3T/CMEEEAXXXX—2025人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)本文件規(guī)定了人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能要求、關(guān)鍵性能指標(biāo)與技術(shù)要求、設(shè)計與制造過程要求、試驗方法與驗證程序、檢驗規(guī)則，以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與貯存要求。本文件適用于攜帶或不攜帶負(fù)載的人形機(jī)器人（含服務(wù)型與工業(yè)協(xié)作型）關(guān)節(jié)驅(qū)動單元（下稱“關(guān)節(jié)驅(qū)動”）及由若干關(guān)節(jié)驅(qū)動構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計、制造和驗收。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T755旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額與性能GB/T2423.1電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗A：低溫GB/T2423.2電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗B：高溫GB/T2828.1計數(shù)抽樣檢驗程序第1部分：按接收質(zhì)量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃GB/T4208外殼防護(hù)等級（IP代碼）GB/T5226.7機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第7部分：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)條件GB11291.2機(jī)器人與機(jī)器人裝備工業(yè)機(jī)器人的安全要求第2部分：機(jī)器人系統(tǒng)與集成GB/T12642工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗方法GB/T12643機(jī)器人詞匯GB/T24612.2電氣設(shè)備應(yīng)用場所的安全要求第2部分：在斷電狀態(tài)下操作的安全措施3術(shù)語和定義GB/T12643界定的及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1關(guān)節(jié)驅(qū)動Jointactuationunit含執(zhí)行電機(jī)（或直驅(qū)轉(zhuǎn)矩電機(jī)）、減速機(jī)構(gòu)（行星齒輪、諧波齒輪、諧波齒輪箱、蝸輪箱等）、傳感器（角度、力/扭矩、溫度）、制動器（必要）和控制接口的模塊化單元。3.2等效轉(zhuǎn)矩Equivalenttorque,teq考慮負(fù)載、速度及使用周期后的平均等效轉(zhuǎn)矩（用于齒輪/軸承的熱與壽命評估）。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能要求4.1系統(tǒng)總體構(gòu)成關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)由如下模塊組成：電機(jī)單元（直驅(qū)或帶減速器）、減速機(jī)構(gòu)、角度/速度傳感器（編碼器/光柵/SSI/EnDat等）、力/扭矩傳感器（選配/集成）、熱傳感器、電子制動（或機(jī)械制動）、齒輪潤滑與密封、外殼與安裝界面、通信與電氣接口（包括CANopen、EtherCAT、EtherNet/IP或多軸總線）、診斷與安全互鎖接口（安全速度、扭矩限制、緊急停車）。各模塊應(yīng)實現(xiàn)模塊化替換與便捷維護(hù)。應(yīng)明確電氣接口的額定電壓、脈沖/模擬接口定義與接地要求，符合GB/T5226.7規(guī)定。T/CMEEEAXXXX—202544.2功能列表系統(tǒng)應(yīng)滿足下列功能要求：a）位置控制：閉環(huán)位置控制分辨率≤0.01°。