GB／T 33262-2016 工业机器人模块化设计规范

机构模块的特性表达应符合GB/T12642—2013和GB/T12644一2001的规定。

5.1.5子模块特性和设计要求

5.1.5.1关节模块自由度

电力弱电技术、方案5.1.5.2连杆模块设计要求

连杆模块应简单可靠，并且能够在模块之间传递动力或信息。

5.1.5.3连杆模块接口

不同长度的连杆模块具有不同方位的标准接口，以使模块关节之间的连接能满足机器人不同运动 学和动力学的要求

遵循模块化划分原则，工业机器人控制器可划分为以下模块： 主控模块； 伺服驱动模块； I/O模块； 安全模块； 传感模块。

GB/T332622016

5.2.2 ±一般要求

5.2.2.1环境要求

制器在使用、贮存和运输过程中应满足表1的环

5.2.2.2模块通信协议要求

控制器各模块的通信总线应优先满足以下几种通信协议形式中的一种或几种，各模块之间应满足 统一的通信协议形式： CANopen协议； EtherNET协议； EtherCAT协议； DeviceNet协议； PowerLink协议。 5.2.2.3控制器推荐的物理接口 控制器应具备以下几种接口： USB接口； VGA接口； 以太网接口； RS232接口；

控制器各模块的通信总线应优先满足以下儿种通信协议形式中的一种或几种，各模块之间 统一的通信协议形式： CANopen协议； EtherNET协议； EtherCAT协议； DeviceNet协议; PowerLink协议

5.2.2.3控制器推荐的物理接口

5.2.2.4供电要求

控制器模块化设计总体框图见图1。

5.2.3.2主控模块

5.2.3.2.1功能要求

主控模块作为机器人控制器的核心模块，其设计应具备以下功能： 运动计算与轨迹规划； 机器人语言及操作命令的解释处理； 人机交互控制； 传感器信息处理； 故障检测与诊断； 总线通信； 日志信息记录。

5.2.3.2.2接口要求

GB/T 33262—2016

图1控制器模块化设计总体框图

主控模块接口应满足以下要求： 总线接口：模块之间的总线通信接口，接口形式见5.2.2.3； 供电电源接口：模块的控制电源输入，电压要求见5.2.2.4

5.2.3.2.3主控模块的总线交互信息

主控模块通过总线与上位机、驱动器、I/O模块、视觉模块、力控制等模块通信，总线交互信息应 括以下内容：

主控模块通过总线与上位机、驱动器、I/O模块、视觉模块、力控制等模块通信，总线交互信息应 括以下内容：

与驱动器交互信息：主控模块配置驱动器的工作模式、控制其状态机切换、设置运动控制参数， 并读取报警、位置、状态信息等。驱动器的运动控制参数要求见5.2.3.3。 与I/O模块交互信息：主控模块配置I/O模块状态机切换、配置地址映射、I/O极性、I/O输 出、传输模式等参数，并读取输出I/O模块的I/O信息和状态信息。I/O模块参数要求见 5.2.3.4。 与视觉模块交互信息：主控模块获取当前图像采集、设定图像处理任务参数、启动图像处理任 务，并获取视觉模块类型、图像处理状态参数、工件信息描述参数、工件基本特征点坐标值以及 报警信息参数等。视觉模块参数要求见5.2.3.6.3。 与力控制模块交互信息：主控模块设置力控模块配置信息、标定信息、门限值、通信参数、坐标 设置参数等，并接收力控模块返回的力、扭矩值和状态字等。力控制模块参数要求见 5.2.3.6.4。

5.2.3.3伺服驱动模块

5.2.3.3.1功能要求

机器人控制器的最终执行端，完成主控模块轨迹规划的各种运动，其中驱动器根据主控模块的轨迹 规划指令控制伺服电机运行，完成机器人各轴的运动控制。伺服驱动模块应具备以下功能： 总线接口：5.2.2.3要求的任一种总线接口形式； 操作模式：插补位置模式： 控制功能：位置反馈闭环控制功能； 安全报警：报警保护功能； 通信对象：应具备PDO（过程数据对象）、SDO（服务数据对象）、同步、紧急事件处理和网络管 理功能； 对象字典：电机参数、控制参数、编码器参数应具有对象字典读写功能； 状态机功能：根据主控模块命令及内部错误切换驱动器状态，应具有上电禁止、上电使能、错误 处理三种状态； 控制参数：位置环和速度环的PID参数、前馈参数、滤波参数、限位参数应允许通过总线配置： 插补模式：具备插补功能，如线性插补或样条插补等，

