中國機器人可靠性信息報告-2023.11

2022版中國機器人可靠性信息報告國家機器人檢測與評定中心（總部）上海機器人研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺2022年

9月1目

錄前

言........................................................................................................................11234機器人可靠性指標...........................................................................................2機器人可靠性技術及標準...............................................................................4機器人可靠性測評機構(gòu).................................................................................16機器人可靠性水平.........................................................................................194.1工業(yè)機器人可靠性水平..........................................................................19AGV/AMR可靠性水平..........................................................................20服務機器人可靠性水平..........................................................................214.24.35機器人典型故障信息.....................................................................................225.1工業(yè)機器人典型故障信息......................................................................225.1.1

整機典型故障信息..............................................................................225.1.2

工業(yè)機器人零部件典型故障信息......................................................265.25.3AGV/AMR

典型故障信息......................................................................32服務機器人典型故障信息......................................................................3467機器人全壽命周期可靠性技術.....................................................................35結(jié)語.................................................................................................................372前

言機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制誥業(yè)水平的重要標志，機器人是改善人類生活方式的重要切入點，對于經(jīng)濟發(fā)展和社會民生具有重要意義，機器人產(chǎn)業(yè)已成為全球關注重點。機器人作為自動化技術高度發(fā)展的產(chǎn)物，具有以下特點：1）設計結(jié)構(gòu)復雜：例如工業(yè)機器人由控制器、減速器、伺服系統(tǒng)等構(gòu)成，融合了電子系統(tǒng)和精密機械零部件，對可靠性水平的提升提出了挑戰(zhàn)；2）使用場景復雜：機器人根據(jù)其設計特點，使用場景可能包括室內(nèi)或室外，移動類型的機器人還會受到各種復雜路面的影響；3）失效影響大：特別是工業(yè)領域的機器人已經(jīng)是整個生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)，一般是多個機器人協(xié)同作業(yè)，一旦功能喪失或性能偏差會造成產(chǎn)線無法正常進行，甚至存在安全隱患。因此基于機器人的設計結(jié)構(gòu)、使用場景、使用工況，研究機器人的可靠性技術，并對機器人可靠性水平進行評價至關重要。在“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中也將機器人安全性與可靠性技術作為機器人核心技術攻關行動之一。可見隨著我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全社會和整個行業(yè)越來越重視機器人的可靠性。11

機器人可靠性指標機器人可靠性是指機器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。從機器人的角度考慮，涉及到的可靠性指標如圖

1

所示。其中平均故障間隔時間（MTBF）和使用壽命分別從產(chǎn)品的運行穩(wěn)定性和耐久性進行考核，是目前機器人行業(yè)使用最多的兩個指標。在產(chǎn)品壽命分布已知的情況下，任務可靠度、累積失效概率、失效率可以由平均故障間隔時間計算得到。具體來說，機器人可靠性指標的取值，要根據(jù)它的特性、復雜程度及使用特點來確定。機器人可靠性指標平累積失效概率均故障間隔時間任務可靠度使用壽命失效率圖

1

機器人可靠性指標（1）平均故障間隔時間（MTBF）平均故障間隔時間是產(chǎn)品在相鄰兩次故障之間的平均工作時間，它是可修復產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。n∑tiMTBF

=

i=1rn式中：t

—在規(guī)定的時間內(nèi)，每個產(chǎn)品的累積工作時間；ir

—產(chǎn)品在工作時間內(nèi)出現(xiàn)的的故障總數(shù)。n在論證提出

MTBF

指標時，應明確指標的統(tǒng)計含義，說明該指標是均值還是用置信下限等。（2）使用壽命2產(chǎn)品使用到無論從技術上還是經(jīng)濟上考慮都不宜再使用，而必須翻修或報廢時的壽命單位數(shù)。32

機器人可靠性技術及標準作為指導機器人可靠性測評的依據(jù)，可靠性標準屬于機器人標準體系框架中性能規(guī)范，是機器人標準體系的重要組成部分（如圖

2）。可靠性標準靠

性機標器準人

可通用標準工業(yè)機器人可靠性服務可靠性圖

2

機器人可靠性標準體系目前關于機器人可靠性的標準有工業(yè)機器人整機可靠性標準、工業(yè)機器人零部件可靠性標準、AGV/AMR

可靠性標準、服務機器人可靠性標準等。（1）工業(yè)機器人整機之前，行業(yè)沒有關于工業(yè)機器人

MTBF

測評的標準，企業(yè)沒有

MTBF

測評的標準依據(jù)，隨著

GB/T

39590.1-2020

、20203803-T-604、T/CEEIA

558-2021

等標準的推進，工業(yè)機器人

MTBF

測評有了標準依據(jù)。目前關于工業(yè)機器人可靠性測評主要有兩種方式，一種是現(xiàn)場統(tǒng)計的方式，該方式需要的樣品量大、統(tǒng)計的時間較長，另一種是試驗場試驗的方式，通常采用加速試驗，通過失效機理模型進行加速試驗條件的計算，能夠縮短試驗時間，提高試驗效率，快速地進行工業(yè)機器人可靠性評定。工業(yè)機器人整機可靠性相關標準如表

