服務(wù)機(jī)器人電磁兼容測試方法研究

董浩 陳可

摘要：本文基于服務(wù)機(jī)器人EMC測試標(biāo)準(zhǔn)和EMC通用標(biāo)準(zhǔn)，研究分析了適用于服務(wù)機(jī)器人的電磁兼容測試方法。本文分別對EMC測試中的發(fā)射類試驗和抗擾度試驗的測試方法和關(guān)鍵路徑進(jìn)行總結(jié)和分析，通過對典型的服務(wù)機(jī)器人的功能分解，舉例分析了試驗判據(jù)選擇和適用測試項。

關(guān)鍵詞：服務(wù)機(jī)器人;電磁兼容;測試方法

1 引言

機(jī)器人按照應(yīng)用場景，分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。其中，服務(wù)機(jī)器人主要被設(shè)計用于為人類或設(shè)備完成指定任務(wù)，這類機(jī)器人包括個人/家用機(jī)器人、公共服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人等。特別是在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家，服務(wù)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、商場、餐廳、維修清潔和家庭生活服務(wù)。

近年來，隨著我國科技實力和經(jīng)濟(jì)水平的提高，服務(wù)機(jī)器人也走進(jìn)了普羅大眾的日常生活，為我們提供各式各樣的服務(wù)，比如掃地機(jī)器人、商場引導(dǎo)機(jī)器人、智能音響等。這些機(jī)器人結(jié)合了人工智能、圖像識別、大數(shù)據(jù)等前沿科技，正在不斷地改變?nèi)藗兊纳?。但是一款新產(chǎn)品的推出，除了融合先進(jìn)技術(shù)外，還需要滿足必要的產(chǎn)品性能。而電磁兼容性（EMC）就是眾多關(guān)鍵性能指標(biāo)中的重要一環(huán)。

本文將結(jié)合服務(wù)機(jī)器人EMC測試標(biāo)準(zhǔn)和EMC通用標(biāo)準(zhǔn)，研究適用服務(wù)機(jī)器人的EMC通用測試方法和通過規(guī)定EMC測試項的關(guān)鍵路徑，并對目前主流的服務(wù)機(jī)器人EMC測試項和試驗判據(jù)選擇進(jìn)行舉例說明和分析。

2 電磁兼容測試方法

根據(jù)《GB/T 4365-2003 電工術(shù)語 電磁兼容》中的定義， 電磁兼容性（electromagnetic compatibility EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁兼容環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。根據(jù)上述定義，電磁兼容測試可以簡單分為發(fā)射類測試，即設(shè)備/產(chǎn)品在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾不應(yīng)超過一定的限值;抗擾度測試，即設(shè)備/產(chǎn)品對所在環(huán)境中存在的電磁騷擾應(yīng)具有一定程度抗擾度（電磁敏感性）。

2.1 服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類測試

服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類測試應(yīng)依據(jù)《GB/T 37284-2019 服務(wù)機(jī)器人電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)射要求和限值》。該標(biāo)準(zhǔn)分別從試驗一般要求、試驗布置、諧波、電壓波動與閃爍、限值分級、傳導(dǎo)騷擾限值、輻射傳導(dǎo)限值、測量不確定度和結(jié)果輸出報告都做了規(guī)定和指導(dǎo)。

服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類測試的一般方法為，首先根據(jù)服務(wù)機(jī)器人正常工況下的安裝方式，選擇桌面式或落地式的試驗布置方式。再分別完成下表適用的測試項。

對于無需測試的試驗項，應(yīng)說明原因。由于測量存在不確定度，應(yīng)根據(jù)測量儀表不確定度進(jìn)行不確定度分析，計算測量值與限值間的余量。

2.2 服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測試

服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測試應(yīng)依據(jù)《GB/T 37283-2019 服務(wù)機(jī)器人電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn) 抗擾度要求和限值》。該標(biāo)準(zhǔn)分別從性能判據(jù)、試驗條件、試驗布置、適用性、抗擾度試驗要求和結(jié)果輸出報告都做了規(guī)定和指導(dǎo)。

服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測試的一般方法為，1）根據(jù)服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品說明書，羅列主要待評定功能，例如運(yùn)動功能、通訊功能、GUI、感知識別功能等;2）再基于各個功能的應(yīng)用場景和重要性選擇適用的性能判據(jù)，例如性能判據(jù)A（試驗中及試驗后可用），性能判據(jù)B（試驗后可用）和性能判據(jù)C（試驗中及試驗后允許暫時功能喪失，但可自恢復(fù)）等;3）選擇典型應(yīng)用的產(chǎn)品配置，應(yīng)覆蓋所有應(yīng)用場景、系統(tǒng)配置和接口類型，以使測試結(jié)果對不同產(chǎn)品配置具有包絡(luò)性;4）根據(jù)該類型服務(wù)機(jī)器人的配置、端口、技術(shù)、工藝和工作狀態(tài)選擇適用的測試項，對于不適用的測試項應(yīng)進(jìn)行記錄和澄清。

