《機器人用力觸覺傳感器分級規(guī)范》

1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/T1182-2018產品幾何技術規(guī)范(GPS)幾何公差形狀、方向、位置和跳動公差標注GB/T2423.5-2019環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Ea和導則：沖擊GB/T2423.10-2019環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Fc:振動(正弦)GB/T2423.22-2012環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗N:溫度變化GB/T2423.34-2024環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗ZAD:溫度/濕度組合循環(huán)試驗GB/T4208-2017外殼防護等級(IP代碼)GB/T7665-2005傳感器通用術語GB/T9254.1-2021信息技術設備、多媒體設備和接收機電磁兼容第1部分：發(fā)射要求GB/T12113-2023接觸電流和保護導體電流的測量方法GB/T17626.3-2023電磁兼容試驗和測量技術第3部分：射頻電磁場輻射抗擾度試驗GB/T17626.5-2019電磁兼容試驗和測量技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗GB/T25480-2010儀器儀表運輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗方法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)應用行規(guī)GB/T34069-2017物聯(lián)網(wǎng)總體技術智能傳感器特性與分類GB/T39405-2020機器人分類T/QGCML4624-2024柔性薄2下列術語和定義適用于本文件.成。通過直接接觸，感知物體力、形狀、滑動和溫度的傳感器.用一個或多個參數(shù)表示一個或多個變量信息的物理變量.量對應關系的技術活動.分辨力(率)resolution傳感器在規(guī)定測量范圍內可能檢測出的被測量的最小變化量.3機械、電氣、功能).技術，內置智能演算模塊，使機器人具備與外界環(huán)境或目標物體自適應交b)內嵌處理單元：采用片上系統(tǒng)(SoC)實現(xiàn)d)輕量化集成：采用微型化低功耗理、測量維度、信號處理類型(集成度)三大技術屬性進行不同維度分類.根據(jù)工作原理分類見表1.壓電材料受力產生機械形變，導致表面電荷積累電容式受力引起彈性元件形變，導致光路遮擋、反射或彈性體受力引起磁感線大小或方向變化，導致線圈中兩種不同材料接觸摩擦產生電荷轉移，分離時因間距變鐵磁材料受力后磁致伸縮效應改變其長度，導致外部線圈電感或4根據(jù)測量維度分類見表2. 一維力單一維度方向上的力或力矩 二維力平面內兩個維數(shù)方向上的力或力矩六維力三個正交維度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三個正交維度方向 三維力三個正交維度方向上的力(Fx、Fy六維力三個正交維度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三個正交維度方向根據(jù)信號處理類型(集成度)分類見表3.表3機器人用力觸覺傳感器按信號處理類型(集成度)分類直接輸出模擬信號，信號接收端經(jīng)過模數(shù)轉換和從敏感元件獲取模擬信號，經(jīng)內部模數(shù)轉換或數(shù)字電路處理輸出模擬信號與數(shù)字信號的組合，經(jīng)內部集成信號調理電路完成信號采集、處理、存儲及通信后獲取測量值，根據(jù)通訊協(xié)議輸4.3分級維度術維度上同時達到或超越低等級指標限值.分級技術指標見表4.