/64×x 660.,00/姑64.00 70××/76×x $70.00/76.00 85××/84×X 85.00/84.00 95×X 95,00 驱动电压可能大于48V 驱动电压可能大于48v l10××/100×× 110.00/100.00 驱动电压可能大于48v 130××/129×X 130,00/129,00 注;××表示电动机铁芯长度,是用户考虑电动机功率及安装尺寸选型的主要参数 A.3.2电气参数在协作机器人系统的应用中,系统的有效载荷、响应速度要求电动机需要提供一定的连续堵转转矩和具有相对小的转动惯量电气参数见表A.2的规定表A.2电气参数机座号十铁芯长度 6013 8427 l0031 12955 6425 7631 连续额定输出功率 308 18 200 400 750 600 额定功率下的额定转速 4000 3000 2300 3000 2000 625 pm 设计电压 18 18 48 48 48 连续堵转转矩 0.44 0.9 1." 1.76 4.3 10.3 Nm 连续电流 4.6 6.1 9,2 11.5 19.6 14.3 峰值堵转转矩 1.45 2.8 5.52 5,2 11.7 31.5 N m 峰值电流 15.3 19.8 32.6 38.2 52.6 46.2 线反电势系数" 6.3×10 9.3×10 9.8×10-" 46.1×10 12.6×10 14.3×10 V/rpm 转矩常数" 0.094 0.149 0.185 0.155 0.227 0.717 Nm/A 定子相电阻25C 0.72 0.51 0.18 0.12 0.08 0.l4 23
GB/T39633一2020 表A.2(续) 电感 0.30 0.59 0.29 0.30 0.l5 0.64 mH 极数 12 12 12 12 12 定、转子总质量 0.26 0,51 0.72 0.92 1.41 3.96 kg 转动惯量 9.7×10-" 1,8×10-" 2.2×10 3.9×10- 2,45×10" 7.2×10- kg，mm" 一机座号下,不同铁芯长度对应不同的功率同线反电势系数中的反电势是有效值转矩常数中的电流为有效值 A.4驱动器 A.4.1总则协作机器人用一体式伺服电动机系统中的伺服驱动器是一种特殊的伺服驱动器结构小巧紧凑且能够与构成系统的电动机及减速器集成在一起,构成协作机器人关节的一部分或是整个关节由低压直流电源供电,具备位置,速度、转矩三环高性能伺服控制功能的同时,还宜具有安全功能,符合协作机器人功能安全技术标准,满足多种传感器接口,抗振动和高可靠性的要求伺服驱动器能够直接安装在容纳电动机及减速器的结构框架上或框架内由框架及相应的外壳盖实现支撑和防护,且不能影响系统的结构主体形状根据一体式伺服电动机系统设计方案的不同,相应的伺服驱动器结构型式也不相同由于一体式伺服电动机系统需要安装在协作机器人的机器臂上,接口的抗振动要求高于通用伺服驱动器伺服驱动器在基本功能上与通用伺服驱动器一致,具有电流、速度、位置三环伺服控制功能此外,伺服驱动器还宜备满足协作机器人特殊要求的控制功能 A.4.2伺服驱动器结构型式 A.4.2.1与电动机和减速器尺寸相匹配的圆环型结构由于构成一体式伺服电动机系统的无框电动机及减速器结构为圆形,且需要通过中空孔实现内部电缆线的穿过和连接同服驱动器的圆环结构可很好地与结构框架相匹配,在减小系统整体尺寸的同时,可最大限度利用有效的安装空间和面积根据一体式伺服电动机系统输出功率及结构尺寸的不同,伺服驱动器的结构尺寸也可相应地分为多种尺寸,每种尺寸可对应一种或多种系统结构 A.4.2.2可安装在系统结构框架内部的方形或异形多层堆叠结构高度集成,结构紧凑,尺寸非常小且满足一体式伺服电动机系统功率输出需求的伺服驱动器也可是方形或异形多层堆叠结构形式可安装在一体式系统的结构内部另外,有些一体式系统中需要一个伺服驱动器同时驱动两个伺服电动机,或由于其他系统结构设计要求,也需要这种结构的伺服驱动器与之配套 24
GB/39633一2020 A.4.3伺服驱动器接口 A.4.3.1功率接口功率接口包括:直流电源接口和电动机输出接口直流电源接口是用于连接直流电源“十”“一”输入接线和为下一个系统提供直流电源“+”“-”输出接线的接口一般为四个端子电动机输出接口是驱动器给电动机U、V、W三相功率输出控制的接口,一般为三个端子 A.4.3.2通信总线接口通信总线接口主要用于连接上位控制器或一体式伺服电动机系统之间通信总线的接口一般分为通信总线输人和总线输出接口常见的总线形式为RS485,CAN以及EtherCAT,均为差分总线,具备较强的抗干扰能力总线通信周期及交互数据量与运动实时性要求、节点数量等特定应用有关 A.4.3.3编码器接口龈据协作机器人的控制需求，一体式何服电动机系统需要在电动机轴端和减速器输出端均安装位置编码器同服驱动器可根据双编码器输人,实现高性能全闭环控制和防碰撞控制同服驱动器需要采用双编码器接口形式.或将两个编码器接收传感器直接集成到同服驱动器电路板上,从而省略接口端子,提高系统可靠性编码器信号形式有TTL单端信号以及标准Rs122差分总线信号两种形式信号形式与编码器安装位置及方式有一定关系 A.4.3.4制动器接口采用制动器实现一体式伺服电动机系统位置锁定是协作机器人应用中一个必不可少的要求伺服驱动器的制动器接口用于驱动电磁动作机构的制动器制动励磁电压为直流12V或直流24V,吸合电流大于保持电流建议伺服驱动器通过PwM控制调整施加到线包绕组上的有效电压的大小,控制吸合和保持时的电流,降低保持时的功耗及发热 A.4.3.5传感器接口根据协作机器人安全及控制功能的要求，一体式伺服电动机系统中的伺服驱动器需要配有相应的模拟量和数字量传感器接口常见的传感器类型包括温度传感器和力矩传感器等温度传感器采用PTC或NTc等热敏电阻埋置在电动机绕组内部,用于温度测量及保护力矩传感器安装在关节输出端,用于实现主动振动控制,柔顺控制及碰撞检测 .44主要技术指标 A A.4.4.1电源供电电压伺服驱动器采用低压直流供电,电压范围一般为直流24V~48V,兼容主流标准开关电源模块输出控制回路供电可单独提供,也可与功率回路供电共用 25
GB/T39633一2020 A.4.4.2连续输出电流伺服驱动器驱动电动机带额定转矩负载,且在允许的最高环境温度连续工作时,能够持续输出的电流有效值反映伺服驱动器的额定带载能力 A.4.4.3最大输出电流在规定的最高环境温度中,伺服驱动器驱动电动机在短时间内能够带最大转矩负载时,输出的电流有效值反映伺服驱动器的过载能力在协作机器人应用中,一般为连续输出电流的两至三倍持续时间1s一3s A.4.5主要功能 A.4.5.1位置/速度/转矩控制模式及在线模式切换功能根据上位控制器设定实现位置、速度、转矩不同控制模式运行可根据参数设定及上位控制器指令在线实现控制模式的切换支持拖拽示教功能,记录并规划关节运动轨迹 A.4.5.2全闭环控制及防碰撞功能伺服驱动器可根据减速器输出端位置编码器数据,实现减速器输出端的高精度位置闭环控制,即全闭环控制可根据电动机轴端编码器及减速器输出端位置编码器数据,结合伺服驱动器转矩电流值,判定系统运行状态,估算系统执行机构转矩大小,快速识别碰撞状态在造成碰撞破坏前快速停机保护 A.4.5.3负载惯量自动辨识、参数自调谐功能可在运行过程中自动对负载惯量的变化进行辨识,并根据辨识结果进行调节器增益自动调整,实现伺服驱动最佳速度和位置控制 A.4.5.4抗扰动补偿控制包括摩擦转矩补偿控制电动机转矩脉动控制、负载扰动控制等,可提高一体式伺服电动机系统运动的响应特性,使运行平滑柔顺 A.4.5.5振动抑制功能通过低通滤波器,自适应陷波器,模型跟踪振动抑制等功能实现对减速器及执行机构运行中产生的机械振动的抑制 A.4.5.6安全功能安全功能是指伺服驱动器涉及人身安全,设备安全的控制、检测功能是一体式同服电动机系统宜具备的功能系统中何服驱动器的安全功能主要包括 STO;安全转矩关断功能 SSl:安全停止l; SS2:安全停止2: SBC;安全抱闸 SLs:安全速度限幅; SL.T;安全转矩监控 26
GB/39633一2020 伺服驱动器的安全功能还需要通过功能安全认证 A.4.5.7保护功能伺服驱动器需要具备完善的硬件保护及软件保护功能,包括;过欠压,过流及短路、过载、超速、位置跟随偏差过大、过热等保护可根据力矩传感器反馈或者通过电动机电流特性进行碰撞检测判断 A.5减速器 A.5.1减速器常见结构及类型在一体化关节组件中常用减速器类型为RV减速器和谐波齿轮减速器,常见的减速器结构类型如图A.5所示 -址一 --H十 s 国中空轴输出分体式减速器结构型式中实轴输出一体式减速器结构型式 b 图A.5常用减速器结构类型 A.5.2减速器规格减速器规格尺寸参见表A.3,减速器基本参数参见表A.4 27

