國家機器人檢測與評定中心：2022版中國機器人可靠性信息報告（40頁）.pdf

《國家機器人檢測與評定中心：2022版中國機器人可靠性信息報告（40頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《國家機器人檢測與評定中心：2022版中國機器人可靠性信息報告（40頁）.pdf（40頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 1 2 2022022 版版 中國機器人中國機器人 可靠性信息報告可靠性信息報告 國家機器人檢測與評定中心（總部）上海機器人研發與轉化功能型平臺 2022 年 9 月 2 目目 錄錄 前 言.1 1 機器人可靠性指標.2 2 機器人可靠性技術及標準.4 3 機器人可靠性測評機構.16 4 機器人可靠性水平.19 4.1 工業機器人可靠性水平.19 4.2 AGV/AMR 可靠性水平.20 4.3 服務機器人可靠性水平.21 5 機器人典型故障信息.22 5.1 工業機器人典型故障信息.22 5.1.1 整機典型故障信息.22 5.1.2 工業機器人零部件典型故障信息.26 5.2 AGV/A

2、MR 典型故障信息.32 5.3 服務機器人典型故障信息.34 6 機器人全壽命周期可靠性技術.35 7 結語.37 1 前 言 機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制誥業水平的重要標志，機器人是改善人類生活方式的重要切入點，對于經濟發展和社會民生具有重要意義，機器人產業已成為全球關注重點。機器人作為自動化技術高度發展的產物，具有以下特點：1）設計結構復雜：例如工業機器人由控制器、減速器、伺服系統等構成，融合了電子系統和精密機械零部件，對可靠性水平的提升提出了挑戰；2）使用場景復雜：機器人根據其設計特點，使用場景可能包括室內或室外，移動類型的機器

3、人還會受到各種復雜路面的影響；3）失效影響大：特別是工業領域的機器人已經是整個生產線的重要環節，一般是多個機器人協同作業，一旦功能喪失或性能偏差會造成產線無法正常進行，甚至存在安全隱患。因此基于機器人的設計結構、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”機器人產業發展規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?？梢婋S著我國機器人產業的發展，全社會和整個行業越來越重視機器人的可靠性。2 1 機器人可靠性指標 機器人可靠性是指機器人在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。從機器人的角度考慮，涉及到的可靠性指標如圖 1

4、 所示。其中平均故障間隔時間（MTBF）和使用壽命分別從產品的運行穩定性和耐久性進行考核，是目前機器人行業使用最多的兩個指標。在產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，要根據它的特性、復雜程度及使用特點來確定。機器人可靠性指標任務可靠度累積失效概率失效率平均故障間隔時間使用壽命 圖 1 機器人可靠性指標（1）平均故障間隔時間平均故障間隔時間（MTBF）平均故障間隔時間是產品在相鄰兩次故障之間的平均工作時間，它是可修復產品的一種基本可靠性參數。1niintMTBFr=式中：it 在規定的時間內，每個產品的累積工作

5、時間；nr產品在工作時間內出現的的故障總數。在論證提出 MTBF 指標時，應明確指標的統計含義，說明該指標是均值還是用置信下限等。（2）使用壽命）使用壽命 3 產品使用到無論從技術上還是經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。4 2 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，可靠性標準屬于機器人標準體系框架中性能規范，是機器人標準體系的重要組成部分（如圖 2）?？煽啃詷藴释ㄓ脴藴使I機器人可靠性AGV/AMR可靠性服務機器人可靠性機器人可靠性標準 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機器人整機可靠性標準、工業機器人零部件可靠性標準、AGV

6、/AMR 可靠性標準、服務機器人可靠性標準等。（1）工業機器人整機）工業機器人整機 之前，行業沒有關于工業機器人 MTBF 測評的標準，企業沒有 MTBF 測評的標準依據，隨著 GB/T 39590.1-2020、20203803-T-604、T/CEEIA 558-2021 等標準的推進，工業機器人 MTBF 測評有了標準依據。目前關于工業機器人可靠性測評主要有兩種方式，一種是現場統計的方式，該方式需要的樣品量大、統計的時間較長，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，快速地進行工業機器人可靠性評定。工業機器人整機可

