GB/T39360-2020
工业机器人控制系统性能评估与测试
Evaluationandtestingofperformanceofindustrialrobotcontrolsystem
- 中国标准分类号（CCS）K32
- 国际标准分类号（ICS）25.040.30
- 实施日期2021-06-01
- 文件格式PDF
- 文本页数21页
- 文件大小1.70M
以图片形式预览工业机器人控制系统性能评估与测试
工业机器人控制系统性能评估与测试
国家标准 GB/T39360一2020 工业机器人控制系统性能评估与测试 Evaluationandtestingofperformanceofindustrialrobotcontrolsystem 2020-11-19发布 2021-06-01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/T39360一2020 次 目 前言 范围 2 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 概述 4.2 工业机器人控制系统性能模型 特性说明 5.1易用性 5.2维护性 5.3功能性 5.！实时性 5.5扩展性及开放性 5.6可靠性 5.7安全性 测试评价方法 6.1概述 6.2易用性测试评价 6.3维护性测试评价 6.4功能性测试评价 6.5实时性测试评价 10 6.6扩展性与开放性测试评价 12 6.7可靠性测试评价 12 6.8安全性测试评价 13 测试文档集要求 14 符合性评价细则 8 14 附录A(资料性附录机器人操作系统 15 参考文献 I
GB/39360一2020 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
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、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,沈文妙,郑军奇,刘继志,郑凯宇,陈谈
GB/39360一2020 工业机器人控制系统性能评估与测试 范围 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
--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/T78262012系统可靠性分析技术失效模式和影响分析(FMEA)程序 GB/T7829一1987故障树分析程序 GB11291.12011 工业环境用机器人安全要求第1部分;机器人 GB/T12642一2013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/T12643一2013,定义2.9]
3.2 插补interpolationm 对特定曲线进行数据密化的过程
3.3 通信communieaton 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
GB/T39360一2020 3.4 质量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qualitymode 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/T25000.10一2016,定义3.18] 3.6 评价 eyaluation 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. 属性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/T25000.102016,定义3.2] 3.8 实体emtity 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 测量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/T11457一2006,定义2.924] 3.10 指标indicator 衡量目标的单位或方法
3.11 目标goal 想要达到的目的或想获得的结果
3.12 任务task 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 故障fawt 计算机程序中的不正确的步骤、过程或数据定义
[GB/T25000.51一2016,定义4.1.8] 3.14 失效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/T11457一2006,定义2.601 3.15 异常exception 引起正常程序执行挂起的事件
