GB/T40576-2021
工业机器人运行效率评价方法
Evaluationmethodologyforoperationefficiencyofindustrialrobots
- 中国标准分类号（CCS）J28
- 国际标准分类号（ICS）25.040.30
- 实施日期2022-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数15页
- 文件大小800.84KB
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工业机器人运行效率评价方法
国家标准 GB/T40576一2021 工业机器人运行效率评价方法 Evaluationmethdolvgyforoperatiomeffieieney ofindustrialrobots 2021-10-11发布 2022-05-01实施 国家市场监督管里总局 发布 国家标涯花管委员会国家标准
GB/40576一2021 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 运行效率评价流程 标准循环运行测试方法 实际工况运行测试方法 运行效率评价指标 评价报告的编写 附录A资料性附录工业机器人运行效率优化方法 附录B(资料性附录》工业机器人运行效率评价示例
GB/40576一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本文件的某些内容可能涉及专利
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任
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;中机生产力促进中心、重庆大学苏州苏相机器人智能装备有限公司、北京机械工 业自动化研究所有限公司、苏州傲特敏机器人技术服务有限公司、重庆华数机器人有限公司,苏州大学、 常州铭赛机器人科技股份有限公司、南京熊猫电子装备有限公司、江苏汇博机器人技术股份有限公司、 科学院沈阳自动化研究所、福州广泰机械设备有限公司、国机智能技术研究院有限公司、上海沃迪 智能装备股份有限公司
本标准主要起草人.曹华军、孙婷婷、江浦,孙立宁,瞿卫新,尹作重、杨品、宁国松、高宏伟、辛明哲 夏亮、陈国栋、陈彬、秦修功、任建勋、李长峰,王富林,王振华、李志海、吴晓岚,贾建民、童上高、陆小军、 王呈栋
GB/T40576一2021 工业机器人运行效率评价方法 范围 本标准规定了工业机器人在制造环境中运行能耗测试及运行效率评价方法
本标准适用于机器人使用者对工业机器人运行过程效率评价,以实现工业机器人运行过程中的能 耗管控
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 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 件
GB/T126432013机器人与机器人装备词汇 GB/T40575工业机器人能效评估导则 术语和定义 GB/T126432013,GB/T40575界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 工步step 在加工表面(或装配时的连接表面、搬运时的工件)和加工(或装配、搬运)工具不变的情况下,连续 完成的那一部分工序
注:改写GB/T4863一2008,定义3,4.3
3.2 工业机器人任务taskofanindustrialrobot 工业机器人完成特定操作过程中,一系列工步的动作总和
3.3 标准循环standardeycle 标准工况下,工业机器人完成一个合格任务的过程
3.4 辅助能耗 assistantenergyconsumption 工业机器人运行过程中,辅助时间内消耗的能量
3.5 异常能耗faltstatusenergyconsumptiom 工业机器人运行过程中,在异常状态下消耗的能量
3.6 运行能耗标称值 nominalenergyconsumptioninoperation 重复完成多次标准循环所消耗能量的平均值
GB/T40576一2021 3.7 运行能量效率系数eneryefieieneyratioinoperation 完成一个合格任务,能耗标称值与实际运行能耗平均值的比值 3.8 辅助能量比例系数assistantenergyconsumptionratioinoperation 辅助能耗与总能耗的比值
