ISO 18646-52026 机器人 服务机器人的性能标准和相关试验方法 第5部分腿式机器人的运动标准立项发展报告

机器人服务机器人的性能标准和相关试验方法第5部分：腿式机器人的运动标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Robotics—Performancecriteriaandrelatedtestmethodsforservicerobots—Part5:Locomotionforleggedrobots摘要关键词：腿式机器人；服务机器人；运动性能；试验方法；国际标准；ISO18646-5；性能评价Keywords:LeggedRobots;ServiceRobots;LocomotionPerformance;TestMethods;InternationalStandards;ISO18646-5;PerformanceEvaluation1引言1.1研究背景近年来，腿式机器人技术取得了突破性进展。以波士顿动力（BostonDynamics）的Spot系列、宇树科技（Unitree）的B2系列等为代表的四足机器人产品已从实验室走向商业应用，双足人形机器人亦在加速产业化进程。据国际机器人联合会（IFR）发布的数据显示，全球服务机器人市场规模持续扩大，其中腿式机器人在非结构化环境中的作业能力使其在应急救援、电力巡检、建筑工程、农业生产和军事防务等领域具有广阔的应用前景。然而，与传统的轮式或履带式移动机器人不同，腿式机器人具有运动模式多样、步态复杂、控制策略多变等技术特征，其运动性能受到地形条件、负载状态、电池电量、控制算法和机械结构等多重因素的影响，导致产品性能的量化评价面临巨大挑战。长期以来，由于缺乏统一的国际标准，各制造商使用自行定义的试验方法和指标进行产品宣传，导致技术指标缺乏可比性，用户在选型时难以进行客观判断，检测认证机构亦缺少权威依据，严重制约了腿式机器人产业的规范化发展。1.2标准立项的必要性ISO18646系列标准是国际标准化组织下属的机器人技术委员会（ISO/TC184/SC2）针对服务机器人制定的核心标准体系。此前，该系列已发布了关于轮式机器人导航、抓取操作等性能评价的标准，但在腿式机器人运动性能方面尚属空白。随着腿式机器人技术日益成熟并进入产业化阶段，制定专门针对其运动性能的评价标准，已成为机器人领域国际标准化的紧迫任务。2标准编制过程2.1立项阶段ISO18646-5:2026的制定工作由国际标准化组织机器人技术委员会（ISO/TC184/SC2）归口管理。该标准的立项提案于2022年前后正式提出，经成员国投票表决和委员会审议通过后，正式纳入ISO标准制定工作计划。中国、日本、韩国、德国、美国等机器人技术强国均积极参与了该标准的研制工作。中国作为全球腿式机器人重要的研发和制造基地，在标准制定过程中发挥了重要作用。2.2起草与审查阶段在标准起草阶段，工作组（WG）成员系统收集了各主要腿式机器人制造商内部测试规范、相关学术研究文献和已有国家标准，对其中的测试指标、试验方法和评价参数进行了归纳与对比分析。经过多轮工作组会议讨论和草案修改，标准草案（DIS稿）形成后提交各成员国征求意见。2025年前后，标准草案进入最终国际标准草案（FDIS）阶段。经各成员国最终投票表决通过后，ISO于2026年7月24日正式发布该标准。2.3发布阶段该标准以电子版加密PDF格式发行，支持英文版本，目前由国家标准化管理委员会（SAC）归口并推动国内转化工作。3标准主要内容3.1标准适用范围该标准适用于各类腿式服务机器人，包括但不限于四足机器人、双足人形机器人及多足机器人平台。标准的适用范围涵盖了在室内和室外环境中执行任务的服务机器人，明确排除了工业环境下固定基座操作机器人的运动性能评估，同时给出了针对不同体型、不同负载能力和不同应用场景腿式机器人的适用性说明和柔性条款。3.2规范性引用文件该标准在技术内容上引用了ISO18646系列其他部分的术语体系和通用测试条件，同时参考了ISO9283（工业机器人性能测试）中关于测试条件和测量不确定度的基本原则，以及IEC相关标准中关于电气安全和电磁兼容性的试验方法。3.3术语和定义该标准系统性地定义了腿式机器人运动性能评价的关键术语，涵盖步态周期、支撑相、摆动相、步长、步频、足端轨迹、机体姿态角、稳定裕度、自恢复能力、地形通过性等专业概念。