Ahojte všetci, ak ste niekedy postavili alebo naprogramovali robota, viete, že hluk môže byť totálny problém – či už testujete prototyp vo svojej garáži, prevádzkujete malé priemyselné zariadenie alebo dokonca používate spotrebného robota doma. Minulý týždeň som dostal DM od študenta robotiky, ktorý riešil problémy s mobilným robotom, ktorý postavili s plastovým šasi, a stále sa zaoberali zvláštnymi pískaniami, ktoré sťažovali zaznamenávanie údajov zo senzorov. Tento rozhovor ma priviedol k myšlienke: Som dodávateľom hliníkového podvozku robota a neustále sa ma pýtajú na hladinu hluku v porovnaní s inými materiálmi. Dnes presne rozoberiem, koľko hluku môžete očakávať od hliníkového podvozku robota, prečo sa to deje a ako je to v porovnaní s inými bežnými časťami robota. Žiadny upchatý žargón, len skutočné, praktické informácie od niekoho, kto s týmito časťami pracuje každý jeden deň.
Najprv si ujasnime jednu vec: „hluk“ tu nie je len hlasné pípnutie, ktoré vydáva váš telefón. V prípade robotov sa hluk vzťahuje na počuteľný zvuk (veci, ktoré môžete počuť), ako aj na mechanické vibