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?一、機器人手臂控制器行業標準剖析

GB/T 39004—2020《工業機器人電磁兼容設計規范》

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

GB/T 39785-2021 服務機器人 機械安全評估與測試方法

GB/T 40014-2021 雙臂工業機器人 性能及其試驗方法

GB/T 40013-2021 服務機器人 電氣安全要求及測試方法

GBZ 41046-2021 上肢康復訓練機器人 要求和試驗方法

TGDCKCJH 013-2020 工業機器人伺服系統可靠性通用要求

TGDCKCJH 014-2020 工業機器人伺服系統可靠性仿真試驗規范

TGDCKCJH 015-2020 工業機器人伺服系統可靠性強化試驗方法

TGQDA 00005-2021 機器人控制器加速試驗與可靠性指標驗證方法

TSSITS 301-2020 工業應用移動機器人 設計通則

1.1 同樣在T/ZXCH 0014- 2023標準中，規定了詳細的試驗方法和檢驗規則。通過這些標準的試驗方法，可以準確測試機器人手臂控制器的各項性能，判斷其是否符合技術要求；檢驗規則則明確了產品的合格判定準則，從原材料檢驗到成品檢驗，每一個環節都有嚴格的規范，保證進入市場的機器人手臂控制器質量可靠，為用戶提供穩定、高效的使用體驗

1.2 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》

 B 級：服務機器人正常工作時，其性能受到一定電磁干擾影響，但仍能滿足基本功能要求

 ?國際標準化組織（ISO）標準

ISO 10218-1:2011 ：《機器人與機器人裝置 工業機器人的安全要求 第 1 部分：機器人》

ISO 10218-2:2011：《機器人與機器人裝置 工業機器人的安全要求 第 2 部分：機器人系統與集成》

ISO/TS 15066:2016：《機器人與機器人裝置 協作機器人》

美國標準

ANSI/RIA R15.06-2012：《工業機器人和機器人系統 安全要求》

RIA TR R15.606-2016：美國協作機器人安全標準

歐盟標準

EN ISO 10218-1:2011和EN ISO 10218-2:2011

EN 60204-1：《機械安全 機械電氣設備 》

德國

VDI 2057 Blatt 2-2002和VDI 2057 Blatt 2-2012：《人體暴露于機械振動 手臂振動》

DIN EN ISO 13849-1:2016：《機械安全 控制系統的安全相關部件

日本機器人協會（JARA），ISO 13482 是關于護理機器人安全性的國際標準

?二、機器人手臂控制器EMC電磁兼容

2.1 GB/T 39004—2020《工業機器人電磁兼容設計規范》，該標準于中國機械工業聯合會規定了工業機器人的示教器、控制柜、機器人本體、印制電路板（PCB）的電磁兼容（EMC）設計要求 2.2 EMC證實方法： 電磁兼容性測試方法：規定了工業機器人電磁兼容性的測試方法和程序，包括測試環境、測試設備、測試項目和測試步驟等 設計過程記錄：要求對工業機器人電磁兼容設計的過程進行記錄，包括設計文檔、測試報告、整改記錄等，以便于追溯和驗證設計的有效性

2.3 工業機器人在運行過程中會產生大量電磁干擾，同時自身也對外界電磁干擾敏感。如果電磁兼容性處理不當，不僅會影響機器人系統的穩定性和精確性，導致動作偏差、數據傳輸錯誤等問題，還可能干擾周圍設備的正常工作

2.4 以汽車制造自動化生產線為例，控制機器人手臂的控制系統對電磁干擾非常敏感，一旦受到干擾，機器人手臂可能會出現動作偏差，影響汽車零部件的安裝質量。因此，對機器人手臂控制器進行EMC設計與測試，是確保其在各種電磁環境下可靠運行的關鍵，對于保障工業生產的順利進行具有重要意義

2.5 EMC抗干擾設計方法

屏蔽  是常見的抗干擾措施，通過使用金屬屏蔽材料將設備或電路包圍起來，能夠有效阻止外部電磁干擾進入，同時防止內部電磁干擾泄漏出去;例如，在工業電纜中，通常會使用金屬屏蔽層來保護電纜內部的信號傳輸不受外界干擾

