《機(jī)器人用力觸覺(jué)傳感器分級(jí)規(guī)范》

1僅該日期對(duì)應(yīng)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/T1182-2018產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)幾何公差形狀、方向、位置和跳動(dòng)公差標(biāo)注GB/T2423.5-2019環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則：沖擊GB/T2423.10-2019環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc:振動(dòng)(正弦)GB/T2423.22-2012環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)N:溫度變化GB/T2423.34-2024環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)ZAD:溫度/濕度組合循環(huán)試驗(yàn)GB/T4208-2017外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)GB/T7665-2005傳感器通用術(shù)語(yǔ)GB/T9254.1-2021信息技術(shù)設(shè)備、多媒體設(shè)備和接收機(jī)電磁兼容第1部分：發(fā)射要求GB/T12113-2023接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測(cè)量方法GB/T17626.3-2023電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)第3部分：射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.5-2019電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)GB/T25480-2010儀器儀表運(yùn)輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗(yàn)方法GB/T27025-2019GB/T33905.1-2017智能傳感器第1部分：總則GB/T33905.2-2017智能傳感器第2部分：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行規(guī)GB/T34069-2017物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)智能傳感器特性與分類GB/T39405-2020機(jī)器人分類T/QGCML4624-2024柔性薄2下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件.成。通過(guò)直接接觸，感知物體力、形狀、滑動(dòng)和溫度的傳感器.用一個(gè)或多個(gè)參數(shù)表示一個(gè)或多個(gè)變量信息的物理變量.量對(duì)應(yīng)關(guān)系的技術(shù)活動(dòng).分辨力(率)resolution傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)可能檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量.3機(jī)械、電氣、功能).技術(shù)，內(nèi)置智能演算模塊，使機(jī)器人具備與外界環(huán)境或目標(biāo)物體自適應(yīng)交b)內(nèi)嵌處理單元：采用片上系統(tǒng)(SoC)實(shí)現(xiàn)d)輕量化集成：采用微型化低功耗理、測(cè)量維度、信號(hào)處理類型(集成度)三大技術(shù)屬性進(jìn)行不同維度分類.根據(jù)工作原理分類見(jiàn)表1.壓電材料受力產(chǎn)生機(jī)械形變，導(dǎo)致表面電荷積累電容式受力引起彈性元件形變，導(dǎo)致光路遮擋、反射或彈性體受力引起磁感線大小或方向變化，導(dǎo)致線圈中兩種不同材料接觸摩擦產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，分離時(shí)因間距變鐵磁材料受力后磁致伸縮效應(yīng)改變其長(zhǎng)度，導(dǎo)致外部線圈電感或4根據(jù)測(cè)量維度分類見(jiàn)表2. 一維力單一維度方向上的力或力矩 二維力平面內(nèi)兩個(gè)維數(shù)方向上的力或力矩六維力三個(gè)正交維度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三個(gè)正交維度方向 三維力三個(gè)正交維度方向上的力(Fx、Fy六維力三個(gè)正交維度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三個(gè)正交維度方向根據(jù)信號(hào)處理類型(集成度)分類見(jiàn)表3.