DSISO 18646-5-2026 服务机器人性能准则与相关测试方法 第5部分：腿式机器人运动能力 标准立项发展报告

DS/ISO18646-5-2026服务机器人性能准则与相关测试方法第5部分：腿式机器人运动能力标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DS/ISO18646-5-2026Robotics–Performancecriteriaandrelatedtestmethodsforservicerobots–Part5:Locomotionforleggedrobots摘要随着机器人技术的飞速发展，服务机器人已广泛应用于物流配送、巡检勘探、公共安全及家庭服务等领域。腿式机器人凭借其卓越的地形适应能力，成为应对复杂非结构化环境的关键平台。然而，由于缺乏统一的性能测试标准，腿式机器人在运动速度、越障能力、能耗效率及长期可靠性等方面的性能评估长期处于“无据可依”的状态，严重制约了产品的研发迭代、市场准入及行业规范化进程。本报告基于国际标准DS/ISO18646-5-2026《Robotics–Performancecriteriaandrelatedtestmethodsforservicerobots–Part5:Locomotionforleggedrobots》的立项与发布，系统阐述了该标准的制定背景、核心技术内容、测试方法框架及行业影响。该标准作为ISO18646系列的重要组成部分，首次为腿式机器人的运动性能建立了统一的术语定义、测试条件及评定准则，填补了国际标准化领域的空白。报告详细解析了标准中关于测试场地布置、典型工况设定、性能指标计算及数据报告格式等关键条款，并介绍了标准起草过程中主要参与单位的贡献。最后，报告展望了腿式机器人标准化工作的未来方向，指出该标准的实施将有力推动腿式机器人产业的高质量、可持续发展。关键词：服务机器人；腿式机器人；运动性能；性能准则；测试方法；标准化；ISO18646Keywords:Servicerobot;Leggedrobot;Locomotionperformance;Performancecriteria;Testmethod;Standardization;ISO18646一、标准立项背景与意义（一）全球机器人产业发展的迫切需求当前，全球机器人产业正处于从工业领域向服务业、特种作业领域深度渗透的关键时期。与在结构化环境中运行的工业机械臂不同，服务机器人需面对楼梯、碎石、沟壑、狭小空间等复杂地形。在众多移动方案中，腿式机器人（LeggedRobots），包括双足、四足及六足形态，因其独特的离散落足足迹和主动姿态调节能力，展现出无可比拟的越障潜力和机动灵活性。近年来，随着高性能伺服驱动、动态平衡控制及环境感知技术的突破，以波士顿动力Spot、ANYmal等为代表的腿式机器人已完成从实验室样机到商业产品的跨越。据国际机器人联合会（IFR）统计，2025年全球服务机器人销售额预计超过300亿美元，其中腿式机器人在基础设施巡检、应急抢险、军事侦察及科研教育领域的应用增长尤为显著。（二）标准化缺失带来的产业瓶颈尽管市场前景广阔，但腿式机器人行业面临着严峻的标准化挑战。长期以来，各制造商对“移动速度”、“爬坡角度”、“连续作业时长”等核心性能指标的测试方法各不相同，测试结果缺乏横向可比性。这种“公说公有理”的局面导致以下突出问题：一是下游用户在采购选型时无法依据客观数据评判产品优劣，增加了采购决策的技术风险；二是制造商在产品研发迭代中缺少公认的基准测试环境，难以精准定位性能短板，导致研发资源错配；三是行业监管和保险评估缺乏技术依据，阻碍了腿式机器人在公共安全等高敏感领域的规模化应用。因此，制定一项专门针对腿式机器人运动性能的国际标准，已成为产业界的共同呼声。（三）ISO18646系列标准的延续与拓展DS/ISO18646-5-2026是ISO18646《服务机器人性能准则与相关测试方法》系列标准的第五部分。