服务机器人电磁兼容测试方法研究

董浩 陈可

摘要：本文基于服务机器人EMC测试标准和EMC通用标准，研究分析了适用于服务机器人的电磁兼容测试方法。本文分别对EMC测试中的发射类试验和抗扰度试验的测试方法和关键路径进行总结和分析，通过对典型的服务机器人的功能分解，举例分析了试验判据选择和适用测试项。

关键词：服务机器人;电磁兼容;测试方法

1 引言

机器人按照应用场景，分为工业机器人和服务机器人。其中，服务机器人主要被设计用于为人类或设备完成指定任务，这类机器人包括个人/家用机器人、公共服务机器人、特种机器人等。特别是在欧美、日本等发达国家，服务机器人被广泛应用于医疗、商场、餐厅、维修清洁和家庭生活服务。

近年来，随着我国科技实力和经济水平的提高，服务机器人也走进了普罗大众的日常生活，为我们提供各式各样的服务，比如扫地机器人、商场引导机器人、智能音响等。这些机器人结合了人工智能、图像识别、大数据等前沿科技，正在不断地改变人们的生活。但是一款新产品的推出，除了融合先进技术外，还需要满足必要的产品性能。而电磁兼容性（EMC）就是众多关键性能指标中的重要一环。

本文将结合服务机器人EMC测试标准和EMC通用标准，研究适用服务机器人的EMC通用测试方法和通过规定EMC测试项的关键路径，并对目前主流的服务机器人EMC测试项和试验判据选择进行举例说明和分析。

2 电磁兼容测试方法

根据《GB/T 4365-2003 电工术语 电磁兼容》中的定义， 电磁兼容性（electromagnetic compatibility EMC）是指设备或系统在其电磁兼容环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。根据上述定义，电磁兼容测试可以简单分为发射类测试，即设备/产品在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰不应超过一定的限值;抗扰度测试，即设备/产品对所在环境中存在的电磁骚扰应具有一定程度抗扰度（电磁敏感性）。

2.1 服务机器人EMC发射类测试

服务机器人EMC发射类测试应依据《GB/T 37284-2019 服务机器人电磁兼容通用标准 发射要求和限值》。该标准分别从试验一般要求、试验布置、谐波、电压波动与闪烁、限值分级、传导骚扰限值、辐射传导限值、测量不确定度和结果输出报告都做了规定和指导。

服务机器人EMC发射类测试的一般方法为，首先根据服务机器人正常工况下的安装方式，选择桌面式或落地式的试验布置方式。再分别完成下表适用的测试项。

对于无需测试的试验项，应说明原因。由于测量存在不确定度，应根据测量仪表不确定度进行不确定度分析，计算测量值与限值间的余量。

2.2 服务机器人EMC抗扰度测试

服务机器人EMC抗扰度测试应依据《GB/T 37283-2019 服务机器人电磁兼容通用標准 抗扰度要求和限值》。该标准分别从性能判据、试验条件、试验布置、适用性、抗扰度试验要求和结果输出报告都做了规定和指导。

服务机器人EMC抗扰度测试的一般方法为，1）根据服务机器人的产品说明书，罗列主要待评定功能，例如运动功能、通讯功能、GUI、感知识别功能等;2）再基于各个功能的应用场景和重要性选择适用的性能判据，例如性能判据A（试验中及试验后可用），性能判据B（试验后可用）和性能判据C（试验中及试验后允许暂时功能丧失，但可自恢复）等;3）选择典型应用的产品配置，应覆盖所有应用场景、系统配置和接口类型，以使测试结果对不同产品配置具有包络性;4）根据该类型服务机器人的配置、端口、技术、工艺和工作状态选择适用的测试项，对于不适用的测试项应进行记录和澄清。

服务机器人的抗扰度试验根据不同接口，需要完成下列必要的测试项。外壳端口抗扰度试验需要完成：静电放电，射频电磁场、调幅，工频磁场;信号端口抗扰度试验需要完成：快速瞬变，射频共模;直流输入和直流输出电源端口抗扰度试验需要完成：快速瞬变，浪涌，射频共模;交流电源输入和输出电源端口抗扰度试验需要完成：快速瞬变脉冲群，浪涌，射频共模，电压暂降，电压中断。