GB/39360一2020 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/T11457一2006,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hardwareintheloopsimulatiom 半实物仿真hardwareintheloopsitmulation 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1/0接口与被测对象相连接
3.18 工作空间workspaee 允许机器人工具或法兰工作的空间,机器人一旦移出会出现报警停止
3.19 障碍物空间obstaclespaee 不允许机器人工具或法兰进人的空间,机器人一旦进人就会报警停止 3.20 受监控空间 monitoredspace 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 用户文档 userdocumentation 提供用户安装和设置控制系统的软件的指导手册
3.22 测试文档testdoeumentation 用于验证软件或用户文档的完整性、正确性、一致性、易理解性和易浏览性的文档
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
GB/T39360一2020 工业机器人控制系统性能模型 易用性 维护性 功能性 实时性 扩展及开放性 可靠性 安全性 可辨识性 模块化 功能完 故障采 可重用 备性 集与防 易学性 护 必 准确性 易操作性 限位保 扩展性 易分析 护 精度补 容错性 性 用户差错防 周期响应 御性 可恢复 易修改 非周期响应 空间监 性 节拍 控 性 用户界面舒 二次开发 适性 性 易测试 平顺性 单点控 制 性 易访问性 路轻混 保护性 合 易用性的依 维护的 停止 从性 依从性 工业机器人控制系统性能模型 5 特性说明 5.1易用性 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/T25000.10-2016中4.3.2.7
5.3功能性 5.3.1概述 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
GB/39360一2020 5.3.4精度补偿 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、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、,I/0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
插补周期 周期响应 通讯周期 响应时间 呈现时间 数据传输时间 非周期响应 系统处理时间 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
GB/T39360一2020 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
GB/39360一2020 5.6可靠性 5.6.1容错性 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 输人的识别,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
包括对外部输人指令,输人参数进行有效性检查,对外部输人1/0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GB11291.1一2011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
测试评价方法 6 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;
GB/T39360一2020 C;测量; c 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 e F;硬件在环仿真
f 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、应用程序导人导出功能、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 6.4.1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 功能描述 测试方法" 测试结果 B、D 多机器人类型 支持多种机器人类型,并具备模型扩展性 是口否口 关节空间点位,笛卡尔空间点位,笛卡尔空间直线， 运动模式 是口否口 B 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 B,c,D 运动规划 是口否口 可导的特性 支持机座坐标系,绝对坐标系,工具坐标系
