1、科技导报 2015 , 33 ( 23 ) www.kjdb.org 机器人标准化领域研究进展和趋势 机器人标准化领域研究进展和趋势 杨书评 , 刘颖 北京机械工业自动化研究所 , 北京 100120 自 2013 年 以 来 , 中 国 已 经 连 续 两 年 成 为 全 球 最 大 的 机 器 人 市 场 , 世 界 各 主 要 机 器 人 生 产 商 也 开 始 关 注 中 国 的 机 器 人 标 准 。 机 器 人 技 术 及 其 标 准 化 又 是 “ 中 国 制 造 2025 ” 的 重 要 内 容 , 因 此 , 机 器 人 的 标 准 化 工 作 对 规 范 国 内 机 器 人
2、 市 场 以 及 占 领 国 际 市 场 起 着 非 常 重 要 的 作 用 , 对 中 国 重 振 制 造 业 至 关 重 要 。 1 机器人国际标准化组织 机 器 人 技 术 起 步 于 20 世 纪 60 年 代 , 而 国 际 机 器 人 的 标 准 化 研 究 工 作 开 始 于 20 世 纪 80 年 代 。 当 前 , 制 定 机 器 人 标 准 的 国 际 组 织 主 要 有 国 际 标 准 组 织 ( International Organization for Stan dardization , ISO ) , 另 外 国 际 电 工 委 员 会 ( The Intern
3、ational Electrotechnical Commission , IEC ) 和 美 国 电 气 和 电 子 工 程 师 协 会 ( Institute of Electrical and Electronics Engineers , IEEE ) 也 制 定 少 量机器人标准 。 ISO 是 最 早 进 行 机 器 人 标 准 化 研 究 的 国 际 标 准 化 组 织 , 1983 年 12 月 , 国 际 标 准 化 组 织 第 184 技 术 委 员 会 第 2 分 技 术 委 员 会 ( 编 号 为 ISO/TC 184 /SC 2 ) 成 立 , 主 要 目 的 是 满
4、 足 汽 车 行 业 机 器 人 自 动 化 和 制 造 环 境 要 求 , 名 称 为 “ 制 造 环 境 用 机 器 人 ( Robots for Manufacturing Environments ) ” 。 当 时 ISO/TC 184/SC 2 只 有 工 业 机 器 人 安 全 一 个 工 作 组 , 后 来 , 由 于 机 器 人 开 始 服 务 于 人 类 , 国 际 机 器 人 联 合 会 ( IFR ) 服 务 机 器 人 定 义 出 现 , 从 2006 年 起 , ISO/TC 184/SC 2 更 名 为 “ 机 器 人 与 机 器 人 装 备 ( Robots a
5、nd Robotic Devices ) ” , 这 种 改 变 使 得 自 动 化 系 统 与 集 成 标 准 化 技 术 委 员 会 ( 编 号 为 ISO/TC 184 ) 的 工 作 范 围 从 工 业 领 域 扩 展 到 非 工 业 领 域 , 随 后 出 现 了 很 多 新 型 服 务 机 器 人 的 定 义 和 工 作 组 , 以 支 持 新 兴 的 机 器 人 市 场 的 发 展 。 当 前 , ISO/TC 184/SC 2 的 工 作 范 围 包 括 除 了 军 用 和 玩 具 之 外 的 所 有 机 器 人 , P 成 员 ( participating countrie
6、s ) 已 经 达 到 22 个 , O ( observing countries ) 成 员 7 个 , 机 器 人 的 国 际 标 准 化 工 作 进 入 了 一 个 新 的快速发展的时期 。 2 机器人国际标准化现状 ISO/TC 184/SC 2 的 工 作 重 心 一 直 在 机 器 人 本 体 方 面 , 安 全 与 性 能 测 试 标 准 是工作重点 。 截 至 2015 年 10 月 , ISO/TC 184/SC 2 发 布 的 国 际 标 准 ( IS ) 和 指 导 性 技 术 文 件 ( TR ) 只 有 12 项 , 内 容 涉 及 机 器 人 词 汇 、 安 全
7、与 测 试 方 法 、 接 口 等 方 面 , 2012 年 后 , 发 布 了 2 项 与 服 务 机 器 人 相 关 的 标准。以下为所有标准 1 : 1 ) ISO 8373 : 2012, Manipulating industrial robots - Vocabulary ; 2 ) ISO 9283 : 1998, Manipulating industrial robots - Performance criteria and related testing methods ; 3 ) ISO 9409- 1: 2004, Manipulat ing industrial ro
