【国家标准(GB)】 工业自动化系统 制造报文规范 第3部分:机器人伴同标准

GB/T 16720. 31996
本标准是根据国标标准化组织和因际电1委员会1S/1EC5806%：1991&工业自动化系统制造报文规范第3部分：机器人伴同标准》而制定的。在技术内容上与该润际标准等效，在编写格式上符台我国标准G/1.11993标准化正作导则第-单元第部分标摊编写的基本规定》，“司次\按章列出。第1章\范围\按GH/门1.1-·1993的要求重新进行了内容和条款的组织,并删除「国际标准中那些说明在本标准中不规定和不标识的内穿的句了，第2章*引用标准\按（315/11.22--1993的规延进行缩写，先列出国家标准，后列出国际标准，并按顺序编排。第3章原文定义的术论共13条，本标样册去了与GB/T12613中相电复的7条。第-2.1.2.2条中，原文有*TanlTip\的提法,国机器人术语及动能测试时的提法不同,故改为TCP\（TH中心点)。第5.2.2.1条图74座标轴向与IS)9757不一致，本标摊作了相应的修改，目前1SO/1C184/SC5虽已提出了两个修改件草案.因未正式发布，故本标准其余章条的内容，此版不作更改和补充。在附录的般后+国际标准为\紫引\,在本标摧中改为\中英对照“，片册去-些复的词。
过对该国际标准的等效采用，促使我们全面理解标准的内容，更好地贯彻和实施本标准，从丽促使我国机器人和机器人系统的开发和应用，使之在生产中产生更大的经济效益根据GBT1.1的规理：保留广该国际标准的前音和引言，本标雅是工业白动化系统制造报文规范的第3部分，前两部分已转化成我国标准，其余部分正在转化中。其名称如下；
第1部分：眼务定义：
第2部分；协设规范；
第3部分：机器人伴同标准；
第4部分：数控伴同标准：
第5部分：可编程控制器伴同标准；第6部分：过程控伴同标准，
本标准队1997年7月「H起实施;
本标难的附录A、B都提示的附录：本标摊出全因工业自动化系统标委会提出：本标准由机械部北求械工业自动化所照口并起草；本标准起草人，胡京+郝淑芬法重重.GB/T 16720. 3—1996
ISO/IEC前言
国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)共同组成世界范围标准化体系。↑为IS()或IEC成员的国家团体通过这两个组织所设置的从事各自领域内技术活动的技术委员会，案与国际标准的制定工作，ISO和IEC各技术委员会在共同感兴题的领域内互相合作，其他与1SO利IE：有联系的，政府问的和民闻的阔际纽织：也参与了此工作，在信息技术领域内，ISO和IFC:已建立了一个联合技术委员会ISO/IECJTCT。市联合技术委员会正式通过的国际标准草案在国家团体进行投票，至少要有参册投票的国家团体的7%同意，小能作为菌际标准出版。
1SO/1EC 9506-3国际标准是也TSCO/TC184\工业自动化系统和集成\联合技术委员会制定的。I.SO/IEC050F在总标题“工业自动化系统制造报文规范”下由下列部分组城：一第1部分：服务义！
第2部分：协议规范；
第3部分机器人伴同标准。
附求A和B仪作为资料性附录。
GB/T 16720. 3.-. 1996
本标推用使用机器人利机器人案统的开放通信系统，该机器人或机端人新统是依据（S模型(G9387)与通倍网络互.连的。本标准认可机器人对于一些装否可充当控制器（客产).这毕装付包与机器人和连接的视觉系统和夹持器等：与这些骨通信的客户致性，本标准未进行定义，应止该装置的件同标准来定义与这些装逝信的一致性要求·或山GB/T16720.1(IS0/IFC:3501)和GF/T16726.2(150/1F055062)来文。
本标准定义？当机器人使川F其有多客广网络4的-致性要求。并来用仓IS08824中定文的方法火描述投文
本标准给出了儿种致性类别的说明，其中包括个基本类别。毕本类别被作为祝器人的最低限的一致性来考志，这些机器人是作为网络的计算机或客户装凹的“从设备\()或服务器而造人的。基本类别形成广机器人在这些类型网络中的·-致性的\内核”(Kernel)。所有其他的-一致性类别将被附加倒基本类别上：木标准亦给出「包括MMS通用模型中未定义的协议元索的灿象语法总示法内的机器人专用服务利协议
本标准认可机器人对与其相连的诸如观觉系统和齐种夹持器等的装舒充当控制器，并标识这种方式中进行通估的要求，但并不标识机器人起客户作用时MMS服务利协议的一·致性要求，这紫致性要求巾预定与机器人通信的那些装管的伴同标准来标识，MMS要求与某些标准一起使用，这些标摊能实现GB9387所定义的信息处理系统中开放系统互违所需的系统性和统-件的规定。用此，MMS被置」SI模型的应用层内，它规定扩展信系统网络所要求的应用服务元索和协设，该网络是供自动化上厂环境的可编程控制装皆使用的。出MMS所定义的服务是通用的.供各下伴固标准引用。但每个伴同标准面向一个更专用的应归类别。本标准考虑到任何时刻机器人棉要安全操作，在IS）10218十规定了机器人的安全数求在±标中所描绘的全部极器人动作都是在安全标推中详可的。本标准的实施只需要最低限的包括在第9章中的MMS执行程序，该章引用厂G/T16720.【和GR/T16720.2的一效性要求。为「正确地实施本标准，机器人和机器人案统的MMS实施书时MMS应有全面的理解，并应对本标准所柳定的建模，服务和协议有充分的理解。机器人及快器人系统的用！应接受本义件中有关服务利建模的章条的指导。本标准所采用的术语\机器人\印ISC8373中所义的“操作型工业机器人”，当在本标准中便用术语\机器人“时，通带是指操作机以及为了机幕人实施任务所需的挖制系统和辅助设备、装性，传感端或逆信链。图1表尔了在本标准中描述的机器人系统的各个元案，出」1SO837中的定义只描：其有单宵的机器人系统·而本标准亦考虑「可协调操作的多臂机器人，因为此六语已经通用化。术语“忆器人系统控制器\应包括系统的（多个)机器人臂(可能有多个)的控制程序的（单)迁务程净操作。
\MMS的各种服务\指的是在GB/T1G720.1中所定义的抽象服务，\MMS协议\培的是在GH/T16720.2所是义的协议。
CB/T 16720. 3 :1996
机张人背
制作序
路径规划器
相服机构
操作机
末端执行器
动力游
1个或患个
图1机器人系统
挑路人系统
酒肯接T
任务程
描勘装境
0个或出个
1范围
中华人民共和国国家标准
工业自动化系统
制造报文规范
第3部分：机器人伴同标准
Industrial automatian systemsManufarluring Message Specification(MMs)Part 3:Companion standard for roboticsGB/T 16720.3-1996
eqiso9506-3.1991
本标难规定【需要由MMS伴同标准现定的协议元素的抽象语法记法表示的各种机器人专用服备和试议及机器人专用的标准化对象。本标准描述了机器人的模型以及机器人的属性如例被快射到虚拟制造装的属性上。本标准给出「包含一个基木类别和儿个增强型类别(enhameed lasses)的一致作类别的说明,本标推给出了在本标谁规定的抽象语法中作为服务器操作的机器人的协议和齐种服务适义。本标准适用F使用机器人和机幕人系统的开放式通系统，而该机器人或机器人系统依据（S1模型与通信网络相连的。
