ロボットのテストに手を出したことがあるなら、おそらく、研究室では完璧に動作するロボットが、製造現場や混雑した倉庫に移動されるとランダムに不具合が発生するという奇妙な問題に遭遇したことがあるでしょう。ライトがちらつき、他の機械の音が鳴り、突然ロボットのグリッパーが部品を置き忘れたり、明らかな理由もなくナビゲーション システムがロックしたりします。それは電気的高速過渡/バースト (EFT/バースト) 干渉です。ロボット ハードウェアをテストしている場合は、その種の混乱をシミュレートして、ボットがそれに対処できることを確認する必要があります。バースト ジェネレーターのサプライヤーとして私がいつも受ける質問は、「バースト ジェネレーターはロボットのテストにも使用できますか?」というものです。短い答えですか？絶対に。しかし、なぜ、どのように、どのツールが効果を発揮するのかを詳しく見てみましょう。
まず、バースト ジェネレーターの機能について同じ認識を持ちましょう。多くの人がバースト ジェネレーターを他の EMC (電磁両立性) テスト装置と混同しているからです。バースト ジェネレーターは、現実世界の環境で発生する高速過渡現象を模倣した高電圧、持続時間の短い電気パルスを生成します。リレーがオンまたはオフになるとき、またはモーターが作動するときのことを考えてください。これらのイベントは、小さな急速な電気的障害を引き起こし、ロボットの電力線、I/O ポート、または通信ケーブルに侵入し、あらゆる種類の奇妙な動作を引き起こす可能性があります。大きくて遅い電圧サージとは異なり、これらのバーストは迅速かつ鋭く、クラスターで発生するため、ナビゲーションを実行するマイクロコントローラー、障害物を検出するセンサー、ロボットが制御システムと通信できるようにする Wi-Fi モジュールなど、ほとんどの人が気にも留めないロボット内の小型で敏感な電子機器をターゲットにするように設計されています。
ロボット、特に産業用協働ロボット (コボット) や自律移動ロボット (AMR) には、予期せぬ電気ノイズを嫌う繊細な部品がたくさんあります。 「私たちのロボットは実験室で正常に動作するのに、なぜこれをテストする必要がある?」と考えて、このステップをスキップするロボット工学チームを非常に多く見てきました。しかし、その後、現場で障害が発生し、トラブルシューティングに数週間かかり、数千ドルのダウンタイムが発生します。バースト ジェネレーターを使用すると、制御されたラボ設定でこれらの正確な過渡イベントを再現できるため、ロボットが生産に入る前にロボット設計の欠陥を発見できます。たとえば、近くのコンベア ベルトが作動したときにロボットのモーター ドライバーがロックした場合、バースト ジェネレーターはその干渉をシミュレートし、より適切なシールドを追加したり、電源のフィルターをアップグレードしたりするなどの修正をテストできます。
さて、ロボットをテストするときは、小型の実験装置のように単相電力だけを扱うわけではありません。産業用ロボットの多くは三相ですよね？彼らは 3 つの別々のラインから電力を取り出して、大きなモーターや重機を動かします。つまり、トランジェントは各ラインに異なる影響を与えるため、単相セットアップと三相セットアップの両方を処理できるバースト発生器が必要になります。ここでオプションについて話しましょう。軽量組み立て用の卓上協働ロボットなど、小型ロボットをテストしている場合、当社の単相 5kV EFT/バースト発電機は確実な出発点となります。最大 5,000 ボルトのバーストを発生します。これは、これらのボットが使用する小型リレー、センサー、低電力モーターからの過渡現象をシミュレートするには十分以上です。わずかに大きな単相ロボットの場合、またはもう少し力強さが必要な場合は、単相 6kV EFT/バースト ジェネレーターは最大 6,000 ボルトまで昇圧し、忙しい製造ラインなどのより過酷な環境をシミュレートするのに最適です。
しかし、フルサイズの産業用ロボット、三相電力で動作する AMR、または三相ユーティリティラインに接続するロボットに移行する場合は、3 つのラインすべてを一度にテストできる機器が必要になります。単相発電機は 1 つの線にしか到達できないため、バーストが相間を飛び越えるときに発生する線間干渉を見逃すことになります。これは、大型ロボットでランダムな不具合が発生する一般的な原因です。三相試験用に、三相 5kV EFT/バースト ジェネレーターと三相 6kV EFT/バースト ジェネレーターがあり、どちらも 3 つの線すべて (必要に応じて中性線も) にバーストを適用して、現実世界の条件を正確に再現するように設計されています。重工業用ロボットのテストではこれは譲れません。ロボットの消費電力ははるかに高く、生成される過渡現象はより大きく、ラインを越える可能性が高いからです。
