(高清版)GB∕T 38560-2020 工業(yè)機(jī)器人的通 用驅(qū)動(dòng)模塊接口

ICS25.040.30工業(yè)機(jī)器人的通用驅(qū)動(dòng)模塊接口國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T38560—2020 I Ⅱ 4通用驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)原則 25通用驅(qū)動(dòng)模塊化結(jié)構(gòu) 2 25.2機(jī)械接口 25.3電氣接口 35.4通信協(xié)議接口 35.5模塊安全性要求 3附錄A(資料性附錄)一體化通用驅(qū)動(dòng)模塊示例 4附錄B(資料性附錄)驅(qū)動(dòng)模塊機(jī)械接口相關(guān)參數(shù)要求 參考文獻(xiàn) IGB/T38560—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC159)歸口?？萍加邢薰?、常州易爾泰智能傳動(dòng)技術(shù)有限公司、蘇州中德睿博智能科技有限公司、博眾精工科技股學(xué)有限公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司。GB/T38560—2020隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品朝著智能化、系統(tǒng)化、微型化與模塊化的方向發(fā)展。尤其是在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，模塊化、輕量化和多軸化成為其發(fā)展趨勢。而對于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人來說，由于其構(gòu)雖然國內(nèi)機(jī)器人領(lǐng)域現(xiàn)在已經(jīng)有較大的發(fā)展，但與國際先進(jìn)水平相比仍有較長的路要走，比如國外的移動(dòng)機(jī)械臂多采用模塊化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)思想，這在關(guān)節(jié)更換、故障排除等方面有著巨大的優(yōu)勢，而國內(nèi)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)中還缺少這種指導(dǎo)思想。因此，建立工業(yè)機(jī)器人的通用驅(qū)動(dòng)模塊接口標(biāo)準(zhǔn)，利用通用驅(qū)動(dòng)模塊接口，可以實(shí)現(xiàn)快速置換和故障排除等，突破機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人關(guān)鍵部件，有效降低機(jī)器人產(chǎn)品的開發(fā)難度，并形成關(guān)鍵技術(shù)的積累和沉淀，可以支撐我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的普及應(yīng)用。1GB/T38560—2020工業(yè)機(jī)器人的通用驅(qū)動(dòng)模塊接口本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人通用驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)原則和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于模塊化工業(yè)機(jī)器人通用驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)和開發(fā)。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T5226.1—2019機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件GB/T15706—2012機(jī)械安全設(shè)計(jì)通則風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)減小GB/T16855.1—2018機(jī)械安全控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件第1部分：設(shè)計(jì)通則IEC61076-1:2006電子設(shè)備連接器產(chǎn)品要求第1部分：總規(guī)范(Connectorsforelectronicequipment—Productrequirments—Part1:Generalspecification)fmachinery—Functionalsafetyofsafety-relatedelectrical,electronicandprogrammableelectroniccon-移動(dòng)式。在工業(yè)自動(dòng)化中使用。[GB/T12643—2013,定義2.9]能的驅(qū)動(dòng)單元。在驅(qū)動(dòng)模塊中集成電源和通信總線并統(tǒng)一外部接口。3.52GB/T38560—20204通用驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)原則通用驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)遵循接口統(tǒng)一、可靠性高和安全性高等設(shè)計(jì)原則，并滿足快速更換和互操作等要求。如圖1所示，各驅(qū)動(dòng)模塊提供統(tǒng)一的機(jī)械、電氣和通信接口，且為雙向，模塊兩端均可與其他模塊相連，模塊間應(yīng)能快速連接裝配。具體設(shè)計(jì)原則如下：圖1通用驅(qū)動(dòng)模塊和連接接口a)驅(qū)動(dòng)模塊的支撐機(jī)構(gòu)、電機(jī)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)一體化驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)緊湊、裝配方便以及件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；b)在設(shè)計(jì)多自由度(含1自由度)機(jī)械臂時(shí)，應(yīng)采用即插即用連接機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)電氣和機(jī)械的快速連接，并且在模塊功能出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)支持快速替換，保證結(jié)構(gòu)和功能的快速修復(fù)；c)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，為簡化參數(shù)設(shè)置，內(nèi)部應(yīng)預(yù)置ID、校正和配準(zhǔn)等信息；全的行為；e)系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)在兼顧散熱和可靠性的前提下應(yīng)采用小型化及集成化技術(shù)。5通用驅(qū)動(dòng)模塊化結(jié)構(gòu)每個(gè)通用驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部應(yīng)包含完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路，并能實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電氣上的即插即用。