8、bots - Mechanical inter faces - Part 1: Plates ; 4 ) ISO 9409- 2: 2002, Manipulat ing industrial robots - Mechanical inter faces - Part 2: Shafts ; 5 ) ISO 9787 : 2013 , Robots and ro botic devices - Coordinate systems and motion nomenclatures ; 6 ) ISO 9946 : 1999, Manipulating industrial robots -
9、Presentation of char acteristics ; 7 ) ISO 10218- 1: 2011, Robots and robotic devices - Safety require ments - Part 1: Industrial Robot ; 8 ) ISO 10218- 2: 2011, Robots and robotic devices - Safety require ments - Part 2 : Industrial robot systems and integration ; 9 ) ISO 11593 : 1996, Manipulating
10、 industrial robots - Automatic end effect er exchange systems - Vocabulary and presentation of characteristics ; 10 ) ISO 13482 : 2014, Robots and robotic devices - Safety requirements for personal care robots ; 11 ) ISO 14539: 2000, Manipulat ing industrial robots - Object handling with of grasp- t
11、ype grippers - Vocabu lary and presentation of characteristics ; 12 ) ISO/TR 13309 : 1995, Manipu lating industrial robots - Informative guide of test equipment and metrology 简要 介绍 了国 际国 内机 器人 标准 化组 织及 其历 史 , 综述 了机 器人 标准 化领 域的 研究 现状 及中 国实 质性参与国际标准化的情况, 展望了机器人技术国际国内标准化的未来发展趋势 。 1162015 世界机器人大会报道特刊 ww
12、w.kjdb.org methods of operation for robot perfor mance evaluation in accordance with ISO 9283 。 当 前 , ISO/TC 184/SC 2 共 8 个 工 作 组, 工作组名称和工作内容 2 为: 1 ) ISO/TC 184 /SC 2/WG 1 : 词 汇 和 特 性 ( vocabulary and characteristics ) 。 2012 年 , 完 成 修 订 了 机 器 人 词 汇 , 定 义 了 与 机 器 人 相 关 的 新 词 汇 , 如 服 务 机 器 人 、 医 疗 机
13、 器 人 、 自 治 程 度 等 , 正 在 制 定 移 动 服 务 机 器 人 词 汇 标 准 , 此 工 作 组 主 要 是 韩 国 专 家 主 导 。 新 的 机 器 人 定 义 正 在 修 订 中 , “ 具 有 一 定 程 度 的 自 主 能 力 , 可 在 其 环 境 内 运 动 以 执 行 预 期 的 任 务 的 可 编 程 的 执 行 机 构 ” 这 个 新 的 机 器 人 定 义 在 2015 年 6 月 ISO/TC 184/SC 2 年 会 已 达 成 共 识 , 表 明 机 器 人 的 范 围 得 到进一步的扩展 。 2 ) ISO/TC 184 /SC 2/WG 3