2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被惨订，使用本标准的各方应探讨、使用下列标准最新版本的可能性。GR9387—1988信息处理系统开放系统五连毕木参考模型(idtISO7498:1984)(13/T12643—1990业机器人术语和图形符号(GB/T15129—1994信息处理系统开放系统互连服务约定(iIS)/TR8509:1987）GB/T16262—1996息处理系统开放系统互连抽象语法记法1(ASN.1)规范(idtSt)/IFEC8824:1990)
GB/T16720.1—19961.业自动化系统9506.1.1990)
GB/T16720.2—1996工业自动化系统9506-2:1990)
IS0 8571:1988
1S() 8649:1988
1S0 8650:1988
150 9787:1990
IS()10218:1992
制造报文规范第1部分：服务定文（VISO)/EC制造摄文规范第2部分：协改规范（cAVIS/IEC)开放系统互连
信息处理系统
开放系统互连
低息处理系统
信息处理系统元放系统互连
工业机器人坐标系利运动
操作型工业机器人安全
国豪技术监督局 1996-12-26 批准文件传送、存取和管理
关联控制服务元素的服务定义
关联控制服务元素的协设规范
1997-07-01实施
3定义
本标难采川下列定义。
3. 1 通用定义
GB/T 16720.31996
本标准采用GB/T16720.1,GB/T16720.2第3章及CB/T12643利ISO9787中已定义的术谱，3.2专用义
3.2.1本地控制localconirol
是一个布多值，它捐出对于远程燥作能或不能习引起MMS服务器状态的变化，各衣地控通是TRL:E《真），则远程操作不能政变服务器的状态。：此定义适用于MMS伴同标准.但与19()10218所定义的含义不同：3.2.2便能运动matianenzbled
是个布尔值.此低为TRUE（)，则表示对一个机器人臂控制程序的有效指令的存在将导致机器人臂的运动。
3.2-3远程操作remote operation通过SI通信网络使用MMS服务进行换作的数据采集或制。3.2.4机器人臂obol
当在本标准中使用时，指的是一个操作机和未端执行器及其动力源以及控制操作机的控制程序，3.2.5机器人系统控制器robot system cuntroller机器人的整个控制系统，出（单个)任务程序及用于控制（单或多个)机器人曾和（单或多个)辑助装置的(节或多套)控制程序组成。注：本标准的语“机人“即“工业机器人”。3.2. 6 步step
一个任务程序执行的基本元素。它可包含也可不包含机器人的选动。往，张的概念最决士机器人的遍得语言。4缩略语
在本标谁的正文小使旧了下述缩略语。ACSE：
关联控制服务元素
应用服务元素
袖象语法表示法(1)
条件参数
一致性构造块
伴同标准
国际标准苹案
文件传送、存取和管理
输入/输出
国际标准
机械接I坐标系
制造报文规范
开放系统万连
PDU：
5机器人应用描述
5.1制造配
5.1.1—般考虑
GB/T 16720.3 -:1996
协议数据单元
协议执行程序一致性语句
技术报告
用户任选参数
惠拟制造装置
在木标准第9章中所定义的-一致性类别与其被使用时的配暨万关，在此条款中所捕述的配置仅起指导作用，是为了对作为本标准基础的基本原理的深入了解。实际的配受能够问对展明几种配置的特性。
