ISO 53632024 机器人-外骨骼型行走RACA机器人的试验方法标准立项发展报告

机器人——外骨骼型行走RACA机器人的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Robotics—TestMethodsforExoskeleton-typeWalkingRACARobot摘要随着人口老龄化进程加快以及康复医疗、工业辅助、军事保障等领域对助行设备需求的持续增长，外骨骼型行走机器人（RACA机器人）作为人机交互密切的特种机器人，近年来在全球范围内取得了快速发展。然而，由于缺乏统一的国际试验方法标准，该领域长期面临产品性能评价口径不一、测试结果可比性差、质量监管依据不足等突出问题。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年4月正式发布ISO5363:2024《机器人——外骨骼型行走RACA机器人的试验方法》。本标准明确了外骨骼型行走RACA机器人的术语定义、试验条件、测试装置、试验程序及结果处理方法，系统构建了涵盖运动性能、承载性能、安全性能和耐久性能的试验方法体系。本报告从标准立项背景出发，系统阐述该标准的编制历程、核心技术内容、主要参与单位及其对行业发展的深远意义，旨在为相关领域技术人员、标准化工作者及行业管理人员提供全面、权威的参考依据。关键词：外骨骼机器人；RACA机器人；试验方法；国际标准；标准化；人机交互；康复辅助Keywords:ExoskeletonRobot;RACARobot;TestMethods;InternationalStandard;Standardization;Human-RobotInteraction;RehabilitationAssistance一、引言1.1研究背景外骨骼型行走机器人（WearableWalkingAssistanceRobot）是一种穿戴于人体外部、通过机械结构与控制系统协同工作以增强或辅助人体运动能力的智能装备。依据ISO8373:2021对机器人所作的分类定义，此类装备属于与人体直接接触并协同作业的服务机器人范畴。按照功能定位不同，外骨骼机器人可分为康复训练型、体力增强型和日常助行型三大类别。近年来，随着伺服驱动技术、轻量化材料、传感感知技术与人工智能算法的迅猛发展，外骨骼机器人在医疗康复、老年助行、军事负重、工业搬运及消防救援等场景中的应用日益广泛，成为全球机器人产业中增长最快的细分领域之一。然而，与外骨骼机器人市场规模高速扩张形成鲜明对比的是，该领域在国际标准化层面的顶层设计明显滞后。截至2020年，ISO尚未发布专门针对外骨骼型行走机器人的试验方法类国际标准。不同制造商依据各自企业标准或行业惯例对产品性能进行测试和宣称，导致同类产品之间的性能指标缺乏可比性，用户难以客观评估产品优劣，安全监管亦缺少权威依据。构建统一、科学、可复现的试验方法标准体系，已成为全球外骨骼机器人产业健康发展的迫切需求。1.2标准立项的必要性与紧迫性第一，从安全需求来看，外骨骼机器人作为与人体直接耦合的机电装备，其运动控制失效、机构结构断裂或电气系统故障均可能对使用者造成严重的人身伤害。制定系统完备的试验方法标准，能够在产品上市前有效甄别安全缺陷，降低使用风险。第二，从产业发展来看，统一试验方法有助于建立公平公正的市场竞争秩序，引导企业通过提升真实技术水平而非夸大宣传获取竞争优势，同时为政府采购和行业准入提供技术依据。第三，从国际贸易来看，一项由ISO发布的国际标准将成为各国互认的技术语言，有效减少因试验方法差异造成的技术性贸易壁垒，促进外骨骼机器人产品的跨国流通与产业合作。第四，从技术进步来看，标准化的试验方法能够为新型外骨骼系统研发提供科学的性能评估工具，加速技术迭代，推动人机融合智能等前沿方向的持续突破。