引言

《裝備制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量提升規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃中已將機(jī)器人列為十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一,機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為衡量國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志,這也對(duì)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量提升提出了更高要求。本文主要在工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人安全和電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行論述,借助測(cè)試案例和測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人在安全和電磁兼容上不符合項(xiàng)進(jìn)行分析,并提出整改措施,以保證工業(yè)機(jī)器人在電磁環(huán)境下能正常安全運(yùn)行和穩(wěn)定工作。

1工業(yè)機(jī)器人電磁兼容試驗(yàn)現(xiàn)狀問(wèn)題

目前,工業(yè)機(jī)器人電磁兼容測(cè)試試驗(yàn)主要包括發(fā)射類(lèi)測(cè)試和抗擾度測(cè)試兩類(lèi),下面主要結(jié)合這兩方面測(cè)試現(xiàn)狀問(wèn)題進(jìn)行分析。

（1）在測(cè)試端口上的現(xiàn)狀問(wèn)題分析:工業(yè)機(jī)器人主要由控制柜、機(jī)器人本體機(jī)、示教器三部分構(gòu)成。《電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)居住、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB17799.3一2012）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)示教器與控制柜之間的線(xiàn)纜是否要參與測(cè)試沒(méi)有進(jìn)行明確說(shuō)明,僅對(duì)工業(yè)機(jī)器人交流輸入端口的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試有相關(guān)規(guī)定,不能滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人對(duì)于不同端口的電磁兼容性測(cè)試需求。

（2）在測(cè)試模式上的現(xiàn)狀問(wèn)題分析:工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行作業(yè)中存在帶載、空載、移動(dòng)、靜止、機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)等不同運(yùn)行模式,在這些模式進(jìn)行機(jī)器人的電磁兼容測(cè)試,結(jié)果差異性大。但我國(guó)現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人電磁兼容測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有針對(duì)機(jī)器人在不同的工作模式進(jìn)行測(cè)試內(nèi)容和方法的規(guī)定。筆者認(rèn)為應(yīng)該對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)式和固定式分類(lèi),并針對(duì)性進(jìn)行不同模式的測(cè)試。

（3）在終測(cè)時(shí)間上的現(xiàn)狀問(wèn)題分析:《電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB17799.4一2012）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于終測(cè)時(shí)間規(guī)定為1s,而實(shí)踐中工業(yè)機(jī)器人在非全速度狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)周期為2～3s,因此在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的輻射發(fā)射測(cè)試過(guò)程中存在終測(cè)期間未能正確采到最高值的情況。筆者認(rèn)為應(yīng)合理調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試時(shí)間,確保測(cè)試時(shí)間大于工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)周期。

2工業(yè)機(jī)器人安全試驗(yàn)

結(jié)合日常工作中對(duì)于大量工業(yè)機(jī)器人的檢測(cè)認(rèn)證實(shí)踐案例和測(cè)試數(shù)據(jù)分析,筆者總結(jié)出機(jī)器人在安全檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中常見(jiàn)不符合項(xiàng)主要體現(xiàn)在配線(xiàn)設(shè)計(jì)、降速控制和無(wú)驅(qū)動(dòng)源運(yùn)動(dòng)上,下面從試驗(yàn)安全角度對(duì)這些不符合項(xiàng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

2.1配線(xiàn)設(shè)計(jì)

《機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分:通用技術(shù)條件》（GB/T5226.1一2019）中13章對(duì)于工業(yè)機(jī)器人電柜外配線(xiàn)、電氣設(shè)備的布線(xiàn)、電柜內(nèi)配線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)的標(biāo)記等有相關(guān)技術(shù)要求。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求和試驗(yàn)實(shí)踐總結(jié),在機(jī)器人配線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下操作要點(diǎn):（1）確保線(xiàn)路特別是保護(hù)連接電路連接的牢固性,避免出現(xiàn)松脫現(xiàn)象,引發(fā)安全檢測(cè)問(wèn)題:（2）采用色標(biāo)方式進(jìn)行保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)記時(shí),要確保色標(biāo)是絕對(duì)專(zhuān)用,且在導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)上以黃/綠雙色組合進(jìn)行標(biāo)記:（3）選擇的接線(xiàn)端子要與導(dǎo)線(xiàn)截面積和類(lèi)別相匹配:（4）一個(gè)端子對(duì)應(yīng)允許連接一根保護(hù)導(dǎo)線(xiàn),基于特殊用途專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的端子才允許進(jìn)行多根導(dǎo)線(xiàn)的連接:（5）接線(xiàn)座的端子需要進(jìn)行清晰標(biāo)記,方便與電路圖進(jìn)行對(duì)應(yīng):（6）遵循技術(shù)文件要求對(duì)每根導(dǎo)線(xiàn)的端部進(jìn)行標(biāo)記。

