DB51∕T 3077-2023 花椒采摘机器人设计规范.pdf

ICS 65.060 CCS B 90 DB51 四川省地方标准 DB51/T 30772023 花椒采摘机器人设计规范 2023-06-19 发布 2023-08-01 实施 四 川 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布 DB51/T 30772023 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 设计要求.2 5 证实方法.5 附录 A（资料性）推荐的证实方法.6 DB51/T 30772023 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由四川省经济和信息化厅提出、归口并解释。本文件起草单位：四川省机械研究设计院（集团）有限公司、西华大学、四川省理化计量无损检测有限责任公司、四川省先进智能农机装备有限公司、四川省中医药科学院。本文件主要起草人：庄瑛、刘雪垠、菅昆琳、廖敏、曾梦玮、伍晓宏、詹旸、罗自力、卢劲竹、杜玖珍。本文件为首次发布。DB51/T 30772023 1 花椒采摘机器人设计规范 1 范围 本文件规定了花椒采摘机器人的术语和定义、设计要求，描述了对应的证实方法。本文件适用于花椒采摘机器人（以下简称机器人）的设计。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 42082017 外壳防护等级（IP代码）GB/T 5080.1 可靠性试验 第1部分：试验条件和统计检验原理 GB 5226.1 机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件 GB 11291.1 工业环境用机器人 安全要求 第1部分：机器人 GB/T 12642 工业机器人 性能规范及其试验方法 GB 20891 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段）GB/T 213982008 农林机械 电磁兼容性 试验方法和验收规则 GB/T 30391 花椒 GB/T 36008 机器人与机器人装备 协作机器人 JB/T 6268 自走式收获机械 噪声测定方法 JB/T 12825 辣椒收获机 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 花椒采摘机器人 zanthoxylum bungeanum picking robot 用于花椒采摘的，由机器人视觉识别和定位系统、行走系统、机械臂及其控制系统、采摘系统、收集系统组成的智能化花椒采摘设备。3.2 采摘成功率 picking success rate 作业区内，有效采摘花椒并放入收集器的次数与采摘动作次数之比。3.3 采摘破损率 picking damage rate 作业区内，经花椒采摘机器人采收后，采收到的花椒中，破损花椒果实的质量所占的百分比。3.4 采摘含杂率 picking impurity content 作业区内，经花椒采摘机器人采收后，采收到的花椒中，杂质质量所占的百分比。DB51/T 30772023 2 3.5 单次采摘动作时间 single picking action time 花椒机器人完成一次花椒采摘动作所用的时间，具体指从识别到完成采摘动作的时间。3.6 漏采率 picking leakage rate 作业区内，经花椒采摘机器人采收后，未成功摘取的花椒果实的质量占作业区内花椒总质量的百分比。3.7 识别成功率 recognition success rate 作业区内，成功识别花椒果实的次数与采摘机器人行走过程中视场内所有理论应识别的果实数量之比。4 设计要求 正常工作条件 4.1 4.1.1 机器人应能在下列环境条件下正常工作：a)环境温度：0 45；b)平均相对湿度：95%（+25）；c)坡度：30。4.1.2 花椒种植模式应符合机器人采摘要求，地面无明显沟渠，无杂草。4.1.3 花椒果实采收条件应符合 GB/T 30391 中的规定。基本要求 4.2 4.2.1 机器人应按照 GB/T 36008、GB 11291.1 中的相关规定来设计。4.2.2 机器人设计应考虑行走宽度与花椒植物体本身的行间距和枝叶伸展空间与机器人行走路径不冲突。4.2.3 机器人设计应考虑能量供应来源和续航时间满足正常班次作业使用需求。4.2.4 机器人可设计为采用履带式或全地形轮式等行走方式。4.2.5 在最大负载及最大工作范围条件下，机器人整体不应失衡。4.2.6 任何部件的单个故障不应导致安全功能的丧失。性能 4.3 机器人性能应包括但不限于表1中列出的内容。