14、: 工 业 安 全 ( industrial safety ) 。 主 要 是 美 国 工 业 机 器 人 协 会 ( American Industrial Robot Association ) 主 导 。 目 前 , 工 业 机 器 人 的 标 准 已 经 比 较 完 善 , 本 体 安 全 与 集 成 安 全 的 标 准 已 经 修 订 完 成 , 协 同 机 器 人 的 安 全 要 求 有 望 2015 年 底 发 布 。 将 来 的 工 业 机 器 人 末 端 执 行 器 安 全 要 求 和 工 业 机 器 人 手 动 负 荷 站 安 全 要 求 分 别 是 对 协 同 安 全 和
15、 集 成 系 统 安 全 标 准 的 补 充 。 可 以 看 到 , 工 业 机 器 人 安 全 标准正在形成一个较为完善的体系 。 ISO/TC 184/SC 2/WG 7: 个 人 护 理 机 器 人 安 全 ( personal care ro bot safety ) 。 完 成 了 服 务 机 器 人 领 域 第 一 个 安 全 标 准 ISO 13482 : 2014 个 人 护 理 机 器 人 的 安 全 要 求 。 此 标 准 涉 及 电 动 平 衡 车 、 外 骨 骼 机 器 人 、 移 动 机 器 人 等 服 务 机 器 人 产 品 ( 图 1 ) 3 。 英 国 行 走
16、与 爬 行 机 器 人 协 会 ( CLAWAR ) 、 日 本 机 器 人 制 造 企 业 生 化 人 公 司 ( Cyberdyne ) 、 德 国 库 卡 机 器 人 公 司 ( KUKA ) 和 弗 朗 霍 夫 研 究 所 ( Fraunhofer ) 等 公 司 和 研 究 单 位 都 参 加 了 此 项 国 际 标 准 制 定 。 现 在 工 作 组 正 在 进 行 与 个 人 护 理 机 器 人 安 全 相 关 的 测 试 方 法 和 指 导 性 文 件 的 编 写 , 纳 恩 博 ( 北 京 ) 科 技 有 限 公 司 在 此 领 域 也 作 出 了 贡 献 。 将 把 在 某
17、 些 特 定 条 件 下 的 移 动 机 器 人 的 人 工 测 试 方 法 ( manual test methods for mobile robots ) 写进国际标准 。 3 ) ISO/TC 184/SC 2/WG 8 : 服 务 机 器 人 ( service robots ) 。 正 在 制 定 服 务 机 器 人 性 能 及 相 关 测 试 方 法 的 系 列 标 准 , 包 括 移 动 机 器 人 及 导 航 等 。 IEC 方 面 , IEC/TC 59 ( 家 用 和 类 似 用 途 电 器 的 性 能 ) 和 IEC / TC 61 ( 家 用 和 类 似 用 途 电
18、器 的 安 全 ) 标 准 主 要 集 中 在 家 用 清 洁 机 器 人 等 领 域 , 它 们 主 要 从 家 用 吸 尘 器 工 作 发展而来 。 4 ) JWG 9: 应 用 机 器 人 技 术 的 医 疗 设 备 的 安 全 , Joint ISO/TC 184/SC 2 - IEC/TC 62 /SC 62A: Safety for medical devices using robotic technology 。 5 ) JWG 35: ISO/TC 184/SC 2 和 IEC/ TC 62/SC 62D 联 合 : 医 疗 手 术 机 器 人 ( medical robot
19、s for surgery ) 。 6 ) JWG 36: ISO/TC 184/SC 2 和 IEC/ TC 62/SC 62D 联 合 : 医 疗 康 复 机 器 人 ( medical robots for rehabilitation ) 。 4 ) 6 ) 工 作 组 4 正 在 进 行 包 括 应 用 机 器 人 技 术 的 医 疗 设 备 安 全 自 治 程 度 指 南 , 手 术 机 器 人 和 康 复 机 器 人 的 基 本 安全要求和性能的特殊要求的制定 。 7 ) ISO/TC 184/SC 2 /WG 10 服 务 机 器 人 的 模 块 化 ( modularity
20、for service robots ) 。 正 在 进 行 服 务 机 器 人 模 块 化 软 硬 件 系 列 标 准 的 制 定 。 中 国 一 直 是 倡导者和主导者 。 总 之 , 机 器 人 国 际 标 准 化 组 织 研 究 的 热 点 集 中 在 工 业 机 器 人 安 全 标 准 完 善 , 服 务 机 器 人 标 准 安 全 与 测 试 方 法 的 开发与研制 。 3 机器人国内标准现状 中 国 从 1992 年 就 开 始 了 国 内 机 器 人 的 标 准 化 工 作 , 国 家 编 号 : SAC/ TC 159/SC 2。 秘 书 处 设 在 北 京 机 械 工 业