接地  可以將設備上的電磁干擾電流引入大地，從而降低設備的電磁干擾水平;在工業自動化系統中，會根據設備特點和電磁環境選擇單點接地、多點接地等不同的接地方式

合理布局在工業自動化設備的設計和安裝過程中，能減少電磁干擾的產生和傳播。比如將強電設備和弱電設備分開布置，避免強電設備對弱電設備產生干擾；合理規劃電纜的走向，避免電纜之間的相互干擾

濾波  去除電路中的高頻干擾信號，在電源電路中，常使用電源濾波器來抑制電源線上的電磁干擾，保證設備獲得穩定、純凈的電源

三、機器人手臂控制器常見問題與行業痛點洞察 

技術瓶頸A  機器人手臂控制器的核心部件和關鍵技術仍存在短缺問題，高性能伺服電機、減速器、控制器等技術壁壘高，突破難度大，限制了機器人整體性能的提升 

技術瓶頸B 智能化、感知能力和適應性仍有待提高。在復雜多變的工作環境中，機器人手臂控制器難以快速、準確地感知環境變化并做出相應調整，無法滿足日益增長的多樣化應用需求

市場困境   目前機器人行業市場競爭激烈，同質化現象嚴重，許多企業為了爭奪市場份額，大打價格戰，導致整個行業利潤空間被大幅壓縮，企業缺乏足夠的資金投入研發和創新，不利于行業的健康發展；機器人企業在市場開拓方面面臨諸多困難，一方面，對市場需求的了解不夠深入，產品與市場實際需求存在一定偏差；另一方面，缺乏有效的營銷策略，難以打開新的市場和客戶群體，限制了企業的發展規模和速度

四、為機器人手臂控制器賦能

風扇模塊解決方案 , 針對機器人手臂控制器的風扇模塊，采用高效散熱設計理念，選用高性能的風扇組件，確保在機器人手臂控制器運行過程中能夠快速、有效地散發熱量, 通過優化風扇的轉速控制算法，實現根據控制器的溫度實時調節風扇轉速，既能保證良好的散熱效果，又能降低風扇運行產生的噪音和能耗，提高系統的穩定性和可靠性;音特電子能夠提供SS14 ，HL8050

在LED顯示模塊方面，提供高亮度、高對比度的LED顯示屏，能夠清晰地展示機器人手臂控制器的各種運行狀態信息，如工作模式、故障報警等,確保LED顯示屏的顯示效果穩定，延長顯示屏的使用壽命,音特電子能夠提供 SS14 、HL8050

對于BEEP蜂鳴器模塊，使其在機器人手臂控制器出現異常情況時，能夠及時、準確地發出警報聲，引起操作人員的注意，為操作人員提供明確的故障提示，便于及時采取相應的處理措施；音特電子能夠提供SS14 ,HL8050

RS485通訊模塊具備高抗干擾能力，采用先進的差分信號傳輸技術，有效減少信號傳輸過程中的干擾，確保數據傳輸的準確性和穩定性

     CMZ2012-121T        共模電感，提高EMI性能

    PWR4018A221M      提高電源的品質

    ESDSM712 靜電保護，確保安裝拔插過程的靜電干擾

以太網通訊模塊提供高速的網絡連接，采用先進的網絡芯片和優化的網絡驅動程序，確保機器人手臂控制器能夠快速、穩定地接入以太網，具備網絡自適應功能，可自動識別網絡環境并調整通信參數，實現與不同網絡設備的無縫對接。同時，支持多種網絡協議，滿足不同應用場景下的數據傳輸需求很重要

GDT/SMD1812-091 

或者 GDT/3R090-8L 

區別在于第二級防護，由于千兆網的傳輸速率更快，對寄生電容值得要求更高，一般推薦 2pF 以下，差分電 

壓百兆千兆也有不同，故第二級保護使用的器件也和百兆網不同。音特推薦使用電容只有 0.8pF 的 

ESDLC3V3D3B，封裝為 SOD323,或者使用音特電子專為千兆網絡定制的 ESDSLVU2.8-4H,封裝為 SOP-8,使用方 

法和百兆網上的 ESDSLVU2.8-4 一樣

在MCU處理器模塊方面，除了選用高性能、低功耗的MCU芯片，具備強大的數據處理能力和豐富的外設資源，能夠快速響應各種控制指令，實現對機器人手臂的精確控制，對于MCU的電源供電電源也很關鍵

