机器人发射对策方法-1（1/4）

2023/12/04

INDEX
1. 前言
2. 市售机器人的辐射噪声评估
3. 模拟机器人的发射对策（传导噪声）
4. 模拟机器人的发射对策（辐射噪声）
5.（1）有刷电机的噪音事例
6.（2）有刷电机的噪音事例
7. 总结

1. 前言

机器人可大致分为工业机器人和服务机器人，但除欧洲外，没有适用于机器人的官方噪声管制。
另一方面，噪声标准组织CISPR委员会正在讨论适用于机器人的噪声规格。
截至2023年，噪声规格仍在讨论中，但预计初版最迟将于2024年向公众发布。
互联网上发布的信息显示，CISPR委员会正在考虑将CISPR11作为适用于机器人的噪声规格。

噪声对策包括发射对策和抗扰度对策，在机器人中采取了多种对策来预防因抗扰度而发生故障。另一方面，新管制条例的重点预计是以前并未被视为问题的发射对策。因此，在本文中，我们将对机器人的发射对策要点进行解说。

发射和抗扰度图片。本文的着眼点为发射。 — 预计欧洲之外各国几年后也将开始实施机器人噪声管制。

本次将通过事例对机器人发射的对策方法进行介绍。

在目前的CISPR11发射管制中，要求对2种类型的噪声采取对策：在150kHz至30MHz的范围内评估的传导噪声，以及在30MHz至1GHz的范围内评估的辐射噪声。

机器人噪声管制尚未作为标准发布，因此噪声管制的内容可能会发生变化。

2. 市售机器人的辐射噪声评估

2-1.辐射噪声的测量和评估

在本次发射噪声评估中，我们参考CISPR11辐射噪声测量环境，测量了一组市售多关节机器人的辐射噪声。
另外，机器人进行了任意1个关节的动作（重复左右移动）。

市售多轴关节机器人图片 — （事例）市售多轴关节机器人。在天线与评估对象之间距离为3m的情况下测量了辐射噪声。

我们对辐射噪声进行了评估。

在CISPR11中设定了2个噪声允许值。
在这里，class A以不直接连接到低压电网（解释为商用AC电网）的设备为对象。例如，通过配电柜等高压受电设备向设备提供AC电源时。另一方面，class B以直接连接到低压电网（解释为商用AC电网）的设备为对象。例如，通过共用电线杆上的变压器等公共配电网提供AC电源的情况。

多轴关节机器人被认为主要用于工厂，但我们此次准备的市售实机的辐射噪声结果超过了CISPR11 class A的允许值，可以看出并不满足作为将来适用标准的基础的CISPR11。

目前，还没有适用于机器人的噪声管制，因此这种状态也没有问题，但如果将来适用噪声管制，则可能需要采取新的噪声对策。

观测到了针状噪声频谱。

2-2. 调查辐射噪声机制

我们使用以下方法调查了辐射噪声的机制。

（实施的调查示例）

噪声源调查
使用磁场探头和电场探头。※调查电磁场分布
查找观测到与辐射噪声的产生倾向类似频谱的位置。
噪声传导路径
测量信号线和电源线上的传导噪声。使用磁场探头和电场探头。
测量噪声产生倾向是否随有无电缆连接而变化。
噪声分离（调查辐射天线）
单独屏蔽设备。使用屏蔽盒、屏蔽布等。
将铁氧体磁芯安装到电缆上。
尝试改变动作模式。

对我们购买的多轴关节机器人的辐射噪声产生机制进行调查后，我们发现了以下情况。
噪声源是来自DC-DC转换器模块的开关噪声。DC-DC转换器的开关频率为470kHz。
噪声传导路径共有3个，第1个是开关噪声传导到了DC-DC转换器输出的负极线。负极线连接到控制器的外壳，所以开关噪声传导到了外壳上。
第2个是由于DC-DC转换器的散热板（开关噪声互相结合的散热板）与外壳接触，导致噪声传导到了外壳上。
第3个是噪声传导到了连接到带有开关噪声的控制电路板的各个电缆（AC电源、电机、编码器、示教器的电缆）。
与向外部辐射有关的天线是控制器外壳和各个电缆。

噪声源：DC-DC转换器（开关噪声）
路径：
（a）从DC-DC转换器的输出负极线传导至外壳
（b）开关噪声从结合后的散热板传导至外壳
（c）控制电路的开关噪声传导至各个电缆
辐射天线：机器人控制器外壳、各个电缆

为了对机器人的辐射噪声实施对策，需要预防噪声传导至控制器外壳及各个电缆。如下图所示，可以认为屏蔽DC-DC转换器模块和在噪声传导路径中插入滤波器是有效的方法。

然而，在结构上很难对DC-DC转换器进行屏蔽（使用后装的屏蔽无法彻底消除与散热板结合的噪声，并且会妨碍散热，从而导致DC-DC转换器因发热而发生故障），因此，即使对（a）和（c）采取了对策，噪声也会通过（b）的路径传导，所以未能确认到噪声阻止效果。
为了对（b）采取对策，我们认为有必要重新审视布线图案、重新审视DC-DC转换器模块的选择以及重新考虑散热方法，并且判断购买后进行的噪声对策解决不了全部问题。