3.9 异常能量比例系数faultstatusenergyconsuptionratioinoperationm 异常能耗与总能耗的比值
运行效率评价流程 工业机器人运行效率评价流程如图1所示 评价任务设定 标准瓢环运行测试 实际工况运行渊试 能耗 实际工况运行总 标准循环运行总 辅助能耗计算 异常能耗计算 数据 能耗计复 能耗计算 获取 运行能耗标称值 运行能量效率系数 辅助能量比例系数 异常能量比例系数 运行 计竹 计竹 计算 计算 能放 效米 分析 工业机器人运行效率分析 运行效率优化方案建议 编写工业机器人运行效率评价报告 图1运行效率评价流程
GB/T40576一2021 工业机器人运行效率评价具体步骤如下: 确定工业机器人运行任务、工艺方案,并编写工业机器人运行程序， a b 按照第5章要求进行标准循环运行测试,获得标准循环运行测试功率曲线 按照第6章要求实际工况运行测试,获得实际工况运行测试功率曲线 c 按照式(1)一式(4)分别进行计算标准循环运行总能耗实际工况运行总能耗、辅助能耗和异常 d 能耗等数据; 在能耗数据的基础上,再按照式(5)式8)分别进行计算运行能耗标称值、辅助能量比例系 数、异常能量比例系数和运行能量效率系数等评价指标,分析工业机器人运行效率水平 fD 提出工业机器人运行效率优化建议,优化方法参见附录A; 编写工业机器人运行效率评价报告
g 工业机器人运行效率评价示例参见附录B
标准循环运行测试方法 5.1测试要求 测试涉及的功率检测设备、测试温度、操作条件及热机要求应符合GB/T××××中第5章的 规定 5.2测试步骤 通过以下步骤进行工业机器人标准循环运行测试: 安装工业机器人末端执行器,设定标准生产工况 对工业机器人进行热机操作 b 将功率检测设备接人工业机器人主电源; c d 打开工业机器人主电源,使能工业机器人各电机 执行工业机器人运行程序; e 将工业机器人各电机取消使能,关闭工业机器人主电源
f 5.3结果记录 通过功率检测设备测量标准循环运行测试过程中工业机器人功率随时间变化情况,并通过标准循 环运行测试功率曲线记录测试结果
图2为标准循环运行测试结果记录示例
GB/T40576一2021 P"w w V A 说明 P 工业机器人瞬时功率; 时间; -第1个工步开始时刻 1 -第1个工步结束时刻 第i个工步开始时刻 is -第;个工步结束时刻 tie 图2标准循环运行测试功率曲线示意图 5.4能耗数据计算 在标准循环运行测试中,工业机器人标准循环运行总能耗通过式(1)计算 Es= 尸sd 习 式中 E 工业机器人标准循环运行总能耗,单位为焦耳(J); P 工业机器人的瞬时功率,单位为瓦特(w); -标准循环包含工步个数; 第i个工步起始时刻,单位为秒(s); tn -第i个工步结束时刻,单位为秒(s)
6 实际工况运行测试方法 6.1测试要求 测试涉及的功率检测设备、操作条件应符合GB/T××××中第5章的规定 6.2测试步骤 通过以下步骤进行工业机器人实际工况下运行测试 选定测试的制度工时或班次; a
GB/40576一2021 b)将工业机器人接人运行工位; 安装工业机器人末端执行器; c d)将功率检测设备接人工业机器人主电源 打开工业机器人主电源,使能工业机器人各电机 e 执行工业机器人运行程序; fD 将工业机器人各电机取消使能,关闭工业机器人主电源
g 实际工况运行测试中的工业机器人运行程序相同应和标准循环运行测试中的工业机器人运行程序 相同 6.3结果记录 通过功率检测设备测量实际工况运行测试过程中工业机器人功率随时间变化情况,并通过实际工 况测试功率曲线记录测试结果
图3为实际工况运行测试结果记录示例
P/w wN n ata at nsk fn nel4 s 说明: P 工业机器人瞬时功率 时间; 实际工况运行测试开始时刻 实际工况运行测试停止时刻 1个辅助时间段起始时刻 $ 个辅助时间段结束时刻 第 第2个辅助时间段起始时刻 第2 第3 第3 第1
个异常时间段红 In 第4个辅助时间段起始 at 第4个辅助时间段结束时 le 第5个辅助时间段起始时刻 1as -第5个辅助时间段结束时刻 'aie 图3实际工况运行测试功率曲线示意图