机器人控制器的最终执行端，完成主控模块轨迹规划的各种运动，其中驱动器根据主控模块的轨迹 规划指令控制伺服电机运行，完成机器人各轴的运动控制。伺服驱动模块应具备以下功能： 总线接口：5.2.2.3要求的任一种总线接口形式； 操作模式：插补位置模式： 控制功能：位置反馈闭环控制功能； 安全报警：报警保护功能； 通信对象：应具备PDO（过程数据对象）、SDO（服务数据对象）、同步、紧急事件处理和网络管 理功能； 对象字典：电机参数、控制参数、编码器参数应具有对象字典读写功能； 状态机功能：根据主控模块命令及内部错误切换驱动器状态，应具有上电禁止、上电使能、错误 处理三种状态； 控制参数：位置环和速度环的PID参数、前馈参数、滤波参数、限位参数应允许通过总线配置； 插补模式：具备插补功能，如线性插补或样条插补等，

5.2.3.3.2接口要求

伺服驱动模块的接口要求如下： 总线接口：模块之间的总线通信接口，接口形式见5.2.2.3； 动力电源接口：驱动器的动力电源输入，电压要求为三相电压为380V、50Hz，单相电压为 220V、50Hz; 电机驱动接口：驱动伺服电机的三相动力线接口； 位置反馈接口：伺服电机的码盘反馈接口。 注：位置反馈接口的接口形式推荐以下任一种： ·RS485接口； ·EnDat接口; ·HIPERFACE接口； SSI接口

5.2.3.3.3驱动器的总线交互信息

伺服驱动模块的总线交互信息应包括如下内容： 接收驱动器的驱动信号，并将电机转动的位置值反馈到驱动器； 状态机切换：主控模块发送命令控制驱动器的上下电及运行等状态切换； 操作模式配置：配置为插补位置模式； 插补模式配置：配置成线性插补或样条插补等； 插补周期：周期插补时间参数； 传输模式：传输模式配置，如同步传输； 通信参数：通信对象的通信参数，如PDO通信参数、PDO映射参数等； 同步顿：总线顿格式的一种，用于传输同步控制； 插补位置值：周期插补时主控模块规划后的目标位置值； 运动控制参数：PID参数、速度前馈参数、扭矩前馈参数、滤波频率参数、位置限位参数、速度限 位参数等； 位置值：编码器位置值； 状态字：驱动器状态信息； 报警顿：驱动器紧急报警信息； 驱动器参数：驱动器厂商、型号、硬件版本、软件版本等； 电机参数：电机厂商、型号等； 缩码器参数.编码器厂商、型号、类型（增量式/绝对式）分辨率等。

伺服驱动模块的总线交互信息应包括如下内容： 接收驱动器的驱动信号，并将电机转动的位置值反馈到驱动器； 状态机切换：主控模块发送命令控制驱动器的上下电及运行等状态切换； 操作模式配置：配置为插补位置模式； 插补模式配置：配置成线性插补或样条插补等； 插补周期：周期插补时间参数； 传输模式：传输模式配置，如同步传输； 通信参数：通信对象的通信参数，如PDO通信参数、PDO映射参数等； 同步顿：总线顿格式的一种，用于传输同步控制； 插补位置值：周期插补时主控模块规划后的目标位置值； 运动控制参数：PID参数、速度前馈参数、扭矩前馈参数、滤波频率参数、位置限位参数、速度限 位参数等； 位置值：编码器位置值； 状态字：驱动器状态信息； 报警顿：驱动器紧急报警信息； 驱动器参数：驱动器厂商、型号、硬件版本、软件版本等； 电机参数：电机厂商、型号等； 缩码器参数.编码器厂商、型号、类型（增量式/绝对式）分辨率等。