1.3标准基本信息本标准正式编号为ISO5363:2024，英文名称为*Robotics—Testmethodsforexoskeleton-typewalkingRACArobot*，中文名称为《机器人——外骨骼型行走RACA机器人的试验方法》，由国际标准化组织（ISO）发布，归口管理为ISO/TC299（机器人与机器人设备技术委员会）。标准发布于2024年4月19日，现行有效。|项目|内容||------|------||标准编号|ISO5363:2024||英文名称|Robotics—Testmethodsforexoskeleton-typewalkingRACArobot||中文名称|机器人——外骨骼型行走RACA机器人的试验方法||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||ICS分类号|运动用设备及其配合性||发布日期|2024年4月19日||国别|国际组织||语种|英语|二、标准立项与编制历程2.1国际标准化组织与ISO/TC299国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）成立于1947年，是全球最大的非政府国际标准化机构，截至目前拥有来自170余个国家的国家标准机构成员。ISO负责制定和发布覆盖几乎所有技术领域的国际标准，其标准体系对全球贸易、产业升级和科技创新具有举足轻重的引领作用。ISO/TC299（Roboticsandroboticdevices）成立于2015年，是ISO旗下专门负责机器人领域国际标准制定的技术委员会。其工作范围涵盖除玩具和军事用途机器人以外的所有机器人及机器人设备，包括但不限于工业机器人、服务机器人、医疗机器人、模块化机器人以及各类自主或半自主机器人系统。TC299下设多个工作组（WorkingGroup,WG），分别承担不同细分方向的标准化任务。其中，与个人护理机器人安全相关的WG5、与服务机器人性能评估相关的WG6等，均为本标准的制定提供了重要的组织协调和专家支撑。2.2标准提案阶段ISO5363的制定工作可追溯至2019年。在当年召开的ISO/TC299全体大会上，多个成员国代表指出，外骨骼行走机器人在全球范围内的研发和商业化进程明显提速，但试验方法方面的国际标准仍处于空白状态，建议启动相关标准化预研工作。经过充分讨论和表决，ISO/TC299决定设立新工作项目提案（NewWorkItemProposal，NWIP），由中国国家标准化管理委员会（SAC）联合日本、韩国、德国等国共同提出，正式立项编号为ISO/AWI5363。在立项论证阶段，项目团队开展了覆盖全球主要外骨骼机器人制造商、研究机构和临床用户的大规模调研，梳理了现行有效的各国标准、行业规范和技术文献，明确了国际社会对统一试验方法的迫切需求。2020年，该项目顺利通过ISO中央秘书处审查，正式进入委员会草案（CommitteeDraft，CD）编制阶段。2.3标准编制过程标准的编制历经多个阶段，其间广泛征集各方意见并反复修订，体现了ISO协商一致的核心原则：-工作草案（WD）阶段（2020—2021年）：由中国专家组牵头完成标准框架设计和工作草案初稿，确立了以"被测对象定义—试验条件控制—试验程序规范—测量结果处理"为主线的方法论框架。期间召开多次线上/线下工作组会议，对术语体系、试验分类等基础性问题进行了深入讨论。-委员会草案（CD）阶段（2021—2022年）：2021年，标准草案提交ISO/TC299各成员国征求意见。共收到来自中国、日本、德国、韩国、美国、法国等15个国家的意见和建议约300余条。意见集中在试验样机配置、载荷施加方式、行走工况设定等关键技术环节。2022年，项目组完成对全部意见的处理和回复，对草案进行了系统性修改，形成委员会草案第二版（CD2）。