7、靠性相關標準如表 1所示。5 表 1 工業機器人整機可靠性相關標準 序號 標準編號及名稱 標準狀態 1 GB/T 39590.1-2020 機器人可靠性 第 1 部分：通用導則 已發布 2 GB/T 39266-2020 工業機器人機械環境可靠性要求和測試方法 已發布 3 20203803-T-604 工業機器人平均無故障工作時間計算方法 正在審查 4 T/CEEIA 558-2021 工業機器人可靠性測試與評定 已發布 5 T/CEEIA 593-2022 工業機器人耐久性測試方法 已發布 6 T/GDEIIA 4-2020 工業機器人可靠性指標評價方法 已發布 7 T/GDEIIA 3-2

8、020 工業機器人可靠性通用要求 已發布 8 T/FSAS 23-2018 工業機器人可靠性評定 已發布 9 20203801-T-604 工業機器人 運行維護 第 1部分：在線監測 正在審查 10 20203797-T-604 工業機器人 運行維護 第 2部分：故障診斷 正在審查 11 20203705-T-604 工業機器人 運行維護 第 3部分：健康評估 正在審查 12 20203710-T-604 工業機器人 運行維護 第 4部分：預測性維護 正在審查（2 2）控制器）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定運行都十分重要。為了確保機器人控

9、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，定量評估產品研發階段的可靠性，找出產品的薄弱環節，提高工業機器人控制器的可靠性水平。6 設計階段樣機階段驗證階段可靠性建?？煽啃灶A計HALT試驗MTBF試驗方案對比MTBF指標預計識別敏感應力可靠性增長故障激發提高替代可靠性MTBF指標驗證提高控制器可靠性 圖 3 工業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現的難題，研究故障激發與快速提升技術，通過施加步進應力激發產品的潛在缺陷，并研究控制器可靠性指標加速驗證及增長技術，工業機器人的控制器進行 MTBF

10、的快速驗證，對故障進行分析提出改進措施，使產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?？煽啃詮娀囼灱铀費TBF試驗1）試驗樣品2）統計方案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、分類及統計7）故障處理8）相關試驗時間統計9）試驗的結束找出控制器設備中的薄弱環節并改進，提高控制器可靠性 圖 4 工業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的問題，研究控制器軟件質量評價和軟件安全測試技術，從控制器的功能性、兼

11、容性、靜態分析、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。7 軟件質量軟件安全兼容性易用性性能效率功能性可靠性信息安全性維護性可移植性滲透測試代碼漏洞掃描單元測試靜態分析HIL-故障注入HIL-功能測試HIL-性能測試應用漏洞掃描軟件可靠性測評 圖 5 工業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。工業機器人控制器可靠性相關標準如表 2所示。表 2 工業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 1 GB/T 37414.1-2019 工業機器人電氣設備及系統

12、 第 1部分：控制裝置技術條件 已發布 2 T/CEEIA 556-2021 機器人控制部件可靠性強化試驗方法 已發布 3 T/GQDA 000052021 機器人控制器加速試驗與可靠性指標驗證方法 已發布 4 CEEIA2022046 工業機器人控制器通用規范 立項通過（3）減速器）減速器 隨著國產工業機器人銷量不斷上升，國產減速器企業獲得了源源不斷的發展助力，國產減速器伴隨著工業機器人開始崛起之路。近兩年，在有了相對的技術沉淀之后，國產減速器企業無論是在技術上，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，但是國產減速器也在不斷進步。8 目前，國內涌現出一批機器人減速

13、器研發生產企業，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、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：雙環傳動、南通振康、中大力德、秦川發展、武漢精華等品牌。國產RV減速器在額定轉速和額定負載下，通常運轉噪音低于 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）

14、工業機器人減速器可靠性相關標準如表 3所示。表 3 工業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 1 GB/T 30819-2014 機器人用諧波齒輪減速器 已發布 2 GBT 36491-2018 機器人用擺線針輪行星齒輪傳動裝置通用技術條件 已發布 3 GBT 37165-2018 機器人用精密擺線針輪減速器 已發布 4 GB/T 35089-2018 機器人用精密齒輪傳動裝置 試驗方法 已發布 5 GB/T 37718-2019 機器人用精密行星擺線減速器 已發布 6 T/CEEIA 595-2022 機器人精密減速器溫度適應性要求和測試方法 已發布 9 （3）伺服系統