21、自 动 化 研 究 所 。 国 内 的 机 器 人 技 术 归 口 单 位 标 准 化 的 框 架 与 国 际 一 致 , 机 器 人 标 准 化 工 作 一 直 比 产 业 的 发 展 早 。 中 国 现 行 机 器 人 国 家 标 准 体 系 中 含 标 准 47 项 , 标 准 体 系 相 对 完 整 。 已 经 发 布 的 国 家 标 准 和 行 业 标 准 26 项 。 ISO/TC 184/SC 2 发 布 的 国 际 标 准 已 全 部 转 化 为 国 家 标 准 。 另 外 , 各 种 工 业 机 器 人 通 用 技 术 条 件 等 整 机 标 准 具 有 中 国 特 色 。
22、近 年 来 , 配 合 国 家 项 目 , 开 发 机 器 人 模 块 化 系 列 标 准 , 正 在 全 面 推 向 国 际 。 SAC/TC 159/SC 2 已 经 成 立 机 器 人 模 块 化 、 医 疗 机 器 人 及 服 务 机 器 人 工 作 组 , 并 进 行 相 应 国 家 标 准 的 制 定 和 国 际 标 准 的 跟 踪 , SAC/TC 46 也 成 立 了 家 用 机 器 人 工 作 组 , 相 应 的 国 家 标 准 也 是 由 苏 州 科 沃 斯 机 器 人 有 限 公 司 主 导 起 草 。 新 成 立 的 特 种 作 业 机 器 人 工 作 组 , 正在制定
23、相应的词汇等基础标准 。 另 外 , 在 工 业 机 器 人 领 域 , 安 全 标 准 会 持 续 得 到 修 订 , 各 类 工 业 机 器 人 的 测试方法标准也会陆续出台 。 在 国 内 服 务 机 器 人 标 准 化 领 域 , 已 经 形 成 了 良 好 布 局 , 在 服 务 机 器 人 基 础 标 准 领 域 , 已 经 出 版 了 国 家 标 准 机 器 图 1 ISO 13482 涉及的机器人类型 117科技导报 2015 , 33 ( 23 ) www.kjdb.org 人 与 机 器 人 装 备 词 汇 和 行 业 标 准 机 器 人 与 机 器 人 装 备 分 类 和
24、 型 号 , 规 范 了 服 务 机 器 人 的 词 汇 及 分 类 , 在 安 全 标 准 化 领 域 , 正 在 制 定 教 育 机 器 人 安 全 要 求 、 个 人 护 理 机 器 人 安 全 以 及 锄 草 机 器 人 的 安 全 等 国 家 标 准 , 另 外 医 疗 机 器 人 、 外 骨 骼 机 器 人 、 电 动 平 衡 车 以 及 农 业 机 器 人 等 产 品 的 安 全 标 准 也 即 将 启 动 , 在 服 务 机 器 人 模 块 化 领 域 , 一系列的国家标准即将发布 。 4 实质性参加国际标准化活动 过 去 , 在 ISO 机 器 人 国 际 标 准 化 的 舞
25、 台 上 , 美 国 、 德 国 、 英 国 、 日 本 、 韩 国 掌 握 话 语 权 , 经 过 中 国 专 家 多 年 艰 苦 努 力 , 现 在 情 况 已 经 大 为 改 观 。 2010 年 起 , ISO/TC 184/SC 2 已 经 派 团 参 加 了 13 次 国 际 会 议 , 承 办 1 次 年 会 及 多 次 工 作 组 会 议 , 中 国 代 表 团 派 代 表 出 席 境 外 会 议 70 人 次 , 参 加 国 际 标 准 制 定 的 专 家 20 多人 。 SAC/TC 159/SC 2 正 全 力 以 赴 努 力 把 具 有 自 主 知 识 产 权 的 国
26、家 项 目 成 果 推 向 国 际 标 准 , 2014 年 6 月 , 中 国 专 家 第 一 次 成 功 当 选 服 务 机 器 人 模 块 化 ( ISO/TC 184/SC 2/WG 10 ) 联 合 工 作 组 组 长 , 主 导 机 器 人 模 块 化 的 标 准 化 。 2014 年 10 月 , 中 国 专 家 当 选 为 个 人 护 理 机 器 人 工 作 组 ( ISO/TC 184/SC 2/WG 10 ) 个 人 护 理 机 器 人 安 全 指 南 项 目 的 联 合 负 责 人 。 在 国 际 标 准 化 工 作 方 面 已 经 初 见 成 效 , 形 成 良 好 的
