《机器人用力触觉传感器分级规范》

1仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件.GB/T1182-2018产品几何技术规范(GPS)几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注GB/T2423.5-2019环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GB/T2423.10-2019环境试验第2部分：试验方法试验Fc:振动(正弦)GB/T2423.22-2012环境试验第2部分：试验方法试验N:温度变化GB/T2423.34-2024环境试验第2部分：试验方法试验ZAD:温度/湿度组合循环试验GB/T4208-2017外壳防护等级(IP代码)GB/T7665-2005传感器通用术语GB/T9254.1-2021信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第1部分：发射要求GB/T12113-2023接触电流和保护导体电流的测量方法GB/T17626.3-2023电磁兼容试验和测量技术第3部分：射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.5-2019电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T25480-2010仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法GB/T27025-2019GB/T33905.1-2017智能传感器第1部分：总则GB/T33905.2-2017智能传感器第2部分：物联网应用行规GB/T34069-2017物联网总体技术智能传感器特性与分类GB/T39405-2020机器人分类T/QGCML4624-2024柔性薄2下列术语和定义适用于本文件.成。通过直接接触，感知物体力、形状、滑动和温度的传感器.用一个或多个参数表示一个或多个变量信息的物理变量.量对应关系的技术活动.分辨力(率)resolution传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量.3机械、电气、功能).技术，内置智能演算模块，使机器人具备与外界环境或目标物体自适应交b)内嵌处理单元：采用片上系统(SoC)实现d)轻量化集成：采用微型化低功耗理、测量维度、信号处理类型(集成度)三大技术属性进行不同维度分类.根据工作原理分类见表1.压电材料受力产生机械形变，导致表面电荷积累电容式受力引起弹性元件形变，导致光路遮挡、反射或弹性体受力引起磁感线大小或方向变化，导致线圈中两种不同材料接触摩擦产生电荷转移，分离时因间距变铁磁材料受力后磁致伸缩效应改变其长度，导致外部线圈电感或4根据测量维度分类见表2. 一维力单一维度方向上的力或力矩 二维力平面内两个维数方向上的力或力矩六维力三个正交维度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三个正交维度方向 三维力三个正交维度方向上的力(Fx、Fy六维力三个正交维度方向上的力(Fx、Fy、Fz)和三个正交维度方向根据信号处理类型(集成度)分类见表3.表3机器人用力触觉传感器按信号处理类型(集成度)分类直接输出模拟信号，信号接收端经过模数转换和从敏感元件获取模拟信号，经内部模数转换或数字电路处理输出模拟信号与数字信号的组合，经内部集成信号调理电路完成信号采集、处理、存储及通信后获取测量值，根据通讯协议输4.3分级维度术维度上同时达到或超越低等级指标限值.分级技术指标见表4.量程、最小分辨力、准确度、重复精度、线性度、采样率、阵列化程度外置算力型(需外接处理单元)、嵌入式型(内置处理芯片)接触形变量，对特定材料表面摩擦系数，对特定形工作过载、安全过载、最大过载、最大加载时间重标定、时漂、温漂、生物兼容性、抗干扰(声光电磁)、防护等级(防水5(浪涌，静电，高低温，跌落)、抗腐蚀(酸碱盐雾，油污)等级1√√√√√√√√√阵列化程度阵列测点密度内嵌内嵌注：FS:FullScale的缩写，表征传感器能够测量的最大输入范围。pt/cm²:pointperquarecentimeter的缩写，表征力触觉传感器阵列在单位面积内的有效传感单元数量.“√”为满足要求；“-”为无要求.a)环境温度：15℃~35℃;b)相对湿度：30%～85%;c)大气压力：86kPa～106kPa.6ABCD温度(℃)相对湿度(%)大气压力(kPa)注：试验过程中，如果相对湿度对试验结果没有影响，则可不予考虑。如果试验温度超出表6中规定的范围，应由供需双方协商规定特性参数的合适极限.测试程序遵循GB/T15478-2015第4章试验的一般被测传感器与压力标准器、激励电源、读数装置应按系统连接图(含管路/电路)及产品规范连接.75.4.6.1遵循GB/T43199-2023第4.4章内容，将被测传感器安装于基座(治具)上，见图1,基座的刚性应大于传感器刚性的3倍以上，从而形成固定支撑边界条件.倾角不大于0.03°.将载荷适配器固连到传感器上，调整载荷适配器的中心(检测中心)和传感器b)被测传感器预热0.5h(零点起始漂移测试除外).8b)检测设备的测量不确定度应为被检测传感器要求测量不确定度的10%～33%;c)检测设备的载荷源为砝码时，所用砝码应不低于GB/T4167-2011中的M3级，采用其他载荷源时，其测量不确定度应优于0.05%;测试报告应遵循GB/T27025-2019第7.a)标题(例如“检测报告”、“标定报告”或“抽样报告”);界面坐标对齐.6.1.4.1.2采用不同几何形状的标准加载压头，手动加载治具沿Z轴方向对被测传感器表面指定区域垂直施力.