1

所示。4表

1

工業(yè)機器人整機可靠性相關標準標準編號及名稱序號1標準狀態(tài)已發(fā)布GB/T

39590.1-2020機器人可靠性

第

1

部分：通用導則GB/T

39266-2020工業(yè)機器人機械環(huán)境可靠性要求和測試方法20203803-T-604

工業(yè)機器人平均無故障工作時間計算方法T/CEEIA

558-2021工業(yè)機器人可靠性測試與評定T/CEEIA

593-2022

工業(yè)機器人耐久性測試方法T/GDEIIA

4-2020工業(yè)機器人可靠性指標評價方法T/GDEIIA

3-2020工業(yè)機器人可靠性通用要求2已發(fā)布3正在審查已發(fā)布45已發(fā)布6已發(fā)布7已發(fā)布8T/FSAS23-2018工業(yè)機器人可靠性評定已發(fā)布920203801-T-604

工業(yè)機器人

運行維護

第

1

部分：在線監(jiān)測20203797-T-604

工業(yè)機器人

運行維護

第

2

部分：故障診斷20203705-T-604

工業(yè)機器人

運行維護

第

3

部分：健康評估20203710-T-604

工業(yè)機器人

運行維護

第

4

部分：預測性維護正在審查正在審查正在審查正在審查101112（2）控制器機器人控制器的可靠性分為硬件和軟件兩方面，硬件可靠性和軟件可靠性對機器人的穩(wěn)定運行都十分重要。為了確保機器人控制器的硬件可靠性，利用圖

3所示的技術路線，針對機器人控制器硬件可靠性提升面臨的瓶頸，研究高可靠性設計保證技術，定量評估產(chǎn)品研發(fā)階段的可靠性，找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，提高工業(yè)機器人控制器的可靠性水平。5可靠性建?？煽啃灶A計方案對比設計階段MTBF指標預計故障激發(fā)識別敏感應力可靠性增長提高控制器可靠性樣機階段驗證階段HALT試驗MTBF試驗提高替代可靠性MTBF指標驗證圖

3

工業(yè)機器人控制器硬件可靠性提升技術針對機器人控制器硬件設計缺陷不易發(fā)現(xiàn)的難題，研究故障激發(fā)與快速提升技術，通過施加步進應力激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，并研究控制器可靠性指標加速驗證及增長技術，工業(yè)機器人的控制器進行

MTBF

的快速驗證，對故障進行分析提出改進措施，使產(chǎn)品的可靠性水平得到快速提升，如圖

4所示?？刂破鞑考煽啃詮娀囼炗锌赡軐е吕缋錈嶙兓瘜е码娺B接器接觸不良、電連接件由于振動導致的接插件松動或脫落的典型故障。可靠性強化試驗找出控制器設備中的薄弱環(huán)節(jié)并改進，提高控制1）試驗樣品器可靠性2）統(tǒng)計方案3）試驗時間4）試驗條件：溫度、濕度、電應力5）樣品功能和性能檢測6）故障判據(jù)、分類及統(tǒng)計7）故障處理加速MTBF試驗8）相關試驗時間統(tǒng)計9）試驗的結(jié)束圖

4

工業(yè)機器人控制器硬件可靠性提升方法基于機器人控制器軟件可靠性測評缺乏依據(jù)的問題，研究控制器軟件質(zhì)量評價和軟件安全測試技術，從控制器的功能性、兼容性、靜態(tài)分析、單元測試、代碼漏洞掃描等方面對控制器的軟件可靠性進行測試和評價，如圖

5所示。6功能性兼容性可靠性維護性性能效率易用性軟件質(zhì)量信息安全性可移植性軟件可靠性測評靜態(tài)分析單元測試HIL-功能測試

HIL-性能測試HIL-故障注入

代碼漏洞掃描軟件安全滲透測試應用漏洞掃描圖

5

工業(yè)機器人控制器硬件可靠性提升技術控制器與機器人本體配套使用，進行

MTBF

試驗的整機，其控制器也通過相應的

MTBF

值。工業(yè)機器人控制器可靠性相關標準如表

2

所示。表

2

工業(yè)機器人控制器可靠性相關標準序號標準編號及名稱標準狀態(tài)已發(fā)布1GB/T

37414.1-2019

工業(yè)機器人電氣設備及系統(tǒng)

第

1

部分：控制裝置技術條件234T/CEEIA

556-2021

機器人控制部件可靠性強化試驗方法T/GQDA

00005—2021

機器人控制器加速試驗與可靠性指標驗證方法CEEIA2022046工業(yè)機器人控制器通用規(guī)范已發(fā)布已發(fā)布立項通過（3）減速器隨著國產(chǎn)工業(yè)機器人銷量不斷上升，國產(chǎn)減速器企業(yè)獲得了源源不斷的發(fā)展助力，國產(chǎn)減速器伴隨著工業(yè)機器人開始崛起之路。近兩年，在有了相對的技術沉淀之后，國產(chǎn)減速器企業(yè)無論是在技術上，還是在成本控制上，都取得了一定的突破。雖然市場依舊由國外減速器主導，但是國產(chǎn)減速器也在不斷進步。7目前，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批機器人減速器研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，在諧波減速器方面如：綠的、來福、大族、昊志機電、中技克美、北京諧波等，其中綠的諧波發(fā)布的N