该系列标准由ISO/TC299（机器人技术委员会）主导制定。此前，该系列已发布关于轮式机器人整机移动性能（Part1）、室内导航（Part2）、操作能力（Part3）及逻辑验证（Part4）等部分的后续标准或技术规范（注：标准历史版本中，Part1为轮式机器人移动，后因技术演进有所调整，本部分专针对腿式机器人）。本标准的立项，旨在将腿式机器人从通用移动机器人测试体系中剥离出来，针对其步态规划、动态稳定性、足端与地面交互等独特属性，建立一套专用的、高精度的测试理论和方法。该标准于2026年7月28日正式实施，标志着国际腿式机器人标准化工作进入了一个全新的阶段。二、标准范围与核心术语定义（一）标准适用范围DS/ISO18646-5-2026明确规定了腿式服务机器人运动性能的测试条件、评估指标和测试报告要求。本标准适用于在户外或室内复杂地形环境中执行任务的腿式机器人，包括但不限于四足机器人、双足机器人及具有三条以上主动支撑腿的串联或并联机构机器人。标准涵盖的“运动能力”不仅指平面直线移动，还包括斜坡行走、楼梯攀爬、侧向跨越、原地转向、姿态调整等非结构环境下的操作维度。（二）关键术语规范化为统一测试语境，标准对以下关键术语进行了严格定义：1.运动性能：腿式机器人在特定环境约束和任务指令下，完成位移、姿态转换及越障任务的能力表征。2.步态周期：在一个完整的支撑相与摆动相循环中，机器人各腿执行预定轨迹动作所需的时长或频率。3.稳定裕度：机器人质心投影点与支撑多边形边界之间的最小距离，用于量化评估机器人在静态或准静态运动中的抗倾覆能力。4.地形通过率：机器人在规定测试场地上，成功通过指定障碍物数量与总障碍物数量的比值。5.连续运行时间：机器人在满载或规定负荷条件下，无需外部干预而能维持有效运动性能的最长时间。这些定义的明确，消除了行业内因概念边界模糊而产生的沟通歧义，为后续的量化测试提供了逻辑起点。三、标准技术内容解析（一）测试环境与场地布置要求标准对测试场地提出了严格的环境控制要求。针对室内测试，场地应为平坦的硬质地面，水平度偏差不超过5mm/m，环境温度控制在20℃±5℃，相对湿度范围为45%～75%，以避免温湿度对机器人电子元件及执行器性能的干扰。针对室外测试，标准规定了不同类型的地形单元（如鹅卵石路、沙地、草地、涉水区域）的构建标准。例如，标准定义了“标准楼梯”的几何参数：台阶高度180mm±5mm，踏步深度260mm±5mm，台阶宽度不小于1000mm，且每级台阶的棱边需进行倒角处理以模拟真实建筑环境。此外，测试场地需设置明显的边界标记和传感器校准点，确保多源测试数据的可溯源性与一致性。（二）核心测试项目与方法1.平坦地面最大速度测试该测试旨在考核机器人在理想地面条件下的极限运动能力。测试时，机器人以自主导航模式沿直线路径行驶，路径长度不少于20m。标准规定，需采用高速摄影系统（帧率不低于240fps）或高精度激光测速仪记录时间-位移曲线，取机器人速度进入稳态后的平均值作为“最大连续运行速度”。同时，标准引入了“峰值速度”与“平均速度”的双指标评价体系，并特别强调测试中若机器人出现足端打滑、侧翻或急停保护，则判定该次测试无效。2.斜坡与楼梯通过性能测试测试在可调节坡度的专用平台上进行。测试坡度从10°开始，以5°为步长递增，直至机器人无法完成攀登或出现失稳现象。标准要求记录机器人能否以连续步态通过，还是需要采取间歇性停顿。对于楼梯测试，需分别进行上行和下行测试。评价指标包括“最大可攀爬角度”、“最优步态切换策略”以及“爬楼能耗（Wh/m）”。特别地，标准定义了“容错台阶测试”——在标准台阶中随机隐藏高度差达±15mm的缺陷台阶，以模拟真实环境中楼梯损坏情况，这要求机器人具备实时感知与步态调整能力。3.越障与壕沟跨越测试针对巡检、搜救等场景需求，标准设置了独立障碍物（如圆木、石块）和连续障碍物群。障碍物高度按机器人腿长（H）的比例设定，分为0.2H、0.4H、0.6H三档。测试记录机器人跨越障碍时的姿态变化曲线、最低点离地间隙以及是否发生躯体碰擦。