ICS 25.040.30;17.100 CCS L 15
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T43199—2023
机器人多维力/力矩传感器检测规范
Test specification for robot multi-axis force/torque sensor
2024-04-01实施
2023-09-07发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T43199—2023
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
检测条件 4.1 环境条件 4.2 校准系统 4.3 检测设备要求 4.4 检测前的准备工作般性能检测 5.1 量程 5.2 准确度 5.3 重复性 5.4 非线性 5.5 零点输出 5.6 零点时漂 5.7 零点温漂 5.8 输出时漂 5.9 输出温漂 5.10 过载能力 5.11 输出响应时间 6特殊性能检测 6.1 联合加载重复性 6.2 联合加载偏差 6.3 测量不确定度 6.4 弹性角位移
4
5
10 GB/T43199—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意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专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国机器人标准化技术委员会（SAC/TC591)归口。 本文件起草单位：邀博（北京)智能科技股份有限公司、坤维（北京科技有限公司、北京机械工业自
动化研究所有限公司、北京航空航天大学、北京石油化工学院、首都师范大学、常州检验检测标准认证研究院、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、沈阳埃克斯邦科技有限公司、杭州申昊科技股份有限公司。
本文件主要起草人：魏洪兴、熊琳、朱志昆、宋仲康、崔元洋、杨书评、王殿君、王鹏、张弛、陈庆盈、 袁明论、邵振洲、孙峻利、管志钢、刘颖、王振、黎勇跃、邓成呈。 GB/T43199—2023
机器人多维力/力矩传感器检测规范
1范围
本文件规定了机器人多维力/力矩传感器检测条件，描述了一般性能与特殊性能的检测方法。 本文件适用于机器人使用的多维力/力矩传感器检测。
2规范性引用文件
2
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/T4167—2011码 GB/T15478—2015 5压力传感器性能试验方法
术语和定义
3
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
机器人多维力/力矩传感器 robotmulti-axisforce/torquesensor 安装在机器人末端或末端附加装置上，测量三个坐标轴的力及其力矩的装置。
3.2
载荷 load 施加在传感器上的已知作用力或力矩。
3.3
传感器参考中心 reference center of sensor 传感器给出测量结果的坐标系的原点。
3.4
检测中心 testingcenter 施加的力/力矩的直角坐标系的原点。
3.5
检测坐标系 testing coordinate system 施加载荷的直角坐标系。
3.6
传感器分量 component of sensor 传感器在直角坐标系中X、Y、Z坐标轴方向的受力或力矩通道
3.7
多维联合加载 multidimensional combining loading 传感器的所有分量同时加载的一种加载方式。
1 GB/T43199—2023
3.8
传感器标校 sensorcalibration 按选定的直角坐标系对传感器施加载荷，获得用于传感器解耦所需全部参数的一种检测和标定
方式。 3.9
联合加载重复性 combining loading repeatability 传感器多组重复联合加载测量结果之间的差异程度
3.10
联合加载偏差 combiningloadingdeviation 传感器多组无线性相关性联合加载测量结果与理论载荷真值之间的偏离程度，
3.11
测量不确定度 measurementuncertainty 传感器测量值与被测量理论真值的接近程度，
3.12
载荷适配器 loadadapter 安装在传感器上模拟传感器受力情况的承载传力装置。
4检测条件
4.1 环境条件
除非另有规定，传感器的检测应在以下环境条件下进行： a）温度：15℃~35℃； b) 相对湿度：30%~85%； c) 大气压：86kPa～106kPa。
4.2 校准系统
除非另有规定，检测校准系统符合以下要求。 a）校准系统组成
校准系统由标准力源、激励电源和读数记录装置三部分组成。其综合容差可按三部分装置容差的均方根计算，应不超过被试传感器容差的33%。综合容差也可由传感器的产品标准或随机文件规定。
b）标准力源
1）对于0.01级～0.05级的传感器，其容差应不超过被试传感器允许容差的33%； 2）对于0.1级～4.0级的传感器，其容差应不超过被试传感器容差的33%； 3） 提供的仪表或监视标准力源的仪表量程，应为被试传感器满量程的125%～500%； 4) 力输出在整个量程范围内应连续可调，也可采用阶跃式调节，但阶跃的方式应使被试传感
器在检测过程中不出现由于过冲和扰动而引起迟滞误差； 5）标准力源和理论力臂构成标准力矩源。
