GB∕T 42983.1-2023 工業(yè)機器人 運行維護 第1部分：在線監(jiān)測（正式版）

工業(yè)機器人運行維護GB/T42983.1—2023 I 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4在線監(jiān)測架構 35監(jiān)測參數(shù)類別 45.1環(huán)境參數(shù) 45.2控制參數(shù) 45.3狀態(tài)參數(shù) 46關鍵部件監(jiān)測項目 46.1伺服電機 46.2伺服驅(qū)動器 46.3減速器 6.4控制器 57工業(yè)機器人整機監(jiān)測項目 57.1工業(yè)機器人整機監(jiān)測參數(shù) 57.2其他監(jiān)測項目 58監(jiān)測方式 68.1總線監(jiān)測方式 68.2附加傳感器方式 9監(jiān)測方案表 8附錄A(資料性)串聯(lián)型機器人在線監(jiān)測方案 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T42983《工業(yè)機器人運行維護》的第1部分。GB/T42983已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：在線監(jiān)測；——第3部分：健康評估；——第4部分：預測性維護。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國機器人標準化技術委員會(SAC/TC591)歸口。本文件主要起草單位：西安交通大學、北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究所、天津大學、廣州數(shù)控設備有限公司、佛山華數(shù)機器人有限公司、重慶固高科技長江研究院有限公司、浙江錢江機器人有限公司、佛山隆深機器人有限公司、哈工大機器人(合肥)國際創(chuàng)新研究院、廣州智能裝備研究院有限公司、杭州億恒科技有限公司、昆明理工大學、清華大學、江蘇匯博機器人技術股份有限公司、吉林大學、埃夫特智能裝備股份有限公司、新松機器人自動化股份有限公司、上海交通大學、華中科技大學、北京工業(yè)大學、遨博(江蘇)機器人有限公司、北京化工大學、蕪湖瑞思機器人有限公司、天津市泰森數(shù)控科技有限公司、東莞市李群自動化技術有限公司、常州檢驗檢測標準認證研究院。李響。Ⅱ工業(yè)機器人是先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備，在支撐智能制造和提升生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機器人運維標準缺失、滯后和系統(tǒng)性不足等問題，會導致技術要求難以統(tǒng)一，產(chǎn)品質(zhì)量缺乏保證，影響產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。GB/T42983《工業(yè)機器人運行維護》通過監(jiān)測工業(yè)機器人狀態(tài)開展運行維護以提高工業(yè)機器人的運行可靠性，保障用戶利益，提升行業(yè)維保服務的價值，擬由四個部分組成?！?部分：在線監(jiān)測。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機器人在線監(jiān)測的術語、監(jiān)測參數(shù)類型、監(jiān)測項目和監(jiān)測方式等?！?部分：故障診斷。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機器人故障診斷流程、在線故障報警和離線測試等?！?部分：健康評估。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機器人健康評估流程、健康評估體系和健康評估方法等?！?部分：預測性維護。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機器人預測性維護的對象、預測方法、維護計劃和管理流程等。1工業(yè)機器人運行維護第1部分：在線監(jiān)測本文件規(guī)定了工業(yè)機器人在線監(jiān)測的參數(shù)類型、監(jiān)測項目、監(jiān)測方式和在線監(jiān)測方案的制定等。本文件適用于工業(yè)機器人及其關鍵部件的在線監(jiān)測。