协作机器人用一体式伺服电动机系统通用规范GB/T39633-2020解读

随着制造业的发展，协作机器人在生产线上的应用越来越广泛。而作为协作机器人的核心部件之一，一体式伺服电动机系统在机器人的运动控制中起着至关重要的作用。

针对协作机器人用一体式伺服电动机系统的通用规范，国家标准化管理委员会于2020年发布了GB/T39633-2020。该规范针对协作机器人用一体式伺服电动机系统的设计、安装、调试及使用等方面做出了规定。

此次规范主要包括以下几个方面：

一、产品分类与命名

规范对协作机器人用一体式伺服电动机系统的产品分类及相关术语做出了明确的规定，旨在统一行业用语、减少交流误解。

二、技术要求

该规范对协作机器人用一体式伺服电动机系统的技术要求做了全面细致的规定，包括驱动器、电机、编码器等方面的要求。例如，对于电机的额定转速、额定扭矩、温升等参数都有详细的规定。

三、试验方法

规范针对协作机器人用一体式伺服电动机系统的试验方法进行了规定，包括电气性能试验、机械性能试验、环境适应性试验等内容。试验方法的规定有助于保证产品符合标准，具备稳定可靠的运行性能。

四、检验规则

该规范还对协作机器人用一体式伺服电动机系统的检验规则做出了规定，主要涉及检验项目、检验方式、检验记录等方面。制定检验规则有助于规范产品质量控制，提高产品的稳定性和可靠性。

五、安装调试与使用

该规范还提供了协作机器人用一体式伺服电动机系统的安装调试与使用指南，包括安装位置、安装方式、预紧力规定、接线方法等内容。此外，还对系统的运行状态进行了详细说明，以便于正确、稳定地使用该系统。

总之，GB/T39633-2020为协作机器人用一体式伺服电动机系统的设计、制造和使用提供了全面细致的规范，对于推进我国协作机器人产业的发展、提高产品质量具有重要的意义。