15、）伺服系統 伺服電機作為工業機器人的核心零部件，其性能對于工業機器人的使用影響較大。伺服電機系統具有精度高、響應快、適應性強等特點，隨著國內企業針對性地投入研發力量并在交流伺服電機核心技術上取得關鍵性突破，國內產品各項性能均有大幅提升，部分伺服產品速度波動率指標已經低于 0.1%，國內外技術差距已經開始出現縮減趨勢。目前，工業機器人伺服系統國產代表企業主要有臺達、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，是我國伺服電機產品突破的重要瓶頸。圖 7 機器人用伺服電動機 工業機器人電機可靠性相關標準如表 4所示。表 4 工業機器人電機可靠性相關標準 序號

16、 標準編號及名稱 標準狀態 1 GB/T 39633-2020 協作機器人用一體式伺服電動機系統通用規范 已發布 2 GB/T 39553-2020 直流伺服電動機通用技術條件 已發布 3 GBT 37414.2-2020 工業機器人電氣設備及系統 第 2 部分：交流伺服驅動裝置技術條件 已發布 4 GB/T 37414.3-2020 工業機器人電氣設備及系統第 3部分：交流伺服電動機技術條件 已發布 5 GB/T 16439-2009 交流伺服系統通用技術條件 已發布 6 GB/T 7344-2015 交流伺服電動機通用技術條件 已發布 7 GB/T 30549-2014 永磁交流伺服電動機

17、通用技術條件 已發布 10 序號 標準編號及名稱 標準狀態 8 JB/T 11991-2014工業機械數字控制系統用交流伺服電動機 已發布 9 JB/T 5867-2004 空心杯電樞永磁直流伺服電動機通用技術條件 已發布 10 JB/T 5866-2004 寬調速永磁直流伺服電動機通用技術條件 已發布 11 JB/T 5868-2004 印制繞組直流伺服電動機通用技術條件 已發布 12 T/JSQA 1472022 永磁交流伺服電動機 已發布 13 T/GDCKCJH 0142020工業機器人伺服系統可靠性仿真試驗規范 已發布 14 T/GDCKCJH 0172020工業機器人伺服系統可靠性

18、指標評估 已發布 15 T/GDCKCJH 0162020工業機器人伺服系統可靠性加速試驗規范 已發布 16 T/GDCKCJH 0152020工業機器人伺服系統可靠性強化試驗方法 已發布 17 T/GDCKCJH 0132020工業機器人伺服系統可靠性通用要求 已發布 18 T/ZZB 06562018工業機器人用通信指令型交流伺服系統 已發布（5）線纜）線纜 機器人電纜作為工業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運動的應力，例如本體電

19、纜在整個壽命周期中隨著機械臂的周期運動，承受數百萬次以上的彎曲、扭轉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?？刂?，造成人員和財產損失。當前的機器人電纜行業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機器人電纜的運動特點，包含 2D 扭轉、彎曲試驗、3D 扭轉試驗等測試項，對工業機器人電纜的機械壽命進行測評。當前工業機器人電纜選用的電纜供應商國內企業有蘇州科寶光電、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和 90度彎曲壽命可以達到

20、1000萬次。11 圖 8 工業機器人電纜 表 5 部分企業機器人電纜機械壽命信息 電纜品牌 電纜型號 扭轉壽命 90 度彎曲壽命 拖鏈彎曲壽命 數據來源 科寶 光電 3P0.25mm（編碼器電纜）1000萬次 1000萬次 產品手冊,測試參數：扭轉角度180，長度：0.6m。彎折角度90，彎曲半徑：10OD 4C2.5mm+1P0.5mm（本體動力電纜）1000萬次 1000萬次 產品手冊,測試參數：扭轉角度180，長度：0.6m。彎折角度90，彎曲半徑：10OD 16C2.5mm（地板線）1000萬次 產品手冊,測試參數：彎曲半徑 10OD；行程 0.5m；拖鏈速度為1.0m/s。UL21