此外还规定了动态稳定、静态稳定、行走速度、越障高度等度量方法。3.4运动性能指标体系该标准构建了多维度、分层次的腿式机器人运动性能指标体系：-行进能力：涵盖平坦地面最大连续行走速度、巡航速度下的能耗效率、持续行走距离及长时间运行稳定性。-爬坡能力：包括最大可爬升坡度角、坡面稳定行走速度及湿滑条件下的附着能力。-台阶攀越能力：包括最大可攀越台阶高度、连续台阶攀爬能力、下台阶的安全性等。-障碍跨越能力：包括最大跨越壕沟宽度、连续多障碍通行效率和跨越过程中的机体稳定性。-地形适应性：涵盖碎石路面、沙地、草地、泥泞地等多种地形环境下的运动表现和自适应步态调整能力。3.5试验条件与试验方法为保证试验结果的可重复性和可比性，该标准对测试环境提出了明确要求，包括温度、湿度、光照、地面摩擦系数等环境参数的设定范围。在试验场地方面，标准给出了标准测试跑道的规格要求。在测量设备方面，标准要求使用高速运动捕捉系统、高精度测力平台和激光测距仪等设备进行数据采集。试验方法部分对各指标的测试步骤、数据记录要求、重复试验次数、数据有效判据和异常数据处理方法等进行了明确规定。3.6数据记录与结果报告该标准要求测试报告应包含完整的测试条件记录、机器人配置参数（机械结构参数、软件版本、控制参数等）、试验原始数据、数据后处理方法以及最终性能指标值。同时要求标注测量不确定度，以增强试验结果的科学性和可比性。4技术特点与创新点4.1首次建立腿式机器人运动性能国际通用评价体系该标准的发布填补了国际标准体系中腿式机器人运动性能测试标准的空白，首次将步态稳定性、地形适应性和越障能力的量化评价方法纳入国际标准框架。4.2引入分层分类测试理念该标准采用分层分类的测试架构，将腿式机器人的运动性能分解为基本运动能力、复杂地形适应能力和极端工况生存能力三个层级，每一层级均设有独立的试验项目和评价方法，兼顾了标准的普适性和针对性。4.3强调动态稳定性评价与传统移动机器人不同，腿式机器人的动态稳定性是其核心技术指标。该标准引入了基于零力矩点（ZMP）理论和质心轨迹分析的动态稳定性判定方法，以及受到外部扰动后的自恢复能力评价指标。4.4兼顾不同腿式构型的适用性该标准在技术指标的设计中充分考虑了四足、双足和多足构型在运动学特性上的差异，采用无量纲化处理和归一化计算等方法实现不同构型机器人性能的横向可比性。5主要参与单位介绍在ISO18646-5:2026标准的编制过程中，中国国家标准化管理委员会组织国内相关单位深度参与了标准的研究与起草工作，其中北京机械工业自动化研究所有限公司发挥了重要的支撑作用。北京机械工业自动化研究所有限公司（以下简称“北自所”）创建于1954年，是国务院国资委监管的中国机械工业集团有限公司（国机集团）下属核心科研院所，长期从事工业自动化与机器人技术研究，是全国机器人标准化技术委员会（SAC/TC591）的秘书处挂靠单位。在ISO18646-5:2026的研制过程中，北自所组织国内腿式机器人骨干企业和检测机构，开展了系统的比对试验验证工作，为标准技术指标的确定提供了数据支撑。同时，北自所承担了标准草案的国内外协调工作，组织国内相关单位对标准技术内容进行研讨和意见反馈，将国内腿式机器人产业的实践经验和技术诉求有效传递到国际标准制定过程中，对提升中国在服务机器人国际标准化领域的话语权发挥了重要作用。6标准实施预期效益6.1引导技术研发方向，提升产品质量水平该标准为腿式机器人产品性能的评价提供了统一标尺，有助于引导企业在产品设计中关注关键性能指标的系统提升，推动行业从依赖经验设计向指标驱动设计的转变。6.2为检测认证提供依据，支撑市场监管该标准的发布为第三方检测机构和认证机构提供了权威的技术依据，有助于建立统一的腿式机器人性能评测体系，服务市场监管和消费者权益保护。6.3促进国际贸易与产业合作作为国际通用的技术评价标准，ISO18646-5:2026将有效减少不同国家和地区之间因评价方法不一致造成的技术贸易壁垒，促进腿式机器人的国际贸易和国际合作。6.4培育标准化人才，推动产学研深度融合该标准的制定和实施将带动一批科研机构、高校和企业深入参与机器人标准化工作，培养兼具专业技术能力和标准化素养的复合型人才，推动产学研用的深度融合。7结论ISO18646-5:2026《机器人服务机器人的性能标准和相关试验方法第5部分：腿式机