GB/T 19400-2003 工业机器人 抓握型夹持器物体搬运 词汇和特性表示

ICS25.040.30

J28

中华人民共和国国家标准

GBJT19400-2003八SO14539：2000

工业机器人抓握型夹持器物体搬运

词汇和特性表示

Industrialrobots-Objecthandlingwithgrasp-typegrippers-

Vocabularyandpresentationofcharacteristics

(ISO14539：2000，Manipulatingindustrialrobots一Objecthandlingwith

grasp-typegrippers-Vocabularyandpresentationofcharacteristics，IDT)

2003-11-20发布2004-05-01实施

中华人民共和国发布

国家质量监督检验检疫总局

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GB/T19400-2003/ISO14539:2000

Bli青

本标准是首次制定。

本标准等同采用ISO14539:2000((操作型工业机器人抓握型夹持器的物体搬运词汇和特性表

示））（英文／法文版）。

为便于使用，本标准作了下列编辑性修改：

a)为与现有工业机器人系列国家标准名称一致，在标准名称中删除了“操作型”三字。

b)将“本国际标准”改为“本标准”。

c)将规范性引用文件中的国际标准编号改为国家标准编号。

d)按GB/T1.1-2000要求，将术语的定义句子末端加上句号“。”。

e）在本标准的最后增加了按汉语拼音排列的术语索引，删去了法文索引。

本标准的附录A为资料性附录。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国工业自动化系统标准化技术委员会归口。

本标准主要起草单位：北京机械工业自动化研究所。

本标准主要起草人：胡景谬、金茂警、聂尔来、郝淑芬、许瑾。

GB/T19400-2003/1S014539:2000

日I旨

J．「刁

工业机器人的各项基础标准，已实施了十多年，在我国生产和应用工业机器人中起到了一定的作

用，随着自动化生产系统中机器人数量的增加，用工业机器人进行物料搬运也在不断地增多。

为了更好地理解物体搬运的词汇及抓握型夹持器的特性表示，使工业机器人的用户和夹持器的研

制生产单位有共同的语言基础，制定本标准。

采用机器人进行物体搬运，机器人和末端执行器的运动必须协调配合，除机器人的手臂和手腕运动

决定物体的运动外，要搬运柔性的物体或易碎的物体手指的感知作用也很重要，因此在本标准中也列举

了有关手指感知的术语和含义。

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GB/T19400-2003/ISO14539:2000

工业机器人抓握型夹持器物体搬运

词汇和特性表示

范围

本标准的重点是末端执行器的功能和中定义的抓握型夹持器。

本标准界定了具有抓握型夹持器的物体搬运的术语和抓握型夹持器的功能、结构及元件的术语。

资料性附录A还给出了抓握型夹持器特性表示的格式。此表格适用于下列情况：

a）末端执行器的制造商对机器人用户提供其产品特性。

b）机器人用户表明其所需的末端执行器的要求。

c）机器人用户说明被搬运物体的特性以及在给定机器人应用中所搬运物体的特性。

本标准亦适用于工业机器人中未涉及的简单操作，如：上、下料装置及主从式操作机的用户及销

售商。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单（不包括勘误的内容）或修订本均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T12643-1997=业机器人词汇（eqvISO8373:1994)

GB/T14468.1-1993工业机器人圆形机械接口（neqISO9409-1)

GB/T14468.2-1999工业机器人轴形机械接口（eqvISO9409-2:1996)

GB/T16977-1997工业机器人坐标系和运动命名原则（eqvISO9787:1990)

