GB/T 12642-2001 工业机器人 性能规范及其试验方法

GB/T12642-2001

健全

前．二1

本标准等效采用国际标准ISO9283:1998。该标准是国际标准化组织对原有的ISO9283:1990及

Amendment1:1991进行复审后修订的。本标准根据该标准的技术内容对我国的GB/T12642-1990

《工业机器人性能规范》和GB/T12645-1990《工业机器人性能测试方法》进行了修订，并按

ISO9283:1998的版本格式将我国原有的两项标准合并成一项。在编写格式上除遵照GB/T1.1--1993

增加我国前言及在引用标准中按我国已发布的国家标准，更改为我国编号及名称外，其他全部与之一一

对应。

本标准和国标1990版相比有较大的变动。1990版是参照采用当时的ISO/DIS9283编制的。在标

准的内容中增加了缩略语和符号的章节；在位姿特性和轨迹特性的项目上有所增删；在规范项目的释

义、图例和计算公式上补充了内容，并作了一些增删和修改；计算公式的符号作了较大变动；作为标准的

附录增加了进行机器人对比试验时所选用的各项参数的规定；作为提示的附录增加了机器人典型应用

时选择哪些性能规范的建议。

本标准自实施之日起代替GB/T12642-1990工《业机器人性能规范》和GB/T12645-1990《工

业机器人性能测试方法》。

本标准的附录A为标准的附录，附录B、附录C为提示的附录。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国工业自动化系统标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：北京机械工业自动化研究所、华南理工大学、北京理工大学。

