李永和

摘要：工業(yè)機(jī)器人作為智能制造領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于危險(xiǎn)和精度要求高的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。電磁兼容性是工業(yè)機(jī)器人眾多關(guān)鍵指標(biāo)中的重要一項(xiàng)，復(fù)雜電磁環(huán)境下工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容性對(duì)于安全、可靠性尤為重要。基于此，在了解工業(yè)機(jī)器人安全和電磁兼容認(rèn)證所用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合搬運(yùn)機(jī)器人RB20的電磁兼容測(cè)試案例，運(yùn)用測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人使用安全和電磁兼容兩方面重點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;智能制造;安全;電磁兼容;標(biāo)準(zhǔn)化

0 ? ?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)射類測(cè)試和抗擾度測(cè)試兩類，下面主要結(jié)合這兩方面測(cè)試現(xiàn)狀問題進(jìn)行分析。

（1）在測(cè)試端口上的現(xiàn)狀問題分析：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?！峨姶偶嫒?通用標(biāo)準(zhǔn) 居住、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB 17799.3—2012）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)示教器與控制柜之間的線纜是否要參與測(cè)試沒有進(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，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)狀問題分析：《電磁兼容 通用標(biāo)準(zhǔn) 工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB 17799.4—2012）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于終測(cè)時(shí)間規(guī)定為1 s，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2～3 s，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)程中常見不符合項(xiàng)主要體現(xiàn)在配線設(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/T 5226.1—2019）中13章對(duì)于工業(yè)機(jī)器人電柜外配線、電氣設(shè)備的布線、電柜內(nèi)配線和導(dǎo)線的標(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)器人配線設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下操作要點(diǎn)：（1）確保線路特別是保護(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)問題;（2）采用色標(biāo)方式進(jìn)行保護(hù)導(dǎo)線標(biāo)記時(shí)，要確保色標(biāo)是絕對(duì)專用，且在導(dǎo)線全長(zhǎng)上以黃/綠雙色組合進(jìn)行標(biāo)記;（3）選擇的接線端子要與導(dǎo)線截面積和類別相匹配;（4）一個(gè)端子對(duì)應(yīng)允許連接一根保護(hù)導(dǎo)線，基于特殊用途專門設(shè)計(jì)的端子才允許進(jìn)行多根導(dǎo)線的連接;（5）接線座的端子需要進(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》（GB 11291.1—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250 mm/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)的末端線速度進(jìn)行測(cè)試。這要求在機(jī)器人出廠前需要對(duì)其直線軌跡運(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》（GB 11291.1—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。

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，測(cè)試時(shí)盡量要短些，電源入線口要加穿磁環(huán)。（2）加裝適合的濾波器，注意濾波器進(jìn)出線不能一起走線，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)出線分開走線，盡量要離得遠(yuǎn)些。（4）其他電氣元器件進(jìn)出線要分開，強(qiáng)弱電分開走線，多余的線盡量都去掉。走線工藝要嚴(yán)格遵守強(qiáng)弱電分開走，380 V、220 V、24 V都要分開走線，合理布線，不同強(qiáng)弱電距離盡量離得遠(yuǎn)些。（5）輸出動(dòng)力線和編碼線要嚴(yán)格分開走線，不可并排布線;都要使用屏蔽線，可靠、就近接地，屏蔽接地使用360°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）本體布線線纜使用屏蔽線，屏蔽可靠接地，地線可靠接地。驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力輸出接線要繞合適磁環(huán)，繞的扎數(shù)為3～5圈，磁環(huán)盡量離接線端子近些;輸出編碼線繞合適磁環(huán)，繞1圈，磁環(huán)盡量離接線口近些。動(dòng)力線、編碼線一定不可一起走線，距離盡量遠(yuǎn)些，強(qiáng)弱電分開走線。整改后電柜內(nèi)部如圖2所示。