《人形机器人关节驱动系统技术》标准征求意见稿

3T/CMEEEAXXXX—2025人形机器人关节驱动系统技术本文件规定了人形机器人关节驱动系统的总体结构与功能要求、关键性能指标与技术要求、设计与制造过程要求、试验方法与验证程序、检验规则，以及标志、包装、运输与贮存要求。本文件适用于携带或不携带负载的人形机器人（含服务型与工业协作型）关节驱动单元（下称“关节驱动”）及由若干关节驱动构成的驱动系统的设计、制造和验收。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，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/T755旋转电机定额与性能GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T5226.7机械电气安全机械电气设备第7部分：工业机器人技术条件GB11291.2机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分：机器人系统与集成GB/T12642工业机器人性能规范及其试验方法GB/T12643机器人词汇GB/T24612.2电气设备应用场所的安全要求第2部分：在断电状态下操作的安全措施3术语和定义GB/T12643界定的及下列术语和定义适用于本文件。3.1关节驱动Jointactuationunit含执行电机（或直驱转矩电机）、减速机构（行星齿轮、谐波齿轮、谐波齿轮箱、蜗轮箱等）、传感器（角度、力/扭矩、温度）、制动器（必要）和控制接口的模块化单元。3.2等效转矩Equivalenttorque,teq考虑负载、速度及使用周期后的平均等效转矩（用于齿轮/轴承的热与寿命评估）。4系统结构与功能要求4.1系统总体构成关节驱动系统由如下模块组成：电机单元（直驱或带减速器）、减速机构、角度/速度传感器（编码器/光栅/SSI/EnDat等）、力/扭矩传感器（选配/集成）、热传感器、电子制动（或机械制动）、齿轮润滑与密封、外壳与安装界面、通信与电气接口（包括CANopen、EtherCAT、EtherNet/IP或多轴总线）、诊断与安全互锁接口（安全速度、扭矩限制、紧急停车）。各模块应实现模块化替换与便捷维护。应明确电气接口的额定电压、脉冲/模拟接口定义与接地要求，符合GB/T5226.7规定。T/CMEEEAXXXX—202544.2功能列表系统应满足下列功能要求：a）位置控制：闭环位置控制分辨率≤0.01°。b）速度控制：连续运行速度（空载）应在产品说明书中注明，并保证在额定温升范围内连续运行。c）扭矩/力控制：支持力/扭矩感知或估算与限幅。d）安全功能：支持安全限速、安全停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制（STO、SSM等安全功能应符合相关安全标准）。e）故障自诊断：包含过温、过压、短路、轴承异常振动检测等诊断并上报。f）冗余与故障模式：关键安全路径可选用双通道/监测回路。4.3机械接口与模块化要求外形接口（法兰尺寸、轴径/空心轴直径）应参照统一系列或在技术协议中明确；推荐提供同类产品互换的适配套件。模块化应支持快速更换齿轮头/电机或更换编码器，维修时间≤2h。5性能要求5.1等级定义为便于适配不同人形机器人应用，本文件采用等级划分（A级、B级、C级、D级）并给出关键指标的最低/目标值供设计与验收使用。a）A级：面向教育与轻量服务机器人。b）B级：面向复杂服务/人形原型与小负载作业。c）C级：高精度位姿控制、低背隙、低迟滞应用（如手眼配合）。d）D级：面向人机协作，强调安全冗余与低动能。5.2主要性能指标表人形机器人关节驱动系统技术应符合表1的规定。