坐标系计算 B、D 是口否口 机械接口坐标系 实现机器人在多样条曲线之间的不停顿 路径混合 B,C 是口 否口 圆滑过渡 机器人控制系统应具有规划多个外部 多个扩展轴支持 A,B.,D 是口否口 扩展轴的功能 机器人控制系统支持直线插补,圆弧插补、 插补 BD 是口 否口 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
参见6.l
GB/39360一2020 6.4.2准确性 评估与测试方法可以采用如下方法 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 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 仿真测试(E) a 轨迹准确度,轨迹重复性;按GB/T126422013中8.2,8.3分别对样机进行测试
1 22 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r、y、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G;B/T12642一2013中测量设备均匀采样30个点
计算方 法按GB/12642一2013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 负 载 速 度 位 姿 循环次数 100%额定速度 100%额定负载 50%额定速度 10%额定速度 P 30 100%额定速度 10%额定负载(选用) 50%额定速度 10%额定速度 按GB/T126422013中图6
3 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 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)
节拍 6.4.4 评估与测试方法可以采用如下方法 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 a 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)
通过将被测件接人半实物仿真平台的方式,其余条件同a)
b
GB/T39360一2020 表3节拍试验条件 负 载 速 度 位 姿" 循环时间 100%额定速度 节拍最优的位姿或E一E一E一E[与GB/T12642 100%额定负载 50%额定速度 连续运行120h 013要求过原点的平面E、E、E,E距离平面各顶点 10%额定速度 的距离为该平面对角线长度的10士2)%不同,在臂展 mm(EE 可达的情况下应覆盖典型的长度为25 100%额定速度 300mmEE一25mmEE、100mmE 10%额定负载(选用 50%额定速度 连续运行120h 800mm(EE)一100nmm(EE, 10%额定速度 ”E,E,E,E按GB/T12642-2013图67 6.4.5平顺性 评估与测试方法可以采用如下方法 仿真测试(E)
获取机器人控制系统规划数据,按GB/T12642一2013中8.2,8.3分别测试轨 a 迹准确度和轨迹重复性,按照8.6测试轨迹速度特性
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). 6.4.6路径混合 评估与测试方法可以采用如下方法: a 仿真测试(E)
获取机器人控制系统规划数据,仿真测试按GB/T12642一2013中8.5的试验 条件和计算方法来测试拐角偏差
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). 6.5实时性测试评价 6.5.1周期性响应 6.5.1.1 准备工作 周期性响应测试的准备工作如下 测量工具 a 示波器;要求具有足够的带宽、信噪比,分辨率,时间准确度、信号保真度; 1 误码率测试仪时间抖动(Jitter)会导致接收误码,反过来,测得误码率可以推出Jitter的 2 特性
b)数据采集 使用示波器的采集方法;示波器内部往往采用软件的时钟恢复手段得到理想的边沿时刻， 当然也可以采用外部高品质时钟源触发作为理想边沿时刻,此时示波器可以通过叠加生 成眼图
通过对眼图的分析,从而得到Jitter的各种参数
使用误码率测试仪的采集方法;通常采用两个通道,将其中一个通道保持在眼图的中心位 置,使用另一个通道完成误码率测试