b）速度控制：連續(xù)運(yùn)行速度（空載）應(yīng)在產(chǎn)品說明書中注明，并保證在額定溫升范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行。c）扭矩/力控制：支持力/扭矩感知或估算與限幅。d）安全功能：支持安全限速、安全停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制（STO、SSM等安全功能應(yīng)符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)）。e）故障自診斷：包含過溫、過壓、短路、軸承異常振動檢測等診斷并上報。f）冗余與故障模式：關(guān)鍵安全路徑可選用雙通道/監(jiān)測回路。4.3機(jī)械接口與模塊化要求外形接口（法蘭尺寸、軸徑/空心軸直徑）應(yīng)參照統(tǒng)一系列或在技術(shù)協(xié)議中明確；推薦提供同類產(chǎn)品互換的適配套件。模塊化應(yīng)支持快速更換齒輪頭/電機(jī)或更換編碼器，維修時間≤2h。5性能要求5.1等級定義為便于適配不同人形機(jī)器人應(yīng)用，本文件采用等級劃分（A級、B級、C級、D級）并給出關(guān)鍵指標(biāo)的最低/目標(biāo)值供設(shè)計與驗收使用。a）A級：面向教育與輕量服務(wù)機(jī)器人。b）B級：面向復(fù)雜服務(wù)/人形原型與小負(fù)載作業(yè)。c）C級：高精度位姿控制、低背隙、低遲滯應(yīng)用（如手眼配合）。d）D級：面向人機(jī)協(xié)作，強(qiáng)調(diào)安全冗余與低動能。5.2主要性能指標(biāo)表人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1關(guān)節(jié)驅(qū)動主要性能分級表指標(biāo)單位A級B級C級D級額定連續(xù)扭矩T_cont540峰值扭矩T_peak45額定輸出軸轉(zhuǎn)速n_contrpm200位置分辨率（角）arcsec/deg0.02°反向間隙（典型）arcmin絲杠/減速比（若有） 額定輸出功率W400300重復(fù)定位精度arcmin≤0.3'扭矩剛度（靜態(tài)）壽命（額定負(fù)載）h5000150003000015000防護(hù)等級IP20IP54IP54工作溫度℃0~+40-10~+50-20~+60-10~+50注：設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際負(fù)載工況、dutycycle、等效扭矩計算及齒輪/軸承廠商額定表確定最終參數(shù)。有關(guān)等效與平均扭矩的計算方法可參考齒輪生產(chǎn)單位或諧波驅(qū)動器產(chǎn)品手冊示例。5.3控制與通信T/CMEEEAXXXX—202555.3.1總線要求支持實時現(xiàn)場總線（優(yōu)先EtherCAT/CANopen）；通信接口速率、幀格式、PDO/SDO映射應(yīng)在產(chǎn)品說明書中明確。5.3.2控制器要求控制器應(yīng)支持閉環(huán)控制帶寬≥100Hz（A級）至≥1kHz（C級，取決于電機(jī)與編碼器能力）。5.3.3編碼器類型編碼器類型：增量編碼器（A/B/Z）、絕對單圈或多圈（SSI/EnDat等）；D級推薦20-bit以上絕對編碼器。5.4熱與散熱在額定連續(xù)扭矩工作下，整機(jī)平均溫升≤60℃（繞組或電子件定義點(diǎn)）。必要時提供強(qiáng)制風(fēng)冷或液冷方案，并在技術(shù)文件中注明冷卻流量、壓降與接口。5.5安全與冗余產(chǎn)品應(yīng)符合GB11291.2的規(guī)定，關(guān)節(jié)驅(qū)動應(yīng)能提供安全停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制、緊急停止輸入、過速/過扭矩保護(hù)等功能。C級/D級需提供安全等級評估與SRS（安全需求說明書）。6設(shè)計與制造過程要求6.1材料與加工關(guān)鍵零件（齒輪、軸、殼體）應(yīng)使用已證實材料并提供材料證明（材質(zhì)牌號、熱處理記錄）；齒輪應(yīng)進(jìn)行齒形修整與表面硬化處理（淬火、氮化等），并提供硬度、表面粗糙度與公差記錄。軸承采用滾動/滑動軸承時應(yīng)按壽命計算選型并提供潤滑方案及更換周期。