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GB／T 39360-2020 工业机器人控制系统性能评估与测试.pdf

机器人控制系统的开放性为具有二次开发接口，在接口函数内完成机器人路径规划、速度规划 转换、运动学正逆解模块等。

俞入的识别、定位、记录与防范的能力，确保工业机器人系统在存在单一硬件或软件故障的情况下仍能 正常或降级工作。包括对外部输人指令、输入参数进行有效性检查，对外部输人I/O信号进行滤波处 理和抗干扰功能。

机器人控制系统可恢复性为在发生中断或失效的情况时，能够恢复直接受影响的数据并重建期望 的系统状态的功能。 工业机器人控制系统软件应具有在掉电重启后恢复对机器人本体的控制能力，根据使用场景保持 在掉电时刻位置并发出报警或恢复至安全工况

5.7.1故障采集与防护

机器人控制系统在采集到控制过程中的故障或 情况下SN/T 0800.1-2016 进出口粮油、饲料检验 抽样和制样方法，能做出故障处理响应，同时能够对故 障信息进行记录和报告。

机器人控制系统应具备的限位保护能力，确保机械臂或运动部件达到异常位置或超出特定运 时能够及时停止或做出危险规避动作。 示例：软件检测到限位传感器信号有效时，机器人控制系统能够执行保护措施，避免在限位方向继续运动

机器人控制系统应具备空间监控能力，所监控的空间类型有工作空间、障碍物空间、受监控空间

按GB11291.1一2011中5.3.5的要求.应确保本机示教器盒或其他示教盒装置控制下的机器人不 能被任何别的控制源启动其运动或改变本机控制方式。

机器人控制系统应具备启动保护性停止电路的功能，能够在检测到危险状况（逼近安全距离或超出 降速速度门限等）、通信链路故障等情况下停止机器人本体的运动

工业机器人控制系统功能性特性的测试方法有如下几种： a）A：视觉检查； b)B:实际试验：

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c）C：测量： d）D：分析相关设计图纸[结构化分析或大致浏览电路图设计（包括电气、气动、水动等）和相关说 明； e）E：仿真测试； f)F：硬件在环仿真。 在进行硬件在环仿真测试前，应搭建硬件在环仿真测试平台，平台硬件主要包括实时硬件系统、外 围硬件（含伺服、电机以及可变惯量负载盘）、综合信号管理系统等，平台软件搭载嵌入式实时操作系统， 运行机器人动力学模型等仿真模型；同时，应确保硬件在环仿真测试平台满足工业机器人多轴同步控制 周期、关节伺服解算周期、总线通信速率等参数满足控制系统设计需求

易用性测试评价方法参见ISO/IEC 工业机器人控制系统易用性测试评价 机器人使用中实用性功能，如离线编程功能、应用程序导人导出功能、坐标系转换及选择等

维护性测试评价方法参见ISO/IEC25023:2016中8.8。工业机器人控制系统维护性测评应考 参数（DH)修正、关节轴校准、减速比修正等

工业机器人控制系统功能完备性测试评价方法如

表1工业机器人控制系统功能完备性测试评价表

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评估与测试方法可以采用如下方法： a 仿真测试（E）。获取机器人控制系统规划数据，按GB/T12642一2013中8.2、8.3分别测试轨 迹准确度和轨迹重复性，按照8.6测试轨迹速度特性 b）硬件在环仿真(F)。通过将被测件接人半实物仿真平台的方式，其余条件同a)。

评估与测试方法可以采用如下方法： a）仿真测试（E）。获取机器人控制系统规划数据，仿真测试按GB/T12642一2013中8.5的试验 条件和计算方法来测试拐角偏差。 b）硬件在环仿直（F）。通过将被测件接入半实物仿直平台的方式，其余条件同a）。

6.5.1.1准备工作

周期性响应测试的准备工作如下： a）测量工具： 1）示波器：要求具有足够的带宽、信噪比、分辨率、时间准确度、信号保真度； 2 误码率测试仪：时间抖动（Jitter)会导致接收误码，反过来，测得误码率可以推出Jitter的 特性。 b） 数据采集： 1） 使用示波器的采集方法：示波器内部往往采用软件的时钟恢复手段得到理想的边沿时刻， 当然也可以采用外部高品质时钟源触发作为理想边沿时刻，此时示波器可以通过叠加生 成眼图。通过对眼图的分析，从而得到Jitter的各种参数。 2） 使用误码率测试仪的采集方法：通常采用两个通道，将其中一个通道保持在眼图的中心位 置，使用另一个通道完成误码率测试。通过误码率分析仪可以对眼图各个方向上进行扫 描，得到眼图的清晰轮廊，对于分析Jitter可以提供很多有价值的数据。

计特性和统计直方图：如前述的平均值、标准差争

2）时间曲线和频率谱； 3）眼图。

6.5.1.2 插补周期响应

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产品或系统执行其功能时，所使用资源数和类型满足需求的程度。机器人控制系统规划周期以量 小精确定时精度为基本单位的整数倍，且运动规划任务不能被中断。保持较低的CPU占用率。 在被测件执行功能时，将其接入半实物仿真测试平台，验证其满足需求的程度

