GB/T38560-2020
工业机器人的通用驱动模块接口
Interfaceofuniversaldrivermoduleforindustrialrobots
- 中国标准分类号（CCS）J28
- 国际标准分类号（ICS）25.040.30
- 实施日期2020-10-01
- 文件格式PDF
- 文本页数11页
- 文件大小3.02M
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工业机器人的通用驱动模块接口
国家标准 GB/T38560一2020 工业机器人的通用驱动模块接口 InterfaceofuniverSaldriverm0duleforindustrialrobots 2020-03-06发布 2020-10-01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/T38560一2020 次 目 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义 通用驱动模块设计原则 通用驱动模块化结构 5.1概述 5.2机械接口 5.3电气接口 5.！通信协议接口 5.5模块安全性要求 附录A(资料性附录 -体化通用驱动模块示例 附录B(资料性附录)驱动模块机械接口相关参数要求 参考文献
GB/38560一2020 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;遨博(北京)智能科技有限公司、北京航空航天大学、首都师范大学、深圳吉阳智能 科技有限公司、常州易尔泰智能传动技术有限公司、苏州中德睿博智能科技有限公司、博众精工科技股 份有限公司清华大学、清能德创电气技术(北京)有限公司、安徽配天机器人技术有限公司、长春禹衡光 学有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司
本标准主要起草人:邵振洲、魏洪兴、胡磊、李永东,娄威,李煜、杨书评,朱宏伟,关永,谈金东,施智平、 王瑞、邹翼波、王健、曹俊、肖曦、张俊丰、王泽涵、杨尚、黄永衡
GB/T38560一2020 引 言 随着机电一体化技术的发展,工业产品朝着智能化、系统化、微型化与模块化的方向发展
尤其是 在工业机器人领域,模块化、轻量化和多轴化成为其发展趋势
而对于传统工业机器人来说,由于其构 型的较为固定,各个自由度之间结构形式都不相同,不具有可替换性，组成方式较为单一,受到自身结构 的限制,决定其功能的单一化,无法适应复杂多变的环境和任务 虽然国内机器人领域现在已经有较大的发展,但与国际先进水平相比仍有较长的路要走,比如国外 的移动机械臂多采用模块化关节的设计思想,这在关节更换、故障排除等方面有着巨大的优势,而国内 机械臂的设计中还缺少这种指导思想
因此,建立工业机器人的通用驱动模块接口标准,利用通用驱动模块接口,可以实现快速置换和故 障排除等,突破机器人模块化设计技术,形成具有自主知识产权的机器人关键部件,有效降低机器人产 品的开发难度,并形成关键技术的积累和沉淀,可以支撑我国工业机器人技术及产业的发展,促进机器 人技术的普及应用
GB/T38560一2020 工业机器人的通用驱动模块接口 范围 本标准规定了工业机器人通用驱动模块的设计原则和模块化结构设计要求
本标准适用于模块化工业机器人通用驱动模块的设计和开发
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/T5226.1一2019机械电气安全机械电气设备第1部分;通用技术条件 GB/T157062012机械安全设计通则风险评估与风险减小 GB/T16855.1一2018机械安全控制系统安全相关部件第1部分:设计通则 电子设备连接器产品要求第1部分 IEC61076-l:2006 总规范Connectorsforeleetronic equipmentProductrequirments一Partl:Generalspecification EcC62061机械安全与安全有关的电气、电子和可编程序电子控制系统的功能安全(Safetyof machineryFunctionalsafetyofsafety-relatedelectrical,electronicandprogrammableelectroniccon- rolsystems) 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
[[GB/T126432013,定义2.9] 3.2 驱动模块dirivermodwle 在工业机器人中,由伺服电机、减速器、制动器、位置反馈编码器、伺服驱动器等组成的具有独立功 能的驱动单元