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T2298—2010機械振動、沖擊與狀態(tài)監(jiān)測詞匯GB/T7665—2005傳感器通用術語GB/T12642—2013工業(yè)機器人性能規(guī)范及其試驗方法GB/T12643—2013機器人與機器人裝備詞匯GB/T12644工業(yè)機器人特性表示GB/T14412機械振動與沖擊加速度計的機械安裝GB/T19873.1機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷振動狀態(tài)監(jiān)測第1部分：總則GB/T20921—2007機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷詞匯GB/T32197機器人控制器開放式通信接口規(guī)范GB/T39561.7數(shù)控裝備互聯(lián)互通及互操作第7部分：工業(yè)機器人測試與評價3術語和定義GB/T12643—2013、GB/T20921-2007、GB/T2298-2010、GB/T7665-2005界定的以及下列術語和定義適用于本文件。自動控制、可重復編程、多用途，可對三個或三個以上軸進行編程，可以是固定式或移動式，在工業(yè)自動化中使用的操作機。注：工業(yè)機器人包括：——控制器，含示教盒和某些通訊接口(硬件和軟件);——某些集成的附加軸。由(多)工業(yè)機器人、(多)末端執(zhí)行器和為使機器人完成其任務所需的任何機械、設備、裝置、外部輔2助軸或傳感器構成的系統(tǒng)。可以直接發(fā)出操控命令的計算機?？蓽y量的變量。能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。注1:通常由敏感元件和轉換元件組成。注2:敏感元件(sensingelement),指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。注3:轉換元件(transducingelement),指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。注4:當輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器(transmitter)。對于均勻的采樣數(shù)據(jù)，單位時間內(nèi)采樣的點數(shù)。采樣長度samplinglength一系列不間斷采樣數(shù)據(jù)點組成的集合中數(shù)據(jù)采樣點的個數(shù)。兩次采樣之間的間隔時間。當遇到選定的參數(shù)或其邏輯組合異常，要求提高警覺時，用于通知人員而設計的運行信號或警告當遇到選定的參數(shù)或其邏輯組合異常，要求采取糾正行動時，用于通知人員而設計的運行信號或警狀態(tài)監(jiān)測conditionmonitoring檢測與收集反映機器狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)。3在線監(jiān)測onlinemonitoring在運行情況下，對工業(yè)機器人進行連續(xù)或周期性的自動狀態(tài)監(jiān)測。4在線監(jiān)測架構工業(yè)機器人在線監(jiān)測功能可開發(fā)單獨的數(shù)字采集卡，或嵌入到工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，或集成到其他信息系統(tǒng)中工業(yè)機器人在線監(jiān)測架構如圖1所示，分為設備層、感知層、參數(shù)層、傳輸層、平臺層和應用層。a)設備層：根據(jù)工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成進行功能結構劃分，每個結構都有對應的在線監(jiān)測參數(shù)。b)感知層：用于進行在線監(jiān)測的各類傳感器，分為內(nèi)部狀態(tài)傳感器和外部狀態(tài)傳感器：1)內(nèi)部狀態(tài)傳感器為機器人系統(tǒng)本身具備的傳感器，包括角度編碼器、電流傳感器等；2)外部狀態(tài)傳感器為額外的附加傳感器，包括溫度傳感器、振動傳感器等。c)參數(shù)層：預處理感知層監(jiān)測信號，獲得工業(yè)機器人各類監(jiān)測參數(shù)。d)傳輸層：通過多種網(wǎng)絡通信模式，將數(shù)據(jù)傳輸給應用層。e)平臺層：根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進行分析、存儲，為應用層提供開發(fā)、運行和管控環(huán)境。工業(yè)機器人在線監(jiān)測架構中僅包含在線監(jiān)測架構中的基礎模塊，圖1中列出的各個模塊類型，可根據(jù)實際情況增加其他功能模塊。第二方接口第二方接口服務開發(fā)環(huán)境傳輸控制參數(shù)外部傳感器工業(yè)機器人系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)交互系統(tǒng)感知系統(tǒng)應用層平臺層傳輸層數(shù)層感知層設備層機械結構系統(tǒng)狀態(tài)預警/報警環(huán)境參數(shù)內(nèi)部傳感器控制系統(tǒng)存儲顯示圖1在線監(jiān)測系統(tǒng)架構45監(jiān)測參數(shù)類別5.1環(huán)境參數(shù)工業(yè)機器人工作環(huán)境相關參數(shù)。示例：環(huán)境溫度和環(huán)境濕度等。5.2控制參數(shù)由機器人運動控制器發(fā)出的控制目標參數(shù)。示例：目標轉角、目標轉速和目標位姿等。5.3狀態(tài)參數(shù)工業(yè)機器人實際狀態(tài)的參數(shù)。示例：實際轉角、實際轉速和實際位姿等。6關鍵部件監(jiān)測項目6.1伺服電機工業(yè)機器人用伺服電機應進行監(jiān)測的控制參數(shù)：——電機目標轉角；——電機目標轉速；——電機目標轉矩。工業(yè)機器人用伺服電機應進行監(jiān)測的狀態(tài)參數(shù)：——實際轉角以及轉角跟蹤偏差；——電機實際速度、旋轉方向；——電機實際電流；——抱閘狀態(tài)；——所配編碼器電池電壓。電機的軸承缺陷、發(fā)熱、不平衡等故障，由于受到機器結構和運行條件的限制難以直接通過上述參數(shù)信息進行識別，宜選擇性地部署附加傳感器采集對此類故障更加敏感的監(jiān)測量。宜選擇性地監(jiān)測電機如下狀態(tài)參數(shù)：——電機溫度；——電機振動。6.2伺服驅(qū)動器伺服電機所配套伺服驅(qū)動器應進行監(jiān)測的控制參數(shù)：——控制模式(如速度閉環(huán)控制、位置閉環(huán)控制、轉矩閉環(huán)控制模式)。伺服電機所配套伺服驅(qū)動器應進行監(jiān)測的驅(qū)動器相關狀態(tài)參數(shù)：——驅(qū)動器程序運行狀態(tài)；——驅(qū)動器通信狀態(tài)；——內(nèi)部存儲器狀態(tài)；5——驅(qū)動器主回路供電電壓；——驅(qū)動器主回路供電電流；——控制板供電電壓；——直流母線電壓；——直流母線電流；——功率模塊溫度；——功率模塊輸出相電流。驅(qū)動器的再生異?；蛐狗呕芈饭收?，難以通過上述信息進行識別，宜選擇性部署附加傳感器采集對此類故障更加敏感的監(jiān)測量。宜選擇性地監(jiān)測電機如下狀態(tài)參數(shù)：——驅(qū)動器泄放回路電流。6.3減速器由于受到工業(yè)機器人機械結構和運行條件的限制，減速器相關故障如磨損、軸承損壞等難以直接識別，宜選擇性部署附加傳感器采集相關監(jiān)測量。宜選擇性地監(jiān)測減速器如下狀態(tài)參數(shù)：——減速器振動/噪聲；——減速器溫度。工業(yè)機器人控制器應監(jiān)測以下狀態(tài)參數(shù)：——控制器板卡溫度；——控制器對外通信狀態(tài)；——控制器供電電壓。宜選擇性地監(jiān)測控制器如下參數(shù)：——CPU的使用率；——機器人運動軌跡插補周期。7工業(yè)機器人整機監(jiān)測項目7.1工業(yè)機器人整機監(jiān)測參數(shù)工業(yè)機器人整機的性能監(jiān)測參數(shù)應符合GB/T12644和GB/T12642—2013的規(guī)定。應監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)：——環(huán)境溫度；——環(huán)境濕度。應監(jiān)測的控制參數(shù)：——末端執(zhí)行器目標位姿。應監(jiān)測的狀態(tài)參數(shù)：——末端執(zhí)行器實際位姿。7.2其他監(jiān)測項目位于關鍵位置的工業(yè)機器人宜采用視頻監(jiān)控或北斗/全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)位置信息，用于參6在上述在線監(jiān)測項目的基礎上，可進一步換算出二級監(jiān)測指標，比如整機、伺服電機、減速器等的功8監(jiān)測方式8.1總線監(jiān)測方式工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)可通過總線進行數(shù)據(jù)通信，調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)部的應用程序編程接口(API)函數(shù)庫或動態(tài)鏈接庫完成數(shù)據(jù)的采集。這種方式不需要外部附加傳感器和數(shù)據(jù)采集設備，應作為在線監(jiān)測的首選方式?？偩€監(jiān)測的數(shù)據(jù)通信方式選擇應符合GB/T32197和GB/T39561.7的規(guī)定。適用于伺服電機、伺服驅(qū)動器、整機相關的控制參數(shù)和大部分狀態(tài)參數(shù)。具體的參數(shù)應根據(jù)監(jiān)測目的和機器人類型確定。8.1.3參數(shù)獲取途徑工業(yè)機器人位姿和驅(qū)動電流等參數(shù)一般已經(jīng)被采集到機器人控制系統(tǒng)中，通過總線從機器人控制系統(tǒng)獲取參數(shù)數(shù)據(jù)。