6.5.1.3通讯周期响应

机器人运动控制系统软件跟硬件之间的通讯遵循插补周期的准确性，包括运行规划软件的 运动控制器MCU之间通讯周期、运动控制器MCU和伺服驱动器MCU之间的通讯周期、或者运 划软件的CPU和伺服驱动器MCU之间的通讯周期都应保持稳定的通讯周期。 通过将其接人半实物仿真测试平台的方式，验证其遵循插补周期的准确性

6.5.2非周期性响应

非周期响应测试通过硬件在环仿真的方式进行，测试项目包括控制稳定性、制动控制装置意外操作 防护响应时间、急停响应时间、保护性停止响应时间、开机自检时间和故障检测时间

6.5.2.2控制稳定性

通过上位机设置伺服电机以最大转速运行，用示波器观察电机电流波形，记录从0加速到稳定的时 间或从某一速度减至另一速度时间

在高资源占用的条件下，基于意外防护功能测试，在程序中预置监控点，通过示波器或者其他测量 设备，对输入、输出监控点进行测量，获取并判断其响应时间是否满足规定

6.5.2.4急停响应时间

在高资源占用的条件下，基于 预置监控点，通过示波器或者其他测量设备， 对输入、输出监控点进行测量，获取并 应时间是否满足规定

6.5.2.5保护性停止响应时间

在高资源占用的条件下，基于保护性停 在程序中预置监控点，通过示波器或者其他测 是否满足规定

6.5.2.6开机自检时间

针对上电初始化过程，在程序中预置监控点，通过示波器或者其他测量设备，对输入、输出监控点进 行测量，在不同初始化情况下，包括正常上电、复位重启、设备故障上电等，获取并判断其上电初始化时 间是否满足规定

6.5.2.7故障检测时间

监控点进行测量，获取并判断其故障出现到触发相关故障逻辑的时间是否满足规定。

6.6扩展性与开放性测试评价

机器人控制系统扩展性测试评价方法如表4所

表4扩展性测试评价表

机器人控制系统二次开放性的测试评价方法如表

表5二次开放性测试评价表

容错性的测试步骤如下： a）测试前准备： 1）识别出机器人控制系统需要处理的外部输入种类，包括通信总线、离散量、模拟量、共享 存、全局变量、消息队列、数据库、配置文件以及人机交互等：

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2）分析外部输人中可能存在的异常情况以及机器人控制系统的处理逻辑 示例1：屏蔽非法输人并保持当前状态、对输入信号进行中值滤波和毛刺去除等 3）分析可能由外部输人的异常变化触发的工作状态或控制逻辑的容错保护。 示例2：不可中断的动作执行过程中的不响应与当前动作相冲突的控制命令、互锁控制逻辑不满足时的状态 保持等。 D 测试方法。针对识别出单个或多个外部输人，按其可能的异常情况设置测试输入数据后，查看 机器人本体运动轨迹、故障状态信息或者分析输出信号，判断机器人控制系统是否能够识别， 定位、记录相应的异常情况并按规定的处理逻辑进行容错防护

可恢复性的测试步骤如下： a）测试前准备： 1）识别出可能导致机器人控制系统中断或失效的触发条件； 示例：设备掉电、看门狗异常、过流或过压保护、操作系统异常、关键传感器或通信故障等， 2）分析中断或失效的触发条件满足时，机器人控制系统重启后应恢复的数据和状态信息以 及采取的动作，包括当前执行的现场状态（文件名、行号、必要的变量等）。 b） 测试方法。预置已识别出的且能造成机器人控制系统中断或失效的条件为满足状态，查看机 器人控制系统复位后或故障恢复后，机器人本体运动轨迹、工作状态显示等信息，判断机器人 控制系统是否能够恢复直接受影响的数据并重建期望的工作状态

6.8.1故障采集与防护

故障采集与防护的测试步骤如下： a）测试前准备： 1）列举出全部已知的故障并明确每类故障的触发条件和处理逻辑； 2）石 确定每类故障的优先级，确保在多个故障的触发条件同时满足时的处理逻辑； 3）育 能够预置条件使得已知的故障被触发并明确其故障记录和报告方式； 4）明确每类故障的优先级，进而预置多个故障同时触发的条件 b） 测试方法。在确保可模拟实现的故障均出现的前提下，通过故障模拟的方式预置故障单独出 现或多个故障同时出现的情况，查看机器人控制系统对故障的诊断结果是否正确，是否能够在 规定的时间内识别出全部故障并将故障准确输出，并监控其执行的防护是否满足要求。检查 控制系统是否有日志文件的记录功能，用户是否能够根据显示的报警信息来判断故障类型及 故障原因。 在需求阶段确定工业机器人控制系统可能面临的故障类型时，应按FMEA（见GB/T7826 2）、FTA（见GB/T7829—1987或IEC61025.2006)等故障分析程序

限位保护的测试要点和方法如下： a）测试前准备。覆盖控制系统中所有的限位保护。 示例：笛卡尔位姿限位、关节限位等。 b）测试方法。针对每个限位保护点，设置限位条件满足的场景，查看机械臂或运动部件达到异常