2.2降速控制

《工業(yè)環(huán)境用機(jī)器人安全要求第1部分:機(jī)器人》（GB11291.1一2011）標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)工業(yè)機(jī)器人的降速控制有明確規(guī)定和要求,如規(guī)定機(jī)器人在降速控制方式下操作時(shí),末端執(zhí)行器的工具中心點(diǎn)（TCP）和安裝法蘭需要選擇低于250mm/s的速度。在進(jìn)行具體機(jī)器人降速控制操作試驗(yàn)時(shí),需要對(duì)機(jī)器人末端直線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)操作時(shí)機(jī)器人末端TCP速度測(cè)試和機(jī)器人手臂完全伸展到極限位置時(shí)軸1、軸2和軸3是單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)的末端線(xiàn)速度進(jìn)行測(cè)試。這要求在機(jī)器人出廠(chǎng)前需要對(duì)其直線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)和手臂完全伸展到極限位置兩種情況的末端線(xiàn)速度按要求進(jìn)行限制。

2.3無(wú)驅(qū)動(dòng)源運(yùn)動(dòng)

《工業(yè)環(huán)境用機(jī)器人安全要求第1部分:機(jī)器人》（GB11291.1一2011）標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定:進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)需要確保各軸在異常緊急環(huán)境下無(wú)須驅(qū)動(dòng)源就能運(yùn)動(dòng),同時(shí)無(wú)驅(qū)動(dòng)源運(yùn)動(dòng)的操作裝置符合易于接近、有操作說(shuō)明、貼警告標(biāo)志和防止意外操作等要求。

3工業(yè)機(jī)器人電磁兼容試驗(yàn)實(shí)踐分析

工業(yè)機(jī)器人電磁兼容試驗(yàn)認(rèn)證的測(cè)試項(xiàng)目主要有工頻磁場(chǎng)、輻射抗擾度、靜電放電、傳導(dǎo)抗擾度、快速瞬變脈沖群、浪涌、電壓跌落和短時(shí)中斷、輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射。同時(shí)結(jié)合大量的工業(yè)機(jī)器人檢測(cè)認(rèn)證案例分析可知,在測(cè)試認(rèn)證過(guò)程中常見(jiàn)不符合項(xiàng)為傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射。下面結(jié)合搬運(yùn)機(jī)器人RB20的電磁兼容測(cè)試案例進(jìn)行分析。

3.1傳導(dǎo)發(fā)射

如果機(jī)器人的電磁兼容設(shè)計(jì)不當(dāng),工作信號(hào)就會(huì)沿著電源線(xiàn)向外傳輸,成為傳導(dǎo)騷擾。RB20整改前傳導(dǎo)發(fā)射超出認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),如圖1所示。