本标准主要起草人：胡景VIR、刘桂雄、陆际联。

GB/T12642-2001

ISO前言

ISO（国际标准化组织）是由各国标准化团体(I（SO成员体）组成的世界性的联合组织。国际标准的

制定通常是由ISO的技术委员会来进行的。对技术委员会已确定的项目，有兴趣的每个成员体有权派

代表参加该技术委员会的工作。与ISO有联系的各国际组织、政府和非政府的团体也可参加有关工作。

在电工技术的标准化方面，IS(）与国际电工委员会(（lEC）紧密合作。

技术委员会采纳的国际标准草案，在ISO理事会作为国际标准接受之前，提交各成员体投票表决。

按ISO/IEC导则，需有技术委员会或分技术委员会中P成员体投票数的2/3赞成，且反‘对票少于总投

票数的1/4，才能批准发布。

国际标准ISO9283是由工业自动化系统和集成技术委员会ISO/TC184的制造业机器人分技术委

员会SC2制定的。

第二版删除和替代第一版(I（SO9283:1990和修正案1:1991)，且是技术修订版。

附录A是本国际标准的正式组成部分。附录B和附录C仅作为资料。

GB/T12642-2001

-1--

引b

GB/T12642是涉及工业机器人的系列国际标准之一，其他还有诸如安全、通用特性、坐标系、术语

和机械接口等方面的标准。这些标准是相互关联的，且和其他标准有关。

制定GB/T12642的目的是便于机器人及其系统的制造商和用户间的沟通。GB/T12642定义了重

要的性能指标，说明这些指标应怎样给定，并推荐了试验方法。本标准的附录C举例说明如何编写试验

结果报告。本标准给出试验方法中的那些特性是对机器人性能起显著影响的性能指标。

本标准的用户根据具体要求选择需要测量的性能指标。

根据机器人的类型和要求，可全部或部分地采用本标准所述的试验。

GB/T12642标准的核心是单个特性试验。附录A中有位姿特性和轨迹特性对比测试的具体参数。

本标准的附录B对于典型应用提供了选择试验项目的指南。

本标准的附录C提供了试验报告的格式，包含所需的最少信息和试验结果的汇总。

中华人民共和国国家标准

工业机器人性能规范及其试验方法GB/T12642-2001

eqvISO9283：1998

代替GB/T12642-1990

Industrialrobots-Performancecriteriaandrelatedtestmethods

GB/T12645--1990

1范围

本标准规定了操作型机器人下列性能指标及其测试方法：

—位姿准确度和位姿重复性；

—多方向位姿准确度变动；

一距离准确度和距离重复性；

—位置稳定时间；

－一位置超调量；

一一位姿特性漂移；

一一互换性；

一一轨迹准确度和轨迹重复性；

－一重定向轨迹准确度；

—拐角偏差；

－—轨迹速度特性；

一最小定位时间；

－一静态柔顺性；

—摆动偏差。

对于某一具体机器人的试验，本标准并不规定应选择上述的哪些性能指标。本标准所述的试验项目

主要用于研究和检验某个机器人的指标，但也可用于样机试验、定型试验或验收试验。

为了对比不同机器人的性能指标，按照本标准的规定，下列参数必须相同：试验立方体的尺寸、试验

用负载、试验速度、试验轨迹、试验循环和环境条件。

附录A标（准的附录）给出了用于位姿特性和轨迹特性进行对比测试时的具体参数。

本标准适用于GB/T12643中定义的所有工业机器人，本标准术语“机器人”指的是工业机器人。

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均

为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T12643-1997T业机器人词汇(eqvISO8373:1994)

GB/T16977-1997工业机器人坐标系和运动命名原则e（qvISO9787:1990)

GB/T126442001工业机器人特性表示e（qvISO9946:1999)

3定义

本标准采用GB/T12643中给出的定义和下列定义。

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2001一11一02批准2002一05一01实施

Gs/'r12642-2001

3.1集群cluster

用于计算准确度和重复性特性的一组测量点（图8表示图解法示例）。

3.2重心barycentre

对于由坐标x（;-y;-z;）确定的n个点的集群，该集群的重心是坐标为均值王、夕,z的点。至、夕,z的

计算公式在7.2.1中给出。

3.3测量停顿时间measuringdwell

记录数据前在测量点处的延迟时间如（发出“到位”控制信号与测量装置“开始测量”之间的时间）。

3.4测量时间measuringtime

记录量值所用的时间。

单位

除非另有规定，所有单位如下：

—长度以毫米计·····································································……(mm)

—角度以弧度或度计·······················································…·…(rad)或（“）

—时间以秒计··············································································，··…(s)

一一质量以千克计····················································，···················……(kg)

—力以牛顿计············································································。一N（)

－一一速度以米／秒········································································……(m/s)

或度／秒··············································································……(`/s)

或弧度／秒计·····························，·······································……(rad/s)

缩略语和符号

本标准采用下列缩略语和符号。

基本缩略语

A准确度Accuracy

R重复性Repeatability

V变动Variation

F波动Fluctuation

d漂移Drift

P位姿Pose

T路径轨（迹）Path(Trajectory)