每一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部存儲器應(yīng)保存配置、校準(zhǔn)、位置等信息，以保證其一體化通用驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)主要包括殼體及支撐結(jié)構(gòu)、伺服電機(jī)、位置傳感器、電子剎車或機(jī)械剎壓等保護(hù)功能，并接出通信接口或高速現(xiàn)場總線，如CAN、RS232和EtherCAT等)和減速機(jī)構(gòu)等。具體示例參見附錄A。5.2機(jī)械接口通用驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)具有統(tǒng)一的機(jī)械接口，便于驅(qū)動(dòng)模塊之間的連接，以及驅(qū)動(dòng)模塊與連接件互聯(lián)，并保證模塊間的物理連接、數(shù)據(jù)和電源對應(yīng)的接口連接在裝配和拆卸過程中不易損壞，避免驅(qū)動(dòng)模塊在使用過程出現(xiàn)性能和安全風(fēng)險(xiǎn)。驅(qū)動(dòng)模塊機(jī)械接口相關(guān)參數(shù)要求參見附錄B。為保證模塊間的連接和功能的有效性，通用驅(qū)動(dòng)模塊的機(jī)械接口應(yīng)遵循以下原則：a)采用合適的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，如限位開關(guān)或機(jī)械限位接口等，保證通用驅(qū)動(dòng)模塊間的對齊和定3GB/T38560—2020位，以及在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)條件下的連接強(qiáng)度；b)保證模塊間的電氣和電源連接不易被損壞；c)適當(dāng)采用同軸和/或圓錐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得角度和徑向運(yùn)動(dòng)誤差最小，防止連接點(diǎn)損壞；d)機(jī)械接口處宜采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，并提供具有一定分布的連接點(diǎn)，保證驅(qū)動(dòng)模塊連接的準(zhǔn)確性。其他電氣機(jī)械連接應(yīng)符合IEC61076-1:2006的要求。和熱電參數(shù)等。材料選擇應(yīng)遵循以下原則：a)所使用材料不能對周圍環(huán)境造成化學(xué)污染；b)所使用材料應(yīng)防火，避免引發(fā)火災(zāi)，具體要求應(yīng)符合IEC61076-1:2006;c)所使用材料在特定的操作環(huán)境中應(yīng)具有一定的抗疲勞度；d)選擇材料時(shí)應(yīng)考慮在機(jī)器人操作過程中由于跌落、拉伸和擠壓等對伺服驅(qū)動(dòng)模塊造成的可能損害。通用驅(qū)動(dòng)模塊電氣接口應(yīng)包括電源和傳感器接口等，在保證驅(qū)動(dòng)模塊功能的前提下，盡量簡化電氣連接，最大限度地防止機(jī)器人運(yùn)動(dòng)造成線路損壞，降低安全隱患。另外，不同模塊間的電氣接口應(yīng)易于連接，不需要任何工具手動(dòng)即可完成，便于機(jī)器人集成和模塊根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，通用驅(qū)動(dòng)模塊電源可為直流12V～48V、100V～240V單相或三相交流等供電方式，采用串行方式，便于通用驅(qū)動(dòng)模塊的擴(kuò)展和維護(hù)。相關(guān)線纜應(yīng)采用中空孔走線方式，避免電源或通信線暴露在驅(qū)動(dòng)模塊外部，在運(yùn)行過程中與其他外設(shè)產(chǎn)生干涉。另應(yīng)考慮EMC和EMI問題，并采用適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備，確保電源線和通信信號線等之間沒有相互干擾。EMC和EMI具體要求應(yīng)符合控制和狀態(tài)觀測。電機(jī)電流傳感器宜根據(jù)關(guān)節(jié)型號確定各數(shù)值。電氣連接器應(yīng)考慮機(jī)械操作的耐用性，以及絕緣性和耐壓性等電氣性能指標(biāo)要求。由于工業(yè)機(jī)器人工作環(huán)境的差異，應(yīng)考慮連接器耐溫、耐濕、耐鹽霧、抗振動(dòng)和沖擊等參數(shù)。具體要求應(yīng)符合GB/T5226.1—2019和IEC61076-1:2006。5.4通信協(xié)議接口通信接口可支持一種或多種國際通用標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，宜采用RS232、CAN、雙CAN、EtherCAT總線和Powerlink等，并提供API支持，開放通信協(xié)議，便于用戶自主開發(fā)。5.5模塊安全性要求每個(gè)通用驅(qū)動(dòng)模塊需要危險(xiǎn)評估以確認(rèn)可能的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和缺陷，以及可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)。針對機(jī)械安全，危險(xiǎn)評估和降低的具體信息和指導(dǎo)見GB/T15706—2和IEC62061。電氣安全應(yīng)符合GB/T5226.1—2019的要求。模塊安全性的另外一個(gè)關(guān)鍵部分是功能驗(yàn)證和確認(rèn)。驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)經(jīng)過測試來驗(yàn)證和確認(rèn)是否滿足安全需求。宜使用仿真、測試用例和形式化驗(yàn)證相結(jié)合的方法，對驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行完備的驗(yàn)證，保證其安全性。(資料性附錄)一體化通用驅(qū)動(dòng)模塊示例圖A.1為一體化通用伺服驅(qū)動(dòng)的系列化模塊，作為一種機(jī)械臂關(guān)節(jié)的部件級解決方案，為用戶提內(nèi)為客戶打造屬于自己的高性能機(jī)械臂或機(jī)器人。圖A.2和圖A.3分別是驅(qū)動(dòng)模塊的主要組成部分和剖面圖。圖A.1通用驅(qū)動(dòng)模塊系列減速器減速器制動(dòng)器電機(jī)編碼器驅(qū)動(dòng)器圖A.2通用驅(qū)動(dòng)模塊主要組成部分5GB/T38560—2020圖A.3通用驅(qū)動(dòng)模塊剖面圖通用模塊具體技術(shù)參數(shù)如表A.1所示。表A.1通用模塊技術(shù)參數(shù)參數(shù)模塊型號b)尺寸直徑高度輸入法蘭輸出法蘭96.1M4×8T6M4×8T690.8M4×8T4.5M4×8T4.5M4×8T4.5M4×8T4.5M3×6T4.5M3×6T4.55額定速度/(r/min)轉(zhuǎn)矩系數(shù)/(N·m/A)25.6質(zhì)量/g471是否有剎車是是否否編碼器多圈絕對值編碼器傳感器加速度，溫度，電壓電流編碼器分辨率0.05重復(fù)定位精度士0.5電源24V(DC)通信總線CAN6GB/T38560—2020