5.2.3.4I/0模块

5.2.3.4.1功能要求

I/O模块采集并驱动机器人控制器以外的传感器、指示灯、继电器、接触器等设备，并通过总线与主 控模块进行信息交互。1/O模块应具备以下功能： 一通信对象：应具备PDO(过程数据对象）、SDO（服务数据对象）、同步、紧急事件处理和网络管 理功能； 一对象字典：主要I/O映射参数、I/O极性参数、I/O掩码参数等应具有对象字典读写功能； 一状态机功能：根据主控模块命令及内部错误切换I/O模块状态，应具备初始化、预操作状态， 可操作状态、停止状态； 安全报警.具有报警保护功能，发生报警时设置I/O输出为安全状态

5.2.3.4.2接口要求

I/O模块的接口要求如下： 总线接口：模块之间的总线通信接口，接口形式见5.2.2.3； 供电电源接口：模块的控制电源输入，电压要求见5.2.2.4； 1/O接口：与外围设备交互的接口。

5.2.3.4.3I/0模块的总线交互信息

1/O模块的总线交互信息应包括如下内容！

GB/T 332622016

5.2.3.5安全模块

5.2.3.5.1功能要求

5.2.3.5.2接口要求

安全模块的接口要求如下： 通信接口：此接口为安全模块与主控模块的信息交互接口，接口形式可以为5.2.2.3之外的接 口形式；若此通信接口为5.2.2.3之外的接口形式，主控模块也应具备与之相对应的接口。 供电电源接口：模块的控制电源输人，电压要求见5.2.2.4。

5.2.3.5.3安全模块的通信交互信息

发送安全相关信息到主控模块，接收主控模块的控制指令

5.2.3.6传感模块

5.2.3.6. 1功能要求

传感模块实现工业机器人视觉识别、视觉测量、视觉定位、力控制、激光测距等功能，完成对待抓联 工件的识别、测量、定位、缺陷以及力信息反馈的测量。

5.2.3.6.2接口要求

传感模块的接口要求如下： 总线接口：模块之间的总线通信接口，接口形式见5.2.2.3； 供电电源接口：模块的控制电源输入，电压要求见5.2.2.4

5.2.3.6.3视觉模块的信息交互

视觉模块的总线交互信息应包括如下内容 配置信息：采集速度、相机分辨率等； 图片信息：采集得到的图片像素信息； 相机状态参数：相机忙、空闲等：

工件特征信息：工件类别、面积、匹配数等； 特征点坐标值：工件特征点在世界坐标系下的二维或三维坐标值 报警信息：图像获取出错信息

5.23.6.4力控制模块的信息交互

力控制模块的总线交互信息应包括如下内容： 配置信息：采集范围、分辨率等； 标定信息：标定值设定； 一采集数据：力和扭矩采集值； 一门限值：设定门限值； 通信配置：通信总线类型、波特率等； 状态字：标识力控模块状态； 坐标转换信息：坐标设置。

机器人模块化设计是相 、伺服模块，最后有机地集成可完成预定 模块化机器人系统，

机器人模块化的设计应遵守以下原则： 经济性； 缩短设计周期； 互换性强，便于维修； 有利于企业采用先进技术改进旧产品

一般模块化产品的设计步骤大致相同，但随产品的差异略有不同，其设计步骤通常如下 a）通过市场调查，确定机器人的总功能和主要参数； b）以功能分析为基础，将机器人划分为各种特定的功能模块； c）确定机器人各功能模块的结构、尺寸、材料，建立生产模块； d）进行机器人变型产品设计，构建它的功能模块和生产模块； e）对机器人各模块进行编码，建立模块的管理系统； f）完成机器人的施工设计，然后试制、投产

紧固件标准6.4机器人模块的选择

机器人模块选择顺序框图见图2。具体描述如下： a）由作业需求确定各单位机构模块的种类和规格； b）由作业需求确定主控模块，编制动作程序、设定具体的控制方法；

c）确定伺服驱动模块的参数和型号； d）由伺服模块、主控模块及整机要求确定安全模块； e）由主控模块性能、接口以及作业需求确定传感模块； f）由I/O信号的数量和特性指标确定I/O模块； g）计算所需的电源系统特性及参数，选择动力源，

c）确定伺服驱动模块的参数和型号； d）由伺服模块、主控模块及整机要求确定安全模块； e）由主控模块性能、接口以及作业需求确定传感模块； f）由I/O信号的数量和特性指标确定I/O模块； g）计算所需的电源系统特性及参数别墅图纸，选择动力源

图2机器人模块选择顶序框图

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