每個參數(shù)的采樣頻率應滿足工業(yè)機器人運行維護的性能要求。采集工業(yè)機器人的運行數(shù)據(jù)應按照機器人動作的周期進行組織，即機器人運動啟動時開始采集數(shù)據(jù)，機器人運動結束時停止采集數(shù)據(jù)。采用總線監(jiān)測的方式需要使用上位機利用機器人控制器的通信接口發(fā)送和接收命令，在開始監(jiān)測前，應要對機器人接口進行測試，包括發(fā)送初始化命令、通信連接性測試、系統(tǒng)自檢命令等。監(jiān)測實施前應制定監(jiān)測計劃，包括：——監(jiān)測的說明；——監(jiān)測對象的說明；——預期監(jiān)測效果。監(jiān)測實施過程中應有必要的記錄，至少應包括下列內(nèi)容：——監(jiān)測負責的人員；——監(jiān)測參數(shù)；——監(jiān)測條件；——監(jiān)測設備；——監(jiān)測流程；——監(jiān)測結果。78.2附加傳感器方式工業(yè)機器人控制系統(tǒng)無法提供的狀態(tài)參數(shù)，例如振動、噪聲、聲發(fā)射等，或機器人系統(tǒng)通過通信接口提供的數(shù)據(jù)采樣頻率不足時，可通過附加傳感器進行監(jiān)測，例如關節(jié)振動信號。針對不同類型機器人，附加傳感器方式宜采用實施要求如下：——對于部署附加傳感器采集相關參數(shù)，應詳細列出用于采集監(jiān)測量的傳感器清單；——傳感器及采集設備應符合相關標準規(guī)定，測量精度應符合要求并在校準有效時間內(nèi)；——測試配置的設備或配置項、軟件測試配置項及軟件測試工具等應符合測試現(xiàn)場實際需求；——振動傳感器的典型使用范圍應符合GB/T19873.1的規(guī)定。宜監(jiān)測與機器人減速器及其他機械零件狀態(tài)相關的振動、聲發(fā)射、噪聲、電機電流等參數(shù)。8.2.3監(jiān)測位置及安裝在線監(jiān)測位置及安裝應綜合多方面進行考慮，包括：——安全性；——傳感器的選擇；——信號的調(diào)制；——狀態(tài)參量變化的高靈敏性；——抗干擾性；——測量的可重復性；——可維護性；——可接近性；——環(huán)境影響；——經(jīng)濟性。測量位置應選擇在關鍵零部件附近，如減速器附近等。測點應當有唯一標識，應使用永久性標牌或監(jiān)測電機時，振動傳感器應安裝在電機驅(qū)動端支撐軸承的徑向方向。監(jiān)測減速器時，振動傳感器宜安裝在主傳動軸徑向方向，聲發(fā)射傳感器宜安裝在距離主傳動軸路徑短、剛性大的位置。振動傳感器的安裝宜選擇剛性連接方式，應按照GB/T14412規(guī)定的方式，以改善內(nèi)部微弱故障信號的監(jiān)測效果。采樣頻率取決于故障類型及其擴展速率(以及相關參數(shù)的變化率)、設備運行周期、成本和關鍵性等因素。當監(jiān)測瞬態(tài)工況或者是有限時長的狀態(tài)參數(shù)，宜采用高速數(shù)據(jù)采樣方式。采樣間隔的選擇主要取決于被監(jiān)測部件可能發(fā)生的故障類型、故障的發(fā)展速率、故障的危害程度和成本。為了準確捕捉零件表面缺陷、間隙等產(chǎn)生的沖擊，監(jiān)測振動信號的采樣頻率宜不低于10kHz,電機電流信號、電壓采樣頻率宜不低于1kHz,聲發(fā)射信號采樣頻率宜不低于1MHz。采集工業(yè)機器人的運行數(shù)據(jù)應按照機器人動作的周期進行組織，即機器人運動啟動時開始采集數(shù)8據(jù)，機器人運動結束時停止采集數(shù)據(jù)。單個記錄的數(shù)據(jù)長度宜與機器人動作周期一致。相同類型參數(shù)當有多個通道時，應采用同步采樣方式。使用不同采樣率的多種參數(shù)，應保證同時啟動采樣過程。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)保存包括但不限于如下信息：——描述設備的基本數(shù)據(jù)；——測量值、單位：應明確每個監(jiān)測量對應的工程單位，工程單位應用國際單位制單位，記錄和報告測量值的方法也應進行記錄；——日期與時間信息；——測量位置；——儀器及傳感器類型；——測量的準確度要求；——采樣頻率；——采樣模式；——采樣長度；——其他用作比較的信息，包括使用的測量系統(tǒng)的詳細內(nèi)容和每個測量系統(tǒng)的精度。還應包括設備配置的詳情和任何部件的變化。9監(jiān)測方案表工業(yè)機器人產(chǎn)品應配置相應的在線監(jiān)測方案表，以清晰描述該工業(yè)機器人產(chǎn)品的在線監(jiān)測方案和報警準則。示例：串聯(lián)型工業(yè)機器人在線監(jiān)測方案，見附錄A。9(資料性)串聯(lián)型機器人在線監(jiān)測方案表A.1描述了串聯(lián)型工業(yè)機器人在線監(jiān)測的參數(shù)類別、監(jiān)測參數(shù)、位置和