T-ZZB 2464-2021 核工业用轻型电随动主从机械手

CCSF49团体T/ZZB2464—2021核工业用轻型电随动主从机械手2021-09-06发布浙江省品牌建设联合会发布IT/ZZB2464—2021前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14结构和基本参数 25基本要求 56技术要求 57试验方法 8检验规则 附录A（规范性）响应时间、最大反馈力、从手刚度的测量方法 T/ZZB2464—2021本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由浙江省品牌建设联合会提出并归口管理。本文件主要起草单位：杭州景业智能科技股份有限公司。本文件参与起草单位（排名不分先后）：浙江大学、浙江蓝箭万帮标准技术有限公司、杭州桢正玮顿运动控制技术有限公司。本文件主要起草人：来建良、蒋君侠、金杰峰、刘黎明、田清、金丁灿、徐梦茹、肖先锋、叶鹏、周杭超。本文件评审专家组长：李宁。T/ZZB2464—20211核工业用轻型电随动主从机械手本文件规定了核工业用轻型电随动主从机械手（以下简称主从机械手）的术语和定义、结构和基本参数、基本要求、技术要求、试验方法、检验规则、使用说明、标志、包装、运输、贮存、安装和质量承诺。本文件适用于在核工业中使用且最大负载不大于10kg的轻型电随动主从机械手。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/T191包装储运图示标志GB/T3077—2015合金结构钢GB/T4942.1—2006旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）分级GB/T5226.1—2019机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB/T9969工业产品使用说明书总则GB11291.1—2011工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人GB/T11365—2019锥齿轮精度制GB/T12642—2013工业机器人性能规范及其试验方法GB/T12643—2013机器人与机器人装备词汇GB/T13306标牌GB/T14253—2008轻工机械通用技术条件GB/T20868—2007工业机器人性能试验实施规范GB/T20878不锈钢和耐热钢牌号及化学成分GB/T36239—2018特种机器人术语EJ/T1096—1999密封箱室密封性分级及其检验方法EJ/T20149.1—2018热室设备设计导则第1部分：通用设计导则EJ/T20226.1—2018放射性物质远程操作装置第1部分：通用要求JB/T8896—1999工业机器人验收规则3术语和定义GB/T12643—2013、GB/T36239—2018、EJ/T20149.1—2018和EJ/T20226.1—2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1密封箱室containmentenclosureT/ZZB2464—20212防止包容在某一小环境中的物质泄漏到外部环境中或防止外部环境中的物质渗透进小环境内部，或者二者兼有之的包容系统。[来源：EJ/T1096—1999，定义3.1]电随动主从机械手electricalmaster-slavemanipulator通过双向电气位置控制，实现主手和从手的运动同步，来再现操作人员手和臂运动的机械手。主手安装于密封箱室外部，配装有供操作人员操控的手柄；从手安装于密封箱室内部，配装有夹持工件的夹钳。[来源：EJ/T20226.1-2018，定义3.2，有修改]轻型电随动主从机械手light-capacityelectricalmaster-slavemanipulator电随动主从机械手从手的承载能力区间通常为0~100kg，根据最大承载能力分为轻型、中型和重型，其中承载能力≤10kg的称为轻型电随动主从机械手。3.4自动操作automaticoperation从手按预定的程序执行其任务程序的状态。[来源：GB/T11291.1—2011，定义3.3，有修改]3.5贯穿件penetration贯穿件通常安装于密封箱室壳体上，用于将密封箱室外的信号或驱动力传递至密封箱室内部，根据使用范围通常有电气贯穿件和动力贯穿件等。