c）激励电源
激励电源按被试传感器要求，应选用精密稳压电源、稳流电源、干电池或蓄电池等，其稳定度容差应不超过被试传感器容差的20%，
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d）读数记录装置
读数记录装置按被试传感器输出的要求，应选用数字式电压表、数字式频率计、电流表等，其准确度容差应不超过被试传感器容差的20%。
e) 其他检测设备
其他检测设备应按检测要求配备
4.3 检测设备要求
检测设备符合以下要求：
检测设备的加载维度应等于或大于传感器的测量维度，即检测设备可同时对多维力/力矩传感
a)
器的全部分量进行加载，对于六维力/力矩传感器而言，检测设备可同时加载沿直角坐标系中 X、Y、Z坐标轴方向的力和绕X、Y、Z坐标轴方向的力矩；
b） 检测设备的测量不确定度应为被检测传感器要求测量不确定度的10%～33%； c） 检测设备的载荷源为础码时，所用础码应不低于GB/T4167一2011中的M3级，采用其他载
荷源时，其测量不确定度应优于0.05%； d） 载荷适配器应有足够的刚度，可近似作刚体。
4.4 检测前的准备工作
检测前做好各项准备工作。 a）证书文件
检测用的检测设备（仪器设备和计量器具等）应具有计量检定单位签发的有效期内的检定证书。
b） 安装
传感器按产品标准或产品随机文件的规定安装在检测装置上。 c）连接
静态性能检测时，被试传感器与压力标准器、激励电源和读数装置的连接，应按其系统管路图、 电路图及详细规范的规定进行。其他性能检测时，被试传感器与检测装置的连接，应按传感器产品标准或随机文件的规定进行。
d) 放置和预热
将多维力/力矩传感器安装于基座上，见图1，基座的刚性应大于传感器刚性的3倍以上，从而形成固定支撑边界条件；调整多维力/力矩传感器的XY平面与大地平行，Z轴竖直向上，符合右手螺旋法则；XY平面的倾角不大于0.03。将载荷适配器固连到传感器上，调整载荷适配器的中心（检测中心)和传感器参考中心共Z轴。 被试传感器与检测有关的检测装置正确安装、连接后，应使其在检测环境条件下放置2h。检测前，仪器仪表应通电预热，预热时间按产品标准或产品随机文件的规定进行，被试传感器应通电预热0.5h。
3 GB/T43199—2023
r
X
一传感器
A
一基座
图11 传感器检测时的安装姿态
e）调整与调试
调整传感器的位置和姿态，使传感器各分量的方向与检测设备的检测坐标系一致，传感器分量的方向与检测坐标系坐标轴的夹角偏差不大于土2。对传感器各分量逐个试加载，确认传感器的输出结果是否符合坐标系方向。
一般性能检测
5
5.1 量程
传感器施加多维联合加载，每次均应达到传感器分量测量的上限值，待传感器输出值稳定后，记录传感器的输出值，再返回零点，并且重复不少于3次的升和降加载循环。
多维力/力矩传感器量程计算包括以下三种类型。
线性传感器量程(Yrs）按公式（1)计算：
a)
YFs = 1b(X-X.)I
......(1)
式中：理论工作直线的斜率； X一测量上限的负载力值； X，一测量下限的负载力值。 定点使用的非线性传感器量程（Yrs）按公式（2)计算：
0
b）
YFs = IYH -Y.
(2)
式中： YH- 测量上限示值平均值； Y. 测量下限示值平均值
c）非定点使用的非线性传感器及带刻度方程的线性传感器量程（Yrs）按公式（3)计算：
YFs =|YkH-YkL
..(3)
式中：
YKH—- 刻度方程上的上点输出值； Yki. 刻度方程上的下点输出值。
5.2 准确度
在传感器全量程范围内选择均匀分布的6～11个点进行检测，测量每个检测点对应的传感器输
4 GB/T43199—2023
出，并且重复不少于3次的升和降循环加载。传感器准确度的计算方法应按GB/T15478一2015中 5.4.2.7规定的方法计算。 5.3重复性
在相同测量方法、相同观测者、相同测量仪器、相同地点、相同使用条件和在短时期内对传感器同一被测量进行多次连续测量。测量应在传感器全量程范围内选择均匀分布的611个点进行检测，测量每个检测点对应的传感器输出，并且重复不少于3次的升和降循环加载。
重复性误差（s）按公式（4)计算：
SR= YFs aS X100%
·(4)
式中：入 S——传感器在量程内的偏差，按公式(5)计算； Y Fs 一传感器量程。 传感器在量程内的偏差（S)按公式（5)计算：
包含因子（可按t分布，取置信概率为95%，可按极差法取2～3）；
(Z Su,"+sp,")
S=
·(5)
N2m
式中： m Su. SD; 传感器正行程标准偏差（Su，）按公式（6)计算：
校验点个数；传感器正行程标准偏差，按公式（6)计算：传感器反行程标准偏差，按公式（7)计算。
Z(Yu, Yu,)
Su.
......(6)
-
式中： n Yu: 传感器正行程的第i点第讠次的测量值； Yu,
重复检测次数；
传感器正行程的平均值。
传感器反行程标准偏差（SD）按公式（7）计算：
Spa
C(YD,-Y.)
·(7)
式中： 72 Ypa Yp. 传感器反行程的平均值。
重复检测次数：传感器反行程的第i点第讠次的测量值；
5.4非线性
对传感器施加不少于3次的多维联合预加载，每次多维联合加载均应达到传感器测量的上限值，待传感器输出值稳定后，返回零点。在传感器全量程范围内选择均匀分布的6～11个点进行检测，测量每个检测点对应的传感器输出，并且重复不少于3次的升和降循环加载。
线性传感器的非线性指标（s.)按公式（8)计算：
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