公共服務機器人的電磁兼容安全風險監測研究

摘要：隨著科技發展和進步，服務機器人在人們生活中越來越普及。目前，我國尚無針對公共服務機器人電磁兼容安全風險監測的國家標準，存在監管盲區，安全質量難以保證。文中對公共服務機器人的電磁兼容性進行研究，深入探究服務機器人在電磁兼容方面的安全風險，并提出具體應對建議。

關鍵詞：公共服務機器人；電磁兼容；傳導騷擾；輻射騷擾

Research on Security Risk Monitoring of Electromagnetic Compatibility of Public Service Robot

ZHANG Xuebin1， 2

（1 Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

（2 National Quality Inspection and Testing Center of Special Robot Product （Fujian）， Quanzhou362000， Fujian， China）

Abstract： With the development and progress of science and technology， service robots are becoming more and more popular in people's lives. At present，there is no national standard for the security risk monitoring of EMC of public service robot in China and there are regulatory blind spots， thus the safety quality is difficult to guarantee.This paper studies the electromagnetic compatibility of public service robot， discusses its safety risks，and gives specific countermeasures.

Key Words：" Public service robot; Electromagnetic compatibility; Conducted emission; Radiated emission

0引言

隨著社會發展，科技進步，人口老齡化加劇帶來的服務業招工難、用工成本攀升等問題，使得服務機器人成為人類社會青睞的對象。服務機器人在商場、銀行、酒店、醫院、公共服務大廳等場所實現廣泛應用。但是市場對于公共服務機器人的監管還不夠完善，市面上的各種公共服務機器人質量參差不齊，逐漸顯露出一些潛在的質量安全問題，例如電氣危險、機械危險、輻射危險、化學危險等等。由于人工智能特性帶來的安全問題，其中電磁兼容（EMC）方面帶來的質量安全問題不容忽視。公共服務機器人由于產品結構復雜、集成度高，一方面，外部環境的電磁干擾容易致使機器人性能下降，機器人失控、無法正常工作的現象時有發生。另一方面，服務機器人本身也存在對周邊環境的電磁干擾，影響其他設備的正常運行，特別是在銀行、政府機構、醫院重要應用領域對關鍵設備造成系統性事故，將導致難以估量的損失。

1風險監測項目和標準選擇

1.1電磁兼容與安全風險

隨著社會和科技的發展，越來越多的公共服務機器人進入人們的日常生活，如在大型商場、酒店、餐廳、銀行、醫院、場館等場所都能看到，但給生活帶來便利的同時，也產生了一系列的問題。服務機器人在使用過程中產生的電磁騷擾不僅會干擾公共通信設施的正常工作，而且對居民的文化生活，甚至人身安全都會造成影響和傷害。因此，大多數的發達國家和地區都把電磁兼容干擾視為安全風險因數之一，將其納入國家環境保護和法制管理范圍。

電磁兼容（EMC，Electro Magnetic Compatibility）：即電氣、電子設備或系統在預期的電磁環境中，按設計要求正常工作的能力[1]。它屬于電氣、電子設備或系統的一種重要技術性能，包含以下三方面：

1）電磁干擾（EMI，Electro Magnetic Interference）：即處于一定環境中的設備或系統，在其正常運行時，不應產生超過相應標準要求的電磁能量[1]。基本的EMI測試項目有：電源線傳導騷擾、信號/控制線傳導騷擾、輻射騷擾、諧波電流、電壓波動和閃爍。電磁干擾超標可能產生的危害有[2]：

a.妨礙公共通信數據傳輸，造成重要數據信息的丟失和破壞。

b.影響無線廣播、電視、電話、手機等信息設備的正常使用和播放。

c.導致各種電氣、電子設備的不正常工作。

d.引起醫療器械、導航系統、自動控制器等專用設備的工作狀態異常、故障頻發。

此外，過強電磁場輻射騷擾還會對處于其電磁環境中的動植物和人身安全造成不可預估的影響和傷害。

2）電磁抗擾度（EMS，Electro Magnetic Susceptibility）：即處于一定環境中的設備或系統，在其正常運行時，能承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾[1]。

