环境测试在机器人领域的应用

　　在智能制造中，机器人扮演了很重要的角色。越是极端的环境下越适合用机器人代替人来完成相关工作，而且在很多紧急情况下，需要机器人具有极高的可靠性，能够及时有效地完成既定任务。那么提高机器人的环境适应性和可靠性就成为了一个重要的课题。

　　机器人可代替或协助人类完成各种工作，凡是枯燥的、危險的、有毒的、有害的工作，都可由机器人大显身手。机器人除了广泛应用于制造业领域外，还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

　　越是极端的环境下越适合用机器人代替人来完成相关工作，而且在很多紧急情况下，需要机器人具有极高的可靠性，能够及时有效地完成既定任务。那么提高机器人的环境适应性和可靠性就成为了一个重要的课题。

　　图1是国家电网使用的机器人，可以在带电条件下进行作业，进行线路安装、故障排查等工作。

　　这是比较典型的应用场景，既有通用的气候环境，又有特殊的工况要求。首先，通用的气候环境包括高温、低温、湿度、光照、雨、雪、冰、灰尘、雷电等，这些气候环境的因素往往是相互叠加的。而特殊的工况则包括有关安全的绝缘特性，以及自身工作时产生的力学振动和冲击，转向关节的疲劳寿命等。

　　经过对工作环境和工况的分析，以及其工作的重要程度，我们根据电子电工产品的试验标准和外壳防护标准，决定进行高温、低温、湿度、抗风、防水、防尘，以及绝缘特性的考核。

　　根据当地的气候条件，我们选取的考核条件如下：

　　经测试，该机器人通过了环境适应性和安全性的考核。

　　通常在工厂里，生产线上的机器人所处环境的严酷等级较低，其环境适应性和可靠性较高，开展相关研究和测试的要求也较低。但特殊环境和工况下应用的机器人，就应该开展相关的研究和测试，不断提高产品的环境适应性和可靠性，从而提高机器人完成既定任务的概率。

　　例如，在野外执行勘探任务的机器人，其所处环境温差较大，具有各种自然环境下工作的可能性，地面不平整，会有跌落、冲击、倾斜、振动的各种可能性，开展其环境适应性的研究和测试就非常重要。

　　再如水下作业的机器人，开展其被液体浸泡，盐雾腐蚀（海水中）、水压，温度，振动（波浪或者来自于自身振源的振动，如发动机）的环境适应性研究和测试是非常必要的。

　　如环境监测机器人，尤其是一些涉及安全的特殊环境监测，如核电站、化工厂、动力系统等，则要求具有更高的环境适应性和可靠性。在研制过程中要充分考虑，反复测试。

　　还有检修机器人、飞行机器人、战斗机器人、管道爬行机器人等，都需要开展相关的环境适应性和可靠性研究。而一些日常应用的如清扫机器人、配送机器人、交流机器人等，如果能够量产，也势必要开展这类研究，提高产品的可靠性，降低故障率。

　　我们根据机器人的应用环境和工况开展相关的研究，首先有一些试验标准可以借用，然后再对特殊的应用环境和工况进行研究。通常可以参考的标准有IEC60068、GB2423、GB4208、MIL810和GJB150，前两项主要是电子电工产品的环境试验方法，第三项是外壳防护等级，后两项是军工产品的环境试验方法。不管是电子电工产品还是军工产品，除了一些特定的工况环境外，对自然环境的量化都是可以借用的，其中军工产品的严酷等级要更高一些。而有些以产品质量著称的企业所制定的企业标准，也是可以参考的，他们的标准往往严酷等级更高，通常严酷等级的排序是国际标准、国家标准、行业标准、企业标准，越往后严酷等级越高。

　　这些标准对产品所处的温度、湿度、地标的光照、雨、雪、冰、盐雾、霉菌等环境的量化大多是可以直接剪裁的。但特殊环境和工况就无法找到支撑了，必要的时候就要开展相关的研究，指定适合自身产品的试验方法。例如飞行机器人，如果飞行高度较高，那么其受到的太阳辐射和地表环境就不一样，因为经过大气层后紫外光大量衰减，而紫外光对产品的破坏是很严重的，所以采用地表的太阳辐照标准做试验考核的严酷度就不够，我们称之为欠试验。再例如，某机器人长期在固定的区域移动，移动是会产生振动的，短期大量级的振动可能会破坏产品，长期小量级的振动也会让产品积累损伤，从而受到破坏。这个固定区域的振动和地面地形有关系，和产品的自身工况也有关系，是无法参考某一标准的，我们就可以开展一定时长的跟踪采集，然后将采集的数据进行处理后，量化为试验方法，或者进一步上升为标准。

　　当代产品的更新换代都很快，所以我们也会面临着这样一个问题，即如果评价一个产品在两年、三年甚至五年的时间里的可靠性，如果我们花费两三年的时间来研究其可靠性，很有可能我们研究出结果的时候，该产品已经换代了。所以加速试验也是一个方向，在业内大量开展着相关的研究。不过这是一件有难度的工作，要开展大量的试验，使用大量的被试件，不断积累才能有所收获。

　　环境测试非常普遍地存在于各种产品的研制、定型和批量抽检中，如飞机、轮船、火箭、高铁、汽车、建筑、桥梁、手机、电脑、化妆品、玩具等。机器人领域也不会例外，大浪淘沙，能够建立良好的品牌形象、长久繁荣的企业一定是重视产品质量的，而环境测试就是提升产品质量不可或缺的一项工作。

　　张子星