量程、最小分辨力、準確度、重復精度、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(內置處理芯片)接觸形變量，對特定材料表面摩擦系數(shù)，對特定形工作過載、安全過載、最大過載、最大加載時間重標定、時漂、溫漂、生物兼容性、抗干擾(聲光電磁)、防護等級(防水5(浪涌，靜電，高低溫，跌落)、抗腐蝕(酸堿鹽霧，油污)等級1√√√√√√√√√陣列化程度陣列測點密度內嵌內嵌注：FS:FullScale的縮寫，表征傳感器能夠測量的最大輸入范圍。pt/cm2:pointperquarecentimeter的縮寫，表征力觸覺傳感器陣列在單位面積內的有效傳感單元數(shù)量.“√”為滿足要求；“-”為無要求.a)環(huán)境溫度：15℃~35℃;b)相對濕度：30%～85%;c)大氣壓力：86kPa～106kPa.6ABCD溫度(℃)相對濕度(%)大氣壓力(kPa)注：試驗過程中，如果相對濕度對試驗結果沒有影響，則可不予考慮。如果試驗溫度超出表6中規(guī)定的范圍，應由供需雙方協(xié)商規(guī)定特性參數(shù)的合適極限.測試程序遵循GB/T15478-2015第4章試驗的一般被測傳感器與壓力標準器、激勵電源、讀數(shù)裝置應按系統(tǒng)連接圖(含管路/電路)及產品規(guī)范連接.75.4.6.1遵循GB/T43199-2023第4.4章內容，將被測傳感器安裝于基座(治具)上，見圖1,基座的剛性應大于傳感器剛性的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，調整載荷適配器的中心(檢測中心)和傳感器b)被測傳感器預熱0.5h(零點起始漂移測試除外).8b)檢測設備的測量不確定度應為被檢測傳感器要求測量不確定度的10%～33%;c)檢測設備的載荷源為砝碼時，所用砝碼應不低于GB/T4167-2011中的M3級，采用其他載荷源時，其測量不確定度應優(yōu)于0.05%;測試報告應遵循GB/T27025-2019第7.a)標題(例如“檢測報告”、“標定報告”或“抽樣報告”);界面坐標對齊.6.1.4.1.2采用不同幾何形狀的標準加載壓頭，手動加載治具沿Z軸方向對被測傳感器表面指定區(qū)域垂直施力.在被測傳感器的工作區(qū)域內選擇均勻分布的6～11個位置進行測試，確保向同步變化.6.1.4.2.1量程測試應遵循GB/T43199-2023第5.1章內容.9記錄傳感器的輸出值，再返回零點，并且重復不少于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)計算。a)線性傳感器量程(YFs)按公式(1)計算，即測量上限輸出值與測量下限輸出值之差的絕對值(以理論特性直線的計算值為依據(jù))為滿量程輸出值：Fmax—測量上限的輸出值；Fmin—測量下限的輸出值.b)定點使用非線性傳感器量程(YFs)按公式(2)計算： Fmin一測量下限示值平均值.c)非定點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)計算：Fkmin—刻度方程上的下點輸出值.6.1.4.3.1準確度測試應遵循GB/T15478-2015第5.4章內容.6.1.4.3.2在被測傳感器全量程內選擇均勻分布的6～11個點進行檢測，測量每個測試點對應的傳感器輸出，并且重復不少于3次的升和降循環(huán)加載。記錄所有測試誤差，取最大值作為傳感器準確度.誤差帶的大小。準確度(ξ)按公式(4)計算.U,—系統(tǒng)誤差帶；U?—隨機誤差帶；YFs—滿量程輸出。6.1.4.4.1重復精度測試應遵循GB/T43199-2023第5.3章內容.個測試點對應的傳感器輸出，并且重復不少于3次的升和降循環(huán)加載。重復性精度(ξR)根據(jù)公式(5)～(8)計算。a)正行程子樣標準偏差Su,按公式(5)計算：b)反行程子樣標準偏差Sp按公式(6)計算：c)被測傳感器在整個測量范圍內的子樣標準偏差S按公式(7)計算：d)重復性精度按公式(8)計算：一正行程第點第j次測量值；n—重復加載-卸載循環(huán)次數(shù)；m—測試特征點數(shù)；λ一包含因子.數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠.重復采集或出現(xiàn)異常波動等現(xiàn)象.6.1.4.6.3I與I?應點的絕對誤差，取全陣列最大值作為定位精度。定位精度(△Fx)按公式(9)計算：Fx—網(wǎng)格I各節(jié)點力值。