6.2裝配公差與同軸度輸出軸與安裝法蘭同軸度應(yīng)控制在0.02mm（精密級）以內(nèi)（在安裝面和規(guī)定長度處測量）。齒輪箱裝配后靜態(tài)徑向跳動、軸向間隙應(yīng)滿足產(chǎn)品設(shè)計公差并記錄檢測報告。6.3防護(hù)與電磁兼容（EMC）電氣部分應(yīng)滿足GB/T5226.7的電氣安全要求；整機(jī)應(yīng)進(jìn)行EMC設(shè)計與測試，并在產(chǎn)品技術(shù)文件中提供測試記錄。7試驗方法7.1功能試驗人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)功能試驗應(yīng)按照表2的規(guī)定執(zhí)行。表2關(guān)節(jié)驅(qū)動功能試驗方法項目方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)位置控制分辨率≤0.01。使用高精度角度測量設(shè)備（如光電編碼器校準(zhǔn)儀），在閉環(huán)位置控制模式下發(fā)送微小位置指令，測量實際位置變化，計算分辨率GB/T12642速度控制：連續(xù)運(yùn)行速度在額定溫升范圍內(nèi)在空載條件下，以產(chǎn)品說明書注明的連續(xù)運(yùn)行速度運(yùn)行，監(jiān)測溫升，確保在額定溫升范圍內(nèi)GB/T755扭矩/力控制：支持力/扭矩感知或估算與限幅在扭矩控制模式下，施加外部力/扭矩，檢查系統(tǒng)感知和限幅功能；使用扭矩傳感器驗證控制精度GB/T12642安全功能：安全限速、安全模擬安全條件，如觸發(fā)緊急停止按鈕，驗證安全停止功GB/T5226.7T/CMEEEAXXXX—20256停止（SS1/SS2）、安全扭矩限制（STO、SSM等）能；使用測速裝置驗證安全限速；使用扭矩傳感器驗證安全扭矩限制故障自診斷：過溫、過壓、短路、軸承異常振動檢測模擬故障條件，如加熱至過溫、施加過壓、短路電路等，檢查系統(tǒng)診斷和上報功能；使用振動分析儀檢測軸承異常GB/T24612.2冗余與故障模式：關(guān)鍵安全路徑雙通道/監(jiān)測回路模擬單通道故障，檢查系統(tǒng)是否切換到冗余通道或觸發(fā)安全響應(yīng)GB/T5226.77.2主要性能試驗人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的試驗應(yīng)按照表3的規(guī)定執(zhí)行。表3關(guān)節(jié)驅(qū)動主要性能試驗方法項目方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)額定連續(xù)扭矩T_cont在額定連續(xù)扭矩下運(yùn)行4小時，監(jiān)測扭矩輸出穩(wěn)定性，使用扭矩傳感器測量GB/T12642峰值扭矩T_peak（短時≤2s）施加瞬時峰值扭矩（1.1倍說明書值）持續(xù)≤2s，重復(fù)10次，檢查機(jī)械損傷和功能GB/T12642額定輸出軸轉(zhuǎn)速n_cont在額定連續(xù)扭矩下，測量輸出軸轉(zhuǎn)速，確保達(dá)到額定值GB/T12642位置分辨率（角）使用高精度角度測量設(shè)備，測量系統(tǒng)的最小可分辨角度GB/T12642反向間隙（典型）使用角度測量儀，測定雙向反向時的角差GB/T12642額定輸出功率計算或測量輸出功率，P=T×ω,其中T為扭矩，ω為角速度GB/T755重復(fù)定位精度重復(fù)定位到同一位置，測量位置偏差GB/T12642扭矩剛度（靜態(tài)）施加靜態(tài)扭矩，測量扭轉(zhuǎn)角度，計算剛度GB/T12642壽命（額定負(fù)載）加速壽命試驗，按等效負(fù)載循環(huán)運(yùn)行至預(yù)期壽命的10%或10000次循環(huán)，檢查磨損GB/T24612防護(hù)等級進(jìn)行防塵和噴淋試驗，根據(jù)IP代碼GB/T4208工作溫度在高溫和低溫環(huán)境下運(yùn)行，檢查功能正常GB/T2423.1、GB/T2423.27.3控制與通信試驗人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)控制與通信的試驗應(yīng)按照表4的規(guī)定執(zhí)行。表4關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)控制與通信試驗方法項目方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)控制帶寬≥100Hz（A級）至≥1kHz（C級）使用頻率響應(yīng)分析儀，注入正弦信號，測量系統(tǒng)響應(yīng)，確定帶寬。