表1关节驱动主要性能分级表指标单位A级B级C级D级额定连续扭矩T_cont540峰值扭矩T_peak45额定输出轴转速n_contrpm200位置分辨率（角）arcsec/deg0.02°反向间隙（典型）arcmin丝杠/减速比（若有） 额定输出功率W400300重复定位精度arcmin≤0.3'扭矩刚度（静态）寿命（额定负载）h5000150003000015000防护等级IP20IP54IP54工作温度℃0~+40-10~+50-20~+60-10~+50注：设计时应结合实际负载工况、dutycycle、等效扭矩计算及齿轮/轴承厂商额定表确定最终参数。有关等效与平均扭矩的计算方法可参考齿轮生产单位或谐波驱动器产品手册示例。5.3控制与通信T/CMEEEAXXXX—202555.3.1总线要求支持实时现场总线（优先EtherCAT/CANopen）；通信接口速率、帧格式、PDO/SDO映射应在产品说明书中明确。5.3.2控制器要求控制器应支持闭环控制带宽≥100Hz（A级）至≥1kHz（C级，取决于电机与编码器能力）。5.3.3编码器类型编码器类型：增量编码器（A/B/Z）、绝对单圈或多圈（SSI/EnDat等）；D级推荐20-bit以上绝对编码器。5.4热与散热在额定连续扭矩工作下，整机平均温升≤60℃（绕组或电子件定义点）。必要时提供强制风冷或液冷方案，并在技术文件中注明冷却流量、压降与接口。5.5安全与冗余产品应符合GB11291.2的规定，关节驱动应能提供安全停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制、紧急停止输入、过速/过扭矩保护等功能。C级/D级需提供安全等级评估与SRS（安全需求说明书）。6设计与制造过程要求6.1材料与加工关键零件（齿轮、轴、壳体）应使用已证实材料并提供材料证明（材质牌号、热处理记录）；齿轮应进行齿形修整与表面硬化处理（淬火、氮化等），并提供硬度、表面粗糙度与公差记录。轴承采用滚动/滑动轴承时应按寿命计算选型并提供润滑方案及更换周期。6.2装配公差与同轴度输出轴与安装法兰同轴度应控制在0.02mm（精密级）以内（在安装面和规定长度处测量）。齿轮箱装配后静态径向跳动、轴向间隙应满足产品设计公差并记录检测报告。6.3防护与电磁兼容（EMC）电气部分应满足GB/T5226.7的电气安全要求；整机应进行EMC设计与测试，并在产品技术文件中提供测试记录。7试验方法7.1功能试验人形机器人关节驱动系统功能试验应按照表2的规定执行。表2关节驱动功能试验方法项目方法执行标准位置控制分辨率≤0.01。使用高精度角度测量设备（如光电编码器校准仪），在闭环位置控制模式下发送微小位置指令，测量实际位置变化，计算分辨率GB/T12642速度控制：连续运行速度在额定温升范围内在空载条件下，以产品说明书注明的连续运行速度运行，监测温升，确保在额定温升范围内GB/T755扭矩/力控制：支持力/扭矩感知或估算与限幅在扭矩控制模式下，施加外部力/扭矩，检查系统感知和限幅功能；使用扭矩传感器验证控制精度GB/T12642安全功能：安全限速、安全模拟安全条件，如触发紧急停止按钮，验证安全停止功GB/T5226.7T/CMEEEAXXXX—20256停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制（STO、SSM等）能；使用测速装置验证安全限速；使用扭矩传感器验证安全扭矩限制故障自诊断：过温、过压、短路、轴承异常振动检测模拟故障条件，如加热至过温、施加过压、短路电路等，检查系统诊断和上报功能；使用振动分析仪检测轴承异常GB/T24612.2冗余与故障模式：关键安全路径双通道/监测回路模拟单通道故障，检查系统是否切换到冗余通道或触发安全响应GB/T5226.77.2主要性能试验人形机器人关节驱动系统主要性能指标的试验应按照表3的规定执行。