其中，对于每个频点的驻留时间应不小于系统的响应时间，以确保试验结果能够真实反映产品性能。

3测试平台布置

在进行发射类试验时，一种典型的平台布置方案为将服务机器人置于工作台面，且机器人后部与台面的后部边缘齐平。工作台面距离接地平台垂直距离40cm。服务机器人连接外部的I/O电缆在其中心处捆扎。服务机器人与一个人工电源网络（AMN）连接，可以将AMN直接放置在水平接地平面上，距离服务机器人80cm，垂直直接接地平面40cm。试验中服务机器人的电缆长度和距离应尽可能接近实际应用。

对待测设计（EUT）进行抗扰度试验时，根据待测服务机器人的选定接口，在接口输入端连接并注入试验干扰信号，再依据选定的试验判断分析试验中及试验后服务机器人的关键功能和性能是否满足要求，以此作为试验是否通过的判据。

4示例分析

4.1 读书机器人

读书机器人是一种能够自动翻页、自动扫描文本信息，再经过图像识别文字转换输出为音频的服务机器人[9]。此类机器人由220V交流电供电，系统由摄像头、电机、工控机和喇叭组成。各个部件之间通过总线方式通信。

对于发射类试验，由于该类服务机器人的工作频率比较固定，也不存在无线通信模块，工作环境中的关键设备有限。因此仅需进行工作频率附近的发射试验（例如0.15-1000MHz）;对于抗扰度试验，由于读书机器人不具有安全相关的功能，因此选择判据C即可，再根据具体的接口类型进行相应试验。

4.2 洗头机器人

洗头机器人具有自动搓洗机构，是一种能够为人们提供自动搓头、按摩和冲洗功能的服务机器人[10]。这类机器人由220V交流电供电，系统由搓洗机构（机电）、工控机、水盆和阀门（电磁阀）等组成。各个部件间通过硬接线方式连接和通信。

对于发射类试验，由于该类服务机器人的工作频率比较固定，也不存在无线通信模块，因此仅需进行工作频率附近的发射试验（例如0.15-1000MHz）;对于抗扰度试验，由于洗头机器人直接服务人，属于安全相关功能，因此选择判据A（根据应用场景选择）或B，再根据具体的接口类型进行相应试验。

5 结论

本文基于EMC通用测试标准和服务机器人EMC测试标准研究分析了服务机器人EMC发射类试验和抗扰度试验的测试方法和要求，形成适用于服务机器人的EMC测试方法和取证关键路径。

针对典型的服务机器人，举例分析了适用的EMC测试项和验收准则。本文研究分析的服务机器人EMC测试方法适用于各类服务机器人的EMC测试取证。

参考文献：

[1]GB/T 37283-2019， 服务机器人电磁兼容通用标准抗扰度要求和限值[S].

[2]GB/T 37284-2019， 服务机器人电磁兼容通用标准发射要求和限值[S].

[3]GB/T 4365-2003， 电工术语 电磁兼容[S]

[4]服务型机器人产业的发展现况与突破方向[J].大数据时代，2021（07）：15-21.

[5]GB 17625.1-2012， 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A） [S].

[6]GB/T 17625.8-2015， 电磁兼容 限值 每相输入电流大于16A小于等于75A连接到公用低压系统的设备产生的谐波电流限值[S].

[7]GB/T 17625.2-2007， 电磁兼容 限值 对每相额度电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压 变化、电压波动和闪烁的限制 [S].

[8]GB/T 17625.7-2013， 电磁兼容 限值 对额定电流≤75A且有条件接入的设备在公用低压供电 [S].

[9]赵群飞.读书机器人[p].中国，CN200410017691.2，2006.8.9：1.

[10]韦雅洁. 智能洗头机器人[p].中国，CN202010451771.8，2020.9.4：1