在远程通信环境中、一个节点被认为是客户，分一个节点被认为是限务器。一个与机器人连接的卡机（hust)被认为是机器人的客户。主机通常给机器人以命令并监控机器人的功能.机器人相对丁主祝被认为是服务器，在机器人通过心SI通信通道与暂能周边设备（诸如类持器、视觉系统等装）或H他机器人相连接的情况下，此机器人相对十这些装置被视为客户，本标准所描述的各个装置之间的连接为逻辑连接。
显然操作凝和示教盘能够被用于直接操作机器人，但在上述的意义中，由于飞们没有通过（SI通信逾道与机器人连接，因此不认为它们是客户。然而，可以认为它们是机器人服务器的一部分，当客户与机器人进行通信时，本标准没有对客户的配曾规定低何硬性要求。只要客户有能力把适当的请求发送判机器人和接收来有机器人的应答。5.1.2配首（一）：机器人服务器，单客户本配置是由一个客户（即主计算机）租1一个机器人所组成（见图2），客户控制机器人或与其逃行遍信联络。客户或主机把请求发送到机器人或服务器，对此，机器人必须应等。机器人可包含其本身的诸如视觉和夹持器控制等了系统，这些子系统不通过MMS米直接控制，也不属于配（)的范围。在配暨（一)的简单执行程序中，仅需要一个MMS关联。在较复杂的执行程序中1，可以有多个共4的 MMS 关联
榭如1.为广增加通流量，在主机和机器人之问使用了两个MMS关联。非机
(案户)
机器人
（服务器）
图2机器人服务器/单客户
5.1.3配置（）一个机器人服务器，多个客户在配留（二)中，机器人是服务器，但有多个客户（见图3)。由二任何客户（主机)都能初始化个关GB/T16720.31996
联，因此，要求机器人（服务器)部分能对多个其存的美联进行支持，一个多客户配置要求有一个取得放弃机器人控制权的机制。没有这种能力，就没包方泌去防止个以上的客户同时企图控制机器人。1. 机 1此内容来自标准下载网
（客剂)
机器人
(服务器)
图3机器人服务器/多个客户
此种配罩的个例子是--个实施机器人控制的士跳及一个作为更大系统·部分用以监控机器人的第二主机。
5.1.4配爱（三）机器人客户
在配暨（三)中，机器人是一个或多个装置的客户（见图4）。该机器人同时也可能如配皆（一)和配宵（二所示，对个或多个去机而言，义是一个服务器。机器人在客户身份中，要求能起请求启动器的作用,而不仪是。-个应答。
本标准仪定义作为客户的系统和各个作为各服务器的机器人之间的交互作用，并不定义与其他装置如视觉系统、待器等的交点作用。此类交了作用只能由基于这些装的要求来定义。此类配经的例是一个作为客户的机器人对作为文件务器的另个系统，机器人
（服务器）
5.1.5配置（叫）：尚层对同层
（服务器】
图4机器人客户
（服务器）
在配置（四)中，几台机器人被认为是同层的，并H都能起客户和服务器两种作用（见图5）。在此配置中，每个机器人含有客广和服务器两重身份。机器
5.2机器人专用模型
5.2.1机器人物理模型
5. 2. 1. 1总则
机器人
图5同层对同层
机器人
GE/T16720.3—1996
本标准描述「一个机器人系统的抽象模型，为了从通信通道内角度带述机器人的活动能力，需要有该模型的各种属性，实际的机特人系统可能有比在此描述的更多的特性。但也人婴求机器人系统具行在本标准中所捕述的全部属性。：-个机器人系统楚出一个或多个机器人臂以及个机群人系统控制器组贼。还有者干与机涨人臂协调作用的辅助装罩.它们是从机器人臂口物理地和逐举地分离出米的特别是各种安全联锁就是此类辅助装暨之·种.其中急停按钮可视为·人组件5.2. 1.2机器人臂
5. 2. 1.2. 1机端人臂了系统