电气贯穿件主要用于电气信号的传递，一般采用静密封；动力贯穿件主要用于驱动力的传递，一般采用动密封。小时泄漏率Tfhourlyleakrate密封箱室在正常工作条件（压力和温度）下1h的泄漏量F与该密封箱室的体积V的比值。即：Tf=F/V[来源：EJ/T1096—1999，定义3.2]二级密封secondaryseal小时泄漏率满足5×10-4/h≤Tf＜2.5×10-3/h时，为二级密封。对于密封箱室的验收检验，在1000Pa的压差下测量小时泄漏率；对于密封箱室使用期间的检验，在正常的密封箱室工作压差（一般为250Pa左右）下测量小时泄漏率。[来源：EJ/T1096—1999，定义4，有修改]4结构和基本参数T/ZZB2464—202134.1结构4.1.1主从机械手一般由全机械传动的从手、与从手传动结构相同的主手、操作台和控制柜四个部分组成。 2 4 2 4图1主从机械手总体构成示意图4.1.2主从机械手从手的驱动组件设置在密封箱室外的检修区，通过动力贯穿件将动力传递至密封箱4.1.3主从机械手的主手和从手配合可完成七个自由度的运动（包括一个夹紧运动），具体见图2。T/ZZB2464—2021498875fe3f64ccd2b7 g 675fe3f64ccd2b7 g 6d b4▲▲a▲▲aa8——电控系统；9——电气a——夹钳/手把开合；b——夹钳/手把图2主从机械手结构4.2基本参数主从机械手的基本参数见表1。T/ZZB2464—20215表1基本参数123个454.3工作条件应符合以下工作条件：温度：0℃~45℃;相对湿度：20%RH～80%RH；环境压力：70kPa～110kPa。5基本要求5.1设计研发5.1.1根据通用性设计理念，对驱动器、传动链、动力贯穿件、夹钳等模块进行结构优化设计，并对整体结构进行小型轻量化设计。5.1.2应开展主从机械手结构强度和末端刚度理论建模和校核分析。5.1.3应开展从手无力传感器的力反馈主从控制和全齿轮传动耦合下的重力补偿控制算法设计。5.2材料与部件5.2.1从手传动齿轮采用机械性能不低于GB/T3077—2015中20CrMnTi的马氏体不锈钢，成分应符合GB/T20878的要求。5.2.2从手结构件采用机械性能不低于GB/T3077—2015中12Cr2Ni4的不锈钢，成分应符合GB/T5.2.3采用耐辐照电机与线缆，耐辐照剂量指标应不低于106Gy；密封件材料耐辐照剂量指标不低于5.2.4电机的IP防护等级应不低于GB/T4942.1—2006中规定的IP66级。5.2.5工作温度下，从手结构件材料应满足在3mol/L的硝酸溶液中浸泡24h后不影响使用。5.3工艺装备5.3.1锥齿轮加工过程应配备5轴加工中心，齿轮精度应不低于GB/T11365—2019中规定的7级要求。5.3.2锥齿轮表面应采取渗氮等工艺处理，保证表面硬度不低于HRC50的要求。5,4检验检测5.4.1主从机械手关键零部件的检测应在恒温20℃±2℃环境下进行。5.4.2应具备金属材料成分、关键零部件密封性、从手末端运动精度等指标的检测能力。5.4.3应配备光谱仪、氦质谱检漏仪、粗糙度仪、激光跟踪仪等关键检测设备。6技术要求T/ZZB2464—202166.1.1重量超过20kg的零部件应有方便起吊的部位或有起吊钩/环。6.1.2装配后确保主从机械手中每个锥齿轮均可顺畅转动。6.1.3通过锥齿轮啮合间隙调整工艺，将齿轮组最小单边侧隙调整到0.08mm～0.20mm之间。6.2外观质量6.2.1主从机械手外观表面不应有图样规定外的凸起、凹陷、粗糙不平和其他损伤等缺陷。6.2.2主从机械手外露零件表面不应有磕碰、锈蚀，外露的焊缝应平整、均匀、无裂纹，螺钉端部不应有扭伤、锤伤等缺陷。6.2.3主从机械手上警示标志、铭牌、标记、标签等应清晰、耐久，警示标志、铭牌应固定在设备的明显位置，并应平整牢固、不歪斜。6.3安全6.3.1通用要求6.3.1.1动力传递部件驱动装置的传动轴、齿轮等动力传递部件应使用固定或移动的防护装置来预防可能产生的危险。6.3.1.2动力损失或变化动力的损失或变化不应造成危险。重新启动电源，不应导致任何运动。6.3.1.3能源应提供隔绝电能的方法，这种方法应有锁定能力或在断开电能的地方有保护能力。6.3.2致动控制6.3.2.1意外操作防护应制造及安装防止意外操作的致动控制装置。6.3.2.2状态指示致动控制装置的状态（例如：开机、故障检测、自动操作）应给予指示。