DB51/T 30772023 3 表1 机器人性能 组成机构 性能 视觉识别和定位系统 识别成功率 重复定位精度 分辨率 行走系统 行走速度 爬坡能力 越障能力 跨沟能力 转弯半径 遥控距离 制动距离 载重 机械臂及控制系统 位置稳定时间 自由度 轨迹速度 轨迹准确度和重复性 位姿准确度和重复性 采摘和收集系统 采摘范围 收集系统容量 采摘成功率 整机 续航能力 单次采摘动作时间 漏采率 采摘破损率 采摘含杂率 工作噪声 纯工作小时生产率 控制功能设计 4.4 机器人应包括但不限于下列控制功能：a)安全保护功能，如碰撞保护、自主避障、异常报警、保护性停止和独立急停等功能；b)速度限制功能；c)手动运动控制和自动运动控制功能；d)作业编辑、地图编辑功能；e)远程控制、信息采集和交互功能；f)路径搜索和确定功能；g)故障处理功能。接口设计 4.5 4.5.1 接口功能设计 DB51/T 30772023 4 4.5.1.1 脚本语言的扩展库应涵盖机器人的所有控制功能，可利用脚本语言的特性，使软件具备更高的扩展性和移植性，能够充分利用脚本语言的库资源，使机器人软件扩展更加灵活，功能更加丰富。4.5.1.2 应提供基于标准协议的机器人控制接口。4.5.1.3 机器人控制器插件接口，应允许第三方开发者根据自己的需求扩展控制器软件功能。4.5.2 状态和指示设计 指令装置的状态应在任何时候都清晰显示。远程控制时候，每个指令装置应清楚的识别其控制的机器人的部件。远程控制系统的设计和制造应针对机器人的相关部件、相关功能。4.5.3 连接和断开设计 无论有意或无意的任何指令装置的连接、断开或重连接，或指令装置发生连接故障时，若继续运行任务会导致不可接受的风险，则机器人应启动保护性停止。远程控制时候，机器人应设计、制造成仅对来自预定控制单元的信号做出反应。4.5.4 接口使用权限 远程访问时候，应采取措施以避免未授权的控制或参数改变。人机交互界面 4.6 人机交互界面设计应考虑提升人机交互的易用性、直观性和安全性。安全设计 4.7 4.7.1 机器人的外壳应具有足够的机械强度，防护等级不宜低于 GB/T 42082017 中 IP65 的规定。4.7.2 机器人元器件和外壳的最高表面温升设计，应保证不影响机器人的正常工作。4.7.3 机器人中构成危险因素的电气、液压等部件应具有固定的防护罩和外壳，且在正常运行期间不应打开；当需要打开防护罩和外壳时，应采用工具才能卸下或打开。4.7.4 机器人各关节的机械连接方式，应充分考虑不增加额外的风险。关节的机械连接机构应采用平滑过渡的机械结构设计，不应使机器人外观结构上有直接的突出部分。4.7.5 机器人与人及作业区内周边设备在协同工作时候，直接发生接触的部分不应有易产生危险的机械结构。4.7.6 因机器人机械结构设计可能导致发生危险的部位应有明显的安全警示标识，并在用户使用手册上明确指出。4.7.7 机器人电气设备的设计应符合 GB/T 5226.1 中的相关规定。4.7.8 机器人有可能与操作者进行协同操作时候发生直接物理接触的裸露部分，电气参数应设置在人体可接受的安全电压范围内。4.7.9 机器人应具备防静电、防意外触电的相关安全设计。电磁兼容性 4.8 机器人的电磁兼容性应考虑的内容见GB/T 213982008中5.2、6.1、6.2、6.3、6.7、6.8的规定。可靠性设计 4.9 机器人设计，应考虑正常工况下能稳定工作，可通过平均无故障工作时间（MTBF）和平均修复时间（MTTR）来衡量。DB51/T 30772023 5 排放要求 4.10 如机器人能量供应涉及排放要求，其排放污染物的排放限值应符合GB 20891或其他相关标准的规定。5 证实方法 机器人的制造商应按照本文件第4章中的要求，提供对机器人设计与构造的验证和确认，附录A中给出了推荐的证实方法。DB51/T 30772023 6 附录A （资料性）推荐的证实方法 推荐的证实方法见表A.1的规定。表A.1 推荐的证实方法 序号 项目内容 推荐的验证与确认 1 基本要求 目测、手感的方式进行 2 性能 可按照GB/T 12642、JB/T 12825、JB/T 6268等相关规定进行实际测试 3 控制功能设计 机器人试运行操作，按照产品说明书中规定的操作方法进行实际测试 4 接口设计 复查相关设计资料，机器人试运行操作观察 5 人机交互界面 复查相关原理图、电路图、设计资料，机器人试运行操作观察 6 安全设计 防护设计 可按照GB/T 4208、GB/T 5226.1中的相关规定进行实际测试 7 电气设计 可按照GB/T 5226.1中的相关规定进行实际测试 8 机械设计 目测、手感、机器人试运行操作的方式进行 9 电磁兼容性 可按照GB/T 21398中的相关规定进行实际测试 10 可靠性设计 可按照GB/T 5080.1中的相关规定进行实际测试 11 排放要求 可按照GB 20891或其他相关标准的规定进行实际测试