机器人案统的中心要索是由操作机及其动力源、机器人剧控制程序和术端执行器组成的机器人臂，本标准的集中点是物器人臂的远程操作及与其起的辅助装置的协谢控制，操作悬由一组机械连杆和关节组成，每个连杯与其推关连的关节一起继成机器人的一个轴，关节是由一个被机器人臂挖制程序所控制的驱动器所驶动，机器人臂的控制程序被认为是出两个主要部分组皮：一个是们服机钩，一个是路径规划器。在本标准中，已建模的机器人替所具有的特性，同样地影响着伺服机构和路径规划器子系统。为了实掩机器人的任务，了解操作机的关节数月和每个关节的特性楚必要的。为了正确地操作机器人系统，必须了解实际的校准状态（已校准、未校准或正在校准)和电源状态（臂电源开/关）。在-个机器人赚印，信息流程可描述郊下（见阁6）：任务程序生成操作机的编程的位案然后，编程的位姿被传送到路径规划器的子系统[，该系统升成以关节值表示的指令状态。然后，把该指令状态输人到驱动操作机的问服机拘子系统作务程序
编界依姿
路径观划器
指令关节街
实际关价
操件机
图6信息流程
5-2.1.2.2路径规划器
路径规划器子系统接收来自任务程序的指令（或来自其他的局部资源），并H把这些请求转一个时的成组的何服机指令使操作机运动。实际上·路径规划器是负责把所要求的操作机的路径转换成适当的何服机构指令，而其路径是由下只中心点的速度位者来表示的。为了以惯用的方式来浓示这些运动，引人一纽坐标系来描迷机器人臂。这将在5.2.2中加以详细说明。路径规划器足负责监控操作机运的某些特性，并使用期划直来修改。其中佐得注蔗的是工贝中心点速度和加速度的控制。
编程速度通常是将指令输入到路径规划器而形成的速度。路径规划是来门枫器人系统控制器的任务程序。编程速度通常是比任务程序所建文的工具中心点的速度。速度系数是-种适用于政变操作机述度的超限增值系数。速度系数将收变操作机的缔程速度，风此整个操作机的运动(由任务程序所支配的)能够以某个速度来实施，该速度可由被端程速度均匀地进行上下节。
编程速度通带是把指令箱人到路径规划器商形成的加速度。路径规划足米H机器人系统控测器E/T16720.31996
的任务理序。编程加速度通常是山任务稳序所建立的工具中心点的加速度，加速度系数尽适用于改变操作机的加速度的一个超限增值系数。加速度系数将变操作能的编程加速度.因此整个操作机的运动(由任务程序控制的能够以某个加速度来实施.此加速度可出端經划速度均可助进行上下调节
路径规划器的附如属性包括-一组输入和輪出值。路径规划器的输入值描述了包含位皆、速度和加速度的以欧基甲德间来表示的操作机的编程状态。路径规划器的输出值描述了以关节空问表示的操估祝游指今状态，
5.2.1.2.3机器人伺服机构
器人伺服机构子系统是凸一纤连接的问服机构组成。操作机每个关节都有一个。操作机的关节可以足转动类型或是滑动类型。每个关节可以单独地校准，有一个行程的上下限。每个关节有一套制动析构没-组与构成机器人臂运动链中其他关节有关的连杆参数。得个关节出·个何机树所控制饲服机构把控制语导送到关节驱动器，并且从关节传感器取得反馈信息，同服机构发出指令以动关节到个预定值，并良监控由它运行的实际值。5.2-1.3韩助装智
机器人辅助装智是与机器人任务相关的产系统，它是首接由机露人系统控制器控制的。辅助装曾的控制力入到机器人任务控制器中。在辅助装置控制中使用的信息，例如辅助装置的专用参数，是机器人任务总参数不可缺少的一部分。辅助装置的挖剖能够被一个或多个机竭人程序来实现。注：辅助装的实例有安全联锁.焊接控制器，喷净系就.水魔射系统、规觉系统、传感器剂夹持睾等。5.2.2机器人坐标系
5.2.2.1约定