系列諧波減速器，具有精度高、承載高、溫升小、效率高、運行平穩(wěn)、抗沖擊能力強等特性，“精度保持壽命”超過

2

萬小時；昊志機電諧波減速器，標稱傳動精度可達25角秒，重復定位精度達5角秒，壽命L10可達10000小時以上，L50

可達

50000

小時以上。RV

減速器方面有：雙環(huán)傳動、南通振康、中大力德、秦川發(fā)展、武漢精華等品牌。國產(chǎn)

RV減速器在額定轉(zhuǎn)速和額定負載下，通常運轉(zhuǎn)噪音低于

80db，標稱壽命長于

6,000小時。圖

6機器人用精密減速器（左圖：諧波減速器

右圖：RV

減速器）工業(yè)機器人減速器可靠性相關標準如表

3

所示。表

3

工業(yè)機器人減速器可靠性相關標準序號標準編號及名稱標準狀態(tài)已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布123456GB/T

30819-2014機器人用諧波齒輪減速器GB∕T

36491-2018機器人用擺線針輪行星齒輪傳動裝置通用技術條件GB∕T

37165-2018機器人用精密擺線針輪減速器GB/T

35089-2018機器人用精密齒輪傳動裝置

試驗方法GB/T

37718-2019機器人用精密行星擺線減速器已發(fā)布已發(fā)布T/CEEIA

595-2022機器人精密減速器溫度適應性要求和測試方法已發(fā)布8（3）伺服系統(tǒng)伺服電機作為工業(yè)機器人的核心零部件，其性能對于工業(yè)機器人的使用影響較大。伺服電機系統(tǒng)具有精度高、響應快、適應性強等特點，隨著國內(nèi)企業(yè)針對性地投入研發(fā)力量并在交流伺服電機核心技術上取得關鍵性突破，國內(nèi)產(chǎn)品各項性能均有大幅提升，部分伺服產(chǎn)品速度波動率指標已經(jīng)低于

0.1%，國內(nèi)外技術差距已經(jīng)開始出現(xiàn)縮減趨勢。目前，工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)國產(chǎn)代表企業(yè)主要有臺達、匯川、埃斯頓、大族電機等。同時，高精度編碼器作為伺服電機中的核心部件，目前嚴重依賴進口，是我國伺服電機產(chǎn)品突破的重要瓶頸。圖

7機器人用伺服電動機工業(yè)機器人電機可靠性相關標準如表

4

所示。表

4

工業(yè)機器人電機可靠性相關標準序號標準編號及名稱標準狀態(tài)已發(fā)布123GB/T

39633-2020

協(xié)作機器人用一體式伺服電動機系統(tǒng)通用規(guī)范GB/T

39553-2020

直流伺服電動機通用技術條件已發(fā)布GB∕T

37414.2-2020工業(yè)機器人電氣設備及系統(tǒng)

第

2

部分：交流伺服驅(qū)已發(fā)布已發(fā)布動裝置技術條件4GB/T

37414.3-2020

工業(yè)機器人電氣設備及系統(tǒng)第

3

部分：交流伺服電動機技術條件567GB/T

16439-2009交流伺服系統(tǒng)通用技術條件GB/T

7344-2015交流伺服電動機通用技術條件GB/T

30549-2014永磁交流伺服電動機通用技術條件已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布9序號8標準編號及名稱標準狀態(tài)已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布已發(fā)布JB/T

11991-2014

工業(yè)機械數(shù)字控制系統(tǒng)用交流伺服電動機JB/T

5867-2004

空心杯電樞永磁直流伺服電動機通用技術條件JB/T

5866-2004

寬調(diào)速永磁直流伺服電動機通用技術條件JB/T

5868-2004

印制繞組直流伺服電動機通用技術條件T/JSQA

147—2022

永磁交流伺服電動機9101112131415161718T/GDCKCJH

014—2020

工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)可靠性仿真試驗規(guī)范T/GDCKCJH

017—2020

工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)可靠性指標評估T/GDCKCJH

016—2020

工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)可靠性加速試驗規(guī)范T/GDCKCJH

015—2020

工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)可靠性強化試驗方法T/GDCKCJH

013—2020

工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)可靠性通用要求T/ZZB0656—2018《工業(yè)機器人用通信指令型交流伺服系統(tǒng)》（5）線纜機器人電纜作為工業(yè)機器人核心零部件之一，用來進行信號傳輸、控制及電源動力傳輸。機器人電纜包括本體電纜、基座電纜、示教器電纜、控制柜內(nèi)電纜等，與普通電纜相比，機器人電纜一般移動使用，且彎曲半徑小，需要承受彎曲和扭轉(zhuǎn)運動的應力，例如本體電纜在整個壽命周期中隨著機械臂的周期運動，承受數(shù)百萬次以上的彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭組合的載荷作用；而基座中的拖鏈電纜則承受拖鏈運動的應力。一旦電纜失效，則導致信號中斷，機器人無法正常控制，造成人員和財產(chǎn)損失。當前的機器人電纜行業(yè)標準主要包括線纜電性能測試、機械和物理性能測試、機械壽命測試，其中機械壽命測試針對工業(yè)機器人電纜的運動特點，包含

2D

扭轉(zhuǎn)、彎曲試驗、3D

扭轉(zhuǎn)試驗等測試項，對工業(yè)機器人電纜的機械壽命進行測評。當前工業(yè)機器人電纜選用的電纜供應商國內(nèi)企業(yè)有蘇州科寶光電、奧林特等，這些線纜供應商在電纜型式試驗中對新設計的電纜型號進行機械壽命的測試。目前該品牌電纜的扭轉(zhuǎn)和