表3機(jī)器人用力觸覺(jué)傳感器按信號(hào)處理類型(集成度)分類直接輸出模擬信號(hào)，信號(hào)接收端經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和從敏感元件獲取模擬信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)字電路處理輸出模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的組合，經(jīng)內(nèi)部集成信號(hào)調(diào)理電路完成信號(hào)采集、處理、存儲(chǔ)及通信后獲取測(cè)量值，根據(jù)通訊協(xié)議輸4.3分級(jí)維度術(shù)維度上同時(shí)達(dá)到或超越低等級(jí)指標(biāo)限值.分級(jí)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4.量程、最小分辨力、準(zhǔn)確度、重復(fù)精度、線性度、采樣率、陣列化程度外置算力型(需外接處理單元)、嵌入式型(內(nèi)置處理芯片)接觸形變量，對(duì)特定材料表面摩擦系數(shù)，對(duì)特定形工作過(guò)載、安全過(guò)載、最大過(guò)載、最大加載時(shí)間重標(biāo)定、時(shí)漂、溫漂、生物兼容性、抗干擾(聲光電磁)、防護(hù)等級(jí)(防水5(浪涌，靜電，高低溫，跌落)、抗腐蝕(酸堿鹽霧，油污)等級(jí)1√√√√√√√√√陣列化程度陣列測(cè)點(diǎn)密度內(nèi)嵌內(nèi)嵌注：FS:FullScale的縮寫(xiě)，表征傳感器能夠測(cè)量的最大輸入范圍。pt/cm2:pointperquarecentimeter的縮寫(xiě)，表征力觸覺(jué)傳感器陣列在單位面積內(nèi)的有效傳感單元數(shù)量.“√”為滿足要求；“-”為無(wú)要求.a)環(huán)境溫度：15℃~35℃;b)相對(duì)濕度：30%～85%;c)大氣壓力：86kPa～106kPa.6ABCD溫度(℃)相對(duì)濕度(%)大氣壓力(kPa)注：試驗(yàn)過(guò)程中，如果相對(duì)濕度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響，則可不予考慮。如果試驗(yàn)溫度超出表6中規(guī)定的范圍，應(yīng)由供需雙方協(xié)商規(guī)定特性參數(shù)的合適極限.測(cè)試程序遵循GB/T15478-2015第4章試驗(yàn)的一般被測(cè)傳感器與壓力標(biāo)準(zhǔn)器、激勵(lì)電源、讀數(shù)裝置應(yīng)按系統(tǒng)連接圖(含管路/電路)及產(chǎn)品規(guī)范連接.75.4.6.1遵循GB/T43199-2023第4.4章內(nèi)容，將被測(cè)傳感器安裝于基座(治具)上，見(jiàn)圖1,基座的剛性應(yīng)大于傳感器剛性的3倍以上，從而形成固定支撐邊界條件.傾角不大于0.03°.將載荷適配器固連到傳感器上，調(diào)整載荷適配器的中心(檢測(cè)中心)和傳感器b)被測(cè)傳感器預(yù)熱0.5h(零點(diǎn)起始漂移測(cè)試除外).8b)檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量不確定度應(yīng)為被檢測(cè)傳感器要求測(cè)量不確定度的10%～33%;c)檢測(cè)設(shè)備的載荷源為砝碼時(shí)，所用砝碼應(yīng)不低于GB/T4167-2011中的M3級(jí)，采用其他載荷源時(shí)，其測(cè)量不確定度應(yīng)優(yōu)于0.05%;測(cè)試報(bào)告應(yīng)遵循GB/T27025-2019第7.a)標(biāo)題(例如“檢測(cè)報(bào)告”、“標(biāo)定報(bào)告”或“抽樣報(bào)告”);界面坐標(biāo)對(duì)齊.6.1.4.1.2采用不同幾何形狀的標(biāo)準(zhǔn)加載壓頭，手動(dòng)加載治具沿Z軸方向?qū)Ρ粶y(cè)傳感器表面指定區(qū)域垂直施力.在被測(cè)傳感器的工作區(qū)域內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試，確保向同步變化.6.1.4.2.1量程測(cè)試應(yīng)遵循GB/T43199-2023第5.1章內(nèi)容.9記錄傳感器的輸出值，再返回零點(diǎn)，并且重復(fù)不少于3次的升和降加載循環(huán).三種類型，其量程數(shù)值根據(jù)公式(1)～(3)計(jì)算。