GB/T40576一2021 6.4能耗数据计算 6.4.1实际工况运行总能耗 在实际工况运行测试中,工业机器人实际工况运行总能耗通过式(2)计算 ET=Pdl 式中 E -工业机器人实际工况运行总能耗,单位为焦耳J) P -工业机器人的瞬时功率,单位为瓦特(w); 实际工况运行测试的起始时刻,单位为秒(s); 实际工况运行测试的停止时刻,单位为秒(s). 6.4.2辅助能耗 实际工况测试中,工业机器人实际工况辅助能耗通过式(3)计算: 习R 3 E= 式中: E -工业机器人辅助能耗,单位为焦耳(J); 实际工况运行测试包含辅助时间段个数 n 第i个辅助时间段起始时刻,单位为秒(s); tm 第i个辅助时间段结束时刻,单位为秒(s)
am 6.4.3异常能耗 实际工况测试中,可能出现工业机器人功能异常、末端执行器损坏、辅助装置故障等异常状态.工业 机器人实际工况异常能耗通过式(4)计算 习r, EF= 式中 E 工业机器人异常能耗,单位为焦耳(): -实际工况运行测试包含异常时间段个数 n -第i个异常时间段起始时刻,单位为秒(s) ti 第i个异常时间段结束时刻,单位为秒(s)
lie 运行效率评价指标 7.1评价指标构成 运行效率评价指标包括运行能耗标称值、辅助能量比例系数、异常能量比例系数和运行能量效率 系数
7.2评价指标计算 7.2.1运行能耗标称值 进行十次标准循环运行测试,通过式(1)计算每次标准循环运行测试中工业机器人的总能耗,运行
GB/40576一2021 能耗标称值通过式(5)计算 EN一 10 式中 E 运行能耗标称值,单位为焦耳(J; 第i次标准循环运行测试中工业机器人的总能耗,单位为焦耳(J). Es 7.2.2辅助能量比例系数 辅助能量比例系数通过式(6)计算 E 4= 式中 辅助能量比例系数
A 7.2.3异常能量比例系数 异常能量比例系数通过式(7)计算 E 4F= E配 式中 异常能量比例系数
A 7.2.4运行能量效率系数 运行能量效率系数通过式(8)计算 EN×n下×" E 式中: 运行能量效率系数,运行能量效率系数0
GB/40576一2021 附 录 A 资料性附录 工业机器人运行效率优化方法 工艺方案优化 A.1 工艺方案影响运行能耗标称值,进而影响工业机器人运行效率
当运行能耗标称值较大时,根据实 际情况宜采用以下优化方法,或采用下述方法组合,集成的方法 运行轨迹优化;对工业机器人的运行轨迹进行优化,合理规划其运动路径和运行速度
选择恰 a 当的空间运动曲线,避免过于频繁的加减速,增强轨迹的平滑性,降低机器人运行能耗标称值 提升运行效率
b 匹配性优化;工业机器人处于额定负载时,不仅能够充分满足性能要求,而且电机容量的利用 率很高,此时机器人能量利用率较高,应避免大负载机器人应用于轻量型场合
工艺参数优化:工艺参数影响工业机器人负载情况,并进一步影响工业机器人运行能耗,通过 工艺参数优化提升工业机器人运行效率
工况及质量优化 工业机器人运行工况及加工质量将影响运行能量效率系数,进而影响工业机器人运行效率
当运 行能量效率系数较小时,根据实际情况宜采用以下优化方法,或采用下述方法组合、集成的方法 辅助时间优化;当辅助能量比例系数较大时,缩短工业机器人运行过程中装夹、检测等环节的 辅助时间,降低辅助能耗,实现运行能量效率提升; b 可靠性优化:当异常能量比例系数较大时,宜通过提升设备可靠性,减少工业机器人、末端执 行器及辅助装置故障率,降低工业机器人在异常能耗,实现运行能量效率提升 质量优化:合格率决定实际运行过程中,工业机器人有效能耗,宜通过质量优化提高成品的合 格率,提升能量效率系数,实现运行能量效率提升
GB/T40576一2021 录 附 B 资料性附录) 工业机器人运行效率评价示例 本附录以某型号工业机器人打磨箱体任务为实例,说明工业机器人运行效率评价方法
评价任务设定 根据箱体打磨产品要求,确定工业机器人的打磨任务、工艺方案;确定打磨工艺参数及工艺路线， 通过示教编程方法编写工业机器人运行程序
标准循环运行测试 2 测定环境温度,安装工业机器人末端执行器,设定标准生产工况,并进行热机操作
选取功率分 析仪,并根据功率分析仪产品说明书,按照三相四线制模式将功率分析仪接人工业机器人主电源
打 开工业机器人主电源,使能工业机器人各电机,执行工业机器人打磨程序,程序运行完成后将工业机 器人各电机取消使能,关闭工业机器人主电源
记录工业机器人标准循环运行测试功率曲线
并重 复标准循环运行测试十次