在被测传感器的工作区域内选择均匀分布的6～11个位置进行测试，确保向同步变化.6.1.4.2.1量程测试应遵循GB/T43199-2023第5.1章内容.9记录传感器的输出值，再返回零点，并且重复不少于3次的升和降加载循环.三种类型，其量程数值根据公式(1)～(3)计算。a)线性传感器量程(YFs)按公式(1)计算，即测量上限输出值与测量下限输出值之差的绝对值(以理论特性直线的计算值为依据)为满量程输出值：Fmax—测量上限的输出值；Fmin—测量下限的输出值.b)定点使用非线性传感器量程(YFs)按公式(2)计算： Fmin一测量下限示值平均值.c)非定点使用非线性传感器及带刻度方程的线性传感器量程(YFs)按公式(3)计算：Fkmin—刻度方程上的下点输出值.6.1.4.3.1准确度测试应遵循GB/T15478-2015第5.4章内容.6.1.4.3.2在被测传感器全量程内选择均匀分布的6～11个点进行检测，测量每个测试点对应的传感器输出，并且重复不少于3次的升和降循环加载。记录所有测试误差，取最大值作为传感器准确度.误差带的大小。准确度(ξ)按公式(4)计算.U,—系统误差带；U₂—随机误差带；YFs—满量程输出。6.1.4.4.1重复精度测试应遵循GB/T43199-2023第5.3章内容.个测试点对应的传感器输出，并且重复不少于3次的升和降循环加载。重复性精度(ξR)根据公式(5)～(8)计算。a)正行程子样标准偏差Su,按公式(5)计算：b)反行程子样标准偏差Sp按公式(6)计算：c)被测传感器在整个测量范围内的子样标准偏差S按公式(7)计算：d)重复性精度按公式(8)计算：一正行程第点第j次测量值；n—重复加载-卸载循环次数；m—测试特征点数；λ一包含因子.数据传输稳定可靠.重复采集或出现异常波动等现象.6.1.4.6.3I与I₂应点的绝对误差，取全阵列最大值作为定位精度。定位精度(△Fx)按公式(9)计算：Fx—网格I各节点力值。6.1.4.7.2在被测传感器的工作区域内选择均匀分布的6～11个位置进行测试，将加载压头按覆盖传感器量程的梯度载荷依次加载。每个载荷点保持静态稳定15s后卸载至零载荷，并且重复不少于3次的升和降循环加载，等待15s后测量加载过程中各点的加载压头法向位移量和零载荷后残余位移量，(△Zavg)按公式(10)计算。6.1.4.8.1过载测试应遵循GB/T43199-2023第5.10章内容.6.1.4.8.3被测传感器通电预热0.5h后，对传感器各分量施加规定的超负荷负载，保持5min,记录超负荷负载，卸载后恢复0.5h.同时测量并记录过载能力检测前后的零点输出值，两者相差不6.1.4.9.1循环寿命测试应遵循GB/T15478-2015第5.10章内容.速度(每分钟循环次数)进行压力循环测试。在测试过程中，密切观察试验机的运行情环按照设定的参数进行，直到达到规定的循环次数.试验结果应符合传感器详细规范规定的要求.6.2标定规范标定设备应考虑被测传感器的测量维度(一维/多维)和空间分辨率(最小检测单元尺寸),并遵传感器允许基本误差的1/3.测试人员应根据实际情况选择合适的安装方式与传感器固定装置.a)标准力源装置(含加载执行机构);e)环境控制模块(选配).a)测量精度0.01%～0.05%的传感器，其误差不应超过被测传感器允许基本误差的1/2;b)测量精度0.1%～4.0%的传感器，其误差不超过被测传感器允许基本误差的1/3;c)提供的标准力源的仪表量程应为被测传感器满量程的125%～500%;d)在整个量程范围内的压力输出应连续可调，压力输出也可以采用阶跃式调节，但阶跃的方式必须保证被测传感器在测试过程中不因过冲和扰动而引起迟滞误差.注：对于准确度超过0.01级的传感器，可由传感器详细规范规定.压头与传感器准确接触6.2.2.1.1被测传感器的标定流程，参照T/QGCML4624-2024第6章内容，见图3.外观检查确定标定需求标定测试环境检测报告准备测试样品封装汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚等有毒有害物质.性及安全性评价项目.等)须严格遵循GB4806系列食品安全国家标准进行检测。需防止材料在与食品直接接触过程中发生缘与棱角处理。外壳结构强度需要依据应用场景选择对应防护等级，并遵循GB/T4208-20等级标准要求.性能测试，抗冲击测试应遵循GB/T2423.5-2019标准规定7.2.2.2传感器需要具有过热保护机制，通过GB/T不出现热过载现象，避免引发安全事故.7.3.2传感器需要具备有效的漏电流控制措施，其控制要求需遵照GB/T12113-2023规定的测试方法传感器需要具备有效的过电压防护措施，内置浪涌保护装置的设计与性能需遵照GB/T17626.5-2019规定的浪涌(冲击)抗扰度测试方法及判定见表7.高危工序≤1周/次；关键工序≤1个月/次医疗级设备≤3个月/次；高频交互设备出厂校准终身有效/自动校准机制8.2校准方法8.3维护要求仅允许具备相应基础、专项资质并经授权的人员进行操作、校准和维护.8.3.2.2非计划性维护(维修)当出现故障异常时，应采用专用测试设备(如数字万用表、示波器等)结合系统诊断程序进行分级故障定位。依据故障影响程度(如关键功能失效或非关键性能下降等)启动对应a)立即解除载荷，恢复空载状态.b)回溯并分析故障前的测量数据.1)超载：进入后续处理流程；2)未超载：检查并重启通信连接。d)问题未解决，应填写故障报告单，按制造商规定的物流规范返厂至专业实验室进行精密校准与硬件检测.系，应用场景分类见表8.典型应用示例搬运作业机器人(AGV抓取)焊接机器人(焊缝跟踪)精密装配机器人(电子元件插装)手术机器人(组织触诊)康复机器人(肌力训练)护理机器人(卧床移位辅助)民生服务家务机器人(餐具抓握)养老助残机器人(喂食