27、 布 局 , 在 IEC 方 面 , 中 国 主 导 家 用 和 类 似 用 途 电 器 的 智 能 移 动 机 器 人 平 台 标 准 起 草 。 2013 年 1 月 , IEC/SMB 成 立 特 别 工 作 组 ahg 47 家 用 和 类 似 机 器 人 技 术 ( household and similar robot technolo gies ) 3 调 研 家 用 机 器 人 标 准 化 活 动 , 中 国专家任组长 。 5 发达国家机器人标准化现状 各发达国家的标准化现状 5 如下 : 美 国 机 器 人 的 国 家 标 准 ( ANSI ) 有 22 项 , 除 了 工
28、业 机 器 人 的 安 全 标 准 外 , 基 本 自 成 一 体 , 主 要 内 容 是 军 用 , 集 中 在 军 用 机 器 人 和 工 业 机 器 人 及 机 器 人 系统 、 焊接机器人的标准 。 韩 国 机 器 人 的 国 家 标 准 ( KSB ) 有 31 项 , 除 了 采 用 国 际 标 准 外 , 服 务 机 器 人 标 准 就 有 12 项 , 这 也 是 当 今 国 际 组 织 中 服 务 机 器 人 的 大 部 分 召 集 人 由 韩 国专家担任的原因之一 。 日 本 机 器 人 的 国 家 标 准 ( JIS ) 有 26 项 , 除 了 采 用 国 际 标 准
29、外 , 另 外 的 标 准 集 中 在 智 能 机 器 人 、 可 移 动 机 器 人 、 服 务机器人和焊接相关的词汇上 。 欧 洲 标 准 有 个 显 著 特 点 , 一 个 是 直 接 采 用 ISO 标 准 , 一 个 是 直 接 采 用 EN 的标准 。 英 国 机 器 人 的 国 家 标 准 ( BS ) 有 35 项 , 由 于 语 言 的 原 因 , 国 际 标 准 ( ISO ) 的 标 准 加 上 BS 就 全 部 变 成 了 英 国 国 家 标 准 , 另 外 的 标 准 集 中 在 喷 涂 、 焊 接 等 的 安 全 和 性 能 要 求 上 , 主 要 是 直 接 采
30、用 欧 盟的标准 。 法 国 机 器 人 的 国 家 标 准 ( NF ) 有 19 项 , 除 了 采 用 国 际 标 准 外 , 只 制 定 了 少 量 与 包 装 家 用 电 器 安 全 要 求 相 关 的 国 家标准 。 德 国 机 器 人 的 国 家 标 准 ( DIN ) 有 13 项, 基本采用 ISO 和 EN 的标准 。 各 个 国 家 的 机 器 人 标 准 化 有 个 显 著 特 点 , 主 要 标 准 全 部 采 用 ISO/TC 184/ SC 2 国 际 标 准 。 与 其 他 国 家 相 比 , 中 国 的 标 准 数 量 不 比 美 国 、 英 国 、 德 国
31、、 日 本 、 韩 国 和 法 国 等 各 发 达 国 家 少 , 但 在 标准的实施和宣贯方面要加强 。 6 国际机器人标准化发展趋势 1978 年 , 自 日 本 广 岛 发 生 第 一 起 机 器 人 杀 人 事 故 开 始 , 机 器 人 安 全 标 准 就 一 直 是 国 际 机 器 人 标 准 化 工 作 的 重 点 。 虽 然 近 年 来 机 器 人 的 应 用 领 域 不 断 扩 展 , 安 全 依 旧 是 近 10 年 来 ISO/ TC 184/SC 2 的 战 略 发 展 方 向 。 接 下 来 , 工 业 机 器 人 的 安 全 标 准 会 日 益 完 善 , 也 会
32、扩 展 到 工 业 机 器 人 设 备 的 安 全 。 各 种 服 务 机 器 人 的 安 全 要 求 和 测 试 方 法 标准也会陆续出台 。 机 器 人 模 块 化 也 是 国 际 机 器 人 标 准 的 发 展 方 向 之 一 , 机 器 人 模 块 化 正 处 于 非 常 关 键 的 时 期 , 在 国 家 “ 863 ” 项 目 的 支 持 下 , 中 国 在 此 领 域 的 技 术 研 究 已 有 多 年 , 积 累 了 不 少 技 术 成 果 , 一 直 是 此 领 域 国 际 标 准 的 倡 导 者 和 推 动 者 , 当 前 也 是 主 导 者 。 而 机 器 人 模 块 化
33、 标 准 涉 及 面 广 、 难 度 非 常 大 、 周 期 长 , 需 要 政 府 资 金 的 持 续 支 持 和 研 究 院 所 、 企 业 的 一 批 高 层 次 人 才 的 有 力 推 动 与 积 极 参 与 。 在 此 领 域 , 尤 其 是 美 国 医 疗 仪 器 促 进 协 会 ( The Association for the Ad vancement of Medical Instrumentation , AAMI ) 也 希 望 对 医 疗 机 器 人 某 些 产 品 进 行 模 块 化 , 此 领 域 的 国 际 标 准 的 竞 争 也将日趋激烈 。 社 会 、 法 律
