机器人手持天线抗扰度测试自动化平台开发.pdf

第 6卷第 4期2023年 8月Vol.6 No.4Aug.2023汽 车 与 新 动 力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN机器人手持天线抗扰度测试自动化平台开发王瑞（上海机动车检测认证技术研究中心有限公司，上海 201805）摘要：在电磁抗扰度试验满足相关国家标准的情况下，研究设计了一种机器人手持天线测试抗扰度自动化平台，主要用于汽车零部件手持天线抗扰度测试，适用的测试对象包括且不限于车用电池包、电机、中控屏幕、控制器等。该机器人手持天线测试抗扰度自动化平台在试验前先通过机器视觉系统学习样品轮廓，随后对扫描路径进行规划、部署，控制天线按照试验步骤自动移动。通过试验论证，该机器人手持天线测试抗扰度自动化平台具有一定抗干扰性，能够大大提高试验效率，可以有效解决零部件抗扰度测试过程中试验人员需要频繁出入电波暗室的痛点。关键词：汽车零部件；抗扰度测试；测试平台0前言如今，机器人广泛应用于各个领域，如深海探测、作战、侦察、搜集情报、服务等，机器人作业已经成为高精度、高效率的代名词。但是机器人在电波暗室内的应用仍为空白，究其原因主要是机器人内部电子元器件较多，在进行抗扰度试验过程中会存在风险，专门用在电波暗室的机器人设备也较为罕见。手持天线主要用于电气部件连续窄带辐射电磁抗扰度试验中，当手持天线对被试样品进行试验时，样品所有被测表面应分割为 100 mm100 mm的正方形单元，在天线的 2 个正交方向，每个单元的中心分别暴露在天线的中心位置和天线振子位置，因此每个划分单元都要满足 4 次暴露 1。在手持天线抗扰度试验过程中，天线需要依照相关标准规律移动至其目标位置，目标位置多，试验持续时间长。同时，在暗室内进行抗扰度试验时，试验人员不宜在暗室内，所以每个目标位置变换时需要试验人员进入暗室重新测量尺寸、变换位置，导致工作效率较低。目前，电波暗室内试验人员重复试验次数较多，能够同时满足低辐射、防静电、具有一定辐射抗扰度的机器人设备比较稀缺。机器人手持天线全自动扫描平台的搭建与研究，不仅能够节约人员成本和时间成本、提高试验效率，还可以进行二次开发，将其应用到其他重复性较强的试验中，应用前景较为广泛。很多抗扰度试验的重复性较强2，且由于手持天线抗扰度试验的特殊性，即天线尺寸较小、质量较轻，同时天线头部近端场强较高，因此计划利用多自由度机械手臂夹住手持天线进行位置扫描，在满足机器人具有一定抗干扰强度的同时给机器人穿上防辐射护具。研究搭建一种机器人手持天线抗扰度测试自动化平台，通过机器视觉识别被测件轮廓从而规划路径，利用机器人多自由度机械臂夹住手持天线进行位置扫描，使整个平台能同时满足低辐射、防静电、具有一定辐射抗扰度等特点。1机器人手持天线抗扰度测试自动化平台该机器人手持天线抗扰度测试自动化平台主要由机械、电控与软件控制 3个部分组成。通过对每处组成结构的特殊处理，可以使整套平台装置在一定场强的电磁兼容暗室环境中正常工作而不受作者简介：王瑞（1992），男，硕士，助理工程师，主要研究方向为新能源汽车电磁兼容测试。检测技术第 6卷汽 车 与 新 动 力影响，排除在试验中由于设备系统的原因而误判汽车通用部件受到干扰的问题。同时，系统的设计软件能够按测试法规、标准或自建场景设置装置的各种运动工况，配合汽车通用部件完成测试需求。机器人手持天线抗扰度测试自动化平台系统原理如图 1 所示。电气控制系统通过软件控制系统指令协作机器人进行工作，机器人头部装有工业相机，系统通过视觉引导的功能，预先布置、规划、调整天线的扫描路径，电气控制部分与机械部分的连接件需要采用快插接头，以保证安装便捷性。1.1机械部分机械部分主要包括 2 个部分，一个是系统搭载平台，另一个是天线的仿形工装及保护装置。系统搭载平台 3D 设计图如图 2所示。由图 2可以看出：系统搭载平台主要包括液压升降移载工具车、协作机器人、相机系统、天线防护机构及头部工装等。液压升降移载工具车负责设备的移动、固定及 Z 轴方向的位置调节。协作机器人作为手持天线的主要驱动设备及动力源，可以带动手持天线多自由度移动及固定头部仿形工装，是连接天线防护机构、相机系统等的连接组件。天线防护机构如图 3 所示。由图 3 可以看出：天线防护机构主要是在天线外部制作一层保护层，由天线的防碰撞保护罩和过载防碰撞传感器组成。当防碰撞保护罩的任意点受到外力影响时，防碰撞传感器收到数值的变化，并根据数值变化的等级给机器人提供警示和动作指令。如果防碰撞传感器在触碰到附近障碍物时，机器人即时停止移动，防止天线受损。1.2电气控制部分电气控制部分主要包括协作机器人系统、视觉感知系统 2 个部分。整个电气控制部分能够完成手持天线扫描控制功能，通过视觉引导的功能预先布置、规划、调整天线的扫描路径。协作机器人系统作为手持天线的主要驱动设备及动力源，带动手持天线多自由度移动及固定。协作机器人选用优傲 UR10e 协作机器人，UR10e机器人是 UR 系列机器人中尺寸及力量最大的机器人，同时具有极高的精确度。该协作机器人可对大负载的工作任务进行自动化分配。由于 UR10e机器人的有效工作半径达到 1 300 mm，有效负载要求最高可达 10 kg，因此非常适合进行不同操作区域间距离较长的包装、码垛、装配、取放等操作。