a)線性傳感器量程(YFs)按公式(1)計(jì)算，即測(cè)量上限輸出值與測(cè)量下限輸出值之差的絕對(duì)值(以理論特性直線的計(jì)算值為依據(jù))為滿量程輸出值：Fmax—測(cè)量上限的輸出值；Fmin—測(cè)量下限的輸出值.b)定點(diǎn)使用非線性傳感器量程(YFs)按公式(2)計(jì)算： Fmin一測(cè)量下限示值平均值.c)非定點(diǎn)使用非線性傳感器及帶刻度方程的線性傳感器量程(YFs)按公式(3)計(jì)算：Fkmin—刻度方程上的下點(diǎn)輸出值.6.1.4.3.1準(zhǔn)確度測(cè)試應(yīng)遵循GB/T15478-2015第5.4章內(nèi)容.6.1.4.3.2在被測(cè)傳感器全量程內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量每個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感器輸出，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載。記錄所有測(cè)試誤差，取最大值作為傳感器準(zhǔn)確度.誤差帶的大小。準(zhǔn)確度(ξ)按公式(4)計(jì)算.U,—系統(tǒng)誤差帶；U?—隨機(jī)誤差帶；YFs—滿量程輸出。6.1.4.4.1重復(fù)精度測(cè)試應(yīng)遵循GB/T43199-2023第5.3章內(nèi)容.個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感器輸出，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載。重復(fù)性精度(ξR)根據(jù)公式(5)～(8)計(jì)算。a)正行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差Su,按公式(5)計(jì)算：b)反行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp按公式(6)計(jì)算：c)被測(cè)傳感器在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差S按公式(7)計(jì)算：d)重復(fù)性精度按公式(8)計(jì)算：一正行程第點(diǎn)第j次測(cè)量值；n—重復(fù)加載-卸載循環(huán)次數(shù)；m—測(cè)試特征點(diǎn)數(shù)；λ一包含因子.數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠.重復(fù)采集或出現(xiàn)異常波動(dòng)等現(xiàn)象.6.1.4.6.3I與I?應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)誤差，取全陣列最大值作為定位精度。定位精度(△Fx)按公式(9)計(jì)算：Fx—網(wǎng)格I各節(jié)點(diǎn)力值。6.1.4.7.2在被測(cè)傳感器的工作區(qū)域內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試，將加載壓頭按覆蓋傳感器量程的梯度載荷依次加載。每個(gè)載荷點(diǎn)保持靜態(tài)穩(wěn)定15s后卸載至零載荷，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載，等待15s后測(cè)量加載過(guò)程中各點(diǎn)的加載壓頭法向位移量和零載荷后殘余位移量，(△Zavg)按公式(10)計(jì)算。6.1.4.8.1過(guò)載測(cè)試應(yīng)遵循GB/T43199-2023第5.10章內(nèi)容.6.1.4.8.3被測(cè)傳感器通電預(yù)熱0.5h后，對(duì)傳感器各分量施加規(guī)定的超負(fù)荷負(fù)載，保持5min,記錄超負(fù)荷負(fù)載，卸載后恢復(fù)0.5h.同時(shí)測(cè)量并記錄過(guò)載能力檢測(cè)前后的零點(diǎn)輸出值，兩者相差不6.1.4.9.1循環(huán)壽命測(cè)試應(yīng)遵循GB/T15478-2015第5.10章內(nèi)容.速度(每分鐘循環(huán)次數(shù))進(jìn)行壓力循環(huán)測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，密切觀察試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行情環(huán)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行，直到達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù).試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合傳感器詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的要求.6.2標(biāo)定規(guī)范標(biāo)定設(shè)備應(yīng)考慮被測(cè)傳感器的測(cè)量維度(一維/多維)和空間分辨率(最小檢測(cè)單元尺寸),并遵傳感器允許基本誤差的1/3.