ICS25.040.30 CCS J 28
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T43200—2023
机器人一体化关节性能及试验方法
Performance and related test methods of mechatronic joints for robots
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/T43200—2023
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
性能 5 试验方法 5.1 试验环境 5.2 试验设备 5.3 试验装置 5.4 机械性能试验 5.5 电气性能试验 5.6 控制性能试验 5.7 其他性能试验附录A（资料性） 关节组成示例参考文献
N
16
1 GB/T43200—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：之江实验室、北京机械工业自动化研究所有限公司、苏州绿的谐波传动科技股份
有限公司、浙江大学、节卡机器人股份有限公司、深圳市越疆科技股份有限公司、清能德创电气技术（北京）有限公司、杭州云深处科技有限公司、美的集团股份有限公司、上海电器设备检测所有限公司、上海非夕机器人科技有限公司、邀博（北京)智能科技股份有限公司、深圳市零差云控科技有限公司、杭州申吴科技股份有限公司、江苏开璇智能科技有限公司、浙江省计量科学研究院、中国计量大学、首都师范大学、成都瑞迪智驱科技股份有限公司、上海尚工机器人技术有限公司、深圳市同川科技有限公司、浙江环动机器人关节科技有限公司、重庆凯瑞机器人技术有限公司、库卡机器人（广东）有限公司、浙江钱塘机器人及智能装备研究有限公司。
本文件主要起草人：朱世强、谢安桓、华强、储建华、黄晓艳、王健、许雄、刘培超、杨书评、李超、陈文杰、 张磊、王世全、朱志昆、贾玺庆、孔令雨、昊海腾、李健、陈元杰、王斌锐、部振洲、李星、赵勇、沈晓龙、邵威吴文镜、周伟刚、乔波、尹瑞多、张靖、李本旺、李建韬、陈晓。
= GB/T43200—2023
机器人一体化关节性能及试验方法
1范围
本文件规定了机器人一体化关节（以下简称关节）的性能并描述了试验方法。 本文件适用于协作机器人及腿足式机器人关节，其他机器人关节参照执行。
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/T10069.1—2006 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/T16439—2009 交流伺服系统通用技术条件 GB/T35089—2018 机器人用精密齿轮传动装置试验方法 GB/T39266—2020 工业机器人机械环境可靠性要求和测试方法
：术语和定义
3
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
一体化关节 mechatronic joint 由电机、减速器、编码器、驱动器等组成的具有独立功能的驱动模块。 ［来源：GB/T38560—2020，3.2，有修改」
3.2
反向启动转矩 backdriving torque 关节处于非制动和断电条件下，缓慢扭转关节输出端至关节内电机启动瞬间所需的转矩。 ［来源：GB/T35089—2018，3.3，有修改］
3.3
许用弯矩载荷 allowablemomentload 关节正常工作时，输出端承受的径向载荷和偏心轴向载荷的转矩矢量和的最大值来源：GB/T37718一2019，3.14，有修改
3.4
启停允许转矩 allowabletorque during acceleration ordeceleration 关节在正常启动或停止过程中，输出端被允许的最大负载转矩。 ［来源：GB/T36491—2018，3.1，有修改］
3.5
转动惯量jointinertia 相对于转轴旋转中心的转子惯性矩。 注：包含关节内电机、减速器、编码器等的旋转部分惯性矩。
1 GB/T43200—2023
［来源：GB/T39633—2020，3.12]
3.6
机械刚度 mechanical stiffness 关节处于制动条件下，负载转矩和输出端切向弹性变形转角之比。 L来源：GB/T30819一2014，3.6，有修改
3.7
伺服静刚度staticservostiffness 关节处于非制动和位置伺服模式条件下，负载转矩和输出端切向弹性变形转角之比。
3.8
背隙backlash 关节处于制动条件下，输出端在土3%额定转矩作用下输出端的转角值之差。 ［来源：GB/T35089—2018，3.7，有修改］
3.9
额定静制动转矩 static rated braking torque 关节处于制动条件下，输出端可以承载的最大静态转矩。 ［来源：GB/T34114—2017，3.12，有修改］
3.10
