Здравейте всички, ако някога сте конструирали или програмирали робот, знаете, че шумът може да бъде тотална болезнена точка - независимо дали тествате прототип в гаража си, управлявате малка индустриална инсталация или дори използвате потребителски робот у дома. Миналата седмица получих DM от студент по роботика, който отстраняваше неизправности в мобилен робот, който направиха с пластмасово шаси, и продължаваха да се справят със странни скърцания, които затрудняваха записването на данни от сензора. Този разговор ме накара да се замисля: аз съм доставчик на алуминиево шаси за роботи и през цялото време ме питат за нивата на шум спрямо други материали. Днес разбивам точно колко шум можете да очаквате от алуминиево шаси на робот, защо се случва това и как това се сравнява с други често срещани части на робота. Без запушен жаргон, просто истинска, практична информация от някой, който работи с тези части всеки ден.
Първо, нека изясним едно нещо: „шумът“ тук не е само силният звуков сигнал, който издава вашия телефон. За роботите шумът се отнася както до звуковия звук (нещата, които можете да чуете), така и до механичните вибрации (бръмченето или тракането, които може да усетите през работната маса или пода) – и двете са изключително важни. Звуковият шум може да бъде досаден при използване на закрито, а вибрациите могат да попречат на калибрирането на сензора, да износят предавките по-бързо и дори да причинят структурни проблеми с течение на времето. Когато работя с клиенти, независимо дали са любители или малки производствени екипи, винаги говорим за избор на материал, защото това е един от най-големите двигатели на шума.
Нека започнем с основния въпрос: какво е нивото на шума на алуминиево шаси на робот? Тествах стотици от тях през годините, както в нашата вътрешна лаборатория, така и в случаи на употреба в реалния свят. Повечето алуминиеви шасита се обработват с ЦПУ, нали? И знам, че някои от вас може да са запознати с частите за рамото на робота с ЦПУ машина, тъй като те използват същото прецизно рязане, което използваме за шасито. За стандартно шаси на мобилен робот (помислете за 6-колесно или диференциално задвижване, най-често срещаното за малки до средни роботи), звуковият шум при движение с нормална скорост (да речем 1–2 метра в секунда) обикновено е между 55 и 65 децибела (dB). За справка, това е приблизително същото като нормален разговор или шум от работеща съдомиялна машина - достатъчно силен, за да го забележите, но не толкова силен, че да е непосилен в малко пространство.
Но изчакайте, този номер не е изсечен в камък. Много фактори променят това. Ако шасито ви е твърде тежко за двигателите ви, ще получите повече триене между колелата и рамката на шасито, което добавя скърцащ или скърцащ звук, който може да го повиши до 70 dB или повече. Ако не затегнете правилно болтовете, отделните алуминиеви панели може да издрънчат, добавяйки онова високо скърцане, което определено не искате. Дори колелата имат значение – гумените колела върху гладък бетон срещу пластмасовите колела върху грапав асфалт ще променят общия шум, но самото шаси е голяма част от базовото ниво.
Сега, нека сравним това с други опции, защото там нещата стават интересни. Често ме питат защо не използвам просто пластмасови корпуси на роботи или части от неръждаема стомана? Нека ги разделим. Пластмасовите шасита са много по-леки, нали? Така че тяхното базово ниво на шум е по-ниско - обикновено 50–55 dB, което е по-тихо от алуминия. Но тук е уловката: пластмасата е по-гъвкава, така че вибрира повече, особено при по-високи скорости. Тази вибрация всъщност може да направи данните от сензора по-малко точни и с течение на времето пластмасовото шаси може да развие малки пукнатини, които създават нов шум, докато роботът се движи. Миналата година имах клиент, който премина от алуминиево към пластмасово шаси за малък робот за доставка и в рамките на 3 месеца шасито им тракаше толкова зле, че трябваше да го сменят. Придържането към алуминия избегна тази неприятност за друг клиент в същата индустрия, който използва нашето алуминиево шаси за роботи вече 2 години.