90

度彎曲壽命可以達到

1000

萬次。10圖

8

工業(yè)機器人電纜表

5

部分企業(yè)機器人電纜機械壽命信息扭轉(zhuǎn)壽

90

度彎

拖鏈彎電纜品牌電纜型號數(shù)據(jù)來源命曲壽命

曲壽命產(chǎn)品手冊,測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±180°，長度：0.6m。彎折角度±90°，彎曲半徑：10×OD3P×0.25mm2（編碼器1000

萬

1000

萬————電纜）次次產(chǎn)品手冊,測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±180°，長度：0.6m。彎折角度±90°，彎曲半徑：10×OD4C×2.5mm2+1P×0.5mm2

1000

萬

1000

萬（本體動力電纜）次次產(chǎn)品手冊,測試參數(shù)：16C×2.5mm2

（地板1000

萬

彎曲半徑

10×OD；行————線）次程

0.5m；拖鏈速度為1.0m/s?？茖毠怆?）產(chǎn)品手冊，測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±180度，間隔

280mm。UL21149-9P*24AWG（SCARA

機器人本體通信電纜）1000

萬————次2）實際測試，測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±150度，間隔

360mm。1）產(chǎn)品手冊，測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±180度，間隔

120mm。UL11528-22AWG（SCARA

機器人本體動力電纜）1000

萬————次2）實際測試，測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)角度±150度，間隔

360mm。11電纜品牌扭轉(zhuǎn)壽

90

度彎

拖鏈彎曲壽命

曲壽命電纜型號數(shù)據(jù)來源命產(chǎn)品手冊，測試參數(shù)：扭轉(zhuǎn)間隔

0.6m，扭轉(zhuǎn)角度±270

度。奧林特電纜UL202763P*25AWG（本體通信電纜）1000

萬

1000

萬——次次機器人電纜可靠性相關標準如表

6

所示。表

6

工業(yè)機器人電纜可靠性相關標準標準編號及名稱序號標準狀態(tài)123CRIA

0003-2016工業(yè)機器人專用電纜2PfG2577Requirementsfor

CablesusedinRobotSystem已發(fā)布已發(fā)布UL

RP

5770RecommendedPracticefor

EvaluatingCablesforUseinRepeatedFlexing

Applications已發(fā)布已發(fā)布4TICW

21-2019工業(yè)機器人用柔性電纜（6）AGV/AMR當前市場對于

AGV

產(chǎn)品應用的要求越來越高，隨著全場景滲透、規(guī)?；涞氐刃枨笱莼?，行業(yè)逐漸進入“深水區(qū)”。在某些場景上，AGV

已不是簡單的物料搬運設備，而是逐步融入到企業(yè)整個生產(chǎn)流程中，成為生產(chǎn)工藝的一部分。而企業(yè)間的競爭也從單純的產(chǎn)品比拼延伸到對場景的理解及使用滲透上。AGV工作時需要多臺組成系統(tǒng)運作，使用調(diào)度軟件分配任務，單臺故障會影響整個系統(tǒng)的正常運行，造成較大的經(jīng)濟損失。因此針對

AGV

工作的主要運行環(huán)境，制定工作試驗剖面，對

AGV

的

MTBF（平均無故障工作時間）水平進行測評，對于提升

AGV

的可靠性水平至關重要。另外，

AGV/AMR

在壽命周期會受到各種環(huán)境應力的影響，包括溫度、濕度、振動、沖擊等，均會影響其使用壽命，需要對其壽命進行測評，評估產(chǎn)品投入市場后能否達到預期的設計壽命。AGV/AMR

整機可靠性相關標準如表

7

所示。12表

7

AGV/AMR

可靠性相關標準標準編號及名稱序號標準狀態(tài)報批中報批中已發(fā)布123T/CEEIA2021116自動導引車可靠性測試與評定T/CEEIA2021052移動機器人壽命測試與評定T/CEEIA555-2021移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法（5）服務機器人目前常見服務機器人的有送餐機器人、導引機器人、清潔機器人，二者屬于室內(nèi)服務機器人，適用于商超，酒店，餐廳，展館等公共室內(nèi)場合，通過機器視覺和激光雷達實現(xiàn)全自主定位導航、智能避障，提供導引、導購、語音對話等服務。在服務機器人的壽命周期中，會受到各種環(huán)境應力的影響，包括溫度、濕度、振動、沖擊等，均會影響其使用壽命，特別是服務機器人在不同的路面和障礙物行走時，由路面不平整引起的振動和沖擊會影響機器人壽命水平。壽命作為可靠性水平的重要指標，對服務機器人的壽命進行評定并延長產(chǎn)品的壽命，可以評估產(chǎn)品投入市場后能否達到預期的設計壽命，暴露產(chǎn)品在壽命周期中可能遇到的故障并進行解決。服務機器人整機可靠性相關標準如表

8

所示。表

8

服務機器人可靠性相關標準序號標準編號及名稱標準狀態(tài)報批中12T/CEEIA2021052移動機器人壽命測試與評定T/CEEIA555-2021移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法已發(fā)布移動機器人的壽命評定可以參考團體標準