3物体搬运词汇

GB/T12643确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1搬运类型

3.1．1

物体object

通过安装在机器人上的末端执行器夹取、握持或操作的固态物（非流体）。

注：物体可有不同的形状和尺寸，在搬运中亦可能产生变形。

3.1．2

物体搬运objecthandling

通过末端执行器作用于物体产生影响或借助末端执行器使物体保持在某种状态。

3.1．3

夹持grip

通过末端执行器对物体进行约束。

3.1．4

抓握grasp

用夹持器的（一个或多个）手指约束物体。

3.1．5

抓握动作grasping

通过（一个或多个）手指对物体施加约束时夹持器的运动。

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．6

释放releasing

消除物体约束时夹持器的运动。

．7

状态state

物体的约束状况和物体形成的位姿。

参见图la

。8

动作action

物体状态的转换。

参见图to

注：一些动作是完成不同状态类型之间的转移，而另一些动作则是在同类型状态间构成的转移。

状态1操作操作状态2

末端执行器

约束物体

末端执行器

不约束物体

状态4

处理

物休不受环境的约束物体受环境的约束

注：有关动作名词仅供参考。

图1物体搬运时的状态和动作

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GB/T19400-2003八SO14539:2000

3.1．9状态类型

3.1．9.1

夹持（状态1)gripped(state1)

物体只受末端执行器的约束而不受环境约束的状态。

3.1．9.2

半夹持（状态2)semi-gripped(state2)

物体既受末端执行器的约束也受环境约束的状态。

3.1．9.3

放里（状态3)laid(state3)

物体只受环境约束而不受末端执行器约束的状态。

3.1．9.4

自由状（状态4)free(state4)

物体既不受末端执行器的约束也不受环境约束的状态。

注：重力等保守力的约束，不被认为是受环境约束。如果存在保守力的约束，则与状态类型定义无关。

3.2抓握

3.2.1抓握类型

3.2.1．1

被抓握物体的自由度degreesoffreedomofgraspedobject

在考虑或不考虑接触点的摩擦力时受手指约束的物体的空间的运动自由度。

注：此定义假设夹持器没有运动。夹持器运动情况见4.3.30

3.2.1．2

形封闭抓握formclosuregrasp

未考虑抓点摩擦力时物体自由度等于或大于0的抓握。

注：形封闭抓握，是一种仅以夹持器构形决定物体位姿的抓握。

3.2.1．3

力封闭抓握forceclosuregrasp

不考虑接触点的摩擦力时物体的自由度等于或大于1，而考虑接触点摩擦力时物体自由度等于或

小于0的抓握。

注：力封闭抓握，是一种不仅以夹持器构形且用力来保持物体立姿的抓握，这些力通常为摩擦力。

3.2.1．4

外抓握externalgrasp;outsidegrasp

作用在物体外表面的抓握，见图2a）至d),f),g)o

3.2.1．5

内抓握internalgrasp;insidegrasp

作用在物体内表面的抓握，见图2e)o

3.2.2

抓握中的力forcesingrasps

注：抓握中的力均可看成是包括静态分量的动态力，外力和／或加速度可以增大或减小这些力。

3.2.2.1

接触力contactforce

手指通过接触点、接触线或接触面对物体施加的外力。

注1：参见图3的F，或F2.

注2：接触力包括摩擦力和法向力。

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操作力manipulatingforce

手指对物体施加的所有接触力的矢量和。

注：见图3a）的F,+F2＝一F)o

a）d）

e）f)幻

a),b)；单手指型夹持器

c),d),e),f)：双手指型夹持器

g)：多手指型夹持器

图2抓握型夹持器的典型抓握

a)b)

图3抓握力

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夹持力grippingforce

对于两点接触式抓握，（除接触力外）加于物体的合力和合力矩均为零时接触力的大小。

注1：图3b）中F,（＝一Fz)。

注2:（除接触力外）加于物体上的合力和合力矩包括外力、重力、惯性力以及通过接触点所施加的力矩。这种情况

下F'，和F：大小相等。

3.2.3稳定抓握

抓握稳定性graspstability(1)

施加于物体的扰动力稍微改变物体在夹持器中的位置后又恢复其初始位置姿的性能。

抓握稳定性graspstability(2)