保护的测试要点和方法如下： 测试前准备。覆盖控制系统中所有的限位保护。 笛卡尔位姿限位、关节限位等。 测试方法。针对每个限位保护点，设置限位条件满足的场景，查看机械臂或运动部件达到异常 位置或超出特定运行空间时是否立即停止上 且不能响应继续运动的指令动作

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空间监控的测试要点和方法如下： 测试前准备。覆盖控制系统中机器人工具或法兰所处空间位置的监控功能，如工作空间监控 障碍物空间监控等。 测试方法。针对每种空间监控功能，设置监控条件满足的场景，查看机械臂或运动部件达到 超出特定运行空间时是否立即停止且不能响应继续运动的指令，或输出相应信号

统的设计和制造应使在本机示教盒或其 装置控制下的机器人不能被任何别的控制 运动或改变本机控制方式

保护性停止的测试要点和方法如下： a）测试前准备。覆盖所有能够触发保护性停止的场景。 b） 测试方法。根据保护性停止的触发条件，模拟不同条件（安全距离逼近或降速门限突破等） 情况，查看软件是否控制机器人本体停止运动

工业机器人运行的嵌入式实时操作系统，其功能、性能和开发环境见A.2～A.4。

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文件系统功能如下： a）支持RamDisk、硬盘、Flash、存储卡等存储介质； b）支持多种文件系统，实现文件存取、管理等功能

A.2.3模块动态加/卸载

支持模块动态加/卸载功能，充许用户通过网络、 发效率和升级维护能力

A.2.5USB协议栈

USB协议栈功能如下： a）支持USB1.1/2.0协议，支持UHCI、OHCI和EHCI多种控制器； b）支持U盘存储设备以及鼠标、键盘等人机交互接口设备的即插即用，支持USB接口转串[ 驱动。

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图形操作系统功能如下： a）支持图形解决方案，提供窗口管理器，支持窗口的最大化、最小化、前后台切换以及移动等； b）支持硬件图形加速，实现图形系统的高效绘制。

A.2.7硬件抽象及板级支持

在可能的情况下，操作系统的性能满足： a）中断响应时间（1GHz以上主频）<1us; b）任务上下文切换时间（1GHz以上主频)<2us c）消息队列收发时间(1GHz以上主频）<2us

集成开发环境的工程管理如下： a）支持工作空间内的多工程管理，支持工作空间的切换，工程的创建、导人/导出、打开/关闭等； b）提供不同类型的工程支持操作系统配置与镜像生成、动态加载库生成、静态库生成以及用户自 定义Makefile的编译； C 工程内支持C/C十十源代码文件、二进制文件、各种文本格式类文件以及图片、配置文件等各 类资源的展现及分类管理； d）工程可支持多个目标平台的工具链切换，在同一工程下实现多个目标平台不同二进制目标文 件的生成

集成开发环境的构建管理如下： a）支持编译工具链的集成与扩展，提供可视化的编译配置界面，支持默认的编译配置； b）支持项目以及单个源文件的编译GB/T 33214-2016 钢、镍及镍合金的激光-电弧复合焊接接头 缺欠质量分级指南，支持编译信息的呈现

集成开发环境的系统配置如下： a）提供图形化的操作系统资源配置工具，支持操作系统硬件适配层、核心层、扩展组件以及应用 软件的可视化裁剪和参数配置； b）提供扩展手段，支持用户将扩展或自定义的资源，如定制驱动或第三方库，实现模块封装并导 人至配置工具

集成开发坏境的系统配置如下： a）提供图形化的操作系统资源配置工具，支持操作系统硬件适配层、核心层、扩展组件以及应用 软件的可视化裁剪和参数配置； b）提供扩展手段，支持用户将扩展或自定义的资源，如定制驱动或第三方库，实现模块封装并导 人至配置工具

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集成开发环境的调试诊断功能如下： a）提供基本的软件调试工具，支持单步跳人、单步跳过、运行和停止等功能； b）支持多种目标平台的调试，并可按需集成JTAG调试器； C 提供各类调试视图，实时显示任务栈、变量、寄存器、内存、模块等信息，支持断点和表达式查看 和设置。

集成开发环境的调试诊断功能如下： a）提供基本的软件调试工具，支持单步跳人、单步跳过、运行和停止等功能； b）支持多种目标平台的调试，并可按需集成JTAG调试器； 提供各类调试视图，实时显示任务栈、变量、寄存器、内存、模块等信息，支持断点和表达式查看 和设置。

A.4.6辅助开发功能

集成开发环境的帮助系统如下： a）提供应用开发编程指南、参考手册以及开发环境使用手册等技术资料，支持章节的索引和 的关键字检索； b）提供示例工程，支持用户选择相应的工程并直接导入

集成开发环境的帮助系统如下： 提供应用开发编程指南、参考手册以及开发环境使用手册等技术资料SH/T 3021-2013 石油化工仪表及管道隔离和吹洗设计规范，支持章节的索引和内容 的关键字检索； b）提供示例工程，支持用户选择相应的工程并直接导入