V速度Velocity

W摆动Weaving

E互换性Exchangeability

量值

a,b,c对X,Y,Z轴的姿态角（分量）

x,y,z沿X,Y,Z轴的直线坐标

测量循环次数

沿轨迹测量点数

S标准偏差

D两点之间的距离

l实到位姿和各个实到位姿集群重心间的距离

v轨迹速度

GB/T12642-2001

A尸位姿准确度

R尸位姿重复性

vA尸多方向位姿准确度变动

AD距离准确度

RD距离重复性

t位置稳定时间

口V位置超调量

dA尸位姿准确度漂移

dR尸位姿重复性漂移

AT轨迹准确度

RT轨迹重复性

CR拐角圆角误差

刀〔拐角超调

AV轨迹速度准确度

RV轨迹速度重复性

FV轨迹速度波动

下VS摆幅误差

WF摆频误差

5.3下标

a,b,c表示对X,Y,Z轴的姿态特性

X,y,z表示沿X,Y,Z轴的定位特性

〔“指令

表示第i点

j表示第J次循环

了

左表示第k次方向

表示h次方向

1，2表示位姿编号1,2,

拐角点边（界）

g机器人性能进入规定的轨迹特性内的点

p位置

5．4其他符号

C到CR试验立方体的顶点

E，到E,测量轨迹特性用矩形平面的顶点

G各实到位姿集群的重心

O,.测量系统坐标原点

注1：其他符号在有关章节中解释。

6性能测试条件

6．1机器人安装

根据制造商的建议安装机器人。

6．2测试前条件

机器人应装配完毕，并可全面操作。所有必要的校平操作、调整步骤及功能试验均圆满完成。

除位姿特性的漂移试验应由冷态开始外，不管制造商是否有规定，其余的试验在试验前应进行适当

GB/T12642-2001

的预热运行。

若机器人具有由用户使用的、会影响被测特性的设备，或如果只能用特殊函数来记录特性如（离线

编程给出的位姿校准设施）的设备，则试验中的状态必须在试验报告中说明，并且与（某种特性有关时）

每次试验中均应保持不变。

6.3操作和环境条件

由制造商指定并由本标准相应的试验方法确定的性能特性，只有在制造商规定的环境和正常操作

条件下才是有效的。

6.3.1操作条件

试验中所使用的正常操作条件，应由制造商说明。

正常操作条件包括但（不限于）：对电源、液压源和气压源的要求，电源波动和干扰，最大安全操作极

限见（GB/T12644）等。

6.3.2环境条件

6.3.2.1一般条件

试验所用的环境条件应由制造商说明，参照6.3.2.2的要求。

环境条件包括：温度、相对湿度、电磁场和静电场、射频干扰、大气污染和海拔高度极限。

6.3-2.2测试温度

测试的环境温度0（)应为20C。采用其他的环境温度应在试验报告中指明并加以解释。试验温度

应保持在8士2C。

为使机器人和测量仪器在试验前处于热稳定状态下，需将它们置于试验环境中足够长的时间最（好

一昼夜）。还需防止通风和外部热辐射如（阳光、加热器）。

6.4位移测量原则

被测位置和姿态数据x（;,y;,z;,a;,b;,c;）应以机座坐标系G（B/T16977)来表示，或以测量设备所确

定的坐标系来表示。

若机器人指令位姿和轨迹由另一坐标系如（离线编程）确定，而不是测量系统来确定，则必须把数据

转换到一个公共坐标系中。用测量建立坐标系间的相互关系。在此情况下，7.2.1给出的测量位姿不能

用作转换数据的参照位置。参照点和测量点需在试验立方体内，且彼此距离应尽可能大如（，若P，到P,

为测量点，则C,,C,,C,,C,可用作参照点）。

对于性能规范的有向分量，机座坐标系和所选坐标系的关系应在试验结果中说明。

测量点应离制造商指明的机械接口一段距离，该点在机械接口坐标系见（GB/T16977）的位置应

予记录见（图7)a

计算姿态偏差时所用的转动顺序，必须使姿态在数值上是连续的。绕动轴导（航角或欧拉角）旋转，

或绕静止轴旋转是没有关系的。

除非另有规定，应在实到位姿稳定后进行测量。

6．5仪器

对于轨迹特性、超调量和位姿稳定性的测量，数据采集设备的动态特性如（采样速率）应足够高，以

确保获得被测特性的充分描述。

试验中所用的测量仪器应进行校准，还应估计测量的不确定度并在试验报告中说明。应考虑下列

参数：

—仪器误差；

－—与方法有关的系统误差；

—计算误差。

测量的不确定度不能超过被测特性数值的250o0

6．6机械接口的负载

GB/'r12642-2001

所有试验项目都应在100额定负载条件下进行，即制造商规定的质量、重心位置和惯性力矩。额

定负载条件应在试验报告中注明。

为表征机器人与负载有关的性能，可采用如表1中指出的将额定负载减至10％或由制造商指定的

其他数值进行附加试验。

如部分测量仪器附加于机器人上，应把其质量和位置当作试验负载的一部分。

图1是试验用末端执行器的实例，其CG重（心）和TCP工具中心点）有偏移。试验时，TCP是测量

点M（P),测量点的位置应在试验报告中说明。

表1试验负载

使用负载

试验特性100额定负载额定负载减至10%

(x表示必须采用）(O表示选用）

位姿准确度和位姿重复性xO

多方向位姿准确度变动xO

距离准确度和距离重复性x

位置稳定时间xO

位置超调量xO

位姿特性漂移x

互换性xO

轨迹准确度和轨迹重复性xO

重定向轨迹准确度xO

拐角偏差xO

轨迹速度特性xO

最小定位时间xO

静态柔顺性见第10章

摆动偏差XO

LX(X,,ir)