-国际标准草案（DIS）阶段（2022—2023年）：2022年底，修改后的草案上升为国际标准草案（DraftInternationalStandard，DIS）并分发至各成员国进行正式投票。投票期间共获得来自全球范围内的有效反馈意见200余条，其中90%以上涉及试验程序的精细化和试验结果的不确定度评估。2023年中，项目组完成全部意见处理，形成最终国际标准草案（FDIS）。-正式发布阶段（2023—2024年）：2023年第四季度，FDIS草案在ISO/TC299范围内进行最终投票，以高赞成率获得通过。2024年4月19日，ISO中央秘书处正式发布ISO5363:2024，标志着全球首项针对外骨骼型行走RACA机器人的试验方法国际标准正式落地。三、标准核心技术内容3.1范围与术语定义ISO5363:2024明确规定其适用范围为外骨骼型行走RACA机器人——即一种穿戴于操作者下肢或全身，能够在行走过程中感知人体运动意图并提供行走助力或运动辅助的可穿戴式机器人装备（WearableWalkingAssistanceRobot，简称RACA机器人）。本标准适用于面向康复训练、日常助行、体力增强等应用场景的各类外骨骼行走产品，但不适用于纯被动支撑式矫形器械或无动力辅助装置。标准在第3章系统定义了核心术语，包括但不限于：-外骨骼型行走RACA机器人：穿戴于操作者身体外部，由一个或多个执行机构驱动，在行走过程中与操作者协同工作的可穿戴机器人系统；-试验样机：按制造商规定配置组装、处于待测状态的完整外骨骼系统；-试验操作者：符合试验条件要求、穿戴试验样机执行规定动作的健康受试者；-助力模式：系统依据人体运动意图提供主动助力的工作模式；-自适应模式：系统依据环境变化和人体状态自动调节助力参数的工作模式。3.2试验条件与装置标准对试验环境条件（温度、湿度、地面摩擦系数等）、试验操作者条件（身高、体重、下肢健康状况等）、试验样机准备（电池状态、软件版本、校准要求）等进行了详细规定，确保试验的可重复性和可对比性。例如，标准要求在平坦硬质路面上进行行走试验时，地面摩擦系数应不低于0.5，试验环境温度应控制在15℃至35℃之间，相对湿度不高于85%。在试验装置方面，标准规定了以下主要测试设备的技术要求：-三维运动捕捉系统（采样频率不低于100Hz）；-测力跑台或嵌入式测力平台（测量精度不低于±0.5%FS）；-表面肌电采集系统（肌电信号采集通道数不少于8通道）；-惯性测量单元（IMU）及配套数据采集系统；-足底压力分布测量系统等。3.3试验方法体系ISO5363:2024构建了覆盖四个维度的试验方法体系：（1）运动性能试验。包括平地行走试验（测定步速、步频、步幅等时空参数）、上下楼梯试验（测定阶梯通过能力和姿态稳定性）以及斜坡行走试验（测定不同坡度下的运动适应性）。（2）承载性能试验。通过施加不同等级的额定载荷，测定了外骨骼系统在负重条件下的行走能力、关节力矩输出和系统功耗等参数。（3）安全性能试验。涵盖紧急停止响应时间测试、越程保护功能验证、断电保护性能检测以及电磁兼容性测试等项目，全面评估系统在异常工况下的安全防护能力。（4）耐久性能试验。通过模拟长期使用工况（连续行走里程累计不少于100km），测定了关键部件的磨损程度、电池容量衰减率以及系统性能的稳定性。3.4试验结果处理与报告标准规定，各项试验应至少进行三次有效重复测量，并给出测量结果的算术平均值、标准偏差及扩展不确定度（置信水平不低于95%）。试验报告应包含完整的试验条件记录、操作者信息、设备校准证书编号以及原始数据和数据处理方法，确保试验全过程的可追溯性和可审核性。四、主要参与单位介绍在本标准的研制过程中，中国标准化研究院作为中国在该项目中的技术核心支撑单位，发挥了突出作用。中国标准化研究院（ChinaNationalInstituteofStandardization，CNIS）是直属于国家市场监督管理总局的公益性标准化科研机构，是中国从事标准化理论、方法与政策研究的国家级核心智库，长期牵头或参与ISO、IEC等国际标准化组织的技术归口工作。