Металните части за роботи от неръждаема стомана са друга често срещана алтернатива, особено за тежкотоварни индустриални роботи. Тяхното ниво на шум е подобно на това на алуминия – около 58–62 dB за стандартна употреба – но неръждаемата стомана е по-плътна, така че предава повече вибрации към вътрешните компоненти на робота. Това означава, че ако имате деликатни сензори (като LiDAR или камери), шасито от неръждаема стомана може да причини повече смущения от алуминия, тъй като не абсорбира добре вибрациите. Алуминият всъщност е доста добър при гасене на малки вибрации, поради което е моят избор за повечето клиенти, които балансират шум, тегло и издръжливост.
Чакай, но трябва да спомена откъде идва шумът от самото шаси, а не само от цялата роботна система. Много хора смятат, че двигателите или колелата са единствените източници на шум, но шасито е голяма част от него. Когато имате CNC машинно алуминиево шаси, шевовете между панелите, точките за монтаж на двигатели и колела и дори повърхностното покритие играят роля. Ако обработените ръбове са остри, те могат да създадат повече триене, когато частите се трият, което води до този скърцащ шум. Ето защо в нашия магазин ние винаги почистваме ръбовете и добавяме тънък лубрикант към точките за закрепване за клиенти, които искат по-ниски нива на шум – малки корекции, които правят голяма разлика.
Друго нещо, което трябва да имате предвид, е къде използвате робота. Ако това е промишлен робот, който работи в склад, 65 dB е напълно добре – складовете вече са шумни, така че малко допълнителен шум няма значение. Но ако това е прахосмукачка за домашен робот или образователен робот за класна стая, по-ниският шум е по-добър. За тези случаи препоръчвам комбинация: висококачествено алуминиево шаси, гумени колела с мек вътрешен слой и правилно монтиране на двигатели към шасито с гумени амортисьори. Ние продаваме куп аксесоари за роботи като тези амортисьори и смазочни материали в нашия магазин, така че е лесно да се сглоби настройка с ниско ниво на шум, без да започвате от нулата.
Също така искам да обърна внимание на един често срещан мит, който чувам през цялото време: „алуминият винаги е по-шумен от пластмасата“. Това е вярно само ако сравнявате евтино, лошо изработено пластмасово шаси с високо прецизно алуминиево шаси. Тествах евтино 3D отпечатано пластмасово шаси миналия месец и то достигна 62 dB при 1 m/s, което е приблизително същото като алуминиево шаси от среден клас. Но пластмасата започна да се изкривява след 2 часа непрекъсната употреба, така че до края на теста беше до 70 dB. Алуминиевото шаси, което използвах в същия тест? Остана на 60 dB през цялото време, без изкривяване, без допълнителен шум. Така че качеството на материала и прецизността на изработката са много по-важни от основния материал.
Какво ще кажете за роботите, които трябва да бъдат наистина тихи - като медицински роботи, които работят близо до пациенти, или потребителски роботи, които работят през нощта? За тях дори 55 dB може да са твърде много. Решението тук не е преминаване към пластмаса, а модифициране на алуминиевото шаси. Добавянето на гумена изолация към дъното на шасито, използването на подплатени монтажни скоби за двигатели и дори покриването на шасито с тънък слой от акустична пяна може да намали шума с 5–10 dB. Имах клиент за медицинска роботика да направи това миналата година и техният робот премина от 62 dB на 53 dB – достатъчно тих, за да се използва в клиника, без да безпокои никого. Това е много по-добър вариант от пластмасата, тъй като алуминиевото шаси все още осигурява издръжливостта и структурната твърдост, от които се нуждаят, докато акустичните модификации решават проблема с шума.