图1试验用末端执行器实例

GB/T126422001

6.7试验速度

所有位姿特性试验都应在指定位姿间可达到的最大速度下进行，即在每种情况下速度补偿均置于

100写，并可在此速度的50％和／或10％下进行附加试验。

对于每一种轨迹特性，应在制造商规定的额定轨迹速度的100%,50％和10肠下进行试验见（

表3)。在试验报告中应注明额定轨迹速度。每次试验所规定的速度取决于轨迹的形状和尺寸。机器人

至少应能在试验轨迹50％的长度内达到此速度。此时，相关的性能指标才是有效的。

如果可选择，应在试验报告中说明速度是以点位方式还是以连续轨迹方式来规定的。

表2和表3给出试验速度的汇总。

表2位姿特性试验速度

速度

试验特性

100％额定速度50％或10%额定速度

（X＝必测）(0＝选测）

位姿准确度和位姿重复性X0

多方向位姿准确度变动丫0

距离准确度和距离重复性XO

位置稳定时间XO

位置超调量XO

位姿特性漂移X

X；

互换性。O

最小定位时间见第9章和表20

表3轨迹特性的试验速度

速度

试验特性

100yo额定轨迹速度50写额定轨迹速度10％额定轨迹速度

(X＝必测）（X＝必测）（X＝必测）

轨迹准确度和轨迹重复性XXX

重定向轨迹准确度XXX

拐角偏差XXX

轨迹速度特性XXX

摆动偏差XXX

GB/T12642-2001

6.8试验位姿和跟踪轨迹的定义

6.8.1目的

本条说明如何确定位于工作空间中立方体内一平面上的五个合适位置，还说明了要跟踪的试验轨

迹。当机器人某轴运动范围较其他轴小时，可用长方体代替立方体。

6.8.2立方体在工作空间中的位置

位于工作空间中的单个立方体，其顶点用C，到C。表示见（图2)，应满足以下要求：

—立方体应位于工作空间中预期应用最多的那一部分；

—立方体应具有最大的体积，且其棱边平行于机座坐标系。

在试验报告中应以图形说明工作空间中所用立方体的位置。

平面a（)C,-C,-C,-Cs平面b（)C2-C3-CB-CS

机座机座

坐标系坐标系

平面c（Ca-C,-(:S-C,平面d（)C4-CI-C6-C7

机座

坐标系

坐标系

图2工作空间中的立方体

6.8.3立方体内所用平面的位置

位姿试验应选用下列平面之一，对这些平面制造商已声明在说明书中的值是有效的：

a）C,-CZ-C,-CA

b)C,-C,-C,-C,

C)C,-C,-CS-C6

d)C,-C,-C6-C,

试验报告中应指出选用了哪一个平面。

表4给出了位姿特性所使用的位姿。

Gs/T12642-2001

表4位姿特性中选用的位姿

位姿

试验特性

P,P,P,P,P;

位姿准确度和位姿重复性XXXXX

多方向位姿准确度变动XXX

距离准确度和距离重复性XX

位置稳定时间XXXXX

位置超调量XXXXX

位姿特性漂移X

互换性XXXXX

6.8.4试验位姿

五个要测量的点位于测量平面的对角线上，并对应于选用平面上的P,到P：加上轴向X（MP和径向

(ZMP)测量点偏移。点P，到P,是机器人手腕参考点的位置。

测量平面平行于选用平面，见图3和图70

制造商可规定试验位姿应以机座坐标系最（佳）和／或关节坐标系来确定。

P，是对角线的交点，也是立方体的中心。点P：到P,离对角线端点的距离等于对角线长度的（10士

2)0o见（图4)。若不可能，则在报告中说明在对角线上所选择的点。

平面

洲量平面

重心C（G）

机械接口坐标系MP=TCP

图3选用平面和测量平面

cs/T12642-2001

L=对角线长度

示例平面a（)L7-C2-C7-C：和位姿P,--P：一P3--P,.--.PS

图4使用的位姿

6.8.5运动要求

当机器人在各位姿间运动时，所有关节均应运动。

试验时，应注意不超出制造操作规范。

6.8.6跟踪的轨迹

6.8.6.1试验轨迹的位置

采用6.8.2中说明的立方体。

试验轨迹应位于图5所示的四个平面之一。对于6轴机器人，除制造商特殊规定外，应选用平面to

对少于6轴的机器人，应由制造商指定选用哪个平面。

在轨迹特性测量时，机械接口的中心应位于选用平面上见（图3)，且其姿态相对于该平面应保持

不变。

6.8-6.2试验轨迹的形状和尺寸

图6给出了在四个可用试验平面之一上的一条直线轨迹、一条矩形轨迹和两条圆形轨迹的位置

示例。

除测量拐角偏差外，试验轨迹的形状应是直线或圆见（8.5和图22)。若采用其他形状的轨迹，制造

商应说明并附于试验报告中。

在立方体对角线＿L的直线轨迹，轨迹长度应是所选平面相对顶点间距离的8000，如图6中P：到PQ

的距离是一实例。

另一直线轨迹P。到P9，可用于8.4中所述的重定向试验。

对圆形轨迹试验，需测试两个不同的圆，见图6,

大圆的直径应为立方体边长的80％，圆心为P,.