21、149-9P*24AWG（SCARA機器人本體通信電纜）1000萬次 1）產品手冊，測試參數：扭轉角度180度，間隔 280mm。2）實際測試，測試參數：扭轉角度150度，間隔 360mm。UL11528-22AWG（SCARA機器人本體動力電纜）1000萬次 1）產品手冊，測試參數：扭轉角度180度，間隔 120mm。2）實際測試，測試參數：扭轉角度150度，間隔 360mm。12 電纜品牌 電纜型號 扭轉壽命 90 度彎曲壽命 拖鏈彎曲壽命 數據來源 奧林特電纜 UL20276 3P*25AWG（本體通信電纜）1000萬次 1000萬次 產品手冊，測試參數：扭轉間隔 0.6m，扭轉角度27

22、0 度。機器人電纜可靠性相關標準如表 6所示。表 6 工業機器人電纜可靠性相關標準 序號 標準編號及名稱 標準狀態 1 CRIA 0003-2016 工業機器人專用電纜 已發布 2 2PfG2577 Requirements for Cables used in Robot System 已發布 3 UL RP 5770 Recommended Practice for Evaluating Cables for Use in Repeated Flexing Applications 已發布 4 TICW 21-2019 工業機器人用柔性電纜 已發布（6）AGV/AMR 當前市場對于 AGV

23、產品應用的要求越來越高，隨著全場景滲透、規?；涞氐刃枨笱莼?，行業逐漸進入“深水區”。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整個生產流程中，成為生產工藝的一部分。而企業間的競爭也從單純的產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運作，使用調度軟件分配任務，單臺故障會影響整個系統的正常運行，造成較大的經濟損失。因此針對 AGV工作的主要運行環境，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境應力的影響，包括溫度、濕度、振動、沖擊

24、等，均會影響其使用壽命，需要對其壽命進行測評，評估產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。13 表 7 AGV/AMR可靠性相關標準 序號 標準編號及名稱 標準狀態 1 T/CEEIA2021116 自動導引車可靠性測試與評定 報批中 2 T/CEEIA2021052 移動機器人壽命測試與評定 報批中 3 T/CEEIA555-2021 移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法 已發布（5）服務機器人）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，二者屬于室內服務機器人，適用于商超，酒店，餐廳，展館等公共室內場合，通過機器視覺和

25、激光雷達實現全自主定位導航、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品的壽命，可以評估產品投入市場后能否達到預期的設計壽命，暴露產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 1 T/CEEIA2021052 移動機器人壽命測試與評定

26、報批中 2 T/CEEIA555-2021 移動機器人振動與沖擊試驗條件確定方法 已發布 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境 14 下的耐久性提供了依據。T/CEEIA2021052移動機器人壽命測試與評定規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、

27、試驗條件、試驗實施方法、故障判據、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，該標準結合移動機器人的環境應力和工作應力，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定了移動機器人振動與沖擊數據采集、數據檢驗、數據分析、數據歸納、試驗條件確定等內容，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。在路譜采集前需調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

28、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 應用場景 備注 1 木材 家庭 接縫路 2 石材（大理石為主）家庭、商場、餐廳等 接縫路 3 瓷磚 家庭、商場、餐廳等 接縫路 4 地毯 家庭 考慮與其他材料銜接情況 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

29、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 15 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

30、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對可靠性以及測評方法作出要求。16 3 機器人可靠性測評機構 目前進行機器人可靠性測評的機構有：上海機器人產業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、蕪湖賽寶機器人產業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。上海機器人產業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、服務、成果轉化于一體的新型研發機構。它是上海市機器人研發與轉化功能

31、型平臺和國家機器人檢測與評定中心（總部）的實施載體,圍繞機器人產業的需求，搭建機器人共性技術平臺，為企業提供技術服務，承擔國家機器人檢測與認證職能，加速科研成果轉化進程，推動機器人產業發展，成為國內領先、國際知名的機器人技術研發、服務和成果轉化高地。近年來，通過技術研發、標準制定、檢測認證、成果轉化、人才聚集、行業資源融合六大智能陸續匯聚機器人技術及人才資源，培育了一批科技型企業，形成了機器人產業的集群，成為國內領先、國際知名的機器人技術研發、服務和成果轉化高地。上海機器人產業技術研究院有限公司目前開展的業務有標準化服務、可靠性提升服務、智能化評價服務、智能創新應用服務和成果轉化與孵化。重慶凱