音特電子提供  PWR4018A221M      濾波電感

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工業伺服、控制器人機界面的主要模塊

• 顯示模塊：負責將系統的運行狀態、參數信息、操作提示等內容以可視化的方式呈現給用戶，如液晶顯示屏（LCD）、發光二極管顯示屏（LED）
• 輸入模塊：是用戶向人機界面輸入指令和數據的通道，常見的有觸摸屏、物理按鍵、旋鈕、鼠標、鍵盤等
• 通信模塊：用于實現人機界面與工業伺服、控制器以及其他相關設備之間的數據傳輸和交互，如串口通信（RS232、RS485 等）、以太網通信、現場總線通信（如 Profibus、Canbus 等）
• 處理模塊：對輸入的信息進行處理和分析，協調各模塊之間的工作，并根據設定的程序和邏輯，控制顯示模塊展示相應的內容，通常包含微處理器、內存等
• 電源模塊：為整個人機界面提供穩定的電力供應，將外部輸入的電源轉換為適合各模塊工作的電壓和電流。

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各模塊容易出現的問題點

• 顯示模塊：屏幕顯示不清晰、出現花屏、黑屏現象；顏色失真，顯示的色彩與實際應顯示的色彩不符；背光燈損壞，導致屏幕亮度不足或完全不亮
• 輸入模塊：觸摸屏反應不靈敏或不準確，出現觸摸點偏移、部分區域無響應等問題；物理按鍵按下后無反應、按鍵粘連，導致誤操作；旋鈕旋轉時卡頓、不順暢，或者旋轉角度與實際輸出的信號不匹配
• 通信模塊：通信中斷，人機界面與伺服、控制器之間無法進行數據傳輸；通信不穩定，數據傳輸時出現延遲、丟包、數據錯誤等現象；通信參數配置錯誤，導致無法與其他設備建立正確的連接
• 處理模塊：系統運行緩慢，操作響應遲鈍，導致用戶操作后需要等待較長時間才能看到反饋；死機或程序崩潰，人機界面完全無響應，需要重啟才能恢復正常；內存不足，導致部分功能無法正常使用或數據丟失
• 電源模塊：電源輸出電壓不穩定，過高或過低的電壓可能會損壞其他模塊；電源故障，無法正常輸出電力，導致人機界面無法啟動。

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EMC 電磁兼容常見問題及解決方法

1. 電磁干擾（EMI）輻射問題：設備向外發射的電磁能量超過規定的限值，對周圍其他設備產生干擾。解決方法包括優化電路設計，減少高頻信號的輻射，如采用合理的布線方式、縮短信號線長度；使用屏蔽技術，對容易產生輻射的部件或整個設備進行屏蔽；安裝電磁屏蔽濾波器，抑制電磁干擾信號的傳播
2. 電磁敏感度（EMS）問題：設備對外部電磁干擾過于敏感，導致自身工作異常。可選用抗干擾能力強的電子元件和器件；對敏感電路和信號進行隔離和保護，如采用光電隔離、磁隔離等技術；合理設計接地系統，確保設備有良好的接地，降低接地阻抗
3. 電源噪聲問題：電源系統中的紋波、尖峰等噪聲會影響設備的穩定性和性能。解決措施有在電源輸入端和各功能模塊的電源引腳處添加去耦電容，濾除高頻噪聲；采用電源濾波器，對電源進行濾波處理，減少電源中的干擾信號；優化電源電路的布局和布線，避免電源線與信號線平行敷設，減少電源噪聲對信號的干擾
4. 信號傳輸干擾問題：信號在傳輸過程中受到電磁干擾，導致信號失真、誤碼等。可采用屏蔽電纜傳輸信號，并確保屏蔽層良好接地；對高速信號和敏感信號進行差分傳輸，提高信號的抗干擾能力；合理規劃信號布線，避免不同類型信號之間的相互干擾，如將數字信號和模擬信號分開布線
5. 靜電放電（ESD）問題：靜電放電可能會損壞設備的電子元件，導致設備故障。應增加防靜電措施，如在設備外殼、操作面板等容易產生靜電的部位采用防靜電材料；安裝靜電釋放器件，如靜電放電二極管、靜電釋放電阻等，將靜電電荷快速釋放到地；操作人員佩戴防靜電手環、防靜電服等，防止人體靜電對設備造成損害

