机器人电磁兼容性测试必要性分析
保障设备可靠运行与市场准入的关键技术
引言
电磁兼容性（EMC）基本概念
电磁兼容性（EMC）是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。其核心包含两个相互关联的技术维度：电磁干扰（EMI）与电磁抗扰度（EMS）。其中，EMI指设备在运行过程中向周围环境释放的电磁骚扰，EMS则指设备抵御外部电磁骚扰的能力。
从技术要求层面，EMC需同时满足两方面约束：一是设备自身电磁发射不得超过规定限值，二是设备需具备足够的抗扰度以维持正常工作。
EMC关键概念
EMI - 电磁干扰：设备产生的电磁骚扰
EMS - 电磁抗扰度：设备抵抗外部电磁干扰的能力
graph LR
A[电磁兼容性 EMC] --> B[电磁干扰 EMI]
A --> C[电磁抗扰度 EMS]
B --> D[传导发射]
B --> E[辐射发射]
C --> F[静电放电抗扰度]
C --> G[射频抗扰度]
报告研究范围与目的
本报告的研究范围聚焦于机器人电磁兼容性（EMC）测试，测试对象涵盖机器人完整系统，包括控制器、本体及传感器等核心组成部分。具体覆盖的机器人类型包括工业机器人（如工业机械臂、自动化生产线设备）、服务机器人（如家用服务机器人、公共服务设备）、医疗机器人（如手术机器人、康复训练设备）及SCARA机器人（用于精密装配、电子元件加工等场景）。
研究目的旨在通过系统性分析，明确机器人EMC测试的必要性，解读国内外相关测试标准（如CISPR 2021年发布的指南），梳理核心测试项目及配套设备与系统配置，最终构建机器人EMC测试的全流程技术框架。
机器人电磁兼容性测试的必要性分析
技术必要性：保障设备可靠运行
机器人核心部件（如伺服驱动系统、视觉传感器、通信模块等）对电磁干扰具有高度敏感性，其电磁兼容性（EMC）表现直接决定设备运行的可靠性与稳定性。
伺服驱动系统若受到电磁干扰，可能导致控制指令传输延迟或失真，引发机械臂动作偏差。
例如，汽车制造自动化生产线中，机器人手臂控制器受电磁干扰时，会出现运动精度下降，影响汽车零部件安装质量，甚至导致装配误差。
静电放电干扰
射频干扰
传导干扰
法规必要性：满足市场准入要求
电磁兼容性（EMC）测试已成为机器人产品进入全球市场的强制性法律要求，各主要经济体通过立法明确其作为产品认证的核心环节。
欧盟市场
EMC指令2014/30/EU与机械指令2006/42/EC构成双重合规框架。产品需通过测试并加贴CE标志方可流通。
美国市场
联邦通信委员会（FCC）框架下，机器人产品需通过国家认可测试实验室（NRTL）的认证。
中国市场
GB 4824-2025将于2026年3月实施，替代GB 4824-2019并等同采用国际标准CISPR 11:2024。
安全必要性：保护人身与环境安全
从"人-机-环境"系统视角出发，电磁兼容性（EMC）测试是保障人身安全、避免财产损失及维护环境稳定的关键技术手段。
康复机器人若存在EMC问题，可能导致动力输出偶然中断、步速控制异常等误操作，进而对使用者造成物理伤害。
其产生的电磁辐射还可能干扰周边医疗设备，如心电监测仪、心脏起搏器等精密仪器，间接危及患者生命安全。
工业场景中机器人的EMC性能缺陷可能导致设备功能异常或非预期运动，造成精密制造设备损坏等财产损失。
电磁干扰可通过传导、感应、辐射三种方式影响机器人控制系统，引发安全功能回路异常。
国内外机器人EMC测试标准体系
国内标准
工业机器人标准
国内工业机器人电磁兼容（EMC）标准体系以国际电工委员会（IEC）框架为基础，结合工业环境的特殊性进行了技术强化，形成了覆盖设计、测试、发射与抗扰度的完整规范体系。
graph TD
A[国内工业机器人EMC标准] --> B[GB 4824-2025]
A --> C[GB/T 39004-2020]
A --> D[GB/T 37414.1-2019]
A --> E[GB/T 38326-2019]
A --> F[GB/T 38336-2019]
B --> G[射频骚扰特性限值和测量方法]
C --> H[电磁兼容设计规范]
D --> I[电气设备及系统]
E --> J[抗扰度试验]
F --> K[发射测试方法和限值]
服务与医疗机器人标准
服务机器人与医疗机器人因应用场景的差异，其电磁兼容性及相关标准体系存在显著区别。
| 对比维度 | 服务机器人 | 医疗机器人 |
|---|---|---|