ちょっと待ってください。でも、これらのバーストを実際にロボットにどのように適用するのでしょうか?発電機をロボットの電源コードに直接接続することはできませんよね?そこで、容量性結合クランプが登場します。この小さなデバイスは、ケーブルを切断したり接続したりすることなく、ケーブルにバーストを注入できるため、ロボット工学のテストに革新をもたらします。ほとんどのロボット ケーブルはすでにシールドされており、接続するとシールドが台無しになります。これがまさに最初にテストしていることです。カップリング クランプは、電源ケーブル、センサー ケーブル、または通信ケーブルの外側をクランプし、物理的な接続を行わずに静電容量を使用してバースト信号をケーブルに送信します。つまり、必要最低限の機能を備えたバージョンではなく、実際に動作するのと同じように、ロボット全体をテストできるということです。内部ポートに直接接続しようとしてこれを台無しにし、フィールドの条件と一致しないテスト結果が得られるチームを見てきました。それはやめてください。カップリング クランプは、正確な実際のテスト データを取得する方法です。
これを具体的にするために、一般的な使用例について話しましょう。昨年、私たちは小規模なロボット工学の新興企業と協力して、食料品店の倉庫用の AMR ラインを構築しました。彼らのロボットは、ランダムなナビゲーション障害を抱えていました。ミッションの途中で、時にはほんの一瞬、時には丸一分間停止してしまいました。すべてのセンサーがチェックアウトされ、バッテリーは正常で、地図は正確だったため、彼らはその理由を理解できませんでした。彼らが私たちの研究室にそれらを持ち込んだとき、私たちは三相5kV EFT/バースト発生器を使用して、三相電力で動作する倉庫のオーバーヘッドコンベアからの過渡現象をシミュレートしました。私たちは容量結合クランプをナビゲーション モジュールの電源ケーブルに接続し、バースト クラスターで攻撃を開始しました。そして 10 分以内に、現場で見られた正確な障害を再現しました。結局のところ、同社のナビゲーション マイクロコントローラーにはコンベアからのバーストを処理するのに十分なフィルタリングが備わっておらず、静かな研究室では機能しても、倉庫の電気ノイズには対処できませんでした。電源入力に簡単なフィルターを追加し、バースト発生器で再テストしたところ、障害は解消されました。彼らは、テストにバースト ジェネレーターを使用したため、大規模なリコールと数か月にわたるダウンタイムから身を守ることができました。
もう 1 つの使用例は、人間の作業者と一緒に動作する協働ロボットのテストです。これらのボットは非常に信頼性が高くなければならず、多くの場合、溶接機、電動工具、コンベア ベルトなど、電気ノイズを発生するその他の機器がたくさんあるスペースに設置されます。バースト発生器は、その機器からのバーストをシミュレートし、協働ロボットの安全システムが誤動作しないことを確認できます。金属部品を持ち上げて梱包ステーションに運ぶ協働ロボットを想像してみてください。近くの溶接機からの爆発によりモーター ドライバーが失火すると、部品が落下したり、最悪の場合は人間の作業員に当たる可能性があります。バーストジェネレーターを使用してテストすることで、展開前に安全上の問題を発見できます。これは、厳格な ISO 安全基準を満たす必要がある協働ロボットにとって重要です。
さて、いくつかの誤解について本当のことを言ってみましょう。私が話をするロボットエンジニアの中には、「代わりに ESD テスターを使っているんですよね？」と言う人もいます。 ESD (静電気放電) は、誰かがロボットに触れてロボットを叩くような静電気ショックに対するものです。しかし、バーストはまったく異なります。バーストは単一の静的なザップではなく、高速で繰り返されるパルスです。 ESD は、毎日、一日中稼働する機械からの継続的かつ急速な干渉をシミュレートするものではありません。バーストジェネレーターはまさにそのような環境に合わせて調整されています。 「私たちのテストラボには工業用の電力がないので、これらのツールは使用できません」という人もいます。ただし、どのような種類の電力を持っているかに関係なく、バースト ジェネレーターを使用すると、電源に関係なく、ロボットのラインにバーストを直接注入できます。テストベンチに三相産業用パネルは必要ありません。必要なのは、カップリング クランプをロボットのケーブルに接続する方法だけであり、残りの作業は発電機が行います。
ちょっと待って、小型の趣味用ロボットや学術用ロボットはどうでしょうか?バーストテストも必要ですか?確かに、静かな教室の外で生徒に確実に作業してもらいたいのであれば。私は、競技用ロボットを開発した大学のロボット工学チームと話をしたことがありますが、近くのアリーナの音響システムや照明のせいで競技中に不具合が発生するだけでした。小型の単相ロボット向けのサイズのバースト ジェネレーターを使用すれば、大きなイベントの前にその種の干渉に対してボットをテストできるようになります。これは産業用ロボットだけでなく、管理された静かな空間の外で使用されるあらゆるロボットにも当てはまります。