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• 數字輸入輸出（Digital I/O）：用于傳輸離散的二進制信號，如開關狀態、邏輯電平。常見的有 PNP 數字量輸入輸出、NPN 數字量輸入輸出、繼電器數字量輸出等。相關標準如 IEC 61131-2 等對數字量接口的電氣特性等有規定
• 模擬輸入輸出（Analog I/O）：用于傳輸連續變化的模擬信號，如電壓、電流信號，像 ±5V、±10V 電壓輸入輸出，4-20mA、0-20mA 電流輸入輸出等。標準有相關的工業過程測量和控制的模擬信號標準，如 IEC 60381 等
• 脈沖輸入輸出（Pulse I/O）：用于傳輸脈沖信號，常用于計數、位置控制等，如監測累積流量、控制伺服電機運動。在伺服控制中，脈沖接口相關標準會涉及到運動控制的脈沖頻率、脈沖寬度等規范
• 通信接口：包括串口通信（如 RS232、RS485，相關標準有 EIA-232、EIA-485）、以太網通信（遵循 IEEE 802.3 等標準）、現場總線通信（如 Profibus 遵循 EN 50170 等標準、Canbus 遵循 ISO 11898 等標準）

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1. 數字輸入輸出口：輸入信號誤判，如干擾導致輸入狀態錯誤；輸出觸點損壞，長期通斷大電流使觸點燒蝕、粘連；電氣隔離問題，隔離不良導致信號串擾、損壞設備
2. 模擬輸入輸出口：信號漂移，長時間運行或溫度變化等導致輸出信號偏離設定值；噪聲干擾，使模擬信號失真，影響控制精度；量程匹配問題，輸入輸出量程與實際設備不匹配，導致數據不準確
3. 脈沖輸入輸出口：脈沖丟失，高速脈沖傳輸時可能因干擾、線路問題等導致部分脈沖未被正確接收；脈沖頻率不穩定，影響位置控制精度和電機運行平穩性；脈沖信號畸變，如波形失真、脈寬變化，使接收端誤判
4. 通信接口：通信中斷，因干擾、線路故障、協議不匹配等導致通信突然停止；通信數據錯誤，數據傳輸過程中受干擾出現誤碼、丟包等；通信速率不穩定，時快時慢影響系統實時性和穩定性

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• 傳導干擾問題：干擾信號通過電源線、信號線等傳導到其他設備。解決方法是在電源線和信號線上安裝合適的濾波器，抑制傳導干擾；優化布線，避免強電和弱電線路并行，減少傳導耦合
• 輻射干擾問題：設備向外輻射電磁能量，干擾周圍其他設備。可采用屏蔽措施，對 I/O 口所在的電路板、模塊進行屏蔽處理；合理設計 PCB 布局，減少信號環路面積，降低輻射強度
• 靜電放電（ESD）問題：靜電可能通過 I/O 口放電，損壞設備或干擾信號。要增加防靜電措施，如安裝靜電釋放器件，對 I/O 口進行靜電防護；操作人員做好靜電防護，佩戴防靜電手環
• 電磁敏感度（EMS）問題：I/O 口對外部電磁干擾敏感，導致信號錯誤或設備工作異常。可選用抗干擾能力強的 I/O 芯片和器件；對 I/O 信號進行隔離和濾波處理，提高抗干擾能力
• 電源噪聲問題：電源紋波、尖峰等噪聲會影響 I/O 口的穩定性和信號質量。在電源輸入端和 I/O 口電源引腳處添加去耦電容，濾除高頻噪聲；采用穩定的電源模塊，提高電源質量