表3关节驱动主要性能试验方法项目方法执行标准额定连续扭矩T_cont在额定连续扭矩下运行4小时，监测扭矩输出稳定性，使用扭矩传感器测量GB/T12642峰值扭矩T_peak（短时≤2s）施加瞬时峰值扭矩（1.1倍说明书值）持续≤2s，重复10次，检查机械损伤和功能GB/T12642额定输出轴转速n_cont在额定连续扭矩下，测量输出轴转速，确保达到额定值GB/T12642位置分辨率（角）使用高精度角度测量设备，测量系统的最小可分辨角度GB/T12642反向间隙（典型）使用角度测量仪，测定双向反向时的角差GB/T12642额定输出功率计算或测量输出功率，P=T×ω,其中T为扭矩，ω为角速度GB/T755重复定位精度重复定位到同一位置，测量位置偏差GB/T12642扭矩刚度（静态）施加静态扭矩，测量扭转角度，计算刚度GB/T12642寿命（额定负载）加速寿命试验，按等效负载循环运行至预期寿命的10%或10000次循环，检查磨损GB/T24612防护等级进行防尘和喷淋试验，根据IP代码GB/T4208工作温度在高温和低温环境下运行，检查功能正常GB/T2423.1、GB/T2423.27.3控制与通信试验人形机器人关节驱动系统控制与通信的试验应按照表4的规定执行。表4关节驱动系统控制与通信试验方法项目方法执行标准闭环控制带宽≥100Hz（A级）至≥1kHz（C级）使用频率响应分析仪，注入正弦信号，测量系统响应，确定带宽。GB/T12642编码器类型：D级推荐20-bit以上绝对编码器验证编码器类型和分辨率，使用标准信号源测试编码器输出。GB/T126427.4热与散热试验在额定连续扭矩工作下，整机平均温升≤60℃（绕组或电子件定义点应在额定连续扭矩工作下，测量绕组或电子件温度，计算温升，试验方法按照GB/T755的规定执行。7.5安全与冗余试验产品安全功能：安全停止、安全扭矩限制、紧急停止输入、过速/过扭矩保护的测试，应模拟安全条件，试验方法按照GB/T5226.7的规定执行。7.6典型试验流程T/CMEEEAXXXX—20257样机进场→外观/材料检查→编码器/零点标定→空载运行（1h）→额定负载运行（4h）→峰值冲击试验→回程间隙测量→寿命/疲劳试验（若适用）→出厂检验合格→出厂8检验规则8.1检验分类本文件要求的检验分为型式检验和出厂检验两类。8.2型式检验有下列情形之一时，应进行型式检验：a）新产品试制定型鉴定；b）正式生产后，如结构、材料、工艺等有较大改变，可能影响产品性能时；c）正常生产满一年时；d）间隔一年以上再生产时；e）出厂检验结果与同产品型号或批次的型式检验有较大差异时。8.3出厂检验出厂检验的项目应包括5.2及5.5的全部指标，相关指标均满足本文件的要求时，方可被判定为合格产品。对于不合格的产品，应进行返工或报废处理。8.4抽样方法产品检验的抽样方法应按照GB/T2828.1的规定进行，采用逐批检验抽样计划。抽样检验的样本量应根据产品批量大小和接收质量限（AQL）确定。8.5判定规则及处理措施所有检验项目均满足本文件的要求时，判定为合格。其中4.2、5.2、5.5中任一项不符合规定时，判定为不合格。对于不合格的产品，应进行返工或报废处理，返工产品应重新进行检验。性能项按表1中分级要求判定；若产品声明达到某一等级，则对应等级所有项应满足（允许±5%公差，特殊项另行声明）。8.6检验报告所有检验记录和报告应妥善存档，每次检验结束后应出具完整的检验报告，并包括下列内容：a）基本信息：产品名称、产品批次编号、检验日期、检验机构和参与人员等；b）检验目的与检验依据；c）检验环境与检验设备清单等；d）检验方法与检验过程；e）检验数据：详细列出各项目的检测数据；f）检验结论：评估该批次产品是否合格。9标志、包装、运输与贮存9.1标志产品应在外包装或产品铭牌上标明：产品名称、型号、额定扭矩/额定功率、额定电压/频率、制造厂名称与联系方式、序列号与出厂日期、IP等级、重量、必要的运输/贮存环境信息。安全相关接口与紧急停止接口需明确标注。9.2包装包装应防潮、防尘、防静电（必要时），并能承受运输过程中常见的跌落/振动；包装内应固定关节驱动的位置，避免轴向/径向冲击。对C级、D级产品建议使用带温湿度记录器的密封包装，并在报验时提