T/CEEIA2021052《移動機器人壽命測試與評定》，目前已進入標準報批階段，該標準提供了移動機器人的壽命測試與評定方法，適用于服務機器人。服務機器人的振動條件制定和路譜采集可以參考團體標準

T/CEEIA555-2021

移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法，可用于指導服務機器人的路譜采集工作，為驗證服務機器人在振動與沖擊環(huán)境13下的耐久性提供了依據(jù)。T/CEEIA2021052《移動機器人壽命測試與評定》規(guī)定了移動機器人在進行壽命測試與評定時的樣品要求、試驗時間、試驗條件、試驗實施方法、故障判據(jù)、預防性維修、故障處理、試驗評定等要求，針對壽命測試時間過長無法滿足研制要求的問題，該標準結(jié)合移動機器人的環(huán)境應力和工作應力，設計了高溫壽命試驗、熱疲勞壽命試驗、振動疲勞試驗、壽命高溫壽命試驗的加速試驗條件，達到快速驗證服務機器人整機壽命的效果。T/CEEIA555-2021《移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法》規(guī)定了移動機器人振動與沖擊數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢驗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)歸納、試驗條件確定等內(nèi)容，通過采集移動機器人實際應用的振動路譜，為移動機器人試驗設計和驗證提供依據(jù)。在路譜采集前需調(diào)研服務機器人的使用場景，包括行走路面，越障，溝槽等，表

9

中整理了常見的服務機器人路面條件。路譜采集需覆蓋典型的使用場景和使用工況（如速度、負載等），最后對采集的振動信號進行處理歸納，使用累積損傷原理制定服務機器人的疲勞耐久試驗條件。表

9

服務機器人常見路面類型序號路面材料木材應用場景家庭備注123接縫路接縫路接縫路石材（大理石為主）瓷磚家庭、商場、餐廳等家庭、商場、餐廳等考慮與其他材料銜接情況4地毯家庭服務機器人的振動耐久性測評可分為試驗場試驗和實驗室道路模擬試驗，在試驗場試驗中，各廠商會根據(jù)對機器人的定義、目標用戶等等定義機器人的載重、試驗道路的種類以及通過它們的行駛速度，從而以確定載荷強度和頻率考核機器人和各個零部件。道路模擬試驗使用振動臺架進行試驗，可以消除氣候等因素的影響，而且能有效縮短試驗周期、精度高、可控性好。服務機器人振動臺架試驗一般包括電動振動臺和四立柱振動臺架，電動振動臺可以對服務機器人從底座分別施加

X、Y、Z三個方向的振動，而四立柱振14動臺架有

4

個垂向作動器可以從車輪處施加振動信號，相對于三方向振動臺，四立柱振動臺對于顛簸路面的振動可以更好得模擬。四立柱振動臺架從

1962

年問世以來，已經(jīng)在汽車的疲勞測試領域得到了廣泛應用，同樣也可以用于輪式服務機器人。在服務機器人行駛過程中，疲勞通常由路面的垂直輸入載荷所引起，四立柱振動臺架通過在車輪下使用

4

個垂向作動器施加激勵模擬，施加實際路面行駛所受垂向載荷，達到和試驗場試驗比較一致的耐久效果。注：本章所列標準是專門針對機器人及零部件可靠性，有的標準是某一章節(jié)對可靠性以及測評方法作出要求。153

機器人可靠性測評機構(gòu)目前進行機器人可靠性測評的機構(gòu)有：上海機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司、重慶凱瑞機器人技術有限公司、中國軟件評測中心、中國科學院沈陽自動化研究所、廣州機械科學研究院有限公司、蕪湖賽寶機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司、廣州賽寶認證中心服務有限公司、廣東科鑒檢測工程技術有限公司。上海機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院是上海電器科學研究所（集團）有限公司旗下集機器人研發(fā)、服務、成果轉(zhuǎn)化于一體的新型研發(fā)機構(gòu)。它是上海市機器人研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺和國家機器人檢測與評定中心（總部）的實施載體,圍繞機器人產(chǎn)業(yè)的需求，搭建機器人共性技術平臺，為企業(yè)提供技術服務，承擔國家機器人檢測與認證職能，加速科研成果轉(zhuǎn)化進程，推動機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為國內(nèi)領先、國際知名的機器人技術研發(fā)、服務和成果轉(zhuǎn)化高地。近年來，通過技術研發(fā)、標準制定、檢測認證、成果轉(zhuǎn)化、人才聚集、行業(yè)資源融合六大智能陸續(xù)匯聚機器人技術及人才資源，培育了一批科技型企業(yè)，形成了機器人產(chǎn)業(yè)的集群，成為國內(nèi)領先、國際知名的機器人技術研發(fā)、服務和成果轉(zhuǎn)化高地。上海機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司目前開展的業(yè)務有標準化服務、可靠性提升服務、智能化評價服務、智能創(chuàng)新應用服務和成果轉(zhuǎn)化與孵化。重慶凱瑞認證服務有限公司（英文縮寫：CRRI）是經(jīng)國家工商行政管理部門注冊登記，國家認證認可監(jiān)督管理委員會（CNCA）批準，具有獨立法律地位的第三方認證機構(gòu)。CRRI