32、瑞認證服務有限公司（英文縮寫：CRRI）是經國家工商行政管理部門注冊登記，國家認證認可監督管理委員會（CNCA）批準，具有獨立法律地位的第三方認證機構。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品認證機構，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）、國家機器人質量監督檢驗中心（重慶）兩個國家級平臺，是中國機器人產業聯盟理事單位、中國機器人檢測認證聯盟成員單位。中國軟件評測中心（工業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，作為國內權威的第三方軟、硬件

33、產品及系統質量安全與可靠性檢測、認證機構，是直屬于工業和信息化部的一類科研事業單位。成立近 30 年來，中國軟件評測中心秉承“專業就是實力”的宗旨，共承擔了 10 萬余款軟硬件產品和 1 萬余項信息系統工程的測試任務，業務網絡覆蓋全國 500 多個城市。17 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、科研開發為一體的國家級第三方專業檢測認證機構，擁有國家機器人質量監督檢驗中心（遼寧）、國家機器人標準化總體組秘書處等國家級平臺，具備國家認監委、認可委的 CMA、CNAS 檢測資質和認證資質。中心檢測業務范圍涵蓋各類工業機器人、服務機器人的機

34、器人整機、核心零部件、機器人集成應用系統的檢驗檢測，包括性能、安全、電磁兼容、環境試驗、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。中心認證業務范圍涵蓋各類機器人產品的 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），是中國機械工業集團有限公司專業從事汽車零部件、機器人及自動化裝備的第三方檢測和認證服務機構。運營管理著“國家自動化裝備質量監督檢驗中心”、“機械工業汽車零部件產品質量監督檢測中心”，現擁有 12 個汽車零部件專業試驗室和 14 個機器人及自動化裝備檢測專業實驗室，在廣州、蘇州、長沙、保定分布有不同專業的檢測能力，是“國家機器人檢測與評定中心（廣

35、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平臺”，是首批國家級機器人、智能裝備檢測與認證機構。蕪湖賽寶機器人產業技術研究院有限公司成立于 2015 年 3 月，由廣州賽寶信息產業技術研究院、蕪湖哈特機器人產業技術研究院有限公司、蕪湖濱江智能裝備產業發展有限公司共同出資成立，是服務工業機器人全產業鏈的研發設計、檢驗檢測、認證等服務為主的第三方專業化高技術服務企業。廣州賽寶認證中心服務有限公司成立于 2000 年 9 月，由工業和信息化部電子第五研究所投資組建、經國務院行政主管部門授權及國際體系認可，

36、是專業從事認證、評估、研究、培訓等技術服務的第三方機構，也是中國最早的認證機構，前身為成立于 1956 年的“中國電子產品可靠性與環境試驗研究所”審查部，從 1979 年將“認證”的概念引入中國至今，賽寶已經向各行業頒發各類的證書數萬張，建有廣東省工業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裝備可靠性水平的國家高新技術企業和 18 第三方檢測專業機構?？畦b可靠性具有國家認定和認可的 CMA、CNAS、DILAC 等第三方檢測資質證書以及裝備承制（試驗類）、GJB9000C、生產備案等裝備承試資質證書，擁有安全測

37、試、環境試驗、可靠性試驗、軟件測評、元器件老化篩選實驗室。19 4 機器人可靠性水平 4.1 工業機器人可靠性水平 發達國家在工業機器人技術和產業方面占據先發優勢，以 ABB、庫卡、發那科和安川為代表的“四大家族”，以及 UR、EPSON、iRobot 等行業新貴，占據全球 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。國產機器人進入高端應用領域的主要瓶頸是可靠性差距?？煽啃詼y評可以得到工業機器人的可靠性水平，得到工業機器人的平均故障間隔時間（MTBF）、壽命等，為生產企業對機器人零部件的選取、保養、維護、零部件更換以及產品壽命評估提供依據。工信部在工

