Hej wszystkim, jeśli kiedykolwiek budowaliście lub programowaliście robota, wiecie, że hałas może być bardzo bolesny – niezależnie od tego, czy testujecie prototyp w garażu, prowadzicie małą instalację przemysłową, czy nawet korzystacie z robota konsumenckiego w domu. W zeszłym tygodniu dostałem wiadomość prywatną od studenta robotyki, który rozwiązywał problemy ze zbudowanym przez siebie robotem mobilnym z plastikową obudową i ciągle borykał się z dziwnymi piskami, które utrudniały rejestrację danych z czujników. Ta rozmowa dała mi do myślenia: jestem dostawcą aluminiowych podwozi robotów i cały czas otrzymuję pytania dotyczące poziomu hałasu w porównaniu z innymi materiałami. Dzisiaj szczegółowo omawiam, jakiego poziomu hałasu można się spodziewać po aluminiowej obudowie robota, dlaczego tak się dzieje i jak to się ma do innych popularnych części robotów. Żadnych sztampowych żargonów, tylko prawdziwe, praktyczne informacje od kogoś, kto na co dzień pracuje z tymi częściami.
Na początek wyjaśnijmy sobie jedną rzecz: „hałas” to nie tylko głośny sygnał dźwiękowy wydawany przez telefon. W przypadku robotów hałas odnosi się zarówno do dźwięku słyszalnego (tego, co można usłyszeć), jak i wibracji mechanicznych (brzęczenia lub grzechotania, które można wyczuć na stole warsztatowym lub podłodze) – oba są niezwykle ważne. Słyszalny hałas może być denerwujący w przypadku użytkowania w pomieszczeniach, a wibracje mogą zakłócać kalibrację czujnika, szybciej zużywać biegi, a nawet z czasem powodować problemy strukturalne. Kiedy pracuję z klientami, niezależnie od tego, czy są hobbystami, czy małymi zespołami produkcyjnymi, zawsze mówimy o wyborze materiału, ponieważ jest to jeden z największych czynników powodujących hałas.
Zacznijmy od podstawowego pytania: jaki jest poziom hałasu aluminiowego podwozia robota? Na przestrzeni lat przetestowałem ich setki, zarówno w naszym wewnętrznym laboratorium, jak i w rzeczywistych przypadkach użycia. Większość aluminiowych podwozi jest obrabiana CNC, prawda? Wiem, że niektórzy z Was mogą znać części ramienia robota maszyny CNC, ponieważ wykorzystują one tę samą precyzję cięcia, której używamy w przypadku podwozia. W przypadku standardowego podwozia robota mobilnego (np. z napędem 6-kołowym lub mechanizmem różnicowym, najczęściej spotykanym w przypadku małych i średnich robotów) hałas słyszalny podczas poruszania się ze zwykłą prędkością (powiedzmy 1–2 metry na sekundę) wynosi zwykle od 55 do 65 decybeli (dB). Dla porównania, to mniej więcej to samo, co normalna rozmowa lub hałas pracującej zmywarki – wystarczająco głośny, aby go zauważyć, ale nie tak głośny, aby był przytłaczający na małej przestrzeni.
Ale czekaj, ta liczba nie jest wyryta w kamieniu. Wiele czynników to zmienia. Jeśli podwozie jest zbyt ciężkie dla silników, tarcie między kołami a ramą podwozia będzie większe, co powoduje powstawanie skrzypienia lub zgrzytania, które może zwiększyć je do 70 dB lub więcej. Jeśli nie dokręcisz śrub odpowiednio, poszczególne aluminiowe panele mogą grzechotać, powodując wysoki pisk, którego zdecydowanie nie chcesz. Nawet koła mają znaczenie — gumowe koła na gładkim betonie w porównaniu z plastikowymi kołami na nierównym asfalcie zmienią ogólny hałas, ale samo podwozie stanowi dużą część poziomu podstawowego.
Porównajmy to teraz z innymi opcjami, bo wtedy robi się ciekawie. Często jestem pytany, dlaczego nie zastosować po prostu plastikowych skorup robotów lub części ze stali nierdzewnej? Rozbijmy je. Plastikowe obudowy są znacznie lżejsze, prawda? Zatem ich podstawowy poziom hałasu jest niższy – zwykle 50–55 dB, czyli ciszej niż aluminium. Ale tu jest haczyk: plastik jest bardziej elastyczny, więc wibruje bardziej, szczególnie przy wyższych prędkościach. Wibracje te mogą w rzeczywistości sprawić, że dane z czujnika będą mniej dokładne, a z biegiem czasu w plastikowej obudowie mogą pojawić się drobne pęknięcia, które będą powodować powstawanie nowego hałasu podczas ruchu robota. W zeszłym roku miałem klienta, który w przypadku małego robota dostawczego zmienił obudowę z aluminium na plastikową i po 3 miesiącach jego podwozie zaczęło grzechotać tak bardzo, że musieli je wymienić. Pozostanie przy aluminium pozwoliło uniknąć tych kłopotów w przypadku innego klienta z tej samej branży, który korzysta z naszej aluminiowej obudowy robota od 2 lat.
Metalowe części robotów ze stali nierdzewnej to kolejna popularna alternatywa, szczególnie w przypadku ciężkich robotów przemysłowych. Ich poziom hałasu jest podobny do aluminium – około 58–62 dB przy standardowym zastosowaniu – ale stal nierdzewna jest gęstsza, przez co przenosi więcej wibracji na wewnętrzne elementy robota. Oznacza to, że jeśli masz delikatne czujniki (takie jak LiDAR lub kamery), obudowa ze stali nierdzewnej może powodować więcej zakłóceń niż aluminium, ponieważ nie pochłania również wibracji. Aluminium całkiem dobrze tłumi niewielkie wibracje, dlatego dla większości klientów jest to mój ulubiony produkt, który równoważy hałas, wagę i trwałość.
Czekaj, ale powinienem wspomnieć, skąd dochodzi hałas w samym podwoziu, a nie tylko w całym systemie robota. Wiele osób uważa, że jedynymi źródłami hałasu są silniki lub koła, ale podwozie ma na to duży wpływ. W przypadku aluminiowego podwozia obrabianego CNC dużą rolę odgrywają szwy między panelami, punkty mocowania silników i kół, a nawet wykończenie powierzchni. Jeśli obrobione krawędzie są ostre, mogą powodować większe tarcie podczas tarcia części, co prowadzi do skrzypienia. Dlatego w naszym sklepie zawsze gratujemy krawędzie i dodajemy cienki smar do punktów mocowania dla klientów, którzy chcą niższego poziomu hałasu — małe poprawki, które robią dużą różnicę.
Kolejną rzeczą do rozważenia jest miejsce, w którym używasz robota. Jeśli jest to robot przemysłowy pracujący w magazynie, 65 dB jest całkowicie w porządku — w magazynach jest już głośno, więc trochę dodatkowego hałasu nie ma znaczenia. Jeśli jednak jest to robot odkurzający domowy lub robot edukacyjny do pracy w klasie, lepszy będzie niższy poziom hałasu. W takich przypadkach polecam połączenie: wysokiej jakości aluminiowego podwozia, gumowych kół z miękką warstwą wewnętrzną i odpowiedniego mocowania silników do podwozia za pomocą gumowych amortyzatorów. W naszym sklepie sprzedajemy szereg akcesoriów do robotów, takich jak amortyzatory i smary, więc łatwo jest złożyć cichą konfigurację bez zaczynania od zera.
Chcę także rozprawić się z często powtarzanym mitem: „aluminium jest zawsze głośniejsze od plastiku”. To prawda tylko wtedy, gdy porównujesz tanią, kiepsko wykonaną plastikową obudowę z wysoce precyzyjną aluminiową obudową. W zeszłym miesiącu testowałem tanią plastikową obudowę wydrukowaną w 3D i osiągnęła ona 62 dB przy 1 m/s, czyli mniej więcej tyle samo, co aluminiowe podwozie średniej klasy. Jednak plastik zaczął się odkształcać po 2 godzinach ciągłego użytkowania, więc pod koniec testu poziom hałasu sięgał 70 dB. Aluminiowe podwozie, którego użyłem w tym samym teście? Przez cały czas utrzymywał się na poziomie 60 dB, bez zniekształceń i dodatkowego hałasu. Dlatego jakość materiału i precyzja wykonania mają znacznie większe znaczenie niż tylko materiał podstawowy.
A co z robotami, które muszą być naprawdę ciche – takimi jak roboty medyczne pracujące w pobliżu pacjentów lub roboty konsumenckie działające w nocy? Dla nich nawet 55 dB może być za dużo. Rozwiązaniem nie jest przejście na plastik, ale modyfikacja aluminiowego podwozia. Dodanie gumowej izolacji dolnej części podwozia, użycie wyściełanych wsporników montażowych do silników, a nawet pokrycie podwozia cienką warstwą pianki akustycznej może obniżyć hałas o 5–10 dB. W zeszłym roku miałem takiego klienta zajmującego się robotyką medyczną, a poziom głośności jego robota wzrósł z 62 dB do 53 dB, co oznacza, że jest on wystarczająco cichy, aby można go było używać w klinice i nikomu nie przeszkadzać. To o wiele lepsza opcja niż plastik, ponieważ aluminiowa obudowa nadal zapewnia niezbędną trwałość i sztywność konstrukcyjną, a modyfikacje akustyczne rozwiązują problem hałasu.