6.3.2.3标签致动控制装置应贴上标签，以清楚地表明其功能。6.3.2.4单点控制主从机械手控制系统的设计和制造应使本机操作台或其他操作装置控制下的主从机械手不能被任何别的控制源启动其运动或改变本机控制方式。6.3.3停止功能6.3.3.1急停功能每一个能启动主从机械手运动或造成其他危险状况的控制站都应有手动的急停功能，该急停功能应：T/ZZB2464—20217a)优先于主从机械手的其他控制；c)切断主从机械手驱动器的驱动源；d)消除可由主从机械手控制的任何其他危险；e)保持有效直至复位；f)只能手动复位，复位后不能自动重启，只允许再次手动启动。6.3.3.2保护性停止主从机械手应具有一个或多个的保护性停止电路，可用来连接外部保护装置。停止电路应通过停止主从机械手所有运动、撤除主从机械手驱动器的动力、中止可由主从机械手系统控制的任何其他危险等方式来控制安全防护的风险。保护性停止功能可由手动或控制逻辑启动。6.3.3.3安全制动结构主从机械手电机尾部均装有断电制动器，实现在任何断电情况下安全制动，并保持主从机械手的当前状态。6.3.3.4空载操作停止主从机械手系统应满足主手6个空间自由度的重力补偿，实现空载主从操作过程中，主手在空间任意位置的悬停，从手进行位置跟随保持，停止后，60min内从手末端的位置保持精度应满足≤1mm。6.3.3.5负载操作停止主从机械手系统应满足主手6个空间自由度的重力补偿，实现负载主从操作过程中，主手在空间任意位置的悬停，从手进行位置跟随保持，停止后，60min内从手末端的位置保持精度应满足≤1mm。6.3.4操作安全6.3.4.1选择应采用安全的方法选择操作方式，该方法只使选定的操作方式起作用。这些方法应：a)明确表明所选定的操作方式；b)本身不会启动主从机械手的运动或造成其他危险。6.3.4.2自动操作安全在自动方式下，主从机械手应执行任务程序。主从机械手控制器不应处于手动方式下，且安全措施应起作用。如果检测到任何停机条件，自动操作方式应被阻止。从此种方法切换到其他方式时应停机。6.3.4.3主从操作安全在主从方式下，主从机械手的从手应执行主手的信号输入。主从机械手控制器不应处于自动方式下，且安全措施应起作用。如检测到任何主手停止的信号，主从手的当前状态应被保持。6.3.4.4手动复位安全防护装置发出停止指令后，停止状态应保持到出现具备重启的安全条件为止。通过复位安全防护装置安全功能的重新恢复，会解除停止指令。在紧急停止或动力系统发生故障后采用手动复位功能，系统应无冲击现象。T/ZZB2464—202186.3.5电气安全6.3.5.1电击防护电气设备应具备外壳防护、绝缘物防护等电击防护措施。6.3.5.2电气设备的保护电气设备应具备过电流保护、电机过热保护等措施。6.3.5.3保护接地电路的连续性保护接地电路应符合GB/T5226.1—2019中第8章的规定，最大接地电阻应≤1Ω。6.3.5.4绝缘电阻在动力电路导线和保护联结电路间施加500VDC时测得的绝缘电阻不应小于1MΩ。6.3.5.5耐压试验在动力电路导线和保护联结电路间施加50Hz、1000VAC的电压，至少1s时间内应无击穿和放电现6.3.6协作安全主从操作模式下，控制系统应对主手各关节速度及力矩进行实时检测，当关节转速或力矩超过设定的值时，应有保护性停止功能。6.4整机性能基本参数如表2所示。表2基本参数12°3°4°5°6°7°89sNh<2.5×10T/ZZB2464—202196.4.1一般性能空载运行时，主从机械手运动应平稳无冲击，各连接件、紧固件不松动。6.4.2运动角度范围主从机械手在空载状态下，从手各关节运动角度范围应不低于表2中2～7的要求。6.4.3贯穿件密封性等级从手贯穿件与密封箱室壳体之间的密封性等级应不低于二级密封，即小时泄漏率应符合表2中条目14的要求。6.4.4重复定位精度从手在最大负载工况下，重复定位精度应满足表2中条目8的要求。6.4.5最大负载从手末端最大负载应符合表2中条目9的要求。6.4.6响应时间主从机械手在最大负载工况下，从手相对于主手的运动无明显滞后，响应时间满足表2中条目10的要求。6.4.7最大负载夹持稳定性从手夹取最大负载重物后，应能在不使用制动器的条件下，保持60min内末端位移偏差≤1mm。6.4.8力反馈特性操作从手抓取10kg重物，力反馈比例可在（0～100）%内无级调整，且主手最大反馈力应满足表2中条目12的要求。