GB/T12642編碼器類型：D級推薦20-bit以上絕對編碼器驗證編碼器類型和分辨率，使用標(biāo)準(zhǔn)信號源測試編碼器輸出。GB/T126427.4熱與散熱試驗在額定連續(xù)扭矩工作下，整機(jī)平均溫升≤60℃（繞組或電子件定義點(diǎn)應(yīng)在額定連續(xù)扭矩工作下，測量繞組或電子件溫度，計算溫升，試驗方法按照GB/T755的規(guī)定執(zhí)行。7.5安全與冗余試驗產(chǎn)品安全功能：安全停止、安全扭矩限制、緊急停止輸入、過速/過扭矩保護(hù)的測試，應(yīng)模擬安全條件，試驗方法按照GB/T5226.7的規(guī)定執(zhí)行。7.6典型試驗流程T/CMEEEAXXXX—20257樣機(jī)進(jìn)場→外觀/材料檢查→編碼器/零點(diǎn)標(biāo)定→空載運(yùn)行（1h）→額定負(fù)載運(yùn)行（4h）→峰值沖擊試驗→回程間隙測量→壽命/疲勞試驗（若適用）→出廠檢驗合格→出廠8檢驗規(guī)則8.1檢驗分類本文件要求的檢驗分為型式檢驗和出廠檢驗兩類。8.2型式檢驗有下列情形之一時，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗：a）新產(chǎn)品試制定型鑒定；b）正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝等有較大改變，可能影響產(chǎn)品性能時；c）正常生產(chǎn)滿一年時；d）間隔一年以上再生產(chǎn)時；e）出廠檢驗結(jié)果與同產(chǎn)品型號或批次的型式檢驗有較大差異時。8.3出廠檢驗出廠檢驗的項目應(yīng)包括5.2及5.5的全部指標(biāo)，相關(guān)指標(biāo)均滿足本文件的要求時，方可被判定為合格產(chǎn)品。對于不合格的產(chǎn)品，應(yīng)進(jìn)行返工或報廢處理。8.4抽樣方法產(chǎn)品檢驗的抽樣方法應(yīng)按照GB/T2828.1的規(guī)定進(jìn)行，采用逐批檢驗抽樣計劃。抽樣檢驗的樣本量應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品批量大小和接收質(zhì)量限（AQL）確定。8.5判定規(guī)則及處理措施所有檢驗項目均滿足本文件的要求時，判定為合格。其中4.2、5.2、5.5中任一項不符合規(guī)定時，判定為不合格。對于不合格的產(chǎn)品，應(yīng)進(jìn)行返工或報廢處理，返工產(chǎn)品應(yīng)重新進(jìn)行檢驗。性能項按表1中分級要求判定；若產(chǎn)品聲明達(dá)到某一等級，則對應(yīng)等級所有項應(yīng)滿足（允許±5%公差，特殊項另行聲明）。8.6檢驗報告所有檢驗記錄和報告應(yīng)妥善存檔，每次檢驗結(jié)束后應(yīng)出具完整的檢驗報告，并包括下列內(nèi)容：a）基本信息：產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品批次編號、檢驗日期、檢驗機(jī)構(gòu)和參與人員等；b）檢驗?zāi)康呐c檢驗依據(jù)；c）檢驗環(huán)境與檢驗設(shè)備清單等；d）檢驗方法與檢驗過程；e）檢驗數(shù)據(jù)：詳細(xì)列出各項目的檢測數(shù)據(jù)；f）檢驗結(jié)論：評估該批次產(chǎn)品是否合格。9標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與貯存9.1標(biāo)志產(chǎn)品應(yīng)在外包裝或產(chǎn)品銘牌上標(biāo)明：產(chǎn)品名稱、型號、額定扭矩/額定功率、額定電壓/頻率、制造廠名稱與聯(lián)系方式、序列號與出廠日期、IP等級、重量、必要的運(yùn)輸/貯存環(huán)境信息。安全相關(guān)接口與緊急停止接口需明確標(biāo)注。9.2包裝包裝應(yīng)防潮、防塵、防靜電（必要時），并能承受運(yùn)輸過程中常見的跌落/振動；包裝內(nèi)應(yīng)固定關(guān)節(jié)驅(qū)動的位置，避免軸向/徑向沖擊。對C級、D級產(chǎn)品建議使用帶溫濕度記錄器的密封包裝，并在報驗時提