38、業機器人行業規范條件以及“中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要”規劃中，明確提出了“可靠性、環境適應性和耐久性水平接近國外同類產品水平，平均故障間隔時間（MTBF）不低于50000 小時的規范條件；到 2020 年，工業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 家企業的傳統工業機器人經第三方測評機構進行了 MTBF 測評，測評結果如圖 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 傳統工業機器人測評結果 20 目前，有 7 家企業的協作機器人經第三方測評機構進行了 MTBF 測評，測評結果如圖 10所示，其中最多達

39、到了 8萬小時，最低通過了 2 萬小時的測評。圖 10 協作機器人測評結果 目前，有1家企業的SCARA機器人經第三方測評機構進行了MTBF測評，通過了 20000h的 MTBF 測評。完成工業機器人整機 MTBF 測評的機器人，其零部件包括電機、減速器、控制器、驅動器等都達到整機完成的 MTBF 測評值。注：本節提到的 MTBF 測評值表示產品通過了相應的 MTBF 值，不代表此產品 MTBF水平上限。4.2 AGV/AMR 可靠性水平 當前部分工業移動機器人企業如北京京東乾石科技有限公司、深圳市海柔創新科技有限公司已經對產品的平均無故障工作時間（MTBF）開展測評。深圳市海柔創新科技有限公

40、司還開展了設計壽命 5年的測評。21 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經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 22 5 機器人典型故障信息 5.1 工業機器人典型故障信息 5.1.1 整機典型故障信息 經過廣泛的調研和行業摸底，匯總工業機器人整機的典型故障如表 14 所示。表 14 工業機器人典型故障表 序號 系統名稱 典型故障模式 1 機器人本體 機器人本體異響 2 本體關節/底座等連接螺絲松動、斷裂 3 減速器故障：減速器漏油（密封圈密封失效）、損壞，減速器抖動 4 機械臂抖動 5 軸脫落

41、6 關節撞毀 7 控制系統 通信異常 8 機器腳本運行一段時間后報錯停機 9 控制器存儲卡損壞 10 控制器電路板損壞 11 控制器外部急停輸入失效 12 急停按鈕失效 13 伺服系統 伺服報位置超差錯誤 14 伺服欠壓 15 關節運行伺服無有效數據 16 伺服驅動器通信中斷 23 序號 系統名稱 典型故障模式 17 伺服驅動器損壞 18 軟件 運行錯誤 19 程序加載異常 20 IO連接錯誤 21 WaitIO超時 22 重新啟動失敗 23 機器人運行中系統重新啟動 24 系統不能重新啟動 25 示教器 示教器急停按鈕失效 26 示教器顯示屏失效 27 示教器屏幕滑動失效 28 示教器破損

42、29 示教器燒毀 30 線纜 動力線纜損壞 31 信號線纜損壞 32 其他線纜斷裂 33 電連接器接口損壞 34 電連接器與插針接觸不良 35 電源 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。24 表 15 工業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 25 機器人本體故障 減速器軸承碎裂 減速器軸承碎裂 表 16 工業機器人部分示教器故障的圖片 示教器故障 示教器花屏 26 表 17 工業機器人部分驅動單元故障的圖片 驅動單元故障 驅動模塊過溫 母線電壓欠壓 5.1.2 工業機

43、器人零部件典型故障信息（1）工業機器人控制器）工業機器人控制器 工業機器人控制器在 MTBF 測試中出現的典型故障模式和表 11 控制器系統的典型故障模式相同。（2）工業機器人減速器）工業機器人減速器 工業機器人精密諧波與RV減速器在整機系統測試和單體測試中零部件結構出現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 RV 減速器故障名稱 1 柔性軸承外圈疲勞斷裂 轉臂軸承過載失效 2 柔性軸承溝道疲勞磨損 太陽輪輪齒斷裂時效 3 柔輪剛度失效 曲柄軸彎曲變形失效 4 柔輪輪齒磨損失效 擺線輪傳動精度退化失效 5 潤滑油老化未及時更換 密封件性能