物体受扰动力作用时，夹持器手指与抓握物体保持接触无滑动的性能。

3.3物体搬运的坐标系

见图40

注：以一系列的坐标系描述被搬运物体的位置和姿态，有助于机器人的任务编程。

1．绝对坐标系2．机座坐标系3机械接口坐标系4．工具坐标系5．作业坐标系

6物体坐标系7．摄像机坐标系8．工具中心点9．夹持器

图4物体搬运坐标系

3.3.1

绝对坐标系worldcoordinatesystem

与机器人运动无关，参照大地的不变坐标系，表示为Oo-XI-Yo-Zoo

[GB/T12643-1997定义5.7.1,GB/T16977-1997第5章〕

3.3.2

机座坐标系basecoordinatesystem

参照机座安装表面的坐标系，表示为O,-X,-Y,-Z,o

GB/T19400-2003/1SO14539,2000

[GB/T12643-1997定义5.7.2,GB/T16977-1997第6章］

3.3.3

机械接口坐标系mechanicalinterfacecoordinatesystem

参照机械接口的坐标系，表示为Om-Xm-Ym-Zmo

[GB/T12643-1997定义5.7.3,GB/T16977-1997第8章〕

3.3.4

工具坐标系toolcoordinatesystem

参照安装在机械接口上的末端执行器或工具的坐标系，表示为01-Xt-Y,-ZLo

[GB/T12643-1997定义5.7.5,GB/T16977-1997第9章〕

注：工具坐标系与机械接口的坐标系有关。

3.3.5

作业坐标系taskcoordinatesystem

参照作业现场的坐标系，并表示为()k-Xk-Yk-Zko

3.3.6

物体坐标系objectcoordinatesystem

以物体为参照的坐标系，并表示为O-X;-Y;-Z;,

3.3.7

摄像机坐标系cameracoordinatesystem

以监视作业现场的传感器为参照的坐标系，表示为O}-X}-Y}-Z}o

注：可安装视觉系统，用以测定随意放置的物体的位置和姿态。

3.3.8

工具中心点TCP;ToolCentrePoint

参照机械接口坐标系为一定用途而设定的点。

[GB/T12643-1997定义5.9]

注1;TCP为工具坐标系的原点G［B/T16977-1997的9.21o

注2;TCP可以是制造商和用户认同的，对于每一末端执行器和物体搬运有重要意义的点。

3.4物体搬运中的感知

各种感知信号可用于完成可靠或复杂的搬运作业，对于搬运中的反馈控制，夹持器可具有以下感知

能力。

注：除本条给出的感知能力外，对于物体搬运还有一些复杂的感知功能，如物体位置／姿态感知、接触点感知、物体

轮廓感知及手指速度感知，它们应予单独说明。

3.4.1

物体存在检测objectpresencedetection

物体存在检测用于下列情况：

a)确保被夹持物体的正确放置。

b）确保物体被成功夹持。

c)确保物体被成功释放。

3.4.2

手指位置感知fingerpositionsensing

手指位置感知用于下列情况：

a)手指控制如（：伺服控制）需手指位置信息。

b）用夹持测量物体的尺寸和形状。

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3.4.3

央持力感知grippingforcesensing

在下列情况下控制施加于物体上的夹持力的感知：

a)给定夹持力。例如：搬运易碎物体。

b)为稳定抓握控制指关节。

注：夹持力可用力传感器或由手指的致动电流感知。

3.4.4

外力感知externalforcesensing

在下列情况下对外力和力矩的感知：

a)测量物体的重量。

b）检查夹持器或被夹持的物体是否接触环境中的物体或障碍物。

c）在插人之类的作业中物体搬运控制时需要的接触点的信息。

注：外力和力矩可由力／力矩传感器或通过手指的致动电流进行感知。

3.4.5

滑动检测slipdetection

在下列情况下手指和物体间滑动的感知：

a）避免夹持或举起过重的物体。

b)避免物体松动和不稳定抓握。

c)当用最小力夹持物体时，避免物体滑动。

4抓握型央持器词汇

GB/T12643给出的术语和定义适用于本标准。

4.1末端执行器类型

4.1．1

1具型末端执行器tool-typeendeffector

本身能进行实际工作，但由机器人手臂移动或定位的末端执行器。

注：弧焊焊炬、点焊焊炬、喷砂器、研磨头、去毛刺装置、刻纹头、钻头、喷枪、胶枪、自动螺丝刀、激光切割枪、高压水

切割枪。

4.1．2

夹持器gripper

供抓取和握持用的末端执行器。

仁GB/T12643-1997的定义4.14]