| 核心标准 | GB/T 37283-2019 (抗扰度) GB/T 37284-2019 (发射限值) GB/T 40013-2021 (电气安全) |
YY 9706.278-2023 (康复机器人) GBZ 41046-2021 (上肢康复) T/SMA 0022-2021 (康复机器人电磁兼容要求) |
| 抗扰度等级 | B级：基本功能不受严重影响 | 三级性能判据体系(A/B/C)： - A类医用 - B类家用 |
| 性能判据 | 允许受一定电磁干扰影响 但需保持基本功能实现 |
需满足医疗设备专用EMC规范 临床环境要求更严苛 |
| 适用场景 | 家用及公共场景 (如扫地机器人需满足GB 4343.1:2009) |
临床环境 (手术/康复/远程医疗机器人) |
国际标准
通用基础标准
国际电磁兼容性标准体系遵循"通用标准→产品专用标准"的框架逻辑，其中通用标准规定各类设备在特定环境下的基本EMC要求，产品专用标准则针对特定行业或产品的特性提出补充或强化要求。
核心国际标准
- IEC 61000-6-2：工业环境抗扰度
- IEC 61000-6-4：工业环境发射
- CISPR 11：工科医设备电磁骚扰
- IEC 61000-4-x：抗扰度和发射试验方法
细分领域专项标准
国际标准体系针对不同类型机器人的电磁兼容性测试实施差异化分类处理，以适配其应用场景的电磁环境特性与风险等级。
工业机器人
适用CISPR 11标准，归为"工科医设备"中的"1组设备"，适用更严格的骚扰限值要求。
服务机器人
按"家用设备"类别适用CISPR 14-1标准，同时需满足ISO 10218-1/-2系列关于安全与集成的基础要求。
医疗机器人
需符合IEC 60601-1-2（医疗设备EMC）的专用要求，RACA医用机器人还需满足IEC 80601-2-78的特定安全与性能标准。
机器人EMC核心测试项目
电磁骚扰（EMI）测试
辐射发射测试
辐射发射测试的关键影响因素包括电缆布局与运动状态。电缆布局对辐射发射水平具有显著影响，例如码垛机器人高速运转时，伺服驱动系统产生的电磁噪声可能因线缆布局不合理而超标。
固定式与移动式机器人在测试布置上存在明显差异。依据GB/T 37284-2019，固定式服务机器人需在工作模式下进行测试，而移动式机器人的需在工作模式、充电模式以及回充寻找模式下测试。
固定式测试
移动式测试
传导发射测试
传导干扰主要通过电源线共模噪声和信号线串扰两种路径传播。电源线共模噪声表现为干扰信号以共模方式沿电源线传播，而信号线串扰则是由于相邻信号线之间的电磁耦合导致干扰信号从一根导线耦合到另一根导线。
| 设备类别 | 传导发射限值 (dB(μV)) | 频段 |
|---|---|---|
| A类 | 79 | 0.15-0.5MHz |
| A类 | 73 | 0.5-30MHz |
| B类 | 66~56 | 0.15-0.5MHz |
| B类 | 56 | 0.5-5MHz |
| B类 | 60 | 5-30MHz |
电磁抗扰度（EMS）测试
静电放电（ESD）抗扰度
静电放电（ESD）对机器人的安全运行构成显著威胁，主要表现为关键部件失效与功能中断。例如，在包装线等干燥环境中，PE膜摩擦易产生15kV静电，此类静电通过接触或空气放电作用于机器人时，可能导致视觉传感器等精密部件失效。
工业机器人ESD测试要求
依据GB/T 17626.2标准，测试等级多为±6kV接触放电与±8kV空气放电，试验室环境需控制相对湿度在30%~60%。
医疗机器人ESD测试要求
康复训练机器人A类设备需满足±4kV接触放电、±8kV空气放电要求，部分高风险医疗机器人空气放电等级需提升至±15kV。
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title ESD测试等级分布
"接触放电 ±6kV" : 45
"空气放电 ±8kV" : 35
"医疗设备 ±15kV" : 20
射频电磁场辐射抗扰度
在智能工厂环境中，多台工业机器人、AGV（自动导引运输车）及各类无线通信设备（如5G基站、Wi-Fi模块、蓝牙设备等）共存，形成了复杂的电磁环境。
辐射抗扰度测试的核心目标是评估机器人在射频电磁场作用下维持稳定工作的能力，其对保障无线通信与传感器系统稳定性具有直接作用。
Wi-Fi稳定性
5G抗干扰
传感器精度
其他关键抗扰度测试