额定动制动转矩 dynamic rated braking torque 关节在额定转速下，输出端可以承载的有效制动转矩。 ［来源：GB/T34114—2017，3.13，有修改］
3.11
安全转矩关断 safety torque off 关节运行时，当安全转矩关断功能使能时，关节关断主回路信号，且不再输出转矩。 来源：GB/T39633一2020，3.3，有修改
3.12
允许最高转速 maximumpermittedspeed 在保证电气绝缘介电强度和机械强度条件下，关节所允许的最高输出转速。
3.13
瞬时最大转矩 instantaneousmaximumtorque 关节允许短时输出的最大转矩。
3.14
转矩常数 torque constant 关节在额定转速和额定转矩下，其输出转矩与电机线电流之比。 ［来源：GB/T30549—2014，3.9，有修改」
3.15
转矩密度 torque density 关节的额定转矩与关节质量之比。
3.16
功率密度 power density 关节的额定功率与关节质量之比。
3.17
转矩控制精度 torque control accuracy 关节转矩实际值与转矩目标值的偏差占转矩目标值的百分比。
2 GB/T43200—2023
［来源：GB/T18488.1—2015，3.11，有修改]
3.18
旋转角度范围 rangeof rotation angle 关节能够运行的角度上限值与下限值。
3.19
转速波动系数 speed ripple coefficient 关节稳态运行时，关节瞬时转速最大值与最小值的差与关节瞬时转速最大值与最小值的和之比［来源：GB/T16439—2009，3.11，有修改］
3.20
转矩波动系数 torque ripple coefficient 关节在恒定负载下稳态运行时，关节瞬时转矩最大值与最小值的差与关节瞬时转矩最大值与最小
值的和之比。
［来源：GB/T16439—2009，3.10，有修改］
4 性能
关节的性能如下，性能应符合产品标准的规定。 a) 机械性能：
1) 反向启动转矩； 2) 许用弯矩载荷； 3) 启停允许转矩； 4) 转动惯量； 5) 机械刚度； 6) 背隙； 7) 伺服静刚度； 8) 额定静制动转矩； 9) 额定动制动转矩； 10) 安全转矩关断。
b) 电气性能：
1) 额定功率； 2) 额定转速； 3) 额定转矩； 4) 效率； 5) 允许最高转速； 6) 瞬时最大转矩； 7) 转矩常数； 8) 转矩密度； 9) 功率密度。
c) 控制性能：
1) 绝对定位精度； 2) 重复定位精度； 3) 转矩控制精度； 4) 正阶跃输入位置响应时间；
3 GB/T43200—2023
5) 负阶跃输入位置响应时间； 6) 正阶跃输入转速响应时间； 7) 负阶跃输入转速响应时间； 8) 正阶跃输入转矩响应时间； 9) 负阶跃输入转矩响应时间； 10) 位置频带宽度； 11) 转速频带宽度； 12) 转矩频带宽度； 13) 旋转角度范围； 14) 转速波动系数； 15) 转矩波动系数。
d) 其他性能：
1) 振动； 2) 冲击； 3) 噪声。
5 试验方法
5.1 试验环境
除有特殊规定外，所有试验均在下述条件下进行：
温度：15℃~35℃；相对湿度：25%～75%；大气压：86kPa～106kPa。
-
5.2 试验设备 5.2.1 试验电源
直流试验电源的电压为关节产品标准规定的额定电压土10%范围内，纹波电压应不大于土1%；交流试验电源（220±11)V，频率（50±1）Hz。 5.2.2 试验仪器
试验用仪器精度要求如下：
电压表，准确度不低于0.5级；电流表，准确度不低于0.5级；功率分析仪，准确度不低于0.5级；角度传感器，准确度不低于士2arcsec（弧秒）；转速传感器，误差应小于转速量程的士0.1%或小于1r/min(转每分）；转矩传感器，准确度不低于0.5级；温度测量仪，准确度不低于土1℃；测力计，准确度不低于1级；础码，准确度不低于M3等级；电阻测量仪，准确度不低于0.2级；声级计，准确度不低于士1dB。
4 GB/T43200—2023
5.3 试验装置
除有规定外，试验装置见图1。其中关节组成示例见附录A，性能试验前应将关节组装并接线正常。
5
2
上位机
试验平台
标引序号说明：
被测关节； 2 角度传感器；
1-
转矩转速传感器； 4- 惯量盘； 5 加载系统。
3-
图1试验装置
5.4 机械性能试验 5.4.1 反向启动转矩
关节处于非制动及断电条件下，加载系统缓慢施加均匀增大的转矩，并实时采集输出端转矩值和关节内电机角度值，记录电机角度开始变化时对应的瞬时转矩值。在正反两个方向上间隔不同角度各进行5次试验，取10次试验中记录的最大值，即为反向启动转矩。 5.4.2许用弯矩载荷
许用弯矩载荷试验装置见图2，其中负载为梁柱，末端有加载装置。加载装置运行时能够加载/卸载，载荷稳定。
关节在空载、额定转速条件下运行，逐渐增加输出端弯矩至规定的许用弯矩载荷值，运行规定的时间后，检查关节是否运行正常。
5