董浩 陳可

摘要：本文基于服務(wù)機(jī)器人EMC測(cè)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(cè)試方法。本文分別對(duì)EMC測(cè)試中的發(fā)射類試驗(yàn)和抗擾度試驗(yàn)的測(cè)試方法和關(guān)鍵路徑進(jìn)行總結(jié)和分析，通過(guò)對(duì)典型的服務(wù)機(jī)器人的功能分解，舉例分析了試驗(yàn)判據(jù)選擇和適用測(cè)試項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：服務(wù)機(jī)器人;電磁兼容;測(cè)試方法

1 引言

機(jī)器人按照應(yīng)用場(chǎng)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(jì)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(gè)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(guó)家，服務(wù)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、商場(chǎng)、餐廳、維修清潔和家庭生活服務(wù)。

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技實(shí)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(chǎng)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(shí)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(cè)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(cè)試方法和通過(guò)規(guī)定EMC測(cè)試項(xiàng)的關(guān)鍵路徑，并對(duì)目前主流的服務(wù)機(jī)器人EMC測(cè)試項(xiàng)和試驗(yàn)判據(jù)選擇進(jìn)行舉例說(shuō)明和分析。

2 電磁兼容測(cè)試方法

根據(jù)《GB/T 4365-2003 電工術(shù)語(yǔ) 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(duì)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(cè)試可以簡(jiǎn)單分為發(fā)射類測(cè)試，即設(shè)備/產(chǎn)品在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾不應(yīng)超過(guò)一定的限值;抗擾度測(cè)試，即設(shè)備/產(chǎn)品對(duì)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(cè)試

服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類測(cè)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(yàn)一般要求、試驗(yàn)布置、諧波、電壓波動(dòng)與閃爍、限值分級(jí)、傳導(dǎo)騷擾限值、輻射傳導(dǎo)限值、測(cè)量不確定度和結(jié)果輸出報(bào)告都做了規(guī)定和指導(dǎo)。

服務(wù)機(jī)器人EMC發(fā)射類測(cè)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(yàn)布置方式。再分別完成下表適用的測(cè)試項(xiàng)。

對(duì)于無(wú)需測(cè)試的試驗(yàn)項(xiàng)，應(yīng)說(shuō)明原因。由于測(cè)量存在不確定度，應(yīng)根據(jù)測(cè)量?jī)x表不確定度進(jìn)行不確定度分析，計(jì)算測(cè)量值與限值間的余量。

2.2 服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測(cè)試

服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測(cè)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(yàn)條件、試驗(yàn)布置、適用性、抗擾度試驗(yàn)要求和結(jié)果輸出報(bào)告都做了規(guī)定和指導(dǎo)。

服務(wù)機(jī)器人EMC抗擾度測(cè)試的一般方法為，1）根據(jù)服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品說(shuō)明書，羅列主要待評(píng)定功能，例如運(yùn)動(dòng)功能、通訊功能、GUI、感知識(shí)別功能等;2）再基于各個(gè)功能的應(yīng)用場(chǎng)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(yàn)中及試驗(yàn)后可用），性能判據(jù)B（試驗(yàn)后可用）和性能判據(jù)C（試驗(yàn)中及試驗(yàn)后允許暫時(shí)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(chǎng)景、系統(tǒng)配置和接口類型，以使測(cè)試結(jié)果對(duì)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(cè)試項(xiàng)，對(duì)于不適用的測(cè)試項(xiàng)應(yīng)進(jìn)行記錄和澄清。

服務(wù)機(jī)器人的抗擾度試驗(yàn)根據(jù)不同接口，需要完成下列必要的測(cè)試項(xiàng)。外殼端口抗擾度試驗(yàn)需要完成：靜電放電，射頻電磁場(chǎng)、調(diào)幅，工頻磁場(chǎng);信號(hào)端口抗擾度試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(duì)于每個(gè)頻點(diǎn)的駐留時(shí)間應(yīng)不小于系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，以確保試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)反映產(chǎn)品性能。

3測(cè)試平臺(tái)布置

在進(jìn)行發(fā)射類試驗(yàn)時(shí)，一種典型的平臺(tái)布置方案為將服務(wù)機(jī)器人置于工作臺(tái)面，且機(jī)器人后部與臺(tái)面的后部邊緣齊平。工作臺(tái)面距離接地平臺(tái)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(gè)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(yàn)中服務(wù)機(jī)器人的電纜長(zhǎng)度和距離應(yīng)盡可能接近實(shí)際應(yīng)用。

對(duì)待測(cè)設(shè)計(jì)（EUT）進(jìn)行抗擾度試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)待測(cè)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(yàn)干擾信號(hào)，再依據(jù)選定的試驗(yàn)判斷分析試驗(yàn)中及試驗(yàn)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(yàn)是否通過(guò)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(dòng)翻頁(yè)、自動(dòng)掃描文本信息，再經(jīng)過(guò)圖像識(shí)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(gè)部件之間通過(guò)總線方式通信。

對(duì)于發(fā)射類試驗(yàn)，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(wú)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(yàn)（例如0.15-1000MHz）;對(duì)于抗擾度試驗(yàn)，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(yàn)。

4.2 洗頭機(jī)器人

洗頭機(jī)器人具有自動(dòng)搓洗機(jī)構(gòu)，是一種能夠?yàn)槿藗兲峁┳詣?dòng)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(gè)部件間通過(guò)硬接線方式連接和通信。

對(duì)于發(fā)射類試驗(yàn)，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(wú)線通信模塊，因此僅需進(jìn)行工作頻率附近的發(fā)射試驗(yàn)（例如0.15-1000MHz）;對(duì)于抗擾度試驗(yàn)，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(chǎng)景選擇）或B，再根據(jù)具體的接口類型進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。

5 結(jié)論

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

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

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB/T 4365-2003， 電工術(shù)語(yǔ) 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(shí)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(duì)每相額度電流≤16A且無(wú)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(dòng)和閃爍的限制 [S].

[8]GB/T 17625.7-2013， 電磁兼容 限值 對(duì)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(guó)，CN200410017691.2，2006.8.9：1.

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