工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解讀

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)的處理能力日益強(qiáng)大以及人工智能技術(shù)越來(lái)越成熟，各類工業(yè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)出來(lái)并被逐漸應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，緩解了因我國(guó)人口老齡化造成的勞動(dòng)力成本升高的壓力。但這些工業(yè)機(jī)器人在投入使用前都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全及電磁兼容測(cè)試。本文介紹了適用于工業(yè)機(jī)器人的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際樣品介紹電磁兼容發(fā)射測(cè)試項(xiàng)目。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；電磁兼容

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.002

Interpretation of Electromagnetic Compatibility Emission Test Standards for Industrial Robots

YAO Jiajun

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，Guangzhou 510000，China）

Abstract：With the increasing processing power of computers and the maturity of artificial intelligence technology，various types of industrial robots have also been designed and gradually applied to industrial production，alleviating the pressure of rising labor costs caused by Chinas aging population. But these industrial robots must undergo strict safety and electromagnetic compatibility testing before being put into use. This article introduces the national standards applicable to industrial robots and introduces electromagnetic compatibility emission testing projects based on actual samples.

Key words：industrial robot；national standard；electromagnetic compatibility

2021年12月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部等15個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布了《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。該規(guī)劃中指出在過(guò)去的8年中，我國(guó)一直是全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)，爭(zhēng)取在2025年我國(guó)能成為全球工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)發(fā)源地、高端制造集聚地和集成應(yīng)用新高地。機(jī)器人的發(fā)展對(duì)國(guó)家的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。由于工業(yè)機(jī)器人一般工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，且會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁騷擾，因此一臺(tái)合格的機(jī)器人不僅要能完成日常的任務(wù)，還需要有較好的電磁兼容性能。

1工業(yè)機(jī)器人電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2016年，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門建立了一種專門針對(duì)機(jī)器人產(chǎn)品的認(rèn)證——CR認(rèn)證（China Robot Certification）。在過(guò)去，工業(yè)機(jī)器人使用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 17799.2—2003《電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗(yàn)》[1]和GB 17799.4—2012《電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》[2]。后來(lái)為了更好地規(guī)范工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容性，相關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)聯(lián)合制定了更適用于工業(yè)機(jī)器人的GB/T 38326—2019《工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容抗擾度試驗(yàn)》[3]和GB/T 38336—2019《工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容發(fā)射測(cè)試方法和限值》[4]兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均于2019年12月10日由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布。因此在2021年2月，CR認(rèn)證將工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容項(xiàng)目檢測(cè)依據(jù)由原來(lái)的GB/T 17799.2—2003和GB 17799.4—2012改為GB/T 38326—2019和GB/T 38336—2019。新標(biāo)準(zhǔn)中不僅測(cè)試項(xiàng)目齊全，對(duì)不同使用環(huán)境、不同類別的工科醫(yī)機(jī)器人的測(cè)試限值、測(cè)試布置、測(cè)試時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)都有詳細(xì)描述，使測(cè)試更加嚴(yán)謹(jǐn)，提高測(cè)試的一致性。

電磁兼容發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38336—2019相對(duì)GB/T 17799.4—2012有如下變化：1）適用于工科醫(yī)機(jī)器人（包括：焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等），適用范圍更加具體；2）根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的安裝方式分為了固定式工科醫(yī)機(jī)器人和移動(dòng)工科醫(yī)機(jī)器人；3）增加工科醫(yī)機(jī)器人在測(cè)試時(shí)需達(dá)到的工作狀態(tài)；4）增加對(duì)機(jī)器人的分組分類，不同組別的機(jī)器人對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射限值；5）增加額定功率>20 kVA的工科醫(yī)機(jī)器人電源端口傳導(dǎo)騷擾限值和1 GHz以下輻射騷擾限值；6）輻射騷擾的測(cè)試場(chǎng)地取消全電波暗室和TEM小室；7）增加對(duì)工科醫(yī)機(jī)器人的諧波電流和電壓波動(dòng)與閃爍兩個(gè)項(xiàng)目。

2工業(yè)機(jī)器人電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求

工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容性能包括電磁騷擾和電磁抗擾。GB/T 38336—2019規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人的電磁騷擾測(cè)試頻率及限值，GB/T 38326—2019規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人的電磁抗擾項(xiàng)目及限值，具體測(cè)試項(xiàng)目見(jiàn)表1。

工業(yè)機(jī)器人根據(jù)其安裝方式分為固定式工業(yè)機(jī)器人和移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人，它們?cè)跍y(cè)試時(shí)的工作模式也有不同，具體差異見(jiàn)表2。

