Ако някога сте се занимавали с тестване на роботика, вероятно сте се сблъсквали с онзи странен проблем, при който робот, който работи перфектно във вашата лаборатория, случайно се сблъсква, когато бъде преместен в производствен етаж или натоварен склад. Светлините мигат, други машини бръмчат и внезапно захващащото устройство на вашия робот не поставя част или неговата навигационна система блокира без очевидна причина. Това е електрическа бърза преходна/взривна смущения (EFT/Burst) за вас – и ако тествате хардуер за роботика, трябва да симулирате този вид хаос, за да сте сигурни, че вашият бот може да се справи с него. Въпросът, който получавам през цялото време като доставчик на пакетни генератори, е: „Може ли един пакетен генератор дори да се използва за тестване на роботика?“ Кратък отговор? Абсолютно. Но нека да разберем защо, как и кои инструменти правят рязането.
Първо, нека да видим какво прави генераторът на импулси, защото много хора го смесват с друго оборудване за изпитване на EMC (електромагнитна съвместимост). Бурст генераторите произвеждат електрически импулси с високо напрежение с кратка продължителност, които имитират бързите преходни процеси, които се появяват в реални среди. Помислете кога реле се включва или изключва, или се включва двигател – тези събития създават малки, бързи електрически смущения, които могат да се промъкнат в захранващите линии на робота, I/O портовете или комуникационните кабели и да причинят всякакви странни поведения. За разлика от големите, бавни пренапрежения на напрежението, тези изблици са бързи, резки и се случват в клъстери, така че са предназначени да се насочат към малката, чувствителна електроника в роботите, за която повечето хора дори не се замислят – като микроконтролерите, които управляват навигацията, сензорите, които откриват препятствия, или Wi-Fi модулите, които позволяват на роботите да говорят с техните системи за управление.
Роботите, особено индустриалните колаборативни роботи (коботите) и мобилните автономни роботи (AMR), са пълни с деликатни части, които мразят непланиран електрически шум. Виждал съм толкова много екипи по роботика да пропускат тази стъпка, защото си мислят, че „нашият робот работи добре в лабораторията, защо да тестваме това?“ Но след това се оказват с повреди на място, чието отстраняване отнема седмици, което им коства хиляди престой. Burst генераторите ви позволяват да възпроизвеждате тези точни преходни събития в контролирана лабораторна среда, така че можете да уловите недостатъци в дизайна на вашия робот, преди да започне да се произвежда. Например, ако драйверът на двигателя на вашия робот блокира, когато се включи близка конвейерна лента, генераторът на импулси може да симулира тази намеса и да ви позволи да тествате поправки като добавяне на по-добро екраниране или надграждане на филтрирането на захранването ви.
Сега, когато тествате роботи, не се занимавате само с еднофазно захранване, както бихте направили в малко лабораторно устройство. Повечето индустриални роботи са трифазни, нали? Те черпят енергия от три отделни линии, за да управляват своите големи двигатели и тежки машини. Това означава, че имате нужда от импулсен генератор, който може да се справи както с еднофазни, така и с трифазни настройки, тъй като преходните процеси засягат всяка линия по различен начин. Нека поговорим за опциите тук. Ако тествате по-малки роботи – като настолни коботи за леко сглобяване – нашият еднофазен 5kV EFT/Burst генератор е солидна отправна точка. Той излъчва до 5000 волта изблици, което е повече от достатъчно, за да симулира преходните процеси от малки релета, сензори и двигатели с ниска мощност, които тези ботове използват. За малко по-големи монофазни роботи, или ако имате нужда от малко повече оомф, еднофазният 6kV EFT/Burst Generator увеличава това до 6000 волта, идеално за симулиране на по-тежки среди като натоварени производствени линии.
Но когато преминете към промишлени роботи в пълен размер, AMR, които работят с трифазно захранване, или роботи, които се свързват към трифазни захранващи линии, имате нужда от оборудване, което може да тества и трите линии наведнъж. Еднофазен генератор може да удари само една линия, така че ще пропуснете смущенията между линиите, които се случват, когато изблиците прескачат между фазите – и това е често срещана причина за случайни проблеми при големите роботи. За трифазно тестване разполагаме с трифазен 5kV EFT/Burst Generator и Трифазен 6kV EFT/Burst Generator, и двата проектирани да прилагат изблици към трите линии (плюс неутралната линия също, ако имате нужда от нея), за да имитират точно условията в реалния свят. Това не подлежи на обсъждане за тестване на тежка промишлена роботика, тъй като тяхната мощност е много по-висока и преходните процеси, които произвеждат, са по-големи и е по-вероятно да пресичат линии.