服務(wù)機(jī)器人的抗擾度試驗根據(jù)不同接口，需要完成下列必要的測試項。外殼端口抗擾度試驗需要完成：靜電放電，射頻電磁場、調(diào)幅，工頻磁場;信號端口抗擾度試驗需要完成：快速瞬變，射頻共模;直流輸入和直流輸出電源端口抗擾度試驗需要完成：快速瞬變，浪涌，射頻共模;交流電源輸入和輸出電源端口抗擾度試驗需要完成：快速瞬變脈沖群，浪涌，射頻共模，電壓暫降，電壓中斷。

其中，對于每個頻點的駐留時間應(yīng)不小于系統(tǒng)的響應(yīng)時間，以確保試驗結(jié)果能夠真實反映產(chǎn)品性能。

3測試平臺布置

在進(jìn)行發(fā)射類試驗時，一種典型的平臺布置方案為將服務(wù)機(jī)器人置于工作臺面，且機(jī)器人后部與臺面的后部邊緣齊平。工作臺面距離接地平臺垂直距離40cm。服務(wù)機(jī)器人連接外部的I/O電纜在其中心處捆扎。服務(wù)機(jī)器人與一個人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）連接，可以將AMN直接放置在水平接地平面上，距離服務(wù)機(jī)器人80cm，垂直直接接地平面40cm。試驗中服務(wù)機(jī)器人的電纜長度和距離應(yīng)盡可能接近實際應(yīng)用。

對待測設(shè)計（EUT）進(jìn)行抗擾度試驗時，根據(jù)待測服務(wù)機(jī)器人的選定接口，在接口輸入端連接并注入試驗干擾信號，再依據(jù)選定的試驗判斷分析試驗中及試驗后服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵功能和性能是否滿足要求，以此作為試驗是否通過的判據(jù)。

4示例分析

4.1 讀書機(jī)器人

讀書機(jī)器人是一種能夠自動翻頁、自動掃描文本信息，再經(jīng)過圖像識別文字轉(zhuǎn)換輸出為音頻的服務(wù)機(jī)器人[9]。此類機(jī)器人由220V交流電供電，系統(tǒng)由攝像頭、電機(jī)、工控機(jī)和喇叭組成。各個部件之間通過總線方式通信。

對于發(fā)射類試驗，由于該類服務(wù)機(jī)器人的工作頻率比較固定，也不存在無線通信模塊，工作環(huán)境中的關(guān)鍵設(shè)備有限。因此僅需進(jìn)行工作頻率附近的發(fā)射試驗（例如0.15-1000MHz）;對于抗擾度試驗，由于讀書機(jī)器人不具有安全相關(guān)的功能，因此選擇判據(jù)C即可，再根據(jù)具體的接口類型進(jìn)行相應(yīng)試驗。

4.2 洗頭機(jī)器人

洗頭機(jī)器人具有自動搓洗機(jī)構(gòu)，是一種能夠為人們提供自動搓頭、按摩和沖洗功能的服務(wù)機(jī)器人[10]。這類機(jī)器人由220V交流電供電，系統(tǒng)由搓洗機(jī)構(gòu)（機(jī)電）、工控機(jī)、水盆和閥門（電磁閥）等組成。各個部件間通過硬接線方式連接和通信。

對于發(fā)射類試驗，由于該類服務(wù)機(jī)器人的工作頻率比較固定，也不存在無線通信模塊，因此僅需進(jìn)行工作頻率附近的發(fā)射試驗（例如0.15-1000MHz）;對于抗擾度試驗，由于洗頭機(jī)器人直接服務(wù)人，屬于安全相關(guān)功能，因此選擇判據(jù)A（根據(jù)應(yīng)用場景選擇）或B，再根據(jù)具體的接口類型進(jìn)行相應(yīng)試驗。

5 結(jié)論

本文基于EMC通用測試標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)機(jī)器人EMC測試標(biāo)準(zhǔn)研究分析了服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類試驗和抗擾度試驗的測試方法和要求，形成適用于服務(wù)機(jī)器人的EMC測試方法和取證關(guān)鍵路徑。

針對典型的服務(wù)機(jī)器人，舉例分析了適用的EMC測試項和驗收準(zhǔn)則。本文研究分析的服務(wù)機(jī)器人EMC測試方法適用于各類服務(wù)機(jī)器人的EMC測試取證。

參考文獻(xiàn)：

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[2]GB/T 37284-2019， 服務(wù)機(jī)器人電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射要求和限值[S].

[3]GB/T 4365-2003， 電工術(shù)語 電磁兼容[S]

[4]服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況與突破方向[J].大數(shù)據(jù)時代，2021（07）：15-21.

[5]GB 17625.1-2012， 電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A） [S].

[6]GB/T 17625.8-2015， 電磁兼容 限值 每相輸入電流大于16A小于等于75A連接到公用低壓系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流限值[S].

[7]GB/T 17625.2-2007， 電磁兼容 限值 對每相額度電流≤16A且無條件接入的設(shè)備在公用低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓 變化、電壓波動和閃爍的限制 [S].

[8]GB/T 17625.7-2013， 電磁兼容 限值 對額定電流≤75A且有條件接入的設(shè)備在公用低壓供電 [S].

[9]趙群飛.讀書機(jī)器人[p].中國，CN200410017691.2，2006.8.9：1.

[10]韋雅潔. 智能洗頭機(jī)器人[p].中國，CN202010451771.8，2020.9.4：1