44、退化漏油失效 零部件結構常見的故障照片如表 19所示：27 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：內圈嚴重磨損 RV 減速器：轉臂軸承卡死 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并實現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關乎產品的使用壽命、研發/生產廠家的成本控制等多項經濟指標。一般工業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）生產商手中，許多機器人生產企業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同系列油 2

45、8 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。隨著減速器的國產化替代持續發展，潤滑油脂的國產替代需求也非常迫切，杭州得潤寶等國內潤滑油脂研發企業陸續推出適用于國產減速器的潤滑產品，如 2019 年推出的靈威 9101 系列潤滑油脂已經應用在多個國產品牌（如南通振康、秦川發展、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優異，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 某進口品牌油脂 得潤寶靈威 9101 檢測方法 1 錐入度/0.1m

46、m 425 423 GB/T 269 2 滴點/165 180 GB/T 3498 3 銅片腐蝕 2c 1b GB/T 7326，方法乙 4 氧化誘導期（180）120 120 SH/T 0790 5 PB/kg 80 100 SH/T 0202 6 PD/kg 250 250 7-20啟動轉矩/mNm 900 288 SH/T 0338 8-20運轉轉矩/mNm 320 95 注：數據來源于公開資料。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機器人減速器水平提升有著至關重要的影

47、響。減速器油脂在測試中出現的典型故障模式如表 21所示。29 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 漏油 假漏油：設備運行磨合期假漏油 2 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 3 摩擦副設計問題：轉軸設計/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 4 內部壓力問題：不良發熱導致內部壓力升高；油脂用量不當（過飽和）5 油脂選型不當，如粘度過低或高溫穩定性欠佳 6 油脂變性 油脂變質，如高溫氧化、乳化等 7 過磨損，油脂內部鐵粉等含量過高 8 異物污染，如進水導致水分含量過高等 油脂

48、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 油脂變色 油泥 油脂顏色隨使用時間增加變深 30 機器人用減速器油脂部分故障 油內污染（纖維）油脂過磨（鐵粉含量過高）（3）工業機器人伺服系統）工業機器人伺服系統 工業機器人需要搭載重物，規劃路徑具有不確定性和復雜性，通常需要急轉急停、頻繁的正反轉，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故障和異常。工業機器人伺服電機系統在日常應用中出現的典型故障模式如表 23所示。表 23 機器人用伺服電機系統典型故障表 序號 故障類型 故障表現 1 啟動異常 啟動報警 2 啟動跳閘 3 啟動無

49、力 4 運行故障 高速運轉噪音大 5 低速正常告訴偏差 6 高速正常低速偏差 7 運行抖動 8 跑位 9 輸出不平衡 31 序號 故障類型 故障表現 10 剎車失靈 11 結構故障 軸承槽磨損 12 轉自斷裂 13 軸斷裂 14 磁鐵爆鋼、脫落 15 剎車片磨損 16 插頭損壞（3）工業機器人線纜）工業機器人線纜 線纜典型故障模式如表 24所示。表 24 工業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 32 表 25 電纜的典型故障模式 序號 故障模式 故障原因分析 1 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

50、接觸。2 開路故障 由于彎扭等機械應力導致內部導線斷裂 3 絕緣損壞 由于機械、電、熱應力等造成絕緣損壞、老化。4 護套鼓包 由于彎扭等機械應力導致護套鼓包，剝開后一般伴隨著內部絕緣和導線損傷 5 護套開裂 由于摩擦、彎折等機械應力導致護套損壞 5.2 AGV/AMR 典型故障信息 參考自動導引車相關文件，自動導引車主要由控制系統、機械本體、電源系統、導航定位系統、驅動系統、裝載系統、安全防護系統、通信系統等部分組成。根據自動導引車各系統的功能性能，自動導引車可靠性測試與評定標準中整理了自動導引車的典型故障表，可以用于對試驗過程中的故障進行分析和分類，自動導引車的典型故障表見表 26。33 表