是中國通用技術集團旗下重慶德新機器人檢測中心有限公司設立的全資子公司，并于

2020

年

5

月獲批成為自愿性產(chǎn)品認證機構(gòu)，2020

年

6

月獲得中國機器人（CR）認證資格。公司擁有國家機器人檢測與評定中心（重慶）、國家機器人質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（重慶）兩個國家級平臺，是中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事單位、中國機器人檢測認證聯(lián)盟成員單位。中國軟件評測中心（工業(yè)和信息化部軟件與集成電路促進中心），簡稱中國軟件評測中心，作為國內(nèi)權威的第三方軟、硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)質(zhì)量安全與可靠性檢測、認證機構(gòu)，是直屬于工業(yè)和信息化部的一類科研事業(yè)單位。成立近

30

年來，中國軟件評測中心秉承“專業(yè)就是實力”的宗旨，共承擔了

10

萬余款軟硬件產(chǎn)品和

1

萬余項信息系統(tǒng)工程的測試任務，業(yè)務網(wǎng)絡覆蓋全國

500

多個城市。16國家機器人檢測與評定中心（沈陽）是由中國科學院沈陽自動化研究所建成的集機器人檢測認證、標準制修訂、科研開發(fā)為一體的國家級第三方專業(yè)檢測認證機構(gòu)，擁有國家機器人質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（遼寧）、國家機器人標準化總體組秘書處等國家級平臺，具備國家認監(jiān)委、認可委的

CMA、CNAS

檢測資質(zhì)和認證資質(zhì)。中心檢測業(yè)務范圍涵蓋各類工業(yè)機器人、服務機器人的機器人整機、核心零部件、機器人集成應用系統(tǒng)的檢驗檢測，包括性能、安全、電磁兼容、環(huán)境試驗、噪聲、電氣安全及伺服電機、精密減速器等核心零部件檢測實驗室。中心認證業(yè)務范圍涵蓋各類機器人產(chǎn)品的

CR

認證服務。廣州機械科學研究院有限公司（中汽檢測技術有限公司），是中國機械工業(yè)集團有限公司專業(yè)從事汽車零部件、機器人及自動化裝備的第三方檢測和認證服務機構(gòu)。運營管理著“國家自動化裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”、“機械工業(yè)汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心”，現(xiàn)擁有

12個汽車零部件專業(yè)試驗室和

14個機器人及自動化裝備檢測專業(yè)實驗室，在廣州、蘇州、長沙、保定分布有不同專業(yè)的檢測能力，是“國家機器人檢測與評定中心（廣州）”的建設單位、國家3C

認證授權實驗室和汽車零部件、機器人和智能裝備標準起草和參與單位，成為商務部“國家汽車及零部件出口基地技術研究開發(fā)平臺”，是首批國家級機器人、智能裝備檢測與認證機構(gòu)。蕪湖賽寶機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司成立于

2015年

3月，由廣州賽寶信息產(chǎn)業(yè)技術研究院、蕪湖哈特機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司、蕪湖濱江智能裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司共同出資成立，是服務工業(yè)機器人全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)設計、檢驗檢測、認證等服務為主的第三方專業(yè)化高技術服務企業(yè)。廣州賽寶認證中心服務有限公司成立于

2000

年

9月，由工業(yè)和信息化部電子第五研究所投資組建、經(jīng)國務院行政主管部門授權及國際體系認可，是專業(yè)從事認證、評估、研究、培訓等技術服務的第三方機構(gòu)，也是中國最早的認證機構(gòu)，前身為成立于

1956

年的“中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗研究所”審查部，從

1979

年將“認證”的概念引入中國至今，賽寶已經(jīng)向各行業(yè)頒發(fā)各類的證書數(shù)萬張，建有廣東省工業(yè)機器人可靠性工程實驗室。廣東科鑒檢測工程技術有限公司廣東科鑒檢測工程技術有限公司（以下簡稱“科鑒檢測”）是一家致力于提升國產(chǎn)裝備可靠性水平的國家高新技術企業(yè)和17第三方檢測專業(yè)機構(gòu)?？畦b可靠性具有國家認定和認可的

CMA、CNAS、DILAC

等第三方檢測資質(zhì)證書以及裝備承制（試驗類）、GJB9000C、生產(chǎn)備案等裝備承試資質(zhì)證書，擁有安全測試、環(huán)境試驗、可靠性試驗、軟件測評、元器件老化篩選實驗室。184

機器人可靠性水平4.1工業(yè)機器人可靠性水平發(fā)達國家在工業(yè)機器人技術和產(chǎn)業(yè)方面占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，以

ABB、庫卡、發(fā)那科和安川為代表的“四大家族”，以及

UR、EPSON、iRobot

等行業(yè)新貴，占據(jù)全球

60%以上的市場份額，高附加值的高端制造領域（電子制造、汽車裝配等）幾乎被四大家族壟斷。國產(chǎn)機器人進入高端應用領域的主要瓶頸是可靠性差距。可靠性測評可以得到工業(yè)機器人的可靠性水平，得到工業(yè)機器人的平均故障間隔時間（MTBF）、壽命等，為生產(chǎn)企業(yè)對機器人零部件的選取、保養(yǎng)、維護、零部件更換以及產(chǎn)品壽命評估提供依據(jù)。工信部在《工業(yè)機器人行業(yè)規(guī)范條件》以及“中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要”規(guī)劃中，明確提出了“可靠性、環(huán)境適應性和耐久性水平接近國外同類產(chǎn)品水平，平均故障間隔時間（MTBF）不低于50000