6.4.9从手刚度从手在最大负载工况下，相对于空载时对应的从手位置会产生相应的挠曲变形，要求变形量满足表2条目13的要求。6.5功能要求6.5.1按钮功能和显示装置功能各按钮的功能和显示装置的显示应均正常，其中控制系统设置的力反馈比例，在进行主从操作时，力比变化百分比应在显示屏上显示。6.5.2联锁功能具备联锁功能，特别是“全停”或“急停”按钮与“复位”和“启动”按钮的联锁功能。6.5.3手动操作功能具备手动操作功能，人工操作按钮使每个关节轴往复运行三次，各关节轴动作应正确。6.5.4自动操作功能T/ZZB2464—2021具备自动操作功能，可按程序所规定的指令自动运行，且动作与指令要求一致。6.5.5组态功能通过操作面板，应能实现主从机械手参数就地设定和调整。6.5.6示教功能具备示教功能，从手可重复执行示教编程输入的任务程序。6.5.7安全监测功能具备运行过程中异常情况的安全监测功能，如发生软硬件故障、电机过载、过热等异常情况时，系统应能进行报警。7试验方法7.1.1根据EJ/T20149.1—2018中6.10的冷试验台架描述，搭建主从机械手的冷试验台架，用于验证主从机械手在密封箱室中的安装、维修、运行和拆卸。7.1.2主从机械手的运动特性检测环境参照GB/T20868—2007与GB/T12642—2013中的方法搭建。7.1.3试验时应按整机进行，一般不应拆卸，但对运转性能、精度无影响的零件、部件和附件可除外。7.1.4试验条件满足4.3要求；其中空载状态下的性能试验按GB/T14253—2008中7.3.1的规定进行；负载状态下的性能试验按GB/T14253—2008中7.4的规定进行。7.2基本参数核对与测量依据产品使用说明书、铭牌和其他技术文件，对样机的基本参数进行核对或测量。7.3装配质量检验7.3.1采用视检和核查方法进行确认，应符合6.1.1、6.1.2的规定。7.3.2对锥齿轮配合间隙进行检测，采用直径略大于0.5mm的铅丝挤在两齿轮啮合处的中间，转动齿轮挤压铅丝，测量齿面两侧间隙对应的被挤压铅丝的厚度，取其平均值为啮合间隙，应符合6.1.3的规定。7.4外观质量检验7.5安全检验7.5.1通用要求按GB11291.1—2011中5.2的规定进行。7.5.2致动控制按GB11291.1—2011中5.3的规定进行。7.5.3停止功能T/ZZB2464—20217.5.3.1按GB11291.1—2011中5.5的规定进行急停功能及保护性停止检测。7.5.3.2主手与从手在运行状态时，操作机械手从手抓取最大负载的重物，切断电源，目视检测机械手是否具有安全制动功能。7.5.3.3对空载及负载情况下的操作停止功能进行检测和核查，应符合6.3.3.4和6.3.3.5的规定。7.5.4操作安全7.5.4.1按GB11291.1—2011中5.7的规定进行操作方式选择和自动操作安全检测。7...542对空载及负载情况下的主从操作进行检测和核查，应符合6...7.5.4.3对手动复位功能进行检测和核查，应符合6.3.4.4的规定。7.5.5电气安全检验7.5.5.1电击防护对主从机械手的电击防护进行检测和核查，应符合GB/T5226.1—2019中6的规定。7.5.5.2电气设备的保护对主从机械手的电气设备保护进行检测和核查，应符合GB/T5226.1—2019中7的规定。7.5.5.3保护接地电路的连续性按GB/T5226.1—2019中18.2规定的方法进行。7.5.5.4绝缘电阻按GB/T5226.1—2019中18.3规定的方法进行。7.5.5.5耐压试验按GB/T5226.1—2019中18.4规定的方法进行。7.5.6协作安全主从随动状态下，人工设定异常情况，如关节速度或力矩超过设定值，采用视检和核查的方法确认是否具备保护性停止功能。7.6整机性能检验7.6.1一般性能采用视检和核查方法方法进行确认，应符合0的规定。7.6.2运动角度范围采用激光跟踪仪测量各关节转动/摆动极限位置，在基坐标系基础上计算各关节运动角度，或者采用角度尺划线方式测量各关节运动角度，确认检测结果应符合6.4.2的规定。7.6.3贯穿件密封性能等级贯穿件密封性能等级检测一般在制造厂按EJ/T1096—1999中5.2规定的方法进行。7.6.4重复定位精度T/ZZB2464—2021按GB/T12642—2013中的规定，选取运动范围内的5个点，操作从手夹取最大负载重物沿5个点顺时针自动运行，测量各点的重复定位精度。