服務機器人電磁兼容測試方法研究

董浩 陳可

摘要：本文基于服務機器人EMC測試標準和EMC通用標準，研究分析了適用于服務機器人的電磁兼容測試方法。本文分別對EMC測試中的發射類試驗和抗擾度試驗的測試方法和關鍵路徑進行總結和分析，通過對典型的服務機器人的功能分解，舉例分析了試驗判據選擇和適用測試項。

關鍵詞：服務機器人;電磁兼容;測試方法

1 引言

機器人按照應用場景，分為工業機器人和服務機器人。其中，服務機器人主要被設計用于為人類或設備完成指定任務，這類機器人包括個人/家用機器人、公共服務機器人、特種機器人等。特別是在歐美、日本等發達國家，服務機器人被廣泛應用于醫療、商場、餐廳、維修清潔和家庭生活服務。

近年來，隨著我國科技實力和經濟水平的提高，服務機器人也走進了普羅大眾的日常生活，為我們提供各式各樣的服務，比如掃地機器人、商場引導機器人、智能音響等。這些機器人結合了人工智能、圖像識別、大數據等前沿科技，正在不斷地改變人們的生活。但是一款新產品的推出，除了融合先進技術外，還需要滿足必要的產品性能。而電磁兼容性（EMC）就是眾多關鍵性能指標中的重要一環。

本文將結合服務機器人EMC測試標準和EMC通用標準，研究適用服務機器人的EMC通用測試方法和通過規定EMC測試項的關鍵路徑，并對目前主流的服務機器人EMC測試項和試驗判據選擇進行舉例說明和分析。

2 電磁兼容測試方法

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

2.1 服務機器人EMC發射類測試

服務機器人EMC發射類測試應依據《GB/T 37284-2019 服務機器人電磁兼容通用標準 發射要求和限值》。該標準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、傳導騷擾限值、輻射傳導限值、測量不確定度和結果輸出報告都做了規定和指導。

服務機器人EMC發射類測試的一般方法為，首先根據服務機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，應說明原因。由于測量存在不確定度，應根據測量儀表不確定度進行不確定度分析，計算測量值與限值間的余量。

2.2 服務機器人EMC抗擾度測試

服務機器人EMC抗擾度測試應依據《GB/T 37283-2019 服務機器人電磁兼容通用標準 抗擾度要求和限值》。該標準分別從性能判據、試驗條件、試驗布置、適用性、抗擾度試驗要求和結果輸出報告都做了規定和指導。

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

服務機器人的抗擾度試驗根據不同接口，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不小于系統的響應時間，以確保試驗結果能夠真實反映產品性能。

3測試平臺布置

在進行發射類試驗時，一種典型的平臺布置方案為將服務機器人置于工作臺面，且機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。服務機器人連接外部的I/O電纜在其中心處捆扎。服務機器人與一個人工電源網絡（AMN）連接，可以將AMN直接放置在水平接地平面上，距離服務機器人80cm，垂直直接接地平面40cm。試驗中服務機器人的電纜長度和距離應盡可能接近實際應用。

對待測設計（EUT）進行抗擾度試驗時，根據待測服務機器人的選定接口，在接口輸入端連接并注入試驗干擾信號，再依據選定的試驗判斷分析試驗中及試驗后服務機器人的關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。

4示例分析

4.1 讀書機器人

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

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

4.2 洗頭機器人

洗頭機器人具有自動搓洗機構，是一種能夠為人們提供自動搓頭、按摩和沖洗功能的服務機器人[10]。這類機器人由220V交流電供電，系統由搓洗機構（機電）、工控機、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。

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

5 結論

本文基于EMC通用測試標準和服務機器人EMC測試標準研究分析了服務機器人EMC發射類試驗和抗擾度試驗的測試方法和要求，形成適用于服務機器人的EMC測試方法和取證關鍵路徑。

針對典型的服務機器人，舉例分析了適用的EMC測試項和驗收準則。本文研究分析的服務機器人EMC測試方法適用于各類服務機器人的EMC測試取證。

參考文獻：

[1]GB/T 37283-2019， 服務機器人電磁兼容通用標準抗擾度要求和限值[S].

[2]GB/T 37284-2019， 服務機器人電磁兼容通用標準發射要求和限值[S].

[3]GB/T 4365-2003， 電工術語 電磁兼容[S]

[4]服務型機器人產業的發展現況與突破方向[J].大數據時代，2021（07）：15-21.

[5]GB 17625.1-2012， 電磁兼容 限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤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的設備產生的諧波電流限值[S].

[7]GB/T 17625.2-2007， 電磁兼容 限值 對每相額度電流≤16A且無條件接入的設備在公用低壓供電系統中產生的電壓 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且有條件接入的設備在公用低壓供電 [S].

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

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