3.3 通信总线communicationbus 用于驱动模块之间、驱动模块与控制器之间通信的总线
3.4 -体化uniform 在驱动模块中集成电源和通信总线并统一外部接口
3.5 可重构化recnfiguratom 根据不同给定任务的需求,工业机器人可基于通用驱动模块构建具有不同构型设计和功能
GB/T38560一2020 通用驱动模块设计原则 通用驱动模块应遵循接口统一、可靠性高和安全性高等设计原则,并满足快速更换和互操作等要 求
如图1所示,各驱动模块提供统一的机械,电气和通信接口,且为双向,模块两端均可与其他模块相 连,模块间应能快速连接装配
具体设计原则如下: 机械接口 电气接口 电气接口 通信接口 通信接口 图1通用驱动模块和连接接口 一体化驱动模块的结构紧凑,装配方便以及 驱动模块的支撑机构、电机及传动装置设计应实现一 a 可重构化.并针对伺服电机.减速器、.制动器、高精度位置反馈数字电位器、控制电路等组成部 件进行优化设计; b 在设计多自由度(含1自由度)机械臂时,应采用即插即用连接机构以实现电气和机械的快速 连接,并且在模块功能出现异常时应支持快速替换,保证结构和功能的快速修复; 设计驱动模块时,为简化参数设置,内部应预置ID校正和配准等信息: 驱动模块的拆装要保证其供电,通信和安全性不受损害,避免造成模块功能失常,失效或不安 d 全的行为; 系统硬件平台的设计在兼顾散热和可靠性的前提下应采用小型化及集成化技术
通用驱动模块化结构 5.1概述 每个通用驱动模块内部应包含完整的机械结构和控制电路,并能实现机械与电气上的即插即用
每一个伺服驱动模块内部存储器应保存配置、校准、位置等信息,以保证其可插拔和快速替换
-体化通用驱动模块的设计主要包括壳体及支撑结构,伺服电机、位置传感器、电子刹车或机械刹 车/抱闸、伺服驱动器(实现伺服控制,内置电流传感器,实现电流环控制算法,具有过热、过流、过压/欠 压等保护功能,并接出通信接口或高速现场总线,如CAN、RS232和EtherCAT等)和减速机构等
具 体示例参见附录A
5.2机械接口 通用驱动模块应具有统一的机械接口,便于驱动模块之间的连接,以及驱动模块与连接件互联,并 保证模块间的物理连接、数据和电源对应的接口连接在装配和拆卸过程中不易损坏,避免驱动模块在使 用过程出现性能和安全风险
驱动模块机械接口相关参数要求参见附录B. 为保证模块间的连接和功能的有效性,通用驱动模块的机械接口应遵循以下原则 采用合适的机械设计方法,如限位开关或机械限位接口等,保证通用驱动模块间的对齐和定 a
GB/T38560一2020 位,以及在静态和动态运动条件下的连接强度 b 保证模块间的电气和电源连接不易被损坏; 适当采用同轴和/或圆锥体的结构设计,使得角度和径向运动误差最小,防止连接点损坏 c d)机械接口处宜采用环形结构,并提供具有一定分布的连接点,保证驱动模块连接的准确性 其他电气机械连接应符合IEC61076-1;2006的要求
另外,根据机器人的应用场景,通用驱动模块的材料应具备特定的性质,包括强度、韧性、质量、形状 和热电参数等
材料选择应遵循以下原则: 所使用材料不能对周围环境造成化学污染; a b 所使用材料应防火,避免引发火灾,具体要求应符合IEC61076-l;2006; c 所使用材料在特定的操作环境中应具有一定的抗疲劳度; 山选择材料时应考虑在机器人操作过程中由于跌落、拉伸和挤压等对伺服驱动模块造成的可能 损害
5.3电气接口 通用驱动模块电气接口应包括电源和传感器接口等,在保证驱动模块功能的前提下,尽量简化电气 连接,最大限度地防止机器人运动造成线路损坏,降低安全隐患
另外,不同模块间的电气接口应易于 连接,不需要任何工具手动即可完成,便于机器人集成和模块更换
根据实际应用需求,通用驱动模块电源可为直流12V一48v、100V一240V单相或三相交流等供 电方式,采用串行方式,便于通用驱动模块的扩展和维护
相关线缆应采用中空孔走线方式,避免电源 或通信线暴露在驱动模块外部,在运行过程中与其他外设产生干涉
另应考虑EMC和EMI问题,并 采用适当的测量设备,确保电源线和通信信号线等之间没有相互干扰
EMc和EM具体要求应符合 GB/T5226.12019和IEC61076-1;2006
除上述电源和通信电气接口外,驱动模块应装配位置、,加速度、电流和温度等检测传感器,用于模块 控制和状态观测
电机电流传感器宜根据关节型号确定各数值
电气连接器应考虑机械操作的耐用性,以及绝缘性和耐压性等电气性能指标要求
由于工业机 器人工作环境的差异,应考虑连接器耐温、耐湿、耐盐雾、抗振动和冲击等参数
具体要求应符合 GB/T5226.1一2019和IEC61076-1;2006
5.4通信协议接口 通信接口可支持一种或多种国际通用标准总线协议,宜采用Rs232,CAN,双CAN,EtherCAT总 线和Powerlink等,并提供API支持,开放通信协议,便于用户自主开发
