機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺開發

摘要：在電磁抗擾度試驗滿足相關國家標準的情況下，研究設計了一種機器人手持天線測試抗擾度自動化平臺，主要用于汽車零部件手持天線抗擾度測試，適用的測試對象包括且不限于車用電池包、電機、中控屏幕、控制器等。該機器人手持天線測試抗擾度自動化平臺在試驗前先通過機器視覺系統學習樣品輪廓，隨后對掃描路徑進行規劃、部署，控制天線按照試驗步驟自動移動。通過試驗論證，該機器人手持天線測試抗擾度自動化平臺具有一定抗干擾性，能夠大大提高試驗效率，可以有效解決零部件抗擾度測試過程中試驗人員需要頻繁出入電波暗室的痛點。

關鍵詞：汽車零部件；抗擾度測試；測試平臺

0 前言

如今，機器人廣泛應用于各個領域，如深海探測、作戰、偵察、搜集情報、服務等，機器人作業已經成為高精度、高效率的代名詞。但是機器人在電波暗室內的應用仍為空白，究其原因主要是機器人內部電子元器件較多，在進行抗擾度試驗過程中會存在風險，專門用在電波暗室的機器人設備也較為罕見。手持天線主要用于電氣部件連續窄帶輻射電磁抗擾度試驗中，當手持天線對被試樣品進行試驗時，樣品所有被測表面應分割為100 mm×100 mm的正方形單元，在天線的2 個正交方向，每個單元的中心分別暴露在天線的中心位置和天線振子位置，因此每個劃分單元都要滿足4次暴露［ 1］。在手持天線抗擾度試驗過程中，天線需要依照相關標準規律移動至其目標位置，目標位置多，試驗持續時間長。同時，在暗室內進行抗擾度試驗時，試驗人員不宜在暗室內，所以每個目標位置變換時需要試驗人員進入暗室重新測量尺寸、變換位置，導致工作效率較低。

目前，電波暗室內試驗人員重復試驗次數較多，能夠同時滿足低輻射、防靜電、具有一定輻射抗擾度的機器人設備比較稀缺。機器人手持天線全自動掃描平臺的搭建與研究，不僅能夠節約人員成本和時間成本、提高試驗效率，還可以進行二次開發，將其應用到其他重復性較強的試驗中，應用前景較為廣泛。

很多抗擾度試驗的重復性較強［2］，且由于手持天線抗擾度試驗的特殊性，即天線尺寸較小、質量較輕，同時天線頭部近端場強較高，因此計劃利用多自由度機械手臂夾住手持天線進行位置掃描，在滿足機器人具有一定抗干擾強度的同時給機器人穿上防輻射護具。研究搭建一種機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺，通過機器視覺識別被測件輪廓從而規劃路徑，利用機器人多自由度機械臂夾住手持天線進行位置掃描，使整個平臺能同時滿足低輻射、防靜電、具有一定輻射抗擾度等特點。

1 機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺

該機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺主要由機械、電控與軟件控制3 個部分組成。通過對每處組成結構的特殊處理，可以使整套平臺裝置在一定場強的電磁兼容暗室環境中正常工作而不受影響，排除在試驗中由于設備系統的原因而誤判汽車通用部件受到干擾的問題。同時，系統的設計軟件能夠按測試法規、標準或自建場景設置裝置的各種運動工況，配合汽車通用部件完成測試需求。

機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺系統原理如圖1 所示。電氣控制系統通過軟件控制系統指令協作機器人進行工作，機器人頭部裝有工業相機，系統通過視覺引導的功能，預先布置、規劃、調整天線的掃描路徑，電氣控制部分與機械部分的連接件需要采用快插接頭，以保證安裝便捷性。

1. 1 機械部分

機械部分主要包括2 個部分，一個是系統搭載平臺，另一個是天線的仿形工裝及保護裝置。系統搭載平臺3D 設計圖如圖2 所示。由圖2 可以看出：系統搭載平臺主要包括液壓升降移載工具車、協作機器人、相機系統、天線防護機構及頭部工裝等。液壓升降移載工具車負責設備的移動、固定及Z 軸方向的位置調節。協作機器人作為手持天線的主要驅動設備及動力源，可以帶動手持天線多自由度移動及固定頭部仿形工裝，是連接天線防護機構、相機系統等的連接組件。

天線防護機構如圖3 所示。由圖3 可以看出：天線防護機構主要是在天線外部制作一層保護層，由天線的防碰撞保護罩和過載防碰撞傳感器組成。當防碰撞保護罩的任意點受到外力影響時，防碰撞傳感器收到數值的變化，并根據數值變化的等級給機器人提供警示和動作指令。如果防碰撞傳感器在觸碰到附近障礙物時，機器人即時停止移動，防止天線受損。

1. 2 電氣控制部分

電氣控制部分主要包括協作機器人系統、視覺感知系統2 個部分。整個電氣控制部分能夠完成手持天線掃描控制功能，通過視覺引導的功能預先布置、規劃、調整天線的掃描路徑。

協作機器人系統作為手持天線的主要驅動設備及動力源，帶動手持天線多自由度移動及固定。協作機器人選用優傲UR10e 協作機器人，UR10e機器人是UR 系列機器人中尺寸及力量最大的機器人，同時具有極高的精確度。該協作機器人可對大負載的工作任務進行自動化分配。由于UR10e機器人的有效工作半徑達到1 300 mm，有效負載要求最高可達10 kg，因此非常適合進行不同操作區域間距離較長的包裝、碼垛、裝配、取放等操作。