Porozmawiajmy o przykładach z życia wziętych, aby to skonkretyzować. W zeszłym kwartale wysłaliśmy zamówienie na aluminiowe podwozie robota do małego startupu produkującego autonomiczne kosiarki do trawy. Martwili się hałasem, ponieważ ich klienci skarżyli się, że głośne kosiarki straszą zwierzęta. Kiedy testowali nasze podwozie, podstawowy poziom hałasu wyniósł 61 dB, czyli mniej niż w przypadku większości kosiarek dostępnych na rynku. Do podwozia dodali nasze gumowe amortyzatory kół i cienką warstwę pianki, obniżając go do 54 dB. Jest ciszej niż zwykła rozmowa i klientom się to podoba. Z drugiej strony inny klient zastosował w swoim fabrycznym robocie tanią stalową obudowę i uzyskał hałas na poziomie 68 dB, ponieważ stal przekazywała tak dużo wibracji do kamery wizyjnej, że niemożliwe było uzyskanie wyraźnych obrazów. Zamiana na aluminiowe podwozie rozwiązała również ten problem.
Wiem, że niektórzy z Was myślą: „A co z robotami, które poruszają się naprawdę szybko, jak te roboty wyścigowe?” W przypadku robotów szybkich (3+ m/s) hałas wytwarzany przez aluminiową obudowę nieco wzrasta — zwykle do 65–72 dB. Ale nawet przy tej prędkości aluminium jest lepsze od plastiku, ponieważ plastik wibrowałby przy dużych prędkościach tak bardzo, że robot stałby się niestabilny. Sztywność aluminium pomaga utrzymać robota stabilnie, nawet jeśli hałas nieznacznie wzrasta. W przypadku robotów wyścigowych jest to godny kompromis, ponieważ stabilność jest o wiele ważniejsza niż kilka dodatkowych decybeli hałasu.
Powinienem również wspomnieć, że podczas pomiaru poziomu hałasu używamy standardowego miernika poziomu dźwięku w odległości 1 metra od robota, co jest standardem branżowym. Wiele testów losowego hałasu online przeprowadza się znacznie bliżej lub znacznie dalej, więc liczby są wypaczone. Dlatego zawsze ufam naszym wewnętrznym testom laboratoryjnym, ponieważ przestrzegamy tego standardu. Przeglądając specyfikację podwozia, upewnij się, że poziom hałasu jest mierzony w ten sam sposób — w przeciwnym razie możesz porównywać jabłka z pomarańczami.
Więc co tu jest na wynos? Poziom hałasu aluminiowej obudowy robota nie jest pojedynczą liczbą — zależy od jakości wykonania, akcesoriów i przypadku użycia. Ogólnie rzecz biorąc, przy standardowym zastosowaniu oczekuje się poziomu 55–65 dB, co jest porównywalne z innymi metalowymi obudowami, jest cichsze niż stal nierdzewna w przypadku zadań wrażliwych na wibracje i trwalsze niż plastik. Jeśli hałas jest najwyższym priorytetem, niewielkie modyfikacje, takie jak amortyzatory lub pianka, mogą go znacząco obniżyć, bez poświęcania siły potrzebnej do niezawodnego robota.
Jeśli szukasz aluminiowej obudowy robota lub zastanawiasz się, jak obniżyć poziom hałasu w swojej obecnej konfiguracji, mamy dla Ciebie rozwiązanie. Od lat dostarczamy wysokiej jakości części do robotów obrabianych CNC, więc niezależnie od tego, czy potrzebujesz standardowej aluminiowej obudowy robota, części niestandardowych czy akcesoriów do robota, aby dostosować hałas swojego robota, możemy Ci pomóc. Nie wahaj się skontaktować z naszym zespołem, aby porozmawiać na temat Twojego konkretnego projektu — zawsze chętnie podzielimy się radami wynikającymi z praktycznego doświadczenia, a nie tylko ogólnymi specyfikacjami.
A teraz dla każdego, kto chce głębiej zagłębić się w naukę o wibracjach i hałasie w obudowach robotów, oto kilka referencji, na których się opieram podczas naszych testów laboratoryjnych i konsultacji z klientami:
- Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) 10816: Wibracje mechaniczne – Ocena wibracji maszyn poprzez pomiary na częściach nieobrotowych
- Raport Stowarzyszenia Przemysłu Robotycznego (RIA) na temat hałasu i wibracji w robotach przemysłowych, 2022
- Journal of Robotic Systems: „Wybór materiałów w celu zmniejszenia wibracji w podwoziu robota mobilnego”, tom. 38, nr 4, 2021
- Nota techniczna Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST): Pomiary poziomu dźwięku w robotach konsumenckich i przemysłowych, 2020