壕沟跨越测试则要求机器人全速状态下跨越逐渐加宽的沟槽，直至跨越失败，以测定其最大动态跨越宽度。4.耐久性与能耗经济性测试为评估机器人长期作业的可靠性，标准引入了基于8小时连续运动的耐久性考核方案。测试过程中，机器人需周期性重复完成平路行走、斜坡攀登、原地转向等组合动作，实时监控电机绕组温度、减速器振动、电池剩余电量等关键健康指标。标准规定了机器人在典型混合工况下的“比能耗”（Wh/(kg·km)）计算方法，为不同构型机器人的能效水平建立了公平的对比基准。（三）性能等级评定与数据报告标准创新性地引入了“性能等级”（PerformanceLevel,PL）分类体系。依据测试结果，将机器人的综合运动性能划分为PL-A（卓越级）、PL-B（进阶级）、PL-C（基础级）三个等级。PL-A级意味着机器人需通过全部严苛地形测试且在耐久性测试中无结构性故障。最后，标准以附录形式给出了详细的测试报告模板，要求记录机器人系统配置（包括软件版本）、环境初始条件、测试设备校准证书、原始数据曲线及不确定度分析，确保测试结果的完整性和可追溯性。四、标准制定的国际协调与国内参与情况（一）ISO/TC299框架下的国际协作本标准的制定历经了草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等严格阶段，历时近三年。在制定过程中，来自中国、德国、日本、韩国、美国等国家的机器人专家围绕“动态步态与静态步态测试权重”、“场地建造公差”等焦点议题展开了多轮辩论与妥协。例如，在动态移动性能的测试问题上，日本专家主张引入更多基于仿生学的高速奔跑指标，而欧洲专家则更关注工业级应用的稳定性和可靠性，最终标准兼顾了双方意见，设置了“常规模式”与“高速动态模式”两种并行测试条件。（二）中国企事业单位的深度参与在本标准的制定过程中，国内多家产学研单位积极贡献中国智慧和中国方案。其中，中国机械工业联合会机器人分会作为国内对口标准化归口单位，组织协调了相关工作的开展。而作为核心起草单位之一的深圳市优必选科技股份有限公司（UBTECHRobotics）发挥了关键作用。优必选科技是全球领先的人形机器人研发企业，拥有深厚的技术积累。在标准制定期间，优必选科技开放了其位于深圳的工程实验室，用于开展多项国际比对验证试验。公司研究院的工程师团队针对大型双足机器人在斜坡与楼梯环境下的稳定裕度量化方法，提出了基于惯性测量单元（IMU）与足底压力阵列的融合测试方案，该方案被标准采纳为推荐的测试配置之一。此外，优必选科技联合国内高校（如北京理工大学）提交了关于“腿式机器人非结构化地形通过性等级划分”的提案，有效提升了中国在服务机器人国际标准制定中的话语权。这一深度参与不仅向全球展示了中国机器人产业的研发实力，也实现了从“产品输出”向“技术标准输出”的跨越。五、标准实施的意义与未来展望（一）实施价值与产业导向DS/ISO18646-5-2026的发布与实施，对于正处于产业化前夜的腿式机器人行业具有里程碑式的意义。首先，它构建了公平竞争的“标尺”。制造商依据标准进行产品自检与宣称，第三方检测机构依据标准出具权威测试报告，从而净化了市场宣传环境，真正实现“以性能论英雄”。其次，它降低了用户的采购门槛。对于电力巡检、石油石化等行业的终端用户而言，标准提供的可量化数据可直接转化为招标文件中的技术规格书，简化了选型流程。最后，它倒逼了技术升级。标准中对“连续运行时间”和“比能耗”的硬性考核要求，将促使企业加大对高效关节模组、轻量化结构件及智能能量管理算法的研发力度，加速产品的迭代优化。（二）未来标准化工作展望面对技术的高速演进，腿式机器人标准化工作远未止步。展望未来，可能会出现以下几个维度的拓展方向：1.动态自主性评价：随着大模型和端到端强化学习技术在机器人领域的应用，下一步标准或将重点解决“给定自然语言指令后，机器人在未知环境中的自主探索与决策能力”的评估问题。2.人机交互安全与伦理：腿式机器人在伴随人类行走时，如何界定其运动边界并确保人体心理安全距离，这将是新