注：与工具型末端执行器相比，夹持器或夹持型末端执行器是一种夹持物体以便移动或放置它们的末端执行器。

4.1．2.1

抓握型夹持器grasp-typegripper

用（一个或多个）手指搬运物体的夹持器。

4.1．2.2

非抓握型夹持器non-grasp-typegripper

不用手指搬运物体的夹持器。

注：非抓握型夹持器是以铲、钩、穿刺和粘着，或以真空／磁性／静电的悬浮方式搬运物体的。

4.2抓握型夹持器的元件和机构

4.2.1

基本机械元件basicmechanicalelements

见图5,

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4.2.1．1

机器人接口robotinterface

夹持器与机器人接口的接口。

4.2.1．2

手掌palm

夹持器的基本机械构件中的固体元件，手指的第一个关节固定其上。

注：手掌可以与物体直接接触。

4.2.1．3

手指finger

第一个关节固定在手掌上的运动链结构。

注：手指可以与物体直接接触，手指主要相对于手掌运动。

4.2.1．4

驱动器actuator

用于实现手指运动的动力机构。

例如：电机、电磁驱动器、静电驱动器、气动驱动器、液压驱动器、超声马达、摩擦驱动器、形状记忆合

金、压电驱动器。

4.2.1．5

动力传送机构powertransmissionmechanism

将驱动力从驱动器传递到手指的机构。

例如：连杆传动、钢丝传动、齿轮传动、丝杠传动、凸轮传动、弹簧传动、直接驱动等动力传送机构。

4.2.1．6

夹紧元件。lampingelement

为直接与物体接触而专门设计的手指零件或手指连杆。

4.2.1．7

传感器sensor

从夹持器和／或物体获取信号用于搬运物体时控制夹持器的装置。

机器人接口2手掌3．手指4．关节15．连杆16‘关节

7．连杆28．关节39．连杆310．夹紧元件

图5夹持器的机械元件

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4.3抓握型夹持器类型

4.3.1

夹持器活动度degreesofmobilityofgripper

夹持器所有手指在运动空间相对于手掌平移和转动坐标轴的个数。

见图60

注1：根据夹持器活动度的定义，其运动可分为以下三种类型：直线型、平面型和空间型，夹持器活动度如图6a),

6b),6c）所示，分别为1,3,60

注2：规划抓握作业的第一步是根据物体的特性选定夹持器的活动度。

4.3.2

夹持器自由度degreesoffreedomofgripper

确定夹持器机构运动简图的最小运动输人数。

4.3.3

带有物体时夹持器自由度degreesoffreedomofgripperwithobject

带有物体时夹持器的自由度是以与确定夹持器自由度相同的方法确定的，把物体当作连杆，接触

点、线、面以等效的关节代替。

4.3.4

角形夹持器anglegripper

有转动手指的夹持器。

4.3.5

平行夹持器parallelgripper

有相互平行运动的平移手指的夹持器。

4.3.6抓握动作类型

4.3.6.1

对中抓握centricgrasping

夹持器调整其自身的运动，使抓握的物体位于夹持中心的抓握方式。

非对中抓握non-centricgrasping

没有对中抓握功能的抓握方式。

a)直线夹持器（活动度1)b)平面夹持器（活动度3)c)空间夹持器（活动度6)

图6夹持器的活动度

自适应抓握adaptivegrasping

驾驶夹持器在抓握中可调整自身的形成以适应物体形状的抓握。

对称抓握symmetricalgrasping

手指进行对称运动的抓握。

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非对称抓握asymmetricalgrasping

手指进行非对称运动的抓握。

强7j抓握powergrasping

不仅用手指而且用手掌或手臂构成形封闭抓握的方式。

4.4手指类型

4.4.1

手指活动度degreesofmobilityoffinger

手指运动空间维数。

4.4.2

手指自由度degreesoffreedomoffinger

确定手指构形的最小运动输人数。

4.4.3手指运动形式

转动手指rotationalfinger

做旋转运动的手指。

见图7a),

平移手指translationalfinger

做平移运动的手指。

见图7b)o

多关节手指multijointfinger

有多个关节的手指。

见图70.

可充气手指inflatablefinger

可充气的气动手指。

见图7d)o

1．运动

图7手指的运动

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