圖1整改前超出認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試采取如下整改測(cè)試:(1）電源線(xiàn),測(cè)試時(shí)盡量要短些,電源入線(xiàn)口要加穿磁環(huán)。(2）加裝適合的濾波器,注意濾波器進(jìn)出線(xiàn)不能一起走線(xiàn),盡量要離得遠(yuǎn)些:接地要良好,最好就近接地。(3）變壓器進(jìn)出線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn),盡量要離得遠(yuǎn)些。(4）其他電氣元器件進(jìn)出線(xiàn)要分開(kāi),強(qiáng)弱電分開(kāi)走線(xiàn),多余的線(xiàn)盡量都去掉。走線(xiàn)工藝要嚴(yán)格遵守強(qiáng)弱電分開(kāi)走,380V、220V、24V都要分開(kāi)走線(xiàn),合理布線(xiàn),不同強(qiáng)弱電距離盡量離得遠(yuǎn)些。(5）輸出動(dòng)力線(xiàn)和編碼線(xiàn)要嚴(yán)格分開(kāi)走線(xiàn),不可并排布線(xiàn):都要使用屏蔽線(xiàn),可靠、就近接地,屏蔽接地使用3609環(huán)形搭接。如果干擾下不來(lái)可以加穿合適磁環(huán):連接本體插頭屏蔽要連接插頭金屬殼體接地。(6）本體布線(xiàn)線(xiàn)纜使用屏蔽線(xiàn),屏蔽可靠接地,地線(xiàn)可靠接地。驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力輸出接線(xiàn)要繞合適磁環(huán),繞的扎數(shù)為3～5圈,磁環(huán)盡量離接線(xiàn)端子近些:輸出編碼線(xiàn)繞合適磁環(huán),繞1圈,磁環(huán)盡量離接線(xiàn)口近些。動(dòng)力線(xiàn)、編碼線(xiàn)一定不可一起走線(xiàn),距離盡量遠(yuǎn)些,強(qiáng)弱電分開(kāi)走線(xiàn)。整改后電柜內(nèi)部如圖2所示。

3.2輻射發(fā)射

輻射發(fā)射測(cè)試是測(cè)量被測(cè)樣品通過(guò)空間傳播的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)。在具體測(cè)試上,接口濾波不好或電纜設(shè)計(jì)有缺陷等都可能造成輻射發(fā)射超標(biāo)。此次是30～50MHz頻段超出認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),使用排除法排除機(jī)器人電氣柜是產(chǎn)生輻射干擾的源頭,而主要干擾產(chǎn)生于變壓器、驅(qū)動(dòng)器以及走線(xiàn)線(xiàn)路。

圖2整改后電柜內(nèi)部圖

機(jī)器人認(rèn)證測(cè)試對(duì)機(jī)器人走線(xiàn)要求很高,此次認(rèn)證反映出機(jī)器人走線(xiàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。走線(xiàn)時(shí)強(qiáng)弱電要分開(kāi),輸入、輸出線(xiàn)要分開(kāi):動(dòng)力線(xiàn)、編碼線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)要分開(kāi)走線(xiàn),不并行,屏蔽要3609搭接,就近接地:屏蔽要連接重載插頭:所有接地都要就近接地,接地線(xiàn)盡量短:電柜動(dòng)力線(xiàn)出線(xiàn)要加穿磁環(huán):濾波器要考慮選用是否適合,此次輻射發(fā)射測(cè)試在變壓器輸出端多加了一個(gè)20A濾波器,有降低輻射發(fā)射干擾的效果。

本項(xiàng)目整改措施:(1）電源線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)加穿合適磁環(huán),有降輻射的效果,地線(xiàn)也可加穿磁環(huán)嘗試。(2）在變壓器三相輸出線(xiàn)多加接一個(gè)20A的濾波器以加穿磁環(huán),繞上一圈。(3）驅(qū)動(dòng)、電源盒輸入/輸出都加穿了磁環(huán),抱閘輸出線(xiàn)加穿磁環(huán)。(4）各強(qiáng)弱電分開(kāi)走線(xiàn),把多余的線(xiàn)去掉,380V、220V、24V都要分開(kāi)走線(xiàn),以降低輻射干擾。(5）把所有接地連接更緊密,確保接地更良好。(6）電柜電源線(xiàn)連接要求盡可能短。(7）所有通風(fēng)口加貼銅箔,加強(qiáng)電柜的屏蔽效果。

此次整改由于時(shí)間問(wèn)題,以通過(guò)測(cè)試為目的:對(duì)于整改的電源盒輸入/輸出、驅(qū)動(dòng)輸入、抱閘輸出加穿磁環(huán)及通風(fēng)口加貼銅箔沒(méi)有驗(yàn)證是否有降低輻射的效果。

4結(jié)語(yǔ)

本文基于大量的工業(yè)機(jī)器人檢測(cè)案例和豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù),按照測(cè)試內(nèi)容從電磁兼容角度分析了常見(jiàn)的不符合項(xiàng),介紹了測(cè)試原理,并提出了整改建議,使機(jī)器人能夠在電磁環(huán)境中符合要求并正常運(yùn)行,不對(duì)其環(huán)境中的任何其他設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾,提升了機(jī)器人的可靠性,有利于國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域健康有序發(fā)展。