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• 中央處理器（CPU）電路：由控制器、運算器和寄存器組成，是 PLC 的核心，負責執行控制程序，處理輸入信號，進行數據運算和邏輯判斷，并產生輸出信號
• 電源電路：用于將外部輸入的交流電轉換為 PLC 內部所需的直流電，為中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等電路提供穩定的 5V、12V、24V 等直流電源，通常采用開關式穩壓電源，具有穩壓、抗干擾等功能
• 存儲器電路：包括系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用于存放 PLC 的系統程序，由廠家編寫并固化，一般為只讀存儲器（ROM）；用戶存儲器用于存放用戶編寫的控制程序和數據，常采用可電擦除的 E2PROM 等存儲器
• 輸入輸出（I/O）接口電路：輸入接口電路用于將按鈕、行程開關、傳感器等外部設備產生的信號轉換為 CPU 能夠識別的信號，可分為直流輸入電路和交流輸入電路；輸出接口電路將 CPU 輸出的信號轉換為能驅動外部執行元件的信號，有繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型三種
• 通信接口電路：實現 PLC 與其他設備或系統之間的數據交換，常見的有 RS232、RS485、以太網接口、現場總線接口等，遵循相應的通信協議標準
• 擴展接口電路：用于連接擴展單元和功能模塊，使 PLC 的配置更加靈活，以滿足不同控制系統的需要

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• 高速信號處理：在一些高速控制場景下，如高速計數、高速脈沖輸出等，需要 CPU 和相關電路能夠快速準確地處理高頻信號，確保計數精度和脈沖輸出的穩定性，對電路的響應速度和抗干擾能力要求很高
• 復雜算法實現：對于一些復雜的控制任務，需要 PLC 執行復雜的數學運算、邏輯運算和數據處理算法，如 PID 控制算法、模糊控制算法等，這要求 CPU 具有較強的運算能力和數據處理能力，同時也需要優化算法以提高執行效率
• 可靠性設計：工業環境復雜惡劣，PLC 需要在高溫、潮濕、振動、電磁干擾等條件下長期穩定運行，因此，在電路設計中需要采取一系列可靠性措施，如電源的穩定性設計、抗干擾設計、冗余設計等
• 兼容性與可擴展性：在實際應用中，PLC 往往需要與多種不同品牌、不同類型的設備進行通信和協同工作，這就要求 PLC 的通信接口和協議具有良好的兼容性。同時，隨著生產工藝的發展和需求的變化，PLC 系統需要具備可擴展性，以便能夠方便地添加新的功能模塊和 I/O 點
• 實時性要求：在一些對實時性要求較高的控制系統中，如工業機器人控制、自動化生產線的高速分揀等，PLC 需要在極短的時間內完成輸入信號的采集、程序的執行和輸出信號的刷新，確保系統的實時響應能力

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• 電源干擾問題

問題表現：電源中的紋波、尖峰、浪涌等干擾信號可能導致 PLC 工作異常，如程序運行錯誤、元件損壞等

解決方法：安裝電源濾波器，濾除電源中的高頻干擾信號；使用隔離變壓器，將 PLC 的電源與其他設備的電源隔離，減少電源之間的相互干擾；配備浪涌保護器，防止雷擊等瞬間高壓對 PLC 造成損壞

• 空間輻射干擾問題

問題表現：周圍的強電磁場輻射可能影響 PLC 的正常工作，導致信號傳輸錯誤、程序運行不穩定等

解決方法：將 PLC 安裝在金屬屏蔽柜內，屏蔽外界的電磁輻射；對 PLC 的信號線采用雙絞屏蔽線，并確保屏蔽層良好接地；合理布置 PLC 與其他設備的位置，避免將 PLC 暴露在強輻射源附近

• 傳導干擾問題

問題表現：干擾信號通過電源線、信號線等傳導到 PLC 內部，引起系統故障

解決方法：對電源線和信號線進行合理布線，避免強電和弱電線路并行，減少傳導耦合；在電源線和信號線上安裝共模電感、差模電感等元件，抑制傳導干擾

• 接地問題

問題表現：接地不良可能導致 PLC 的電位不穩定，產生接地環路電流，引入干擾信號，還可能影響設備的安全性能

解決方法：確保 PLC 有獨立、可靠的接地系統，接地電阻應符合要求（一般≤4Ω）；將信號地、電源地、保護地分開，避免不同類型的接地相互干擾；采用多點接地或單點接地的方式，根據實際情況優化接地布局

• 靜電放電（ESD）問題

問題表現：靜電可能通過 PLC 的輸入輸出接口、外殼等部位放電，損壞內部電子元件，導致設備故障

解決方法：在 PLC 的輸入輸出接口電路中增加靜電保護元件，如靜電放電二極管等；對 PLC 的外殼進行防靜電處理，采用防靜電材料；操作人員在接觸 PLC 設備時，應佩戴防靜電手環等防護用品，防止人體靜電對設備造成損害