測(cè)試人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的安裝方式與傳感器固定裝置.a)標(biāo)準(zhǔn)力源裝置(含加載執(zhí)行機(jī)構(gòu));e)環(huán)境控制模塊(選配).a)測(cè)量精度0.01%～0.05%的傳感器，其誤差不應(yīng)超過(guò)被測(cè)傳感器允許基本誤差的1/2;b)測(cè)量精度0.1%～4.0%的傳感器，其誤差不超過(guò)被測(cè)傳感器允許基本誤差的1/3;c)提供的標(biāo)準(zhǔn)力源的儀表量程應(yīng)為被測(cè)傳感器滿量程的125%～500%;d)在整個(gè)量程范圍內(nèi)的壓力輸出應(yīng)連續(xù)可調(diào)，壓力輸出也可以采用階躍式調(diào)節(jié)，但階躍的方式必須保證被測(cè)傳感器在測(cè)試過(guò)程中不因過(guò)沖和擾動(dòng)而引起遲滯誤差.注：對(duì)于準(zhǔn)確度超過(guò)0.01級(jí)的傳感器，可由傳感器詳細(xì)規(guī)范規(guī)定.壓頭與傳感器準(zhǔn)確接觸6.2.2.1.1被測(cè)傳感器的標(biāo)定流程，參照T/QGCML4624-2024第6章內(nèi)容，見(jiàn)圖3.外觀檢查確定標(biāo)定需求標(biāo)定測(cè)試環(huán)境檢測(cè)報(bào)告準(zhǔn)備測(cè)試樣品封裝汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚等有毒有害物質(zhì).性及安全性評(píng)價(jià)項(xiàng)目.等)須嚴(yán)格遵循GB4806系列食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。需防止材料在與食品直接接觸過(guò)程中發(fā)生緣與棱角處理。外殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇對(duì)應(yīng)防護(hù)等級(jí)，并遵循GB/T4208-20等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求.性能測(cè)試，抗沖擊測(cè)試應(yīng)遵循GB/T2423.5-2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定7.2.2.2傳感器需要具有過(guò)熱保護(hù)機(jī)制，通過(guò)GB/T不出現(xiàn)熱過(guò)載現(xiàn)象，避免引發(fā)安全事故.7.3.2傳感器需要具備有效的漏電流控制措施，其控制要求需遵照GB/T12113-2023規(guī)定的測(cè)試方法傳感器需要具備有效的過(guò)電壓防護(hù)措施，內(nèi)置浪涌保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與性能需遵照GB/T17626.5-2019規(guī)定的浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試方法及判定見(jiàn)表7.高危工序≤1周/次；關(guān)鍵工序≤1個(gè)月/次醫(yī)療級(jí)設(shè)備≤3個(gè)月/次；高頻交互設(shè)備出廠校準(zhǔn)終身有效/自動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制8.2校準(zhǔn)方法8.3維護(hù)要求僅允許具備相應(yīng)基礎(chǔ)、專項(xiàng)資質(zhì)并經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)行操作、校準(zhǔn)和維護(hù).8.3.2.2非計(jì)劃性維護(hù)(維修)當(dāng)出現(xiàn)故障異常時(shí)，應(yīng)采用專用測(cè)試設(shè)備(如數(shù)字萬(wàn)用表、示波器等)結(jié)合系統(tǒng)診斷程序進(jìn)行分級(jí)故障定位。依據(jù)故障影響程度(如關(guān)鍵功能失效或非關(guān)鍵性能下降等)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)a)立即解除載荷，恢復(fù)空載狀態(tài).b)回溯并分析故障前的測(cè)量數(shù)據(jù).1)超載：進(jìn)入后續(xù)處理流程；2)未超載：檢查并重啟通信連接。d)問(wèn)題未解決，應(yīng)填寫(xiě)故障報(bào)告單，按制造商規(guī)定的物流規(guī)范返廠至專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行精密校準(zhǔn)與硬件檢測(cè).系，應(yīng)用場(chǎng)景分類見(jiàn)表8.典型應(yīng)用示例搬運(yùn)作業(yè)機(jī)器人(AGV抓取)焊接機(jī)器人(焊縫跟蹤)精密裝配機(jī)器人(電子元件插裝)手術(shù)機(jī)器人(組織觸診)康復(fù)機(jī)器人(肌力訓(xùn)練)護(hù)理機(jī)器人(臥床移位輔助)民生服務(wù)家務(wù)機(jī)器人(餐具抓握)養(yǎng)老助殘機(jī)器人(喂食