通过误码率分析仪可以对眼图各个方向上进行扫 描,得到眼图的清晰轮廓,对于分析Jitter可以提供很多有价值的数据
处理方法 统计特性和统计直方图:如前述的平均值、标准差等参数; 10
GB/39360一2020 22 时间曲线和频率谱; 33 眼图
6.5.1.2插补周期响应 产品或系统执行其功能时,所使用资源数和类型满足需求的程度
机器人控制系统规划周期以最 小精确定时精度为基本单位的整数倍,且运动规划任务不能被中断
保持较低的CPU占用率
在被测件执行功能时,将其接人半实物仿真测试平台,验证其满足需求的程度
6.5.1.3通讯周期响应 机器人运动控制系统软件跟硬件之间的通讯遵循插补周期的准确性,包括运行规划软件的CPU 和运动控制器McU之间通讯周期、运动控制器McU和伺服驱动器McU之间的通讯周期、或者运行 规划软件的CPU和伺服驱动器McU之间的通讯周期都应保持稳定的通讯周期
通过将其接人半实物仿真测试平台的方式,验证其遵循插补周期的准确性
6.5.2非周期性响应 6.5.2.1概述 非周期响应测试通过硬件在环仿真的方式进行,测试项目包括控制稳定性、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、开机自检时间和故障检测时间
6.5.2.2控制稳定性 通过上位机设置伺服电机以最大转速运行,用示波器观察电机电流波形,记录从0加速到稳定的时 间或从某一速度减至另一速度时间 6.5.2.3制动控制装置意外操作防护响应时间 在高资源占用的条件下,基于意外防护功能测试,在程序中预置监控点,通过示波器或者其他测量 设备,对输人、输出监控点进行测量,获取并判断其响应时间是否满足规定
6.5.2.4急停响应时间 在高资源占用的条件下,基于急停功能测试,在程序中预置监控点,通过示波器或者其他测量设备
对输人、输出监控点进行测量,获取并判断其响应时间是否满足规定
6.5.2.5保护性停止响应时间 在高资源占用的条件下,基于保护性停止功能测试,在程序中预置监控点,通过示波器或者其他测 量设备,对输人、输出监控点进行测量,获取并判断其响应时间是否满足规定 6.5.2.6开机自检时间 针对上电初始化过程,在程序中预置监控点,通过示波器或者其他测量设备,对输人、输出监控点进 行测量,在不同初始化情况下,包括正常上电、复位重启、设备故障上电等,获取并判断其上电初始化时 间是否满足规定
6.5.2.7 故障检测时间 基于故障采集与防护功能测试,在程序中预置监控点,通过示波器或者其他测量设备,对输人、输出 11
GB/T39360一2020 监控点进行测量,获取并判断其故障出现到触发相关故障逻辑的时间是否满足规定
6.6扩展性与开放性测试评价 6.6.1扩展性 工业机器人控制系统扩展性测试评价方法如表4所示 表4扩展性测试评价表 序号 属性描述 测试结果 属 性 测试方法" 现场总线支持 检查是否支持所声称的总线协议 是口 否口 B B、D 否口 工艺模块 检查是否支持工艺模块扩展功能 是口 检查是否支持外部附加轴以及所支持 外部附加轴 是口 否口 B,D 扩展的轴的数量 外部执行设备 检查是否支持外部执行设备接人 B,D 是口 否口 参见6.1 6.6.2二次开放性 工业机器人控制系统二次开放性的测试评价方法如表5所示
表5二次开放性测试评价表 序号 属 性 属性描述 测试方法 测试结果 检查是否具有二次开发接口,在接口丽数内 二次开发接口 完成机器人路径规划、速度规划、坐标系转 是口 否口 换、运动学正逆解模块等 数据输人输出检查是否对用户开放不同运动模式下的数 BD 是口 否口 接口 据输人输出接口 不同机器人模型检查是否允许用户针对不同机器人模型进 是口 否口 计算 行计算 工业标准接口 检查是否支持工业标准接口 B,D 是口 否口 驱动程序 检查是否具备二次开发所用的驱动程序 是口 否口 参见6.1 6.7 可靠性测试评价 6.7.1容错性 容错性的测试步骤如下 测试前准备 a 1 识别出机器人控制系统需要处理的外部输人种类,包括通信总线、离散量、模拟量、共享内 存,全局变量、消息队列、数据库、配置文件以及人机交互等; 12
GB/39360一2020 22 分析外部输人中可能存在的异常情况以及机器人控制系统的处理逻辑; 示例1,屏蔽非法输人并保持当前状态,对输人信号进行中值滤波和毛刺去除等
33 分析可能由外部输人的异常变化触发的工作状态或控制逻辑的容错保护 示例2;不可中断的动作执行过程中的不响应与当前动作相冲突的控制命令,互锁控制逻辑不满足时的状态 保持等 b 测试方法
针对识别出单个或多个外部输人,按其可能的异常情况设置测试输人数据后,查看 机器人本体运动轨迹、故障状态信息或者分析输出信号,判断机器人控制系统是否能够识别、 定位,记录相应的异常情况并按规定的处理逻辑进行容错防护