6.1.4.7.2在被測傳感器的工作區(qū)域內選擇均勻分布的6～11個位置進行測試，將加載壓頭按覆蓋傳感器量程的梯度載荷依次加載。每個載荷點保持靜態(tài)穩(wěn)定15s后卸載至零載荷，并且重復不少于3次的升和降循環(huán)加載，等待15s后測量加載過程中各點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)計算。6.1.4.8.1過載測試應遵循GB/T43199-2023第5.10章內容.6.1.4.8.3被測傳感器通電預熱0.5h后，對傳感器各分量施加規(guī)定的超負荷負載，保持5min,記錄超負荷負載，卸載后恢復0.5h.同時測量并記錄過載能力檢測前后的零點輸出值，兩者相差不6.1.4.9.1循環(huán)壽命測試應遵循GB/T15478-2015第5.10章內容.速度(每分鐘循環(huán)次數(shù))進行壓力循環(huán)測試。在測試過程中，密切觀察試驗機的運行情環(huán)按照設定的參數(shù)進行，直到達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù).試驗結果應符合傳感器詳細規(guī)范規(guī)定的要求.6.2標定規(guī)范標定設備應考慮被測傳感器的測量維度(一維/多維)和空間分辨率(最小檢測單元尺寸),并遵傳感器允許基本誤差的1/3.測試人員應根據(jù)實際情況選擇合適的安裝方式與傳感器固定裝置.a)標準力源裝置(含加載執(zhí)行機構);e)環(huán)境控制模塊(選配).a)測量精度0.01%～0.05%的傳感器，其誤差不應超過被測傳感器允許基本誤差的1/2;b)測量精度0.1%～4.0%的傳感器，其誤差不超過被測傳感器允許基本誤差的1/3;c)提供的標準力源的儀表量程應為被測傳感器滿量程的125%～500%;d)在整個量程范圍內的壓力輸出應連續(xù)可調，壓力輸出也可以采用階躍式調節(jié)，但階躍的方式必須保證被測傳感器在測試過程中不因過沖和擾動而引起遲滯誤差.注：對于準確度超過0.01級的傳感器，可由傳感器詳細規(guī)范規(guī)定.壓頭與傳感器準確接觸6.2.2.1.1被測傳感器的標定流程，參照T/QGCML4624-2024第6章內容，見圖3.外觀檢查確定標定需求標定測試環(huán)境檢測報告準備測試樣品封裝汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚等有毒有害物質.性及安全性評價項目.等)須嚴格遵循GB4806系列食品安全國家標準進行檢測。需防止材料在與食品直接接觸過程中發(fā)生緣與棱角處理。外殼結構強度需要依據(jù)應用場景選擇對應防護等級，并遵循GB/T4208-20等級標準要求.性能測試，抗沖擊測試應遵循GB/T2423.5-2019標準規(guī)定7.2.2.2傳感器需要具有過熱保護機制，通過GB/T不出現(xiàn)熱過載現(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)定的測試方法傳感器需要具備有效的過電壓防護措施，內置浪涌保護裝置的設計與性能需遵照GB/T17626.5-2019規(guī)定的浪涌(沖擊)抗擾度測試方法及判定見表7.高危工序≤1周/次；關鍵工序≤1個月/次醫(yī)療級設備≤3個月/次；高頻交互設備出廠校準終身有效/自動校準機制8.2校準方法8.3維護要求僅允許具備相應基礎、專項資質并經(jīng)授權的人員進行操作、校準和維護.8.3.2.2非計劃性維護(維修)當出現(xiàn)故障異常時，應采用專用測試設備(如數(shù)字萬用表、示波器等)結合系統(tǒng)診斷程序進行分級故障定位。依據(jù)故障影響程度(如關鍵功能失效或非關鍵性能下降等)啟動對應a)立即解除載荷，恢復空載狀態(tài).b)回溯并分析故障前的測量數(shù)據(jù).1)超載：進入后續(xù)處理流程；2)未超載：檢查并重啟通信連接。d)問題未解決，應填寫故障報告單，按制造商規(guī)定的物流規(guī)范返廠至專業(yè)實驗室進行精密校準與硬件檢測.系，應用場景分類見表8.典型應用示例搬運作業(yè)機器人(AGV抓取)焊接機器人(焊縫跟蹤)精密裝配機器人(電子元件插裝)手術機器人(組織觸診)康復機器人(肌力訓練)護理機器人(臥床移位輔助)民生服務家務機器人(餐具抓握)養(yǎng)老助殘機器人(喂食