接下來(lái)以機(jī)械臂為例介紹電源端傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾項(xiàng)目及其布置。根據(jù)機(jī)械臂說(shuō)明書(shū)，該機(jī)械臂不使用9 kHz～ 400 GHz頻段內(nèi)射頻能量或用于傳輸電磁能量，且使用在非居住環(huán)境，因此可以判斷機(jī)器人為1組A類，落地式的固定式工業(yè)機(jī)器人。

2.1電源端口傳導(dǎo)騷擾

測(cè)量電源端口傳導(dǎo)騷擾時(shí)，需在水平參考接地平面上用不高于15 cm的絕緣材料支撐機(jī)械臂，機(jī)器人控制柜放置在不干涉機(jī)械臂正常工作的位置，同樣使用不高于15 cm的絕緣材料支撐。測(cè)試布置如圖1。將機(jī)器人控制柜與人工電源網(wǎng)絡(luò)連接，打開(kāi)電源，使機(jī)械臂在待執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)及工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

電源端口傳導(dǎo)騷擾項(xiàng)目整改建議如下：1）若超標(biāo)頻率段較高，可以檢查電源線附近有無(wú)信號(hào)線，如果有，則加大信號(hào)線與電源線的距離或使用具有屏蔽層的信號(hào)線；2）機(jī)箱內(nèi)部走線需合理布置，高壓線與低壓線盡量分開(kāi)，避免騷擾相互耦合；3）加裝濾波器，若原來(lái)就已經(jīng)加裝了濾波器但測(cè)試仍不合格，可以更換為具有更強(qiáng)濾波能力的濾波器，注意應(yīng)將濾波器安裝在電源入口處，濾波器的金屬外殼與機(jī)箱緊密貼合，搭接面積越大越好。

2.2輻射騷擾

GB/T 38336—2019對(duì)1組A類工科醫(yī)機(jī)器人在9 kHz～30 MHz頻段內(nèi)無(wú)限值要求。將機(jī)械臂放置在半電波暗室中，使用高度不超過(guò)15 cm的絕緣材料支撐起來(lái)，機(jī)器人控制柜放置在不干涉機(jī)械臂正常工作的位置，同樣使用不高于15 cm的絕緣材料支撐，機(jī)器人控制柜與機(jī)械臂的連接電纜應(yīng)與地面絕緣（絕緣距離不超過(guò)15 cm），過(guò)長(zhǎng)部分應(yīng)在電纜中心附近以30～40 cm長(zhǎng)的線段分別捆扎成S形。測(cè)試布置如圖4。

若電纜過(guò)于粗大或剛硬而難以處理成上述條件，則可以按實(shí)際情況進(jìn)行布置，但不能盤成圈，這對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響很大。連接電纜由于過(guò)于粗硬，過(guò)長(zhǎng)部分無(wú)法捆扎成S形。若將連接電纜放置在絕緣材料上且盤成圈（如圖5），天線極性為垂直方向的測(cè)試結(jié)果較差，結(jié)果如圖6，30.92 MHz頻率點(diǎn)的準(zhǔn)峰值為47.63 dBμV/m，超過(guò)限值7.63 dBμV/m，判定為不合格。若將連接電纜平放在絕緣材料上（如圖7），天線極性為垂直方向的測(cè)試結(jié)果較差，結(jié)果如圖8，原來(lái)超過(guò)限值的波形已消失，準(zhǔn)峰值最大值39.63 dBμV/m出現(xiàn)在32.73 MHz頻率點(diǎn)，未超過(guò)限值，判定為合格。

輻射騷擾項(xiàng)目整改建議如下：1）改善機(jī)箱屏蔽性，減小通風(fēng)孔尺寸，在縫隙處貼上銅箔；2）改善電路板布局和走線設(shè)計(jì)，盡可能減小信號(hào)線與回線的環(huán)路；3）對(duì)產(chǎn)生輻射騷擾的部分進(jìn)行局部屏蔽；4）在電源端口處添加濾波器或在信號(hào)線上添加磁環(huán)；5）使用具有屏蔽層的信號(hào)線。

3結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某品牌的機(jī)械臂實(shí)例講解了GB/T 38336—2019中需要做的電源端傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾項(xiàng)目及其整改建議，使其在使用的過(guò)程中不發(fā)射導(dǎo)致其他設(shè)備無(wú)法正常工作的電磁干擾，有利于我國(guó)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)也為工科醫(yī)機(jī)器人的認(rèn)證測(cè)試及設(shè)計(jì)研發(fā)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗(yàn)：GB/T 17799.2—2003[S].

[2]電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射：GB/T 17799.4—2012[S].

[3]工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容抗擾度試驗(yàn)：GB/T 38326—2019[S].

[4]工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容發(fā)射測(cè)試方法和限值：GB/T 38336—2019[S].

【作者簡(jiǎn)介】

姚家俊，男，1997年出生，研究方向?yàn)殡姶偶嫒輽z測(cè)。

（編輯：于淼）