3）電磁環境：即設備或系統的工作環境[1]。

1.2監測項目和標準分析

目前，我國公共服務機器人標準體系還不完善，其產品標準和方法標準數量較少。2019年10月 GB/T 38124-2019《服務機器人性能測試方法》發布，標準僅僅只對服務機器人在移動性能、定位導航、操作能力、續航能力、能耗、語音交互、人臉識別7個方面規定了性能測試方法，而未涉及到服務機器人的電磁兼容性。GB/T 37284-2019《服務機器人 電磁兼容通用標準 發射要求和限值》規定了測量服務機器人所產生的電磁騷擾電平的程序、騷擾限值、測量方法、運行條件和結果的處理。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》規定了服務機器人電磁兼容抗擾度試驗要求。GB/T 38260-2019 《服務機器人功能安全評估》對服務機器人控制系統功能安全評估的要求及流程、危害識別和風險評估進行了規范和明確。

福建省市場監管局2021年產品質量監督抽查任務之一：公共服務機器人電磁兼容安全風險監測，其EMC安全風險監測的項目為傳導騷擾（電源端子）和輻射騷擾，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》進行項目監測。

2風險監測過程分析

2.1采樣方法和樣品分布情況

本次風險監測針對服務機器人中的公共服務機器人，采用現場抽樣方式，抽取了不同類型、不同規格、不同型號、不同價位的產品，共計10批次。采樣產品的種類、數量及應用領域如表1、表2所示，覆蓋了服務機器人在城市公共服務應用的多個技術領域。

2.2 測試方法與過程分析

2.2.1 測試環境

測試應在指定的測試環境中進行，以確保測試樣品（EUT）的正確運行，具體環境要求如下：

周圍環境溫度：15～35℃；

相對濕度：10%～75%；

空氣壓力：86～106kPa。

若上述環境條件不能保證服務機器人的正常工作需求，則可以按照制造商規定的工作條件進行測試。

2.2.2 試驗一般要求

服務機器人根據其安裝方式[3]，可分為移動式服務機器人和固定式服務機器人兩類，相應的試驗要求如下：

a.移動式服務機器人：

其運行狀態可分為充電模式、典型工作模式及回充尋找模式[3]。

在充電工作模式下的試驗項目：傳導騷擾、輻射騷擾、諧波電流、電壓波動與閃爍；

在典型工作模式下的試驗項目：輻射騷擾；

在回充尋找模式下的試驗項目：輻射騷擾、諧波電流、電壓波動與閃爍。

b.固定式服務機器人：

在典型工作模式下進行全部項目的測試。按照正常工作狀態下進行測量，模擬固定式服務機器人正常工作，如有提供服務的輔助設備，應包含在測試中；測試時，充電電纜或者充電器應參考實際使用要求考慮是否接入[3]。

2.2.3 測試過程

本次風險監測所檢測的機器人均為移動服務機器人，其測試過程方法如下（以某品牌智能消殺機器人為例）：

1）傳導騷擾試驗（電源端子）

試驗場地：3m法半電波暗室。

試驗布置：按照GB/T 37284-2019標準要求（見圖1）。

智能消殺機器人狀態：

試驗過程：將機器人放置在距水平參考接地平板0.10m高度的絕緣木板上。對電源端子，使用人工電源網絡（AMN），把被測電路和電網上的背景噪聲隔離開，在相線與參考地之間、中線與參考地之間測量傳導騷擾；記錄6個最大的騷擾電平及其所對應的頻率。

結果判定依據：見表3要求。

2）輻射騷擾試驗

試驗場地：3m法半電波暗室，測量距離為3m。

試驗布置：按照GB/T 37284-2019標準要求（見圖2、圖3）。

智能消殺機器人狀態：

試驗過程：將機器人放置在距水平參考接地平板0.10m高度的絕緣木板上。1GHz以下的輻射發射測量使用TRILOG寬帶天線；1GHz以上輻射發射測量使用寬帶喇叭天線。在每一個測試頻率，應在接地平板上方1～4m的范圍內調整天線高度，同時改變天線和機器人（EUT）之間的方位角以尋找最大的場強讀數。試驗時天線分為水平和垂直兩個極化方向分別進行。

結果判定依據：見表4與表5要求。

3風險監測結果統計與分析

3.1監測結果統計

本次風險監測項目的產品是服務機器人中的公共服務機器人，不論被抽樣檢驗的該類產品是否明示執行現行標準，均按照現行標準以及《2021年福建省產品質量安全風險監測實施方案公共服務機器人》進行檢測和判定。產品所有檢驗項目符合標準要求，即判定為一致，任何一項不符合標準要求即判該產品為不一致。

本次電磁兼容（EMC）風險監測各類服務機器人產品共計4個領域10個批次，其中傳導騷擾項目有住宿、餐飲領域共3批次產品測試結果與標準不一致，符合率為30%。輻射騷擾測試結果符合率見表6與表7。