相较于同类型的机器人，其轻便性及大范围的工作半径使其成为本检测系统的理想之选。考虑到应用场景的特殊性，将 UR10e机器人的各肩部原塑料材质盖板改造成金属材质，增强其在电磁兼容实验室的抗干扰性。此外，将机器人到控制器的线缆预埋在电波暗室与控制室的导孔走线槽中。图 1机器人手持天线抗扰度测试自动化平台系统原理66第 4期王瑞：机器人手持天线抗扰度测试自动化平台开发视觉感知系统主要是将获取的被测件表面信息形成点云图，给机器人提供移动的轨迹坐标。高性能工业级 3D 相机可对众多类型的物体输出高质量的 3D 数据，已成熟应用于汽车、物流、工程机械等多个场景。该平台的视觉感知系统采用 Mech-Eye Laser-L 型高性能工业级 3D 相机，满足试验中高精度的要求。手持天线测试样品主要包括车用电池包、电机、中控屏幕、控制器等。首先，相机对多种样品扫描计算，对众多类型的物体输出高质量的 3D 数据；其次，通过先进的视觉算法，处理多种典型物体，并且能够应对随意凹凸平面、一定程度反光、暗色等复杂工况。相机系统的工作流程如图4所示。相机配套使用梅卡曼德机器人自主研发的Mech-Vision机器视觉软件。通过完全图形化的界面，利用软件内专有集成模块完成无序物体抓取、高精度定位、自动生成路径。视觉软件模块中央控制软件模块与多个子软件模块构成。为实现机器人的控制功能，在应用软件的机器人库中先添加所使用机器人的型号，进而在相机中央控制软件中实现多个子系统之间的信息交换和历史记录追溯功图 2系统搭载平台 3D设计图图 3天线防护机构设计图图 4相机系统工作流程67第 6卷汽 车 与 新 动 力能；在多个子软件系统中分别实现机器人寻找边缘路径、生成相机点云图、机器人运动路径规划、防碰撞检测灵敏度调节等功能。利用 Mech-Viz子系统控制软件来控制相机主控机器人，使机器人按设定的参数进行轨迹模拟。在编辑完成末端工具的运动轨迹后，相机系统实时拍照，随后在软件中可以模拟机器人真实运动，此外还能控制软件与真实系统一起联动，实时查看机器人的状态与运动状态。1.3软件控制部分在软件控制部分中，考虑到试验人员参与的便捷性，软件控制可实现自行运行及手动操作 2种模式。自行运行模式分为扫描路径规划、扫描路径调整、扫描天线试运行、扫描天线连续运行、扫描天线间隙运行等多个自动运行模块。手动操作模式需要试验人员手动拖拽机器人头部，记录天线位置坐标，也可以手动调整智能相机拍照的角度、位置，生成移动路径。在规划路径生成后可以手动修改、调整规划好的扫描路径，修改扫描的速度、天线距离、被测件的距离等信息。2系统搭建与试验验证汽车零部件手持天线抗扰度测试方式如图 5所示，利用非导电支架进行手动安装，手持天线位置需要依照相关标准规律移动至其目标位置点。当样品尺寸较大或结构较复杂时，测试目标位置多，试验持续时间也较长。在暗室内进行抗干扰试验时，试验人员不宜在暗室内，所以每个目标点位置变换时需要试验人员进入暗室内重新测量尺寸、变换位置，工作效率较低。整个系统搭建成功后，测试平台如图 6 所示。为了验证该平台对多样品的适用性，使用不同的样品进行模拟试验。在利用平台进行试验时，一方面是验证整个试验的效率成果，另一方面是验证平台的抗扰特性。依据 GB/T 33014.92020 道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第 9部分：便携式发射机法 中的技术要求，在 3606 000 MHz 频率段，设置手持天线净输入功率为 20 W、调试方式为连续波（CW），以验证整个平台的电磁抗干扰性能。EMC32测试软件在部分频段下手持天线的发射功率曲线如图 7所示。经过试验对比，采用相同电池包作为样品进行试 验，传 统 方 式 用 时 284 min，测 试 平 台 用 时139 min，试验效率提高约 51。因此，通过试验效率及抗干扰性能 2个方面的试验验证，在样品尺寸轮廓相同的情况下，机器人手持天线抗扰度测试自动化平台的试验时间大大缩短，试验效率大大提高，试验布置及操作更加便捷。图 5汽车零部件手持天线抗扰度测试现场图 6机器人手持天线测试抗扰度自动化平台68第 4期王瑞：机器人手持天线抗扰度测试自动化平台开发3结语本汽车零部件手持天线测试抗扰度自动化平台包括系统控制软件、协作机器人、天线保护机构、视觉感知系统等多项种应用技术，着重展现了机器人检测设备在复杂试验流程中升级或者替代试验人员的能力；同时，在系统控制软件的帮助下，在以相同电池包为样品的试验验证下，试验效率可以提高约 51。综上所述，该汽车零部件手持天线抗扰度测试自动化平台可以有效解决试验中试验人员需要频繁出入电磁兼容实验室的痛点，大大提高零部件手持天线抗扰度试验的测试效率。参考文献1 国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第 9部分:便携式发射机法:GB/T 33014.92020S.北京:中国标准出版社,2020.2 刘雨.电动汽车部件级电磁兼容测试技术及方法研究D.天津:天津理工大学,2022.（a）发射功率（b）天线驻波比图 7手持天线发射功率曲线图69