机器人在消费和商业市场上越来越受欢迎。随着这些机器在生活和商业中发挥越来越重要的作用，正确设计机器人变得更加重要。在这种设计中需要考虑的最关键的事情之一就是电磁干扰(EMI)。
当一个电子元件的电磁辐射影响另一个电子元件的功能时，就会发生EMI。这种辐射也可能来自太阳耀斑和闪电等自然原因，但如今电子产品的日益普及使其数量大大增加。如果机器人设计不考虑并防止这些无线电波，它可能会产生严重的后果。
防止机器人设计中的EMI，首先要了解它的来源。机器人技术如此普遍关注电磁辐射的原因之一，是它在这些机器里面和周围非常常见。
机器人通常具有许多独立的电子元件，包括执行器、电机和电源。这些元件中的每一个都会发出少量的电磁辐射。随着机器人外形变得越来越紧凑，来自这些波段的干扰变得更有可能。随着越来越多的机器人具有无线连接功能，来自蓝牙、Wi-Fi或其他无线系统的EMI也会增加。
考虑到机器人将在其他电子设备周围运行也很重要。几乎四分之三的企业都有自带设备的政策——即使在那些没有的企业中，员工也可能会随身携带手机。因此，机器人在其最终使用中会在许多外部EMI源周围。
随着机器人越来越小，电子设备越来越丰富，EMI将成为更大的威胁。它在最不引人注目的情况下会阻碍一些机器人工艺的质量——最严重的时候，它会造成工作场所的安全问题。
EMI会影响机器人传感器的准确性、中断电源或导致其他元件故障。即使像这样相对较小的错误也会在高精度工业环境(如自动化质量控制系统)中产生级联效应。因此，机器人技术中的EMI会导致制造商因报废和返工而损失时间和金钱。
这些故障甚至会导致发热或电击危险，从而危及附近的用户。高温和电击也可能导致受伤以外的问题。足够高的浓度可能会导致更广泛的系统错误，例如关机或电池寿命缩短。
鉴于EMI的可能性和严重性，机器人设计必须考虑到这一点。机器人工程师可以通过多种方式管理EM辐射，包括屏蔽、滤波、接地和元件考量。
EMI屏蔽是防止EMI最直接的方法之一。这涉及绝缘材料和法拉第笼等结构，以在产生电磁的元件和敏感元件之间形成物理屏障。
有效屏蔽取决于屏蔽层的厚度和材料。超过1兆赫兹的频率很容易阻止，因此厚度仅0.1mm的法拉第笼可能就足够了。较低的频率需要更厚的屏蔽层或导磁性更强的材料来防止EMI。
考虑机器人的最终尺寸和应用也很重要。如果机器人需要小尺寸，请使用高导电材料来实现更薄的屏蔽。如果机器具有与其他设备无线通信的组件，请避免在这些组件上放置法拉第笼。
在具有更多无线功能的机器人的设计中，滤波可能是比屏蔽更好的选择。屏蔽层可阻挡整个区域的电磁波双向传播，但滤波器可阻挡特定频率，而在电路的某些点上允许其他波长通过。
专家预测，到2025年，制造业将拥有1.366亿个联网终端。因此，对具有无线连接功能的机器人的需求将会增加，从而使电磁滤波器成为越来越有价值的选择。
设计人员必须谨慎对待滤波，因为错误类型的滤波器可能会抑制所需的电磁通信。首先要确定您必须让哪些波长通过，然后根据该范围内的工作原理来考虑您的材料和设计。单相滤波器足以用于较小、灵敏度较低的机器，但高精度机器人传感器可能需要三相滤波器。
机器人设计也可以通过接地来解决EMI。正如大地将雷电从建筑物的电气系统中引开一样，较小规模的接地可以将EMI引导离机器人最敏感的组件。
与安全接地不同，用于EMI预防的接地不需要与大地连接。电路所需要的只是一个与机器人传感器等敏感电子设备分开的导电平面。与电磁滤波器和屏蔽一样，接地线和平面应包含一种传导干扰但不传导任何必要频率的材料。
接地为EMI提供了一种相对简单的解决方案，但它可能仅适用于一些紧凑型设计，因为接地平面必须与关键组件分开。然而，对于工业机器人等大型固定系统而言，它是一种有效的低成本解决方案。
设计人员有时可以通过更仔细地选择元件来消除EMI风险。使用铝、铜和银等抗电磁干扰材料构建机器人电路将减轻一些通过的电磁波的影响。
同样，机器人设计可以将敏感元件彼此分开放置，以降低在元件之间传播的一些波长的强度。但是，请记住，使用机器人的第一步是考虑它们的最终应用。如果机器人必须安装于密闭空间或沿许多点进行铰接，那么在电子元件之间创造足够的空间可能会很困难。
您还可以通过组件方向来降低EMI。如果组件中的大部分电磁辐射来自一侧(如一块裸露的金属)，您可以将那一侧远离电路的敏感部分。
EMI会对机械部件造成严重破坏，尤其是当部件变得更加敏感并且彼此靠得更近时。鉴于这些风险和世界对自动化日益增长的依赖，机器人设计必须考虑EMI预防。这四种方法都可以帮助防止任何尺寸和形状的机器人出现EMI。多种方式的组合可能是最有效的方法。如果设计师考虑这些步骤，他们就可以创造出更安全、更高效的机器人。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Robotics design should help prevent electromagnetic interference，由Ricardo Xie编译。)
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