3. 实际工况运行测试 选定一个班次,将工业机器人接人制造系统,并根据功率分析仪产品说明书,按照三相四线制模 式将功率分析仪接人工业机器人主电源,执行工业机器人打磨程序,程序运行完成后将工业机器人各 电机取消使能,关闭工业机器人主电源
测量工业机器人在一个班次时段的实际工况运行测试功率 曲线
在该班次内工业机器人共完成188次箱体打磨任务,其中173件箱体的打磨工序质量合格,任 务质量合格率为92.02%
4. 能耗数据获 分别计算实际工况运行总能耗E下=10565332J,辅助能耗EA=1475326J,异常能耗E= 5. 运行效率分析 首先计算运行能耗标称值EN=52189J,然后分别计算辅助能量比例系数4A=0.1396,异常能 量比例系数4p=0,最后计算运行能量效率系数A=0.8545
运行效率优化建议 6. 根据运行能耗标称值、辅助能量比例系数、异常能量比例系数、运行能量效率系数,从工艺方案、 工况及质量优化方面提出工业机器人运行效率优化方案
编写工业机器人评价报告 根据测试及计算结果编写运行效率评价报告,工业机器人运行效率评价报告如下 10
GB/T40576一2021 工业机器人运行效率评价报告 工业机器人使用信息 用户 运行任务 工艺类型 工业机器人 型号 制造商 制造时间 软件版本号 备注 末端执行器 型号: 制造商 制造时间: 备注 评价责任人及测试程序编程方式 运行效率评价责任者 任务轨迹 编程方式 备注: 功率检测设备 5 类型: 制造商 型号 精度: 备注 标准循环运行测试 测试时间 测定场所 环境温度 热机时间: 测试数据 标准循环运行测试功率曲线 实际工况运行测试 测试开始时间 测试结束时间 1
GB/T40576一2021 测试场所 环境温度: 实际工况运行总能耗(J) 辅助能耗J): 异常能耗(J) 任务完成次数: 合格率(%): 测试数据 实际工况运行测试功率曲线 8 评价指标 运行效率评价指标表 测试值 指标名称 运行能耗标称值E、(J 运行能量效率系数4 辅助能量比例系数A， 异常能量比例系数4 运行效率优化方案 12
工业机器人运行效率评价方法GB/T40576-2021
随着工业自动化水平的提高，越来越多的企业开始采用工业机器人进行生产，提高生产效率和降低成本。而对于工业机器人的运行效率评价，则显得尤为重要。因此，国家标准化管理委员会制定了《工业机器人运行效率评价方法GB/T40576-2021》这一标准，以规范工业机器人的运行效率评价。
一、技术要求
该标准主要针对工业机器人的运行效率进行评价，其中包括机器人的速度、精度、稳定性等方面。具体要求如下：
- 1. 机器人速度：标准要求测量机器人在不同载荷和轨迹情况下的速度。
- 2. 机器人精度：标准要求测量机器人在不同载荷和轨迹情况下的重复定位精度、绝对定位精度等。
- 3. 机器人稳定性：标准要求测量机器人在不同工况下的振动、噪声等指标。
二、测试方法
该标准规定了工业机器人运行效率的测试方法，主要包括机器人速度测试、机器人精度测试、机器人稳定性测试等。具体测试方法如下：
- 1. 机器人速度测试：标准要求根据机器人不同载荷和轨迹情况，采用激光测距仪或编码器进行测量，并计算出机器人的速度。
- 2. 机器人精度测试：标准要求采用相机、测头等设备进行测量，计算机器人在不同载荷和轨迹情况下的重复定位精度、绝对定位精度等。
- 3. 机器人稳定性测试：标准要求采用加速度计、振动传感器等设备进行测量，计算机器人在不同工况下的振动、噪声等指标。
三、报告要求
该标准规定了工业机器人运行效率测试报告的要求，包括报告格式、内容、结果等方面。具体要求如下：
- 1. 报告格式：标准规定了测试报告的基本格式和要求，包括报告封面、目录、正文、附录等。
- 2. 报告内容：测试报告应涵盖机器人速度、精度、稳定性等多个方面的测试结果。
- 3. 报告结果：测试报告应将机器人的测试结果进行综合分析和评价，并给出相应的评价结论。
四、结语
通过本文的介绍，我们可以了解到《工业机器人运行效率评价方法GB/T40576-2021》这一标准对于规范工业机器人的运行效率评价具有重要的意义。企业可以按照该标准进行机器人的测试和评价，以提高生产效率和降低成本，从而增强市场竞争力。同时，我们也希望更多的专业人士能够关注和推广这一标准，在实践中不断完善和发展。
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