本标推所使H的坐标系有对坐标系，机电坐标系和机械接口举标系，在IS9787中描述了这些t导批的坐标系，为了帮功了解本标准，在5.2.2.2和5.2.2.3牛描述了为外两种机器人坐标。对于整个制进操作，绝对收标系建立了一个固定的参照框架，并且通常用了工位布局。此垒标系的定义一，般足出用户来制定。机座坐标系建立在机器人安装平面处，通带由机器人制造，给出。机城接1坐标系元：个依附于操作机最斤件上的运动看的坐标系。该件确宽未端热器相对于机感垒板系的位除已标准化的坐标系外，引入两个经常使用的坐标系，即工具整标系和川户坐标系，正其坐标系用上定义机耀人1.具（未端执行器）位骨。用户坐标系用下替代机座坐标系供机器人替作为参照柜架。陶7表示行种机器人坐标系的药定。E
绝对坐标系
5.2.2.2上具坐标系(X,,Y,2,)
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图？抵器人收标系
机械接门坐标系
1.以坐标系的原点是巾实施者所定义的位于机器人工具上的点+十Z,和十X,轴线是实施者所义且相垂直，+Y.轴线是由右手定则确定的。在是坐标系内的个物体由坐标（.,2.变换来表示，其：7：表示沿着X，华标轴线的位移：表示沿着Y.必标轴线的位移；
2.表示沿若7，收标辅线的位移：表示绕若+X，坐标轴反时针方向施转；所表示绕着十Y，坐标辅反时针方向旋转；（表示绕着+2，收标轴反时针方向藏转：坐标变换遵循存于定则正负号方向的约定5.2.2.3用产坐标系(X.,Y..2.）用广垒标系的原点是实麻若所确定的点，十Z.利十X.轴是实施者蒲定的，并只五知年。十Y.堤中在手定慰确是的。
在用户坐标系内的一个物体出其量标（.+2-以，b.，心)的变换米表示，其中：主.表示沿X.标轴的位移；
3装示沿Y.坐标轴的位移：
2，丧示沿Z.坐标轴的位移；
a.表示绕+X.坐标反时针方向旋转：h表示绕十}坐标轴反时针方向靛转：c表示绕十Z.坐标轴反时针方向旋转。坐标变换遵循右下定则正负号方向约定。:
5.2.2.4坐标系变换
GB/T 16720.3—1996
在描述机器人运动的过程中，必须描述空间物体的狂意位置和姿态。上面所述的迁--必标系+都能够作出这种摘述。就某些毁标系而论，一个物体堂置和姿态的说明相当于从参考坐标系转换成嵌入在场中的标系的说明。围此，在器人巡动数学中，变换起着很大作用。上面所还的五种坐标系.其中四种常常是用作摘述其他物体时的参照些标系，而.1具坐标系是哦入在物体中的坐标系，而该物体需要知道位置霜姿态本标准标识了坐标系的止种变换。这些变换是用于摘逆机器系统部件的动力学的相互关系。他们是：·机座坐标系相对于绝对坐标系的变换。·机械接口垒标系相对于机幽坐标系的变换，·用门坐标系相对于机座坐标系的变换，工具坐标亲相对上用户坠标系的变换。，下具垒标系相对于机械接口坐标系的变换。5.3机器人专用功能
5.3.1控制系统
5.3.1.1机群人系统控制器
机器人系统的·个基本部件是机器人系统控制器，它代表了支配器人操作的智能。机器人系统两控制器通常起通过采用多而途计算机运行一个或多个计算机程序来实现，也可用其他的方法来实现在以计算机为基础的方式中，下位计算机在使用的控制功能可能比机器人控制功能更多，但术标准只涉段计算机的与机器人操作有关的功能，在此处机器人操作的义包括为完感机髓人功能所需的全部辑助装的操作。
集斌单元控制器尼功能超出本标准范围的此类计算机系统的一例，作为其操作的…-部分。它直接指浑机器人活动。
5.3.1.2机器人挖制的协调
在许多情况下，能由多点控制机器人的操性。引人通信设备则增加了另一-种潜在的控制点。为了排除在控中的冲突（conlic），设定机器人,H行唯一地对一个控制点的控制赋值方法.此控制赋值起互岸估患作用。
5.3.1.3机器人操作状态
5-3-1.3.1机器人作状态图
妇图8中的描述，机器人系统由一个有限状态自动化装置来建模。
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