工業(yè)機器人安全和電磁兼容試驗及改進研究

李永和

摘要：工業(yè)機器人作為智能制造領域的先進設備，已被廣泛應用于危險和精度要求高的作業(yè)現(xiàn)場。電磁兼容性是工業(yè)機器人眾多關鍵指標中的重要一項，復雜電磁環(huán)境下工業(yè)機器人的電磁兼容性對于安全、可靠性尤為重要。基于此，在了解工業(yè)機器人安全和電磁兼容認證所用標準的基礎上，結合搬運機器人RB20的電磁兼容測試案例，運用測試數據對工業(yè)機器人使用安全和電磁兼容兩方面重點進行了分析。

關鍵詞：工業(yè)機器人;智能制造;安全;電磁兼容;標準化

0 ? ?引言

《裝備制造業(yè)標準化和質量提升規(guī)劃》等相關規(guī)劃中已將機器人列為十大重點領域之一，機器人技術的發(fā)展已經成為衡量國家科技水平的重要標志，這也對機器人標準化和質量提升提出了更高要求。本文主要在工業(yè)機器人標準化發(fā)展基礎上，重點對工業(yè)機器人安全和電磁兼容問題進行論述，借助測試案例和測試數據對工業(yè)機器人在安全和電磁兼容上不符合項進行分析，并提出整改措施，以保證工業(yè)機器人在電磁環(huán)境下能正常安全運行和穩(wěn)定工作。

1 ? ?工業(yè)機器人電磁兼容試驗現(xiàn)狀問題

目前，工業(yè)機器人電磁兼容測試試驗主要包括發(fā)射類測試和抗擾度測試兩類，下面主要結合這兩方面測試現(xiàn)狀問題進行分析。

（1）在測試端口上的現(xiàn)狀問題分析：工業(yè)機器人主要由控制柜、機器人本體機、示教器三部分構成。《電磁兼容 通用標準 居住、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB 17799.3—2012）標準對示教器與控制柜之間的線纜是否要參與測試沒有進行明確說明，僅對工業(yè)機器人交流輸入端口的傳導發(fā)射測試有相關規(guī)定，不能滿足工業(yè)機器人對于不同端口的電磁兼容性測試需求。

（2）在測試模式上的現(xiàn)狀問題分析：工業(yè)機器人在運行作業(yè)中存在帶載、空載、移動、靜止、機械臂轉動等不同運行模式，在這些模式進行機器人的電磁兼容測試，結果差異性大。但我國現(xiàn)有的工業(yè)機器人電磁兼容測試相關標準沒有針對機器人在不同的工作模式進行測試內容和方法的規(guī)定。筆者認為應該對工業(yè)機器人進行移動式和固定式分類，并針對性進行不同模式的測試。

（3）在終測時間上的現(xiàn)狀問題分析：《電磁兼容 通用標準 工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射》（GB 17799.4—2012）標準對于終測時間規(guī)定為1 s，而實踐中工業(yè)機器人在非全速度狀態(tài)下運動周期為2～3 s，因此在進行工業(yè)機器人的輻射發(fā)射測試過程中存在終測期間未能正確采到最高值的情況。筆者認為應合理調整標準規(guī)定的測試時間，確保測試時間大于工業(yè)機器人的運動周期。

2 ? ?工業(yè)機器人安全試驗

結合日常工作中對于大量工業(yè)機器人的檢測認證實踐案例和測試數據分析，筆者總結出機器人在安全檢測試驗過程中常見不符合項主要體現(xiàn)在配線設計、降速控制和無驅動源運動上，下面從試驗安全角度對這些不符合項進行技術優(yōu)化。

2.1 ? ?配線設計

《機械電氣安全 機械電氣設備 第1部分：通用技術條件》（GB/T 5226.1—2019）中13章對于工業(yè)機器人電柜外配線、電氣設備的布線、電柜內配線和導線的標記等有相關技術要求。結合標準要求和試驗實踐總結，在機器人配線設計時需要考慮以下操作要點：（1）確保線路特別是保護連接電路連接的牢固性，避免出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，引發(fā)安全檢測問題;（2）采用色標方式進行保護導線標記時，要確保色標是絕對專用，且在導線全長上以黃/綠雙色組合進行標記;（3）選擇的接線端子要與導線截面積和類別相匹配;（4）一個端子對應允許連接一根保護導線，基于特殊用途專門設計的端子才允許進行多根導線的連接;（5）接線座的端子需要進行清晰標記，方便與電路圖進行對應;（6）遵循技術文件要求對每根導線的端部進行標記。

2.2 ? ?降速控制

《工業(yè)環(huán)境用機器人 安全要求 第1部分：機器人》（GB 11291.1—2011）標準中對工業(yè)機器人的降速控制有明確規(guī)定和要求，如規(guī)定機器人在降速控制方式下操作時，末端執(zhí)行器的工具中心點（TCP）和安裝法蘭需要選擇低于250 mm/s的速度。在進行具體機器人降速控制操作試驗時，需要對機器人末端直線軌跡運動操作時機器人末端TCP速度測試和機器人手臂完全伸展到極限位置時軸1、軸2和軸3是單獨轉動軸時的末端線速度進行測試。這要求在機器人出廠前需要對其直線軌跡運動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行限制。

2.3 ? ?無驅動源運動

《工業(yè)環(huán)境用機器人 安全要求 第1部分：機器人》（GB 11291.1—2011）標準中明確規(guī)定：進行機器人設計時需要確保各軸在異常緊急環(huán)境下無須驅動源就能運動，同時無驅動源運動的操作裝置符合易于接近、有操作說明、貼警告標志和防止意外操作等要求。

3 ? ?工業(yè)機器人電磁兼容試驗實踐分析

工業(yè)機器人電磁兼容試驗認證的測試項目主要有工頻磁場、輻射抗擾度、靜電放電、傳導抗擾度、快速瞬變脈沖群、浪涌、電壓跌落和短時中斷、輻射發(fā)射和傳導發(fā)射。同時結合大量的工業(yè)機器人檢測認證案例分析可知，在測試認證過程中常見不符合項為傳導發(fā)射和輻射發(fā)射。下面結合搬運機器人RB20的電磁兼容測試案例進行分析。

3.1 ? ?傳導發(fā)射

如果機器人的電磁兼容設計不當，工作信號就會沿著電源線向外傳輸，成為傳導騷擾。RB20整改前傳導發(fā)射超出認證標準，如圖1所示。

本項目傳導發(fā)射測試采取如下整改測試：（1）電源線，測試時盡量要短些，電源入線口要加穿磁環(huán)。（2）加裝適合的濾波器，注意濾波器進出線不能一起走線，盡量要離得遠些;接地要良好，最好就近接地。（3）變壓器進出線分開走線，盡量要離得遠些。（4）其他電氣元器件進出線要分開，強弱電分開走線，多余的線盡量都去掉。走線工藝要嚴格遵守強弱電分開走，380 V、220 V、24 V都要分開走線，合理布線，不同強弱電距離盡量離得遠些。（5）輸出動力線和編碼線要嚴格分開走線，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。驅動器動力輸出接線要繞合適磁環(huán)，繞的扎數為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。動力線、編碼線一定不可一起走線，距離盡量遠些，強弱電分開走線。整改后電柜內部如圖2所示。