多源电磁干扰对机器人控制系统的协同作用可能引发复杂故障，例如快速瞬变脉冲群（EFT/Burst）可能通过信号端口耦合导致I/O接口误触发，而浪涌冲击则可能损坏电源模块，二者叠加将显著降低系统可靠性。
| 测试类型 | 标准依据 | 测试参数 |
|---|---|---|
| 快速瞬变脉冲群（EFT/Burst） | GB/T 17626.4 | 电源端口2kV/5kHz，信号端口1kV/5kHz |
| 浪涌（Surge） | GB/T 17626.5 | 电源端口线-地耦合2kV，信号端口线-地耦合1kV |
| 射频场感应的传导骚扰 | GB/T 17626.6 | 0.15MHz~80MHz，10V（80%AM，1kHz） |
| 电压暂降/短时中断 | GB/T 17626.11 | 交流输入电源端口电压降至额定值的70%（500ms）或40%（200ms） |
机器人EMC测试设备与系统配置
骚扰测试核心设备
辐射发射测试设备
辐射发射测试设备的配置需严格依据电磁兼容性测试标准要求，核心围绕测试距离、频段覆盖及精度控制展开。在测试距离方面，主流配置采用10米或3米标准测试距离，对应电波暗室的建设规格，以满足不同场景下的辐射发射测试需求。
认证测试设备
- 半电波暗室
- 认证级EMI测试接收机
- 宽带天线
传导发射测试设备
传导发射测试设备是机器人电磁兼容性测试的核心组成部分，其核心功能在于精准捕获并量化设备通过电源端口向电网传导的电磁骚扰。其中，人工电源网络（LISN）是该测试系统的关键设备。
| 设备类型 | 主要功能 | 频率范围 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| 人工电源网络 (LISN) | 隔离电网与被测设备，提供稳定50Ω阻抗环境 | 0.15~30 MHz | 分离共模/差模干扰信号 |
| 耦合/去耦网络 (CDN) | 接入网络端口进行传导骚扰测量 | 0.15~30 MHz | 支持电源/信号端口测量 |
| 电流探头 | 特定场景电流法测量 | 0.15~30 MHz | 补充电压法不足 |
抗扰度测试核心设备
静电放电与脉冲群设备
静电放电与脉冲群设备是机器人电磁兼容性抗扰度测试的核心设备，其关键技术指标直接决定测试的准确性与合规性。
| 参数类型 | 基础要求 | 一般设备能力 |
|---|---|---|
| 接触放电电压 | ±6kV | ±30kV |
| 空气放电电压 | ±8kV | ±30kV |
| 放电电压精度 | ±5% | ±5% |
| 脉冲上升时间 | 1.2/50μs | 1.2/50μs |
辐射抗扰度与其他抗扰度测试设备
辐射抗扰度测试系统的集成需以信号源、功率放大器、天线、功率探头及场强探头为核心组件。
辐射抗扰度设备：Greentest ES 5601辐射抗扰度系统
- 信号源
- 功率放大器
- 天线
- 功率计
- 场强探头
其他抗扰度测试设备
- 组合波发生器
- 浪涌发生器
- 电快速瞬变脉冲群发生器
- 电压暂降和短时中断发生器
专用测试系统与环境
系统级EMC测试具有显著的复杂性，主要体现在多设备协同控制与动态工况模拟两方面。为确保测试结果贴近实际应用场景，需通过机器人动态测试平台模拟负载与运动工况（如机械臂轨迹运行），同时实现测试环境中多设备的精准同步。
动态测试平台
系统配备高精度运动控制系统（1μm步长），可与暗室转台协同工作，确保机器人运动与电磁干扰测量的同步性。
环境控制
测试环境需严格控制温度与湿度范围，通常要求温度维持在15°C~35°C，相对湿度在10%~75%之间。
graph LR
A[EMC测试系统] --> B[动态测试平台]
A --> C[环境控制系统]
A --> D[多设备同步]
B --> E[机械臂运动模拟]
B --> F[负载模拟]
C --> G[温度控制]
C --> H[湿度控制]
D --> I[测试设备同步]
D --> J[数据采集同步]
结论与展望
主要结论
EMC测试对机器人行业具有不可替代的价值，其核心体现在三个方面：一是通过辐射发射、传导发射、静电放电、射频抗扰度等测试，有效验证设备在复杂电磁环境中的性能，从根本上提升产品可靠性；二是作为满足法规准入及人身安全的必要手段，能够降低因电磁兼容问题导致的产品召回风险；三是支撑国际市场准入，国内外逐步完善的标准体系（如国内GB 4824-2025覆盖机器人测试、YY9706.278-2023规范医疗机器人，国际标准覆盖农业机械等细分领域）为产品进入全球市场提供合规依据。