Чакай, но как всъщност се прилагат тези изблици към робот? Не можете просто да закачите генератора направо към захранващия кабел на робота, нали? Това е мястото, където се намесва капацитивната съединителна скоба. Това малко устройство променя играта за тестване на роботика, защото ви позволява да инжектирате изблици в кабели, без да се налага да ги режете или снаждате. Повечето роботизирани кабели вече са екранирани и ако ги снадите, ще объркате това екраниране – което е точно това, което тествате на първо място. Скобата за съединяване се захваща около външната страна на захранващ кабел, сензорен кабел или комуникационен кабел и използва капацитет, за да изпрати пакетния сигнал в кабела, без да прави физическа връзка. Това означава, че можете да тествате робота като цяло, точно както би работил в реалния живот, а не като съкратена версия. Виждал съм екипи да объркват това, като се опитват да се свържат директно с вътрешни портове и в крайна сметка получават резултати от тестове, които не отговарят на условията на място – не правете това. Съединителната скоба е начинът, по който получавате точни данни от теста в реалния свят.
Нека поговорим за общ случай на употреба, за да направим това конкретно. Миналата година работихме с малка стартираща компания за роботика, изграждайки линия от AMR за складове на хранителни магазини. Техните роботи имаха произволни грешки в навигацията – спираха по средата на мисията, понякога само за секунда, понякога за цяла минута. Те не можаха да разберат защо, защото всичките им сензори бяха проверени, батерията им беше наред и картата беше правилна. Когато ги донесоха в нашата лаборатория, използвахме трифазния 5kV EFT/Burst Generator, за да симулираме преходните процеси от горните конвейери на склада, които работят на трифазно захранване. Свързахме капацитивната съединителна скоба към захранващия кабел на техния навигационен модул, започнахме да го удряме с разпръснати клъстери и в рамките на 10 минути повторихме точната повреда, която виждаха на полето. Оказа се, че техният навигационен микроконтролер няма достатъчно филтриране, за да се справи с изблиците от конвейера и въпреки че работи в тихата лаборатория, не може да се справи с електрическия шум на склада. Те добавиха прост филтър към входа на мощността, тестваха отново с генератора на импулси и повредата изчезна. Те се спасиха от голямо изтегляне и месеци престой – всичко това, защото използваха генератор на импулси за тестване.
Друг случай на употреба: тестване на коботи, които работят заедно с човешки работници. Тези ботове трябва да са супер надеждни и често са в пространства с много друго оборудване – като машини за заваряване, електроинструменти и транспортни ленти – всичко това създава електрически шум. Генераторът на импулси може да симулира импулсите от това оборудване и да се увери, че системите за безопасност на кобота няма да повлияят. Представете си кобот, който вдига метална част и я премества в пакетираща станция – ако избухване от близък заваръчен апарат накара драйвера на двигателя да не запали, той може да изпусне частта или още по-лошо, да удари човек-работник. Тестването с генератор на импулси улавя тези проблеми с безопасността преди внедряването, което е критично за коботите, които трябва да отговарят на строги стандарти за безопасност на ISO.
Сега нека разберем някои погрешни схващания. Някои инженери по роботика, с които говоря, казват „вместо това използваме ESD тестери, нали?“ ESD (електростатичен разряд) е за статични удари, като например когато някой докосне робот и го удари. Но изблиците са напълно различни – те са бързи, повтарящи се импулси, а не единичен статичен удар. ESD не симулира непрекъснати, бързи смущения от машини, които работят цял ден, всеки ден. Бурст генераторите са пригодени точно за такъв тип среда. Други казват, че „нашата тестова лаборатория няма промишлена мощност, така че не можем да използваме тези инструменти“. Но без значение какъв вид мощност имате, можете да използвате генератор на импулси, за да инжектирате импулси директно в линиите на робота, независимо от източника на захранване. Нямате нужда от трифазен индустриален панел на вашия тестов стенд – имате нужда само от начин да свържете съединителната скоба към кабелите на робота, а генераторът ще свърши останалото.
Чакайте, но какво ще кажете за малките хоби роботи или академичните роботи? Нуждаят ли се и от тестване на спукване? Разбира се, ако искате те да работят надеждно извън тиха класна стая. Говорил съм с университетски екипи по роботика, които създават роботи за състезания, само за да им накарат да се повредят по време на състезание поради звуковата система или осветлението на близката арена. Генератор на импулси, предназначен за малки, еднофазни роботи, ще им позволи да тестват своите ботове срещу този вид смущения преди голямото събитие. Не е само за промишлена роботика – това е за всеки робот, който ще се използва извън контролирано, тихо пространство.
