楊安坤，馬永紅

（1.重慶德新機器人檢測中心有限公司 a.環(huán)境檢測部；b.工業(yè)機器人檢測部，重慶 400714）

0 引言

工業(yè)機器人被稱為“制造業(yè)皇冠上的明珠”［1］?！度驒C器人報告 2019》（World Robotics Report 2019）顯示，2018年全球機器人銷售額再創(chuàng)新高，達165億美元；全球裝機量為42.2萬臺，比上年增長6%。國際機器人聯(lián)合會（The International Federation of Robotics）預(yù)測，從 2020年到 2022年，平均每年的增長率可保持在12%左右［2］。從全球范圍看，工業(yè)制造的智能化和自動化程度不斷提高。我國傳統(tǒng)勞動密集型企業(yè)的生產(chǎn)也逐步朝自動化、智能化方向轉(zhuǎn)變。2018年，中國仍然是世界上最大的工業(yè)機器人市場，裝機量占全球的36%，如圖1所示［2］。

圖1 全球工業(yè)機器人供應(yīng)的主要市場（2018年）

可靠性是工業(yè)機器人應(yīng)用的基礎(chǔ)。當(dāng)前，工業(yè)機器人在多種工況下都有應(yīng)用，于是，其工作環(huán)境的可靠性受到越來越多的重視。對國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性進行分析，可以為工業(yè)機器人檢測認證方法和手段的改進以及試驗儀器設(shè)備開發(fā)研制提供參考，最終促進國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性水平的提高。

1 國內(nèi)工業(yè)機器人應(yīng)用現(xiàn)狀及其環(huán)境可靠性分析

通過在川渝地區(qū)一些汽車制造基地和冷鏈物流企業(yè)的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)，在汽車生產(chǎn)鍛造車間的高溫環(huán)境、凍庫的低溫環(huán)境、噴涂車間的濕熱環(huán)境、打磨車間的粉塵環(huán)境、戶外的水環(huán)境、生產(chǎn)運行的機械環(huán)境（振動、沖擊）和周邊的電磁環(huán)境（EMI和EMS）中，工業(yè)機器人都得到了普遍應(yīng)用?；谶@些工作環(huán)境和機器人本體運輸環(huán)境，在工業(yè)機器人樣機研發(fā)階段，必須加強其環(huán)境可靠性設(shè)計。

1.1 氣候環(huán)境可靠性

高低溫環(huán)境有可能改變工業(yè)機器人所有材料的物理性能和尺寸，從而暫時或永久性地降低機器性能。例如，工業(yè)機器人本體上，不同材料的膨脹系數(shù)不同，高低溫環(huán)境有可能造成零部件相互咬死。高溫會使?jié)櫥瑒ざ茸兊突蛘邼櫥瑒┩饬鳎斐蛇B接處潤滑能力降低；低溫會使?jié)櫥瑒ざ仍黾?，造成潤滑劑的潤滑作用和流動性減弱。高低溫會造成工業(yè)機器人的齒輪、密封墊、軸承等零部件變形、相互咬合和失效，引起機械故障或者使其完整性受到破壞，造成電子器件（電阻器或電容器）的性能改變，電機或減速器過熱過冷，機器工作壽命縮短，機器人本體漆面褪色、裂解、產(chǎn)生龜裂紋或材料脆化。濕熱環(huán)境會對工業(yè)機器人產(chǎn)生物理和化學(xué)影響，溫濕度的變化可以導(dǎo)致機器人本體內(nèi)部產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，造成電氣短路等故障。水和粉塵環(huán)境會降低機器人本體的電氣安全性能。

1.2 機械環(huán)境可靠性

機械振動環(huán)境有可能引起工業(yè)機器人導(dǎo)線磨損、緊固件松動、電氣接觸失效、電氣短路、密封失效、元器件失效、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋或斷裂、齒輪或軸承磨損等問題。機械沖擊環(huán)境有可能導(dǎo)致工業(yè)機器人零部件之間的摩擦力增加或減少、絕緣強度降低、絕緣電阻抗下降、控制器電路板出現(xiàn)故障、電氣連接失效，有可能造成永久性機械變形或損壞，加速本體材料疲勞。

1.3 電磁環(huán)境可靠性

工業(yè)機器人本體在運行過程中產(chǎn)生的電磁輻射有可能給周圍的用電儀器或設(shè)備帶來干擾，外界的電磁環(huán)境也會引起機器人本體功能短暫性失效甚至永久性失效。

2 國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性檢測標(biāo)準(zhǔn)

登陸全國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺查詢工業(yè)機器人標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果顯示，截至2019年12月中旬，國內(nèi)工業(yè)機器人方面的國家標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）有14個，國家標(biāo)準(zhǔn)（計劃）25個，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）3個，地方標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）3個，團體標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）12個，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）10個。據(jù)中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡稱“聯(lián)盟”）官方數(shù)據(jù)［3］［4］，截至 2019 年 8 月中旬，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）8個，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（計劃）24個。如圖2所示。在各類標(biāo)準(zhǔn)中，涉及工業(yè)機器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)見表1。

圖2 我國工業(yè)機器人標(biāo)準(zhǔn)類別分布狀況

表1 我國涉及工業(yè)機器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量統(tǒng)計（單位：個）

由圖2和表1可知：工業(yè)機器人標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)91個。在各類標(biāo)準(zhǔn)中，涉及工業(yè)機器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)比例都較大，總數(shù)是32個，占工業(yè)機器人標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)的三分之一以上。由此可見，對于工業(yè)機器人產(chǎn)品環(huán)境可靠性的檢測規(guī)范，無論是在國家和行業(yè)層面還是在企業(yè)和團體中，都得到了足夠的重視。

3 國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性檢測設(shè)備

目前，國內(nèi)最具權(quán)威性和專業(yè)性的機器人檢測機構(gòu)是國家發(fā)改委批復(fù)建設(shè)的 “四個中心＋兩個平臺”，即國家機器人檢測與評定中心（上海、重慶、沈陽和廣州各一個）以及國家機器人公共服務(wù)平臺（北京和蕪湖各一個）。在這些檢測中心，均配置了機器人環(huán)境可靠性檢測設(shè)施設(shè)備。氣候環(huán)境試驗設(shè)施設(shè)備有高低溫箱、濕熱箱、溫度變化試驗箱、淋雨房、沙塵箱等（見圖3）；機械環(huán)境試驗設(shè)施設(shè)備有振動臺、沖擊臺等（見圖4）；電磁環(huán)境試驗設(shè)施設(shè)備有暗室、屏蔽室及相關(guān)測試系統(tǒng)等（見圖5）。

圖3 氣候環(huán)境類檢測設(shè)備

圖4 機械環(huán)境類檢測設(shè)備

圖5 電磁環(huán)境類檢測設(shè)備

4 結(jié)束語

目前，我國是全球最大的工業(yè)機器人市場，整機保有量超過全球市場的三分之一。工業(yè)機器人可以在危險、嚴酷的環(huán)境下作業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率，有著廣泛的用途，因此受到極大的關(guān)注。隨著“中國制造2025”國家戰(zhàn)略的不斷推進，國內(nèi)工業(yè)機器人會越來越多。本文從環(huán)境可靠性機理、檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測設(shè)備三個方面介紹了國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以期為國內(nèi)工業(yè)機器人環(huán)境可靠性檢測和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究提供參考。