技术必要性
保障核心部件稳定运行、避免非预期行为、维持运动精度与任务连续性的关键技术手段。
法规必要性
欧盟EMC指令2014/30/EU、美国FCC框架、中国GB 4824-2025等均将EMC测试作为市场准入的刚性门槛。
安全必要性
从"人-机-环境"系统层面阻断电磁干扰引发的安全链失效，保护人身安全、减少财产损失、维护环境稳定。
设计建议
将EMC设计系统性融入产品开发早期阶段，结合模块化测试系统验证，从源头规避后期整改成本。
未来趋势与建议
展望未来，机器人电磁兼容性（EMC）测试领域将呈现多维度发展趋势。在测试标准层面，随着协作机器人、医疗机器人及康复机器人等细分领域的技术迭代，相关EMC测试标准需进一步细化，以适应其特定应用场景的电磁环境要求。
协作机器人
强化风险评估及程序变更管理中的EMC考量，细化人机协作场景的测试要求。
医疗机器人
精准界定高频段（1GHz以上）电磁辐射与抗扰度限值，确保临床环境安全。
5G/物联网
关注设备互操作性与网络安全性，适应复杂电磁环境下的测试需求。
企业实施建议
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title 企业EMC能力建设重点
"技术研发" : 45
"标准参与" : 30
"供应链管理" : 25
附录
国内外机器人EMC标准清单
国内标准
| 标准号 | 发布日期 | 适用范围 |
|---|---|---|
| GB 4824-2025 | 2025-02-28 | 工业、科学和医疗设备（含工科医机器人）射频骚扰特性限值和测量方法 |
| GB/T 39004-2020 | 2020-09-29 | 工业机器人电磁兼容设计规范，适用于工业机器人EMC设计与测试 |
| YY 9706.278-2023 | 2023年 | 康复、评定、代偿或缓解用医用机器人基本安全和基本性能 |
| GB/T 37284-2019 | 2019年 | 服务机器人（个人/家用、公共服务）0Hz~400GHz频段发射限值及测试方法 |
| GB/T 38326-2019 | 2019年 | 工业、科学和医疗机器人电磁兼容抗扰度试验 |
国际标准
| 标准号 | 发布日期 | 适用范围 |
|---|---|---|
| CISPR 11 | 2024年 | 工业、科学和医疗设备（含工科医机器人）射频骚扰特性限值和测量方法 |
| ISO/TS 15066:2016 | 2016年 | 协作机器人安全实施技术规范，适用于ISO 10218-1和ISO 10218-2中描述的工业机器人系统 |
| IEC 61000-6-2 | 2019年 | 工业环境抗扰度通用标准 |
| IEC 61000-6-4 | 2018年 | 工业环境设备的发射通用标准，辐射发射测试限值参考 |
| IEC 60601-1-2 | 2014年 | 医用电气设备EMC要求 |
| ISO 13766-1:2018 | 2018年 | 工程机械（内部供电）典型电磁环境下的EMC要求，适用于土方机械和建筑施工机械 |
机器人EMC测试项目与设备对应表
| 测试项目 | 主要设备 | 标准依据 |
|---|---|---|
| 辐射发射测试 | 电波暗室、EMI测试接收机、前置放大器、天线 | GB 4824-2025 |
| 传导发射测试 | 人工电源网络（LISN）、EMI测试接收机 | GB/T 6113.201、GB 4824-2025 |
| 静电放电（ESD）抗扰度 | 静电放电模拟器 | GB/T 17626.2、IEC61000-4-2 |
| 射频电磁场辐射抗扰度 | 射频功率放大器、信号发生器、天线、功率计、场强探头 | GB/T 17626.3 |
关键术语解释
电磁干扰（EMI）
设备或系统在运行过程中从源向外发出电磁能的物理现象，其产生的电磁场或电磁能量可能影响其他设备的正常运行。
电磁敏感性（EMS）
设备或系统对电磁环境中存在的电磁干扰的抗扰能力，即在一定电磁环境下抵抗外部电磁干扰并保持正常工作的能力。
人工电源网络（LISN）
在被测设备（EUT）与供电电源之间起高频隔离作用，以隔离被测设备与电网，并评估或测量直流电源端口的骚扰电压。
暗室
一种内壁覆盖吸波材料的屏蔽室，其主要功能是减少电磁反射干扰，为辐射发射测试和辐射抗扰度测试提供可控的电磁环境。