6.7.2可恢复性 可恢复性的测试步骤如下 测试前准备 a 识测出可能导致机器人拉制系统中断或失效的触发条件 1 示例;设备掉电、看门狗异常、过流或过压保护、操作系统异常,关键传感器或通信故障等
分析中断或失效的触发条件满足时,机器人控制系统重启后应恢复的数据和状态信息以 22 及采取的动作,包括当前执行的现场状态(文件名、行号、必要的变量等》. b 测试方法
预置已识别出的且能造成机器人控制系统中断或失效的条件为满足状态,查看机 器人控制系统复位后或故障恢复后,机器人本体运动轨迹、工作状态显示等信息,判断机器人 控制系统是否能够恢复直接受影响的数据并重建期望的工作状态
6.8安全性测试评价 6.8.1故障采集与防护 故障采集与防护的测试步骤如下 测试前准备 aa 列举出全部已知的故障并明确每类故障的触发条件和处理逻辑; 1 确定每类故障的优先级,确保在多个故障的触发条件同时满足时的处理逻辑; 22 3)能够预置条件使得已知的故障被触发并明确其故障记录和报告方式; 4 明确每类故障的优先级,进而预置多个故障同时触发的条件 b 测试方法
在确保可模拟实现的故障均出现的前提下,通过故障模拟的方式预置故障单独出 现或多个故障同时出现的情况,查看机器人控制系统对故障的诊断结果是否正确,是否能够在 规定的时间内识别出全部故障并将故障准确输出,并监控其执行的防护是否满足要求
检查 控制系统是否有日志文件的记录功能,用户是否能够根据显示的报警信息来判断故障类型及 故障原因
在需求阶段确定工业机器人控制系统可能面临的故障类型时,应按FMEA(见GB/T7826 2012),F:TA见GB/T78291987或IEc61025;2006)等故障分析程序
6.8.2限位保护 限位保护的测试要点和方法如下; 测试前准备
覆盖控制系统中所有的限位保护 示例笛卡尔位姿限位,关节限位等
b)测试方法
针对每个限位保护点,设置限位条件满足的场景,查看机械臂或运动部件达到异常 位置或超出特定运行空间时是否立即停止且不能响应继续运动的指令动作
13
GB/T39360一2020 6.8.3空间监控 空间监控的测试要点和方法如下 测试前准备
覆盖控制系统中机器人工具或法兰所处空间位置的监控功能,如工作空间监控、 a 障碍物空间监控等 b)测试方法
针对每种空间监控功能,设置监控条件满足的场景,查看机械臂或运动部件达到或 超出特定运行空间时是否立即停止且不能响应继续运动的指令,或输出相应信号
6.8.4单点控制 测试方法见GB11291.l一2011中5.3.5
机器人控制系统的设计和制造应使在本机示教盒或其他 示教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
6.8.5保护性停止 保护性停止的测试要点和方法如下 测试前准备
覆盖所有能够触发保护性停止的场景
a b)测试方法
根据保护性停止的触发条件,模拟不同条件(安全距离逼近或降速门限突破等)的 情况,查看软件是否控制机器人本体停止运动
测试文档集要求 测试文档集要求参见GB/T25000.512016第6章
符合性评价细则 8 符合性评价细则要求参见GB/T25000.512016第7章
14
GB/39360一2020 附录 A 资料性附录) 机器人操作系统 A.1概述 工业机器人运行的嵌人式实时操作系统,其功能、性能和开发环境见A.2一A.4
A.2操作系统功能 A.2.1内核 内核功能如下 操作系统提供任务管理、中断管理、定时管理、任务间通信、内存管理等功能.支持操作系统组 aa 件的可裁剪配置; b)支持多任务的统一调度,任务管理支持多种任务调度机制 支持信号量、消息队列、事件和异步信号机制,满足任务间通信以及同步和互斥; c d)支持高精度时钟,用以提供纳秒级的计时手段
A.2.2文件系统 文件系统功能如下 支持RamDisk,硬盘,Flash,存储卡等存储介质 a b 支持多种文件系统,实现文件存取、管理等功能
A.2.3模块动态加/卸载 支持模块动态加/卸载功能,允许用户通过网络、串口或USB等通讯方式将功能扩展模块或系统升 级模块加载到系统,实施动态链接与配置,提高系统的开发效率和升级维护能力
A.2.4网络协议栈 网络协议栈功能如下: 提供符合标准的TCP/IP网络协议栈.支持TCP,UDP,IP,ICMP和ARP等网络协议,提供标 aa 准socket编程接口 可支持典型的Internet应用协议,如;HTTP,FTPTFTP,Telnet、SNMP,sSH等协议及相关 b 服务 支持IPv4、,IPv6配置 A.2.5UISB协议栈 USB协议栈功能如下 支持USB1.1/2.0协议,支持UHCI,OHCI和EHCI多种控制器 a b 支持U盘存储设备以及鼠标,键盘等人机交互接口设备的即插即用,支持USB接口转串口的 驱动
15
GB/T39360一2020 A.2.6图形系统 图形操作系统功能如下: 支持图形解决方案,提供窗口管理器,支持窗口的最大化、最小化,前后台切换以及移动等; a 支持硬件图形加速,实现图形系统的高效绘制