34、 和 伦 理 问 题 的 研 究 也 是 机 器 人 标 准 的 一 个 热 点 , 英 国 出 版 了 机 器 人 和 机 器 人 系 统 伦 理 设 计 和 应 用 指 导 ( BS 8611: Guide to the ethical design and application of robots and robotic systems ) , 欧 洲 也 有 相 关 项 目 (Robolaw project ) 支 持 。 中 国 在 此 领 域 标 准 化 的 研究还是空白 , 应尽快启动 。 7 中国机器人标准化发展趋势 中 国 部 分 服 务 机 器 人 拥 有 核 心 技 术
35、 , 在 清 洁 机 器 人 、 电 动 平 衡 车 和 无 人 机 等 领 域 市 场 发 展 很 好 。 这 些 领 域 要 加 快 各 级 标 准 的 制 定 过 程 , 为 将 来 占 领 并 争取更多的市场做准备 。 在 中 国 , 工 业 机 器 人 产 业 的 现 状 稍 滞 后 于 标 准 发 展 , 尤 其 是 精 度 较 高 的 机 器 人 功 能 部 件 对 外 依 存 度 高 , 成 本 和 精 度 是 中 国 工 业 机 器 人 产 业 需 要 解 决 的 主 要 问 题 , 希 望 机 器 人 模 块 化 标 准 , 尤 其 是 功 能 部 件 标 准 能 助 推
36、中 国 工 业 机 器 人 产 业 化 的 发 展 。 另 外 , 各 个 应 用 领 域的机器人检测标准也将完善 。 当 前 , ISO 和 IEC 政 策 鼓 励 发 展 中 国 家 参 加 国 际 标 准 的 制 定 。 中 国 积 极 参 加 国 际 标 准 的 制 定 符 合 ISO “ 提 高 发 展 中 国 家 对 标 准 化 的 认 知 和 能 力 ” 战 略 规 划 。 中 国 应 该 抓 住 这 个 难 得 的 契 机 , 推 动 中 国 自 主 知 识 产 权 的 国 家 标 准 成 为 国 际 标 准 , 培 养 一 批 机 器 人 领 域 的 标 准 化 人 才 ,
37、最 大 限 度 地 争 夺 机 器 人 国 际 标准化领域的话语权 。 1182015 世界机器人大会报道特刊 www.kjdb.org 基金项目: 国家高技术研究发展计划 ( 863 计划 ) 项目 ( 2012AA 041601- 5 ) 作者简介: 杨书评, 研究员级高级工程师, 研究方向为自动化领域标准化, 电子信箱: Recent Progress and Trend on Robotics Standardization Abstract Abstract This paper briefly introduces the international and domestic r
38、obot standardization organizations and their histories, summarizes the research status in this field, as well as the international standardization wiith Chinas substantive participation. Finally the future development trend of the robotics standardization is prospected. Keywords Keywords robot; stan
39、dardization; organization; history; research status YANG Shuping, LIU Ying Beijing Research Institute of Automation for Machinery Industry, Beingjing 100120, China 参考文献 ( References ) 1 International Organization for Standardization. ISO/TC 184 /SC 2 Robots and robotic devicesEB/OL. 2015 - 10 - 20.
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