5.5模块安全性要求 每个通用驱动模块需要危险评估以确认可能的设计错误和缺陷,以及可能导致的危险
针对机械安 全,危险评估和降低的具体信息和指导见GB/T157062012
控制功能危险评估见GB/T16855.1一2018 和IEC62061
电气安全应符合GB/T5226.1一2019的要求
模块安全性的另外一个关键部分是功能验证和确认
驱动模块应经过测试来验证和确认是否满足 安全需求
宜使用仿真、测试用例和形式化验证相结合的方法,对驱动模块进行完备的验证,保证其安 全性
GB/T38560一2020 附 录 A 资料性附录) -体化通用驱动模块示例 图A.1为一体化通用伺服驱动的系列化模块,作为一种机械臂关节的部件级解决方案,为用户提 供稳定可靠的高性能关节模块,兼具结构紧凑、集成简便的特点,同时可提供个性化定制,力求在短周期 内为客户打造属于自已的高性能机械臂或机器人
图A.2和图A.3分别是驱动模块的主要组成部分 和剖面图
3 h 图A.1通用驱动模块系列 减速器 制动器 电机 编码器 驱动器 图A.2通用驱动模块主要组成部分
GB/38560一2020 中空孔走线，主要用于电源和 通信线缆从驱动模块中通过 图A.3通用驱动模块剖面图 通用模块具体技术参数如表A.1所示
表A.1通用模块技术参数 模块型号 参数 a b c 直径 90 75 75 60 96. 尺寸 90.8 76.0 72.4 高度 输人法兰 M4x8丁6 M4×8丁4.5 <8丁 M3x6丁4.5 M4 4.5 mm 输出法兰 M4x8丁 M4X8丁4.5 M4x8丁4.5 M3×6丁4.5 30 额定负载/(N. 16 14 m 15 12.5 12.5 15 额定速度(r/" min 26 最大平均负载/(Nm) 32 26 7.3 67 67 最大负载/(Nm) 90 33 转矩系数/Nm/A) 16 16 25.6 19.2 质量/g 1393 927 758 471 是否有刹车 是 是 否 编码器 多圈绝对值编码器 加速度,温度,电压电流 传感器 编码器分辨率 0,05 重复定位精度 士0.5" 电源 24V(DC 通信总线 CAN 注;a),b).e)和)对应于图A.1的通用驱动模块系列
GB/T38560一2020 附录 B 资料性附录) 驱动模块机械接口相关参数要求 单个驱动模块在最大额定负载下,最大几何形变不能超过0.1mm,在最大额定转矩条件下,最大旋 转形变小于0.01rad
为保证驱动模块的物理连接,在设计中应考虑驱动模块对齐、定位和锁死等
连接后侧向转动和径 向移动的误差宜控制在小于0.5和10mm范围内
GB/38560一2020 参 考文献 [1]GB/T12643一2013机器人与机器人装备词汇
工业机器人的通用驱动模块接口GB/T38560-2020
工业机器人是一种可以代替人类完成生产操作的机械设备。在现代制造业中，工业机器人已经成为不可或缺的一部分。而驱动模块则是工业机器人的核心控制部件之一。驱动模块的好坏直接影响着工业机器人的性能、稳定性和可靠性。
为了规范化工业机器人驱动模块的设计和制造，中国标准化协会于2020年6月发布了《工业机器人驱动模块接口》标准（即GB/T38560-2020）。该标准的发布填补了国内工业机器人领域的空白，对于推动我国工业机器人行业的快速发展具有重要意义。
GB/T38560-2020标准规定了工业机器人驱动模块的基本要求、测试方法、标识、包装、运输和储存等方面内容。其中，最具有特色的是该标准规定了通用驱动模块接口的设计要求，并对常见的工业机器人的控制系统接口进行了分类。通过这一接口，不同厂家生产的驱动模块可以实现互换并使用，大大降低了用户的采购成本和维护成本。
相比于传统的驱动模块设计，通用驱动模块接口的优势主要表现在以下几个方面：
- 提高了工业机器人的可扩展性。不同厂家生产的驱动模块可以通过统一的接口进行组合和替换，从而满足不同用户的需求。
- 降低了采购成本。通用驱动模块接口可以促进市场竞争，使得相关产品价格更具透明度和可比性，用户可以更加灵活地进行采购选择。
- 提高了维护效率。在遇到故障时，通用驱动模块接口可以让用户更加方便地进行模块的替换和维修。
然而，GB/T38560-2020标准目前还存在着一些问题和挑战。例如，标准中没有涉及到安全性、可靠性等方面的具体要求。此外，由于工业机器人市场的竞争日益激烈，通用驱动模块接口的设计也需要与时俱进，适应不断增长的用户需求。
总之，GB/T38560-2020标准的发布是我国工业机器人技术发展的一个重要里程碑，将为产业链各个环节的企业提供更大的商机。相信随着该标准的不断完善，未来的工业机器人市场一定会拥有更加广阔的发展空间。