51、 26 AGV典型故障表 序號 系統名稱 故障名稱 1 控制系統 運動控制功能故障 2 故障報警功能故障 3 低電量報警功能故障 4 控制面板死機、點擊無反應 5 小車上線失敗 6 機械本體 機械本體扭曲變形 7 電源系統 自動充電功能故障 8 手動充電功能故障 9 低電量自我保護功能故障 10 電量顯示不準確 11 電源電壓過高或不平衡 12 導航定位系統 定位功能喪失 13 路徑規劃功能故障 14 二維碼視覺傳感器故障 15 定位精度偏差 16 驅動系統 行走速度不滿足額定速度要求 17 制動功能故障 18 行走過程有異響 19 裝載系統 自動起升和下降功能故障 20 舉升過載后快速下降

52、21 手動操作功能故障 34 序號 系統名稱 故障名稱 22 安全防護系統 障礙物檢測傳感器功能故障 23 碰撞條損壞 24 急停功能故障 25 聲光告警功能故障 26 失速保護功能故障 27 通信中斷保護功能故障 28 導航丟失保護功能故障 29 通信系統 通信中斷 30 通信延遲 5.3 服務機器人典型故障信息 服務機器人典型故障模式與 AGV/AMR 類似，針對具體應用，還可能有其他故障，例如：送餐機器人送餐功能異常、點餐操作異常，清潔機器人盤刷故障、加排水功能異常、任務設置失敗等。企業通過對各類機器人產品的故障進行分類、分析并糾正，可以對產品進行優化，彌補產品缺陷，促進機器人的可靠性提

53、升。35 6 機器人全壽命周期可靠性技術 在機器人的全壽命周期，從產品設計初期概念設計階段即可使用可靠性設計仿真技術對設計風險進行攔截，在工程樣機階段可進行故障激發試驗，并通過失效分析識別故障機理進行糾正實現可靠性提升，并通過 MTBF 試驗、壽命試驗對可靠性指標進行驗證。目前行業內企業已經在設計階段使用可靠性設計技術進行風險攔截，各測評機構也重點在樣機階段開展了 MTBF 試驗、壽命試驗對可靠性指標進行評價。圖 14 產品全壽命周期可靠性技術 當前 MTBF 測評主要有兩種方法，一種是使用現場數據進行統計計算得到產品 MTBF 指標，該方法需要的樣本量大，所需時間較長，由于現場使用環境、工作

54、剖面參差不齊，且統計數據存在偏差，可能導致 MTBF 評價結果不夠準確；另一種方法是試驗場試驗的方式，根據樣本量以及試驗周期，通常采用常規應力或加速應力的方法，根據產品的典型使用場景和工作剖面制定試驗條件，并在試驗前、中、后分別進行功能性能測試，通過試驗場試驗測評的 MTBF 指標可以更貼近產品在典型使用場景下的可靠性水平。故障預測和健康管理（PHM）技術采用傳感器技術獲取和采集與系統屬性有關的特征參數，然后將這些特征參數和有用的信息關聯，借助智能算法和模型進行檢測、分析、預測，并管理系統或設備的工作狀態，實現了從傳統基于傳感器的診斷向智能系統的預測的轉變，使得事后維修或定期維修策略被視情維修

55、所取代。機器人行業 PHM 技術應用還不夠廣泛，尚處于起步階段，隨著相 36 關技術研究的深入以及企業的應用，PHM 技術將為提高機器人在現場使用的可靠性，減少維修投入發揮重要作用。37 7 結語 綜上，工業機器人企業的 MTBF 測評開展較多，但 AGV/AMR 和服務機器人的可靠性只有頭部企業關注，而可靠性是機器人的一個重要指標，希望引起機器人制造商、上游零部件制造商和下游用戶的關注。國產機器人的可靠性提升仍有較大空間，未來關于國產機器人可靠性標準、技術、測評方法仍需進一步研究，需要機器人行業、科研機構、高校、第三方機構共同努力，提升國產機器人的可靠性水平。本報告主要以機器人可靠性為中心展開介紹，旨在為機器人行業可靠性提升提供參考信息，希望可以對行業的發展有所幫助。38 聲聲 明明 本報告版權歸發布單位所有，發布單位擁有對此報告的最終解釋權，如需轉載，請注明出處。本報告的所有數據來源于公開信息，如有疑問，請與發布單位聯系。