さて、多くの人が EMC テスト装置に圧倒されてしまうことを私は知っているので、これを設定する方法の核心に入りましょう。まず、ロボットが使用する電力の種類 (単相か三相) を把握します。これにより、ジェネレーターの選択が絞り込まれます。正確な結果を得るには、セットアップに適したモデルを使用してください。次に、どのケーブルをテストするかを決定します。ほとんどのロボットでは、電源ケーブル、メイン センサー ケーブル (LIDAR やカメラ ケーブルなど)、通信ケーブル (イーサネットや Wi-Fi など) から始めます。各ケーブルに対して、容量結合クランプを使用します。通常はロボットのポートから 1 フィートほど離れた位置でケーブルの周りにクランプし、ケーブルが適切に接地されていることを確認します (発電機のセットアップ手順に従ってください。この部分は安全性と精度にとって重要です)。次に、バースト パラメータを設定します。ほとんどのジェネレータでは、電圧、パルス幅、繰り返しレートを調整できます。 1kV などの低い電圧から始めて、不具合や障害が見つかるまで徐々に上げていきます。これにより、ロボットの設計がどれほど堅牢であるかがわかります。
私が常にチームに与えるヒントの 1 つは、1 つのバースト レベルだけでテストしないことです。ロボットは低レベルの干渉には対処できますが、過酷な環境にある場合は、より高いバーストに直面することになります。さまざまなレベルでテストして障害点を見つけ、規格を満たすように設計を調整します。ほとんどの産業用ロボットは、EFT/バースト テスト レベルを指定する IEC 61000-4-4 を満たす必要があります。当社のバースト ジェネレータは、その正確な基準を満たすように校正されているため、テスト結果は準拠することになります。これは、EMC 認定を必要とする顧客にロボットを販売している場合に大きな意味を持ちます。
わかっています、わかっています – EMC テストは面倒に思えます。これは余分なステップであり、多くのロボット工学チームにとって新しいことであり、ロボットを迅速に市場に投入することから邪魔になるように感じる可能性があります。しかし問題は、研究室で設計上の欠陥を修正するのにかかる費用は、1,000 台のロボットを出荷した後に修正するのに比べて数分の一です。バースト ジェネレーターは単なるテスト ツールではなく、リスク管理ツールです。これにより問題を早期に発見できるため、大量のロボットが返品されたり、顧客が不満を抱いたり、収益が失われたりすることはありません。
元の質問に戻りましょう: バーストジェネレーターはロボットテストに使用できますか?答えは大きくイエスです。それは単に使えるというだけではありません。静かな実験室だけでなく、現実世界でもロボットが確実に動作することを確認するための最も効果的なツールの 1 つであるということです。小型の卓上協働ロボットをテストする場合でも、重工業用 AMR をテストする場合でも、ニーズに合ったバースト ジェネレータがあり、容量結合クランプによりテスト プロセスがシンプルになり、接続が不要になります。
ロボティクス ワークフローにバースト テストを追加する準備ができている場合、またはどのジェネレーターがセットアップに適しているかについて質問がある場合は、お問い合わせください。当社は新興企業から大手メーカーに至るまで、あらゆる種類のロボット工学チームと協力してきました。適切なツールの選択、セットアップの手順、さらには特定のテスト課題のトラブルシューティングまでお手伝いします。フィールドで障害が発生するまで待つ必要はありません。今すぐテストして、より堅牢なロボットを構築し、後で面倒な作業をしなくて済みます。
参考文献
- 国際電気標準会議。 （2012年）。 IEC 61000-4-4: 電磁両立性 (EMC) – パート 4-4: テストおよび測定技術 – 電気的高速過渡/バースト耐性テスト。スイス、ジュネーブ: IEC。
- ロボット産業協会（2021年）。産業用および協働ロボットの EMC テスト ガイドライン。バージニア州アーリントン：RIA。
- テキサス・インスツルメンツ。 （2020年）。堅牢なロボティクス エレクトロニクスの設計: 過渡電気的干渉の軽減。テキサス州ダラス: テキサス・インスツルメンツ。
- マウザーエレクトロニクス。 （2022年）。 EMC テスト 101: 組み込みシステムの電気的高速過渡現象 (EFT) およびバースト テスト。テキサス州マンスフィールド: マウザー エレクトロニクス。