小圆的直径应是同一平面中大圆直径的1000。圆心为P,，见图60

应使用最少的数目的指令位姿。在试验报告中应说明指令位姿的数目、位置和编程方法示（教编程、

人工输人数字数据或离线编程）。

对于矩形轨迹，拐角记为E,,E2,E,和E,,，每个拐角离平面各顶点的距离为该平面对角线长度的

(10士2)0o。在图6的实例中，PZ,P3,P、和PS分别与E,,E2,E3和E4重合。

Gs/T12642-2001

平面I平面z

22

么今

1．

．

es．

．

1Y＂es．．Y，

贬叱

、X；X

才

机座机座

坐标系坐标系

1)用于s轴机器人

平面4

平面3

22

‘应

es，卫

eses，

es．

．

es．

esY＂weY，

‘

七

，X．X

2声

机座机座

坐标系坐标系

图5试验轨迹定位平面的确定

C,Ez(P3)

N

‘

卫，

X

，

且

井

」

亡

机座

坐标系

图6试验轨迹实例

GB/T12642--2001

6.9循环次数

表5给出了测试每种特性时实施的循环次数。

表5循环次数

试验特性循环次数

位姿准确度和位姿重复性30

多方向位姿准确度变动30

距离准确度和距离重复性30

位置稳定时间3

厂

位置超调量｝3

｝

位姿特性漂移连续循环8h

互换性30

轨迹准确度和轨迹重复性10

重定向轨迹准确度10

拐角偏差3

轨迹速度特性10

最小定位时间3

摆动偏差3

6.10试验步骤

试验顺序对试验结果没有影响，但为了确定测量停顿时间，建议先进行位置稳定时间试验后，再进

行位姿重复性试验。位置超调量、位姿准确度和重复性试验可同时进行。位姿特性漂移试验应独立进行。

位姿特性试验应在点位或连续轨迹控制下进行，轨迹特性试验应在轨迹控制下进行。

如果测试设备允许，轨迹准确度及重复性试验可与速度试验同时进行。

建议速度试验在轨迹准确度试验之前进行，并使用相同的轨迹参数，这样可保证在确定轨迹时使用

正确的参考量。

当编程恒定轨迹速度时，应注意确保把速度补偿控制设为loo％，并保证机器人不因在跟踪轨迹上

的任何限制而使速度自动减小。

下列特性可同时进行测试：

—一轨迹准确度／重复性和速度特性；

一拐角超调和圆角误差。

除位姿特性漂移外，一种条件下每一特性的数据采集应在最短的时间内进行。

试验时所有的程序延时，如测量停顿时间和测量时问应在试验报告中说明。

6.11试验特性一应用

根据机器人的类型和要求应（用），可全面或部分采用本标准所述的试验。

对于某些典型应用，附录B提（示的附录）提供了基本的机器人试验选择指南。

GB/T12642-2001

了位姿特性

7.1一般说明

指令位姿见（图7)：以示教编程、人工数据输入或离线编程所设定的位姿。

示教编程机器人的指令位姿定义为机器人的测量点见（图7)。编程时，通过机器人的运动，使该点

尽可能接近立方体的确定点(P（PZ,...)。把测量系统显示的坐标值用作为“指令位姿”，以便根据逐个实

到位姿计算准确度。

实到位姿见（图7)：机器人在自动方式下响应指令位姿而实际达到的位姿。

本章中所定义的位姿准确度和重复性特性，由指令位姿和实到位姿间的偏差和重复接近指令位姿

的一系列实到位姿的分布来确定。

这些误差产生的原因有：

—一内部控制分辨率；

—坐标变换误差；

—关节的实际结构尺寸与机器人控制系统所用的模型尺寸间的差异；

—机械缺陷，如间隙、滞回、摩擦及外部条件如温度等的影响。

指令位姿数据输入方法取决于机器人控制设备，并对准确度特性有重大影响。使用的数据输入方法

应在数据表和试验报告中清楚地说明。

若指令位姿由数字数据输人设定，则不同指令位姿间的关系（即距离和姿态）是已知的或（可确定

的），这对距离特性的规范和测量是需要的。

对于使用数字数据输人的位姿准确度测量，需知道测量系统相对于