小時的規(guī)范條件；到

2020

年，工業(yè)機器人平均故障間隔時間達到

80000小時”的目標要求。目前，有

7

家企業(yè)的傳統(tǒng)工業(yè)機器人經(jīng)第三方測評機構(gòu)進行了

MTBF

測評，測評結(jié)果如圖

9

所示，其中有

1

家達到了

8

萬小時，最低通過了

2

萬小時的測評。圖

9

傳統(tǒng)工業(yè)機器人測評結(jié)果19目前，有

7

家企業(yè)的協(xié)作機器人經(jīng)第三方測評機構(gòu)進行了

MTBF

測評，測評結(jié)果如圖

10

所示，其中最多達到了

8

萬小時，最低通過了

2

萬小時的測評。圖

10

協(xié)作機器人測評結(jié)果目前，有

1

家企業(yè)的

SCARA

機器人經(jīng)第三方測評機構(gòu)進行了

MTBF

測評，通過了

20000h

的

MTBF

測評。完成工業(yè)機器人整機

MTBF

測評的機器人，其零部件包括電機、減速器、控制器、驅(qū)動器等都達到整機完成的

MTBF

測評值。注：本節(jié)提到的

MTBF測評值表示產(chǎn)品通過了相應的

MTBF值，不代表此產(chǎn)品

MTBF水平上限。4.2AGV/AMR可靠性水平當前部分工業(yè)移動機器人企業(yè)如北京京東乾石科技有限公司、深圳市海柔創(chuàng)新科技有限公司已經(jīng)對產(chǎn)品的平均無故障工作時間（MTBF）開展測評。深圳市海柔創(chuàng)新科技有限公司還開展了設計壽命

5

年的測評。20圖

11

潛伏頂升式

AGV圖

12

箱式倉儲機器人4.3服務機器人可靠性水平服務機器人部分頭部企業(yè)經(jīng)測評已達到了設計壽命

5

年的目標值。圖

13

服務機器人圖片215

機器人典型故障信息5.1工業(yè)機器人典型故障信息5.1.1

整機典型故障信息經(jīng)過廣泛的調(diào)研和行業(yè)摸底，匯總工業(yè)機器人整機的典型故障如表

14

所示。表

14

工業(yè)機器人典型故障表序號系統(tǒng)名稱典型故障模式機器人本體異響12本體關節(jié)/底座等連接螺絲松動、斷裂減速器故障：減速器漏油（密封圈密封失效）、損壞，減速器抖動3機器人本體45機械臂抖動軸脫落6關節(jié)撞毀7通信異常8機器腳本運行一段時間后報錯停機控制器存儲卡損壞控制器電路板損壞控制器外部急停輸入失效急停按鈕失效9控制系統(tǒng)10111213141516伺服報位置超差錯誤伺服欠壓伺服系統(tǒng)關節(jié)運行伺服無有效數(shù)據(jù)伺服驅(qū)動器通信中斷22序號17181920212223242526272829303132333435系統(tǒng)名稱典型故障模式伺服驅(qū)動器損壞運行錯誤程序加載異常IO

連接錯誤軟件WaitIO

超時重新啟動失敗機器人運行中系統(tǒng)重新啟動系統(tǒng)不能重新啟動示教器急停按鈕失效示教器顯示屏失效示教器屏幕滑動失效示教器破損示教器示教器燒毀動力線纜損壞信號線纜損壞線纜電源其他線纜斷裂電連接器接口損壞電連接器與插針接觸不良電源連接器與插針接觸不良部分故障的失效分析圖片如表

15、16、17

所示。23表

15

工業(yè)機器人部分本體故障的失效分析圖片機器人本體故障關節(jié)漏油減速器油封密封圈破損減速器油封密封圈磨損螺釘斷裂螺釘斷裂24機器人本體故障減速器軸承碎裂減速器軸承碎裂表

16

工業(yè)機器人部分示教器故障的圖片示教器故障示教器花屏25表

17

工業(yè)機器人部分驅(qū)動單元故障的圖片驅(qū)動單元故障驅(qū)動模塊過溫母線電壓欠壓5.1.2

工業(yè)機器人零部件典型故障信息（1）工業(yè)機器人控制器工業(yè)機器人控制器在

MTBF

測試中出現(xiàn)的典型故障模式和表

11

控制器系統(tǒng)的典型故障模式相同。（2）工業(yè)機器人減速器工業(yè)機器人精密諧波與

RV減速器在整機系統(tǒng)測試和單體測試中零部件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的典型故障模式如表

18

所示。表

18

機器人用減速器試驗典型故障表序號諧波減速器故障名稱柔性軸承外圈疲勞斷裂柔性軸承溝道疲勞磨損柔輪剛度失效RV

減速器故障名稱轉(zhuǎn)臂軸承過載失效12345太陽輪輪齒斷裂時效曲柄軸彎曲變形失效擺線輪傳動精度退化失效密封件性能退化漏油失效柔輪輪齒磨損失效潤滑油老化未及時更換零部件結(jié)構(gòu)常見的故障照片如表