Сега, нека да навлезем в подробностите за това как да настроим това, защото знам, че много хора се претоварват от оборудването за тестване на EMC. Първо разберете какъв вид енергия използва вашият робот: монофазна или трифазна. Това ще стесни вашия избор на генератор – придържайте се към правилния модел за вашата настройка, за да получите точни резултати. След това разберете кои кабели да тествате. За повечето роботи започнете със захранващия кабел, главните сензорни кабели (като LIDAR или кабели за камера) и комуникационните кабели (като Ethernet или Wi-Fi). За всеки кабел използвайте капацитивната съединителна скоба – просто я затегнете около кабела, обикновено на около крак от порта на робота, и се уверете, че е правилно заземен (следвайте инструкциите за настройка на генератора, тази част е важна за безопасността и точността). След това задайте параметрите на импулса: повечето генератори ви позволяват да регулирате напрежението, продължителността на импулса и честотата на повторение. Започнете с ниско, като 1 kV, и продължете напред, докато видите проблеми или повреди – това ще ви покаже колко здрав е дизайнът на вашия робот.
Един съвет, който винаги давам на екипите: не тествайте само на едно ниво на импулс. Роботите могат да се справят с ниски нива на смущения, но ако са в тежка среда, ще се сблъскат с по-високи изблици. Тествайте на различни нива, за да намерите точката на повреда, след това коригирайте дизайна си, за да отговаря на стандарта – повечето промишлени роботи трябва да отговарят на IEC 61000-4-4, който определя нивата на EFT/Burst тест. Нашите генератори на импулси са калибрирани да отговарят точно на този стандарт, така че вашите резултати от теста ще бъдат съвместими, което е голяма работа, ако продавате роботи на клиенти, които изискват EMC сертификат.
Знам, знам – EMC тестването звучи като караница. Това е допълнителна стъпка, ново е за много екипи по роботика и може да се почувства като разсейване от бързото пускане на робота на пазара. Но ето нещо: коригирането на дефект в дизайна в лабораторията струва малка част от коригирането му, след като сте изпратили 1000 робота. Бурст генераторът не е просто инструмент за тестване – той е инструмент за управление на риска. Позволява ви да улавяте проблеми навреме, така че да не се окажете с купчина върнати роботи, недоволни клиенти и загубени приходи.
Позволете ми да се върна към първоначалния въпрос: Може ли генератор на импулси да се използва при тестване на роботиката? Отговорът е категорично да. Не само че може да се използва – това е един от най-ефективните инструменти, които имате, за да се уверите, че роботът ви работи надеждно в реалния свят, а не само във вашата тиха лаборатория. Независимо дали тествате малък настолен кобот или тежък промишлен AMR, има генератор на разрушаване, който отговаря на вашите нужди, а капацитивната съединителна скоба прави процеса на тестване лесен, без необходимост от снаждане.
Ако сте готови да добавите пакетно тестване към вашия работен процес по роботика или имате въпроси относно това кой генератор е подходящ за вашата настройка, свържете се с нас. Работили сме с всякакви екипи по роботика, от стартиращи компании до големи производители, и можем да ви помогнем да изберете правилния инструмент, да ви преведем през настройката или дори да ви помогнем да отстраните конкретни предизвикателства при тестване. Не чакайте, докато имате повреди на място – тествайте сега, изградете по-здрав робот и си спестете главоболието по-късно.
Референции
- Международна електротехническа комисия. (2012). IEC 61000-4-4: Електромагнитна съвместимост (EMC) – Част 4-4: Техники за изпитване и измерване – Тест за устойчивост на електрически бързи преходни процеси/избухване. Женева, Швейцария: IEC.
- Асоциация на индустриите на роботите. (2021 г.). Насоки за EMC тестване за промишлени и колаборативни роботи. Арлингтън, Вирджиния: RIA.
- Texas Instruments. (2020 г.). Проектиране на здрава роботизирана електроника: Намаляване на електрическите преходни смущения. Далас, Тексас: Texas Instruments.
- Mouser Electronics. (2022). EMC Тестване 101: Тестване на електрически бързи преходни процеси (EFT) и разрушаване за вградени системи. Мансфийлд, Тексас: Mouser Electronics.