相較于同類型的機器人，其輕便性及大范圍的工作半徑使其成為本檢測系統的理想之選?？紤]到應用場景的特殊性，將UR10e 機器人的各肩部原塑料材質蓋板改造成金屬材質，增強其在電磁兼容實驗室的抗干擾性。此外，將機器人到控制器的線纜預埋在電波暗室與控制室的導孔走線槽中。

視覺感知系統主要是將獲取的被測件表面信息形成點云圖，給機器人提供移動的軌跡坐標。高性能工業級3D 相機可對眾多類型的物體輸出高質量的3D 數據，已成熟應用于汽車、物流、工程機械等多個場景。該平臺的視覺感知系統采用Mech-Eye Laser-L 型高性能工業級3D 相機，滿足試驗中高精度的要求。手持天線測試樣品主要包括車用電池包、電機、中控屏幕、控制器等。首先，相機對多種樣品掃描計算，對眾多類型的物體輸出高質量的3D 數據；其次，通過先進的視覺算法，處理多種典型物體，并且能夠應對隨意凹凸平面、一定程度反光、暗色等復雜工況。相機系統的工作流程如圖

4 所示。

相機配套使用梅卡曼德機器人自主研發的Mech-Vision 機器視覺軟件。通過完全圖形化的界面，利用軟件內專有集成模塊完成無序物體抓取、高精度定位、自動生成路徑。視覺軟件模塊中央控制軟件模塊與多個子軟件模塊構成。為實現機器人的控制功能，在應用軟件的機器人庫中先添加所使用機器人的型號，進而在相機中央控制軟件中實現多個子系統之間的信息交換和歷史記錄追溯功能；在多個子軟件系統中分別實現機器人尋找邊緣路徑、生成相機點云圖、機器人運動路徑規劃、防碰撞檢測靈敏度調節等功能。利用Mech-Viz 子系統控制軟件來控制相機主控機器人，使機器人按設定的參數進行軌跡模擬。在編輯完成末端工具的運動軌跡后，相機系統實時拍照，隨后在軟件中可以模擬機器人真實運動，此外還能控制軟件與真實系統一起聯動，實時查看機器人的狀態與運動狀態。

1. 3 軟件控制部分在軟件控制部分中，考慮到試驗人員參與的便捷性，軟件控制可實現自行運行及手動操作2 種模式。自行運行模式分為掃描路徑規劃、掃描路徑調整、掃描天線試運行、掃描天線連續運行、掃描天線間隙運行等多個自動運行模塊。手動操作模式需要試驗人員手動拖拽機器人頭部，記錄天線位置坐標，也可以手動調整智能相機拍照的角度、位置，生成移動路徑。在規劃路徑生成后可以手動修改、調整規劃好的掃描路徑，修改掃描的速度、天線距離、被測件的距離等信息。

2 系統搭建與試驗驗證

汽車零部件手持天線抗擾度測試方式如圖5所示，利用非導電支架進行手動安裝，手持天線位置需要依照相關標準規律移動至其目標位置點。當樣品尺寸較大或結構較復雜時，測試目標位置多，試驗持續時間也較長。在暗室內進行抗干擾試驗時，試驗人員不宜在暗室內，所以每個目標點位置變換時需要試驗人員進入暗室內重新測量尺寸、變換位置，工作效率較低。

整個系統搭建成功后，測試平臺如圖6 所示。為了驗證該平臺對多樣品的適用性，使用不同的樣品進行模擬試驗。在利用平臺進行試驗時，一方面是驗證整個試驗的效率成果，另一方面是驗證平臺的抗擾特性。依據GB/T 33014.9—2020《 道路車輛 電氣/電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第9 部分：便攜式發射機法》中的技術要求，在360～6 000 MHz 頻率段，設置手持天線凈輸入功率為20 W、調試方式為連續波（CW），以驗證整個平臺的電磁抗干擾性能。EMC32 測試軟件在部分頻段下手持天線的發射功率曲線如圖7 所示。

經過試驗對比，采用相同電池包作為樣品進行試驗，傳統方式用時284 min，測試平臺用時139 min，試驗效率提高約51％。因此，通過試驗效率及抗干擾性能2 個方面的試驗驗證，在樣品尺寸輪廓相同的情況下，機器人手持天線抗擾度測試自動化平臺的試驗時間大大縮短，試驗效率大大提高，試驗布置及操作更加便捷。

3 結語

本汽車零部件手持天線測試抗擾度自動化平臺包括系統控制軟件、協作機器人、天線保護機構、視覺感知系統等多項種應用技術，著重展現了機器人檢測設備在復雜試驗流程中升級或者替代試驗人員的能力；同時，在系統控制軟件的幫助下，在以相同電池包為樣品的試驗驗證下，試驗效率可以提高約51％。綜上所述，該汽車零部件手持天線抗擾度測試自動化平臺可以有效解決試驗中試驗人員需要頻繁出入電磁兼容實驗室的痛點，大大提高零部件手持天線抗擾度試驗的測試效率。

參考文獻

［ 1 ］ 國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會. 道路車輛 電氣/電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第9 部分：便攜式發射機法： GB/T 33014.9—2020[S]. 北京：中國標準出版社，2020.

［ 2 ］ 劉雨. 電動汽車部件級電磁兼容測試技術及方法研究[D]. 天津：天津理工大學，2022.