Нека поговорим за примери от реалния свят, за да направим това конкретно. През последното тримесечие изпратихме поръчка на алуминиево шаси на робот на малка стартираща фирма, която произвежда автономни косачки. Те се притесняваха от шума, тъй като клиентите им се оплакваха от шумни косачки, които плашеха домашни любимци. Когато тестваха нашето шаси, основният шум беше 61 dB, което е по-ниско от повечето косачки на пазара. Те добавиха нашите гумени амортисьори на колелата и тънък слой пяна към шасито, което го намали до 54 dB. Това е по-тихо от нормален разговор и клиентите им го харесаха. От друга страна, друг клиент използва евтино стоманено шаси за техния фабричен робот и в крайна сметка получи 68 dB шум, тъй като стоманата предава толкова много вибрации на тяхната камера за машинно зрение, което прави невъзможно получаването на ясни изображения. Смяната с нашето алуминиево шаси поправи и този проблем.
Знам, че някои от вас си мислят: „Ами роботите, които се движат наистина бързо, като тези състезателни роботи?“ За високоскоростни роботи (3+ m/s) шумът от алуминиево шаси скача малко — обикновено до 65–72 dB. Но дори и при тази скорост, алуминият е по-добър от пластмасата, защото пластмасата ще вибрира толкова много при високи скорости, че роботът ще стане нестабилен. Твърдината на алуминия помага на робота да остане стабилен, дори ако шумът се повиши малко. За състезателни роботи това е достоен компромис, защото стабилността е много по-важна от няколко допълнителни децибела шум.
Трябва също да спомена, че когато измерваме нивата на шума, използваме стандартен шумомер на разстояние 1 метър от робота, което е индустриалният стандарт. Много случайни тестове за шум онлайн се правят много по-близо или много по-далеч, така че числата се изкривяват. Ето защо винаги се доверявам на нашите вътрешни лабораторни тестове, защото ние следваме този стандарт. Когато разглеждате спецификациите на шасито, уверете се, че нивата на шум се измерват по същия начин - в противен случай може да сравнявате ябълки с портокали.
И така, какъв е изводът тук? Нивото на шума на алуминиевото шаси на робот не е едно число — зависи от качеството на изработката, аксесоарите и случая на употреба. Като цяло търсите 55–65 dB за стандартна употреба, което е сравнимо с друго метално шаси, по-тихо от неръждаема стомана за чувствителни към вибрации задачи и по-издръжливо от пластмаса. Ако шумът е основен приоритет, малки модификации като амортисьори или пяна могат да го намалят значително, без да жертвате силата, от която се нуждаете за надежден робот.
Ако сте на пазара за алуминиево шаси на робот или се чудите как да намалите шума от текущата си настройка, ние ще ви покрием. От години доставяме висококачествени части за роботи, обработени с ЦПУ, така че независимо дали имате нужда от стандартно алуминиево шаси на робот, персонализирани части или аксесоари за роботи, за да настроите шума на вашия робот, ние можем да ви помогнем. Не се колебайте да се свържете с нашия екип, за да поговорим за вашия конкретен проект – ние винаги сме щастливи да споделим съвети от практически опит, а не само общи спецификации.
Сега, за всеки, който иска да се потопи по-дълбоко в науката за вибрациите и шума в шасито на робота, ето няколко препратки, на които разчитам за нашите лабораторни тестове и консултации с клиенти:
- Международна организация по стандартизация (ISO) 10816: Механични вибрации – Оценка на машинните вибрации чрез измервания върху невъртящи се части
- Доклад на Асоциацията на индустрията за роботика (RIA) относно шума и вибрациите в индустриалните роботи, 2022 г.
- Journal of Robotic Systems: „Избор на материал за намаляване на вибрациите в шасито на мобилния робот“, том. 38, № 4, 2021 г
- Техническа бележка на Националния институт за стандарти и технологии (NIST): Измервания на нивото на звука за потребителски и промишлени роботи, 2020 г.