3.2風險來源分析

3.2.1傳導騷擾（電源端子）

傳導騷擾這個試驗的目的是檢驗樣品工作時，是否通過電源線產生過強的騷擾發射。圖4、圖5為本次風險監測1臺智能消殺服務機器人傳導騷擾測試結果的曲線圖，可以看出該機器人共模傳導騷擾發射超標，主要原因在于電源模塊或適配器，其AC/DC電源工作時濾波不足，導致傳導騷擾干擾超標，容易通過電源線傳導發射到公共電網，引起在同一電源網絡環境下工作的其他敏感電子設備受到干擾，以致于設備受損而無法正常工作。

3.2.2輻射騷擾

輻射騷擾這個試驗的目的是檢驗樣品工作時，是否會產生過強的電磁波輻射，對周圍的敏感電子設備進行干擾。圖6、圖7為本次風險監測1臺導覽機器人輻射騷擾（30～1000MHz）測試結果的曲線圖，可以看出該機器人（30～1000MHz）輻射騷擾發射超標。導致這一超標結果的原因有許多。移動服務機器人，它是由主板、控制器、電源模塊、傳感器、電機等設備組合而成的一個具備復雜功能的機電一體化系統。例如機器人的移動是由電機驅動的，供電電壓高低，轉速快慢都會直接影響到輻射騷擾水平大小，其中DC110V和DC220V供電的直流電機產生的電磁干擾尤其嚴重，若沒有施加抑制措施，長期使用可能會對周圍較為敏感的設備造成電磁干擾。各個部件在其設計制造過程中，未能保證其電磁兼容性都經過測試符合要求，因此90%以上的電子設備在進行輻射騷擾測試時都會出現輻射值超標。由此建議服務機器人研發制造部門在組裝生產一臺機器人之前，從機器人系統各個組成部件入手，在其設計、生產過程中嚴格把關各部件的電磁兼容性，只有這樣才能保證由許多部件組成的服務機器人，其整體的電磁兼容性符合標準要求。

4風險監測建議和措施

4.1對監管部門的建議

根據實施本次項目發現的問題，從行政監管的角度，建議出臺鼓勵性政策，支持國產品牌的產品質量提升，加大力度對企業進行政策宣講和技術扶持，使企業及其員工提高意識，了解產品認證的重要性，并將該類產品的產品質量監督抽查工作和風險監測工作常態化，督促企業使產品符合安全質量要求。

4.2對企業的建議

通過本次風險監測項目的實施和對檢驗結果數據的分析，反映出產品成熟度不高且市場競爭力較低，從我國公共服務機器人產品降低自身風險和提高市場競爭力角度出發，建議在公共服務機器人產品設計的研發階段，可引入第三方協助，進行功能安全的評估，構建在設計前期發現和解決問題的能力；在產品出廠前，引入第三方的檢驗，以提升質量問題的把控能力。

4.3對消費者的建議

消費者在購買和使用公共服務機器人時，應注意以下幾點：

1）購買時最好認準符合國家標準安全要求生產的產品。

2）盡量選擇市面上口碑較好的主流品牌，避免因商家介紹誤導，追求宣稱的獨特使用效果，而選擇一些新奇的產品。

3）購買時和使用前應仔細閱讀使用說明書，要根據自己的需求選擇產品，并按規定方法操作。

5結語

服務機器人電磁兼容領域的風險監測尚在起步階段，本次風險監測主要針對福建省內生產銷售領域，由于服務機器人產品單體價值較高，采樣過程存在難度，因此在選擇監測試驗項目時，也多選擇非破壞性的試驗，導致部分關鍵的電磁兼容風險項目，如靜電放電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、浪涌、工頻磁場等項目未能被選擇。雖然本次監測結果基本上可以反映福建省內服務機器人產品當前的風險情況，但是并不能代表和體現國內公共服務機器人整體水平的高低。建議今后的電磁兼容風險監測能擴大采樣領域和范圍、增加采樣批次和產品類型，并適當地增加一些比較可能出現風險的項目進行檢測，將產品的問題更加全面、細致地反映出來。

參考文獻

[1]鄭軍奇.EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M].北京：電子工業出版社，2018（7）：1-2.

[2]電磁兼容標準實施指南（修訂版）[M].北京：中國標準出版社，2010（12）：75-85.

[3]服務機器人 電磁兼容 通用標準 發射要求和限值：GB/T 37284-2019[S].

收稿日期：2022-03-31

作者簡介：張學斌，男，福建省特種設備檢驗研究院/國家特種機器人產品質量檢驗檢測中心（福建），EMC高級工程師