在ISO5363:2024的制定过程中，CNIS承担了以下关键职责：第一，项目统筹与技术协调。CNIS组织国内外骨骼机器人优势企业和科研院所成立专项工作组，负责技术方案研讨、实验数据验证和国内外意见汇总分析。在项目推进的不同阶段，CNIS协调国内多家单位完成了多轮比对验证试验，为方案优化提供了扎实的实验依据。第二，核心试验方法的研究与验证。依托其机器人标准化检测实验室，CNIS组织开展了针对不同结构形式外骨骼机器人（液压驱动型、电机驱动型、气动驱动型等）的比对测试研究，系统验证了标准中提出的各项试验方法的可行性、重复性和区分度，为关键技术指标的确定提供了实证支撑。第三，国际沟通与协调。CNIS代表中国在ISO/TC299框架下做了大量技术协调工作，积极参与工作组会议，在术语统一、试验工况设定、等级评价方法等重要议题上提出了多项被国际同行采纳的建设性方案，为弥合各发达国家之间的技术分歧发挥了建设性作用。除中国标准化研究院外，日本机器人学会、韩国机器人产业振兴院、德国弗劳恩霍夫生产技术研究所等国际知名机构亦派出专家参与本标准的研制工作，为标准的科学性与全球适用性提供了重要的技术保障。五、标准的意义与影响5.1填补国际标准空白ISO5363:2024的发布填补了全球范围内外骨骼型行走RACA机器人试验方法国际标准的空白，标志着该领域正式迈入规范化、标准化发展的新阶段。此前，由于缺乏统一的权威试验方法，各制造商在性能测试中采用自定方案，导致测试结果分散度大、重复性差，甚至出现同一产品在不同测试条件下结果相互矛盾的情形，严重制约了用户选购和行业监管。本标准建立了科学的性能评价基准，使全球范围内同类产品的性能比较首次有了权威依据。5.2促进产业健康发展本标准的实施将加速外骨骼机器人行业的优胜劣汰，推动技术资源向真正具备核心竞争力的企业集中。通过统一的试验方法，用户可以获得可靠的产品性能信息，政府对产品的质量监管也有了明确的技术依据，有助于培育良性竞争的产业生态。5.3推动技术创新与国际贸易统一试验方法不仅为已有产品提供了公平的衡量标尺，更重要的在于为新技术、新产品的研发提供了清晰的目标牵引和完善的验证工具。企业在新产品开发过程中，可依据标准中的试验方法对样机进行系统验证，及时识别技术短板，缩短研发周期。在国际贸易层面，ISO5363:2024作为通行的技术规范语言，将有效促进外骨骼机器人在全球市场的流通与合作，降低因标准差异造成的合规成本。5.4造福人类社会从更广阔的视角来看，ISO5363:2024通过保障外骨骼机器人的质量与安全，间接促进了康复医疗资源的可及性提升、老年友好型社会建设以及特殊职业人群的作业安全保障。随着外骨骼技术的不断成熟，这项标准对提升人类生活品质和社会福祉的贡献将愈发显著。六、结论与展望ISO5363:2024《机器人——外骨骼型行走RACA机器人的试验方法》是全球外骨骼机器人领域首项试验方法类国际标准。它的发布填补了国际标准空白，统一了产品性能评价的技术语言，为产业健康发展提供了科学的制度保障。该标准的制定过程充分体现了ISO协商一致、公开透明的基本原则，凝聚了来自全球多个国家的专家智慧与工程实践经验。展望未来，随着外骨骼机器人技术的持续演进，标准体系亦将与时俱进、不断完善。可以预见，后续将在以下方向深化标准化工作：一是针对外骨骼机器人的安全性要求制定专项国际标准，形成"试验方法+安全要求"的完整标准族；二是针对不同应用场景（如医疗康复、工业辅助、军用负重等）制定细化的专用标准；三是探索建立外骨骼机器人性能分级评价体系，为不同需求层次的用户提供差异化的产品选型依据；四是结合人工智能、数字孪生等新兴技术的发展，研究制定面向智能外骨骼系统的试验与评价方法。参考文献[1]ISO5363:2024,Robotics—