b) A.2.7硬件抽象及板级支持 硬件抽象及板级支持如下 支持处理器以及板级配置的抽象,支持硬件平台的扩展 a 具备根据需求对PCIPCIE,UsB.sPI,.12cC,eMMc,sRIo,CAN,485等多种总线以及各类 b 工业实时以太网、通用以太网存储以及图形显示设备予以扩展的能力
A.3操作系统的性能 在可能的情况下,操作系统的性能满足 中断响应时间(1GHz以上主频)<1us; a b) 任务上下文切换时间(1GHz以上主频)<2us; 消息队列收发时间(1GHz以上主频)<2us
c A.4集成开发环境 A.4.1工程管理 集成开发环境的工程管理如下 支持工作空间内的多工程管理,支持工作空间的切换,工程的创建、导人/导出、打开/关闭等; a) b)提供不同类型的工程支持操作系统配置与镜像生成、动态加载库生成、静态库生成以及用户自 定义Makefile的编译; 工程内支持c/C+十源代码文件、二进制文件、各种文本格式类文件以及图片、配置文件等各 类资源的展现及分类管理; d 工程可支持多个目标平台的工具链切换,在同一工程下实现多个目标平台不同二进制目标文 件的生成
A.4.2构建管理 集成开发环境的构建管理如下 支持编译工具链的集成与扩展,提供可视化的编译配置界面,支持默认的编译配置; a b) 支持项目以及单个源文件的编译,支持编译信息的呈现
A.4.3系统配置 集成开发环境的系统配置如下 提供图形化的操作系统资源配置工具,支持操作系统硬件适配层、核心层、扩展组件以及应用 a 软件的可视化裁剪和参数配置; b 提供扩展手段,支持用户将扩展或自定义的资源,如定制驱动或第三方库,实现模块封装并导 人至配置工具
16
GB/39360一2020 A.4.4目标机管理 支持集成开发环境与目标机的互连,支持目标机参数配置以及连接启动和关闭等功能
A.4.5调试诊断 集成开发环境的调试诊断功能如下 a 提供基本的软件调试工具,支持单步跳人、单步跳过、运行和停止等功能 b 支持多种目标平台的调试,并可按需集成JTAG调试器; c 提供各类调试视图,实时显示任务栈、变量、寄存器、内存,模块等信息,支持断点和表达式查看 和设置
A.4.6辅助开发功能 集成开发环境的辅助开发功能如下 支持控制台环境,控制台内可支持命令行编译开发以及GDB调试等,支持Telnet连接目 a 标机; 支持内置的目标机仿真运行环境,支持应用仿真运行和调试
b A.4.7帮助系统 集成开发环境的帮助系统如下 提供应用开发编程指南、参考手册以及开发环境使用手册等技术资料,支持章节的索引和内容 a 的关键字检索; 提供示例工程,支持用户选择相应的工程并直接导人
b 17
GB/T39360一2020 参 考文献 GB/T12643一2013机器人与机器人装备词汇 [1] [2]GB/T11457一2006信息技术软件工程术语 [3幻 GB/T25000.102016 策 系统与软件工程系统与软件质量要求和评价(sQuaRE 10部分:系统与软件质量模型 [[4]G;B/T25000.51一2016 系统与软件工程系统与软件质量要求和评价(sQuaRE 51部分:就绪可用软件产品(RUST)的质量要求和测试细则 [51ISO/IEC25023:2016Systemsandsoftware -SystemsandsoftwareQuality engIneerlng RequirementsandEvaluation(sQuaRE)-Measurementofsystemandsoftwareproduetqualhity 18
工业机器人控制系统性能评估与测试GB/T39360-2020
随着工业机器人在制造业中的广泛应用，其控制系统的性能评估和测试变得越来越重要。GB/T39360-2020标准是中国国家标准化委员会最新发布的标准，旨在为工业机器人控制系统的性能评估和测试提供指导。
该标准明确了工业机器人控制系统的性能评估和测试的目的、原则、方法和内容，并提供了相应的技术规范。其中，涉及到的内容包括：机器人动态特性测试、机器人精度测试、机器人稳定性测试、机器人再现性测试等。
此外，标准还详细阐述了测试数据的处理方法、测试结果的表示方式以及测试报告的编写要求。标准的发布将有助于推动工业机器人控制系统的质量提升，促进制造业的发展。
针对本标准，我们还需要注意以下一些方面：
-
测试时应确保机器人处于正常工作状态，并根据需要进行预热和调试。
-
在测试过程中，应尽可能减小误差的影响，保证测试结果的准确性。
-
测试报告应按照标准要求编写，并包括必要的测试数据、测试结果以及结论等内容。
总之，GB/T39360-2020标准的发布将为工业机器人控制系统的性能评估和测试提供更加明确的指导，有助于推动我国制造业的转型升级和发展。