7.6.5最大负载操作从手抓取最大负载1.25倍的重物，进行负载静止试验，从手具备悬停功能。从手在1.1倍最大负载工况下，进行负载转运试验，从手重复定位精度满足表2要求。7.6.6响应时间主从随动状态下对机械手响应时间进行检测，具体测试方法参考附录A.2。7.6.7最大负载夹持稳定性操作从手抓取最大负载重物进行负载夹持稳定性检测，采用激光跟踪仪或指示器测量从手末端前后位置，在规定的60min内位置偏差应符合6.4.7的要求。7.6.8力反馈特性按6.5.8的规定进行力反馈特性检测，具体测试方法参考附录A.3。7.6.9从手刚度操作从手抓取最大负载重物进行从手刚度检测，测试方法参考附录A.4。7.7功能要求检验7.7.1按钮功能和显示装置功能按JB/T8896—1999中5.3.1要求规定的方法进行检验。7.7.2联锁功能按JB/T8896—1999中5.3.2要求规定的方法进行检验。7.7.3手动操作功能按JB/T8896—1999中5.3.3要求规定的方法进行检验。7.7.4自动操作功能按JB/T8896—1999中5.3.4要求规定的方法进行检验。7.7.5组态功能通过控制柜、操作台或计算机，就地或远距离设定和调整设备参数，目视检查是否符合6.5.5要7.7.6示教功能通过操作台控制从手重复执行示教编程输入的任务程序，目视检查是否符合6.5.6的要求。7.7.7安全监测功能主从随动状态下，人工设定异常情况，如软硬件故障、电机过载、过热等异常情况时，采用视检和核查的方法查看控制系统报警情况。T/ZZB2464—20218检验规则8.1检验分类检验分出厂检验和型式检验。8.2检验项目检验项目按表3的规定。表3检验项目√√√√√√√√√-√√√√√√√ √√ √√ √√ √√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√T/ZZB2464—20218.3出厂检验8.3.1经公司质检部门检验合格并签发合格证书方可出厂。8.3.2出厂检验项目、技术要求和试验方法见表3。8.3.3出厂检验项目应全部合格。8.4型式检验8.4.1在下列情况之一时，应进行型式检验：a)新产品或定型产品的结构、制造工艺、材料等更改对产品性能有影响时，第一台产品应做型b)当设计、工艺、材料有较大改变，可能影响产品性能时；c)停产一年以上恢复生产时；d)国家质量监督机构提出型式检验的要求时。8.4.2型式检验项目、技术要求和试验方法见表3。8.4.3在需出厂的同一批产品中，随机抽取一套进行型式检验。8.4.4型式检验中若有一项不合格，则判定为不合格。9使用说明、标志、包装、运输、贮存及安装使用说明书的编写和提供应符合GB/T9969的规定，说明书中应注明相应执行标准号。9.2标志9.2.1应在指定位置上固定产品的铭牌，铭牌应符合GB/T13306的规定。9.2.2铭牌采用不锈钢材料，以激光打标的方式刻制信息，铭牌上应包括如下内容：a)主要技术参数；b)产品名称和型号；c)制造日期和出厂编号；d)制造厂名和地址。9.2.3铭牌与各种标志应清晰，其固定位置应正确。9.3包装9.3.1零件、部件、附件和备件的外露加工表面在包装前必须进行防锈处理。9.3.2包装箱上的包装储运图示标志按GB/T191的规定选择使用。9.3.3出厂的包装箱内应随机提供以下技术文件：a)产品使用说明书；b)产品检验合格证；c)装箱清单及其他技术资料文件。在运输过程中应有防雨淋、防剧烈振动、防尘及防机械损伤的措施。9.5贮存T/ZZB2464—2021应贮存在通风、干燥、无腐蚀性介质的仓库内。开箱、检查主从机械手无异样后，进行主从机械手安装，具体步骤如下：a)在密封箱室前墙指定位置安装支撑臂，支撑臂由销钉定位，螺钉安装紧固；b)利用检修车将主手运输到安装位置后，采用顶部的单轨吊车或其他起重设备将主手安装到支撑臂上，并用螺钉紧固连接；c)从手本体借助单轨吊车或其他起重设备通过密封箱室顶部预留的垂直气闸洞口吊入，而后用螺钉固定在袋封法兰上；d)将主从机械手的控制系统组件逐步安装到准确位置，电缆通过预埋在密封箱室壳体上的电气贯穿件进行连接；e)通过螺钉将电机组件保护罩固定在传动箱底板上；f)安装操作台、控制柜，并将其放置在指定位置。10质量承诺10.1在产品满足储运、贮存和使用规则的条件下，自售出之日起十二个月内，若不能正常工作，供应商应及时为用户更换或维修产品。10.2供应商收到产品质量问题反馈后，应在2小时内做出响应，24小时内及时为用户提供