19

所示：26表

19

機器人用減速器部分故障照片機器人用減速器部分故障柔輪剛度失效：扭麻花柔性軸承：外圈斷裂柔性軸承：內(nèi)圈嚴重磨損RV

減速器：轉(zhuǎn)臂軸承卡死太陽輪軸：齒面過載磨損擺線輪：齒面膠合減速器作為機器人的核心零部件，潤滑是保障其正常運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)各項標稱性能的必要手段，油脂的選用及長期使用性能表現(xiàn)關乎產(chǎn)品的使用壽命、研發(fā)/生產(chǎn)廠家的成本控制等多項經(jīng)濟指標。一般工業(yè)機器人用潤滑油脂的技術確認權掌握在整機廠及關鍵零部件（精密減速器）生產(chǎn)商手中，許多機器人生產(chǎn)企業(yè)都有自己指定的潤滑油品牌，例如日系機器人減速器潤滑與日本協(xié)同系列油27脂關系緊密；歐系機器人多采用嘉實多、美孚等潤滑品牌；國產(chǎn)減速器廠家如南通振康亦指定專用油脂為

ZK

RE

00

等。隨著減速器的國產(chǎn)化替代持續(xù)發(fā)展，潤滑油脂的國產(chǎn)替代需求也非常迫切，杭州得潤寶等國內(nèi)潤滑油脂研發(fā)企業(yè)陸續(xù)推出適用于國產(chǎn)減速器的潤滑產(chǎn)品，如

2019

年推出的靈威

9101

系列潤滑油脂已經(jīng)應用在多個國產(chǎn)品牌（如南通振康、秦川發(fā)展、珠海飛馬、中大力德、武漢精華等）減速器上，在與國外進口品牌油脂的性能測試對比上也表現(xiàn)優(yōu)異，見表

20。表

20

得潤寶

9101

潤滑油脂與某進口品牌油脂的性能測試對比序號測試項目錐入度/0.1mm滴點/℃某進口品牌油脂

得潤寶靈威

9101檢測方法GB/T269GB/T3498123425165423180GB/T7326，方法銅片腐蝕2c1b乙45678氧化誘導期（180℃）PB/kg1208012010025028895SH/T0790SH/T0202PD/kg250900320-20℃啟動轉(zhuǎn)矩/mN·m-20℃運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/mN·mSH/T0338注：數(shù)據(jù)來源于公開資料。潤滑作為保障機器人減速器正常運行的重要組成部分，油脂或油液的存量多少和性能好壞對減速器齒間嚙合、腔內(nèi)溫升、滾動接觸等均會造成“致命”損傷，研究減速器油脂對國產(chǎn)機器人減速器水平提升有著至關重要的影響。減速器油脂在測試中出現(xiàn)的典型故障模式如表

21

所示。28表

21

機器人用減速器油脂典型故障表序號故障模式故障原因1假漏油：設備運行磨合期假漏油油封問題：油封破損，油封與油脂相容性不佳被腐蝕；油封老化失去密封效果；油封裝配不當導致變形等234摩擦副設計問題：轉(zhuǎn)軸設計/加工問題、電機法蘭設計問題、輸出連接法蘭設計問題、O

型圈裝配問題等漏油內(nèi)部壓力問題：不良發(fā)熱導致內(nèi)部壓力升高；油脂用量不當（過飽和）5678油脂選型不當，如粘度過低或高溫穩(wěn)定性欠佳油脂變質(zhì)，如高溫氧化、乳化等油脂變性過磨損，油脂內(nèi)部鐵粉等含量過高異物污染，如進水導致水分含量過高等油脂常見故障照片如表

22

所示：表

22

機器人用減速器油脂部分故障圖片機器人用減速器油脂部分故障油脂顏色隨使用時間增加變深油脂變色油泥29機器人用減速器油脂部分故障油內(nèi)污染（纖維）油脂過磨（鐵粉含量過高）（3）工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)工業(yè)機器人需要搭載重物，規(guī)劃路徑具有不確定性和復雜性，通常需要急轉(zhuǎn)急停、頻繁的正反轉(zhuǎn)，搭載重物時負載會實時變化，這些工況都可能造成伺服電機系統(tǒng)故障和異常。工業(yè)機器人伺服電機系統(tǒng)在日常應用中出現(xiàn)的典型故障模式如表

23

所示。表

23

機器人用伺服電機系統(tǒng)典型故障表序號故障類型啟動異常故障表現(xiàn)啟動報警123456789啟動跳閘啟動無力高速運轉(zhuǎn)噪音大低速正常告訴偏差高速正常低速偏差運行抖動運行故障跑位輸出不平衡30序號10故障類型故障表現(xiàn)剎車失靈11軸承槽磨損轉(zhuǎn)自斷裂1213軸斷裂結(jié)構(gòu)故障14磁鐵爆鋼、脫落剎車片磨損插頭損壞1516（3）工業(yè)機器人線纜線纜典型故障模式如表

24

所示。表

24

工業(yè)機器人部分線纜故障的失效分析圖片線纜故障電纜編織屏蔽層磨損屏蔽線漏出線纜外部絕緣層鼓包31表

25

電纜的典型故障模式故障原因分析序號故障模式短路故障由于機械應力造成導線絕緣層損壞，使導線和導線之間、導線和屏蔽之間接觸。123開路故障絕緣損壞由于彎扭等機械應力導致內(nèi)部導線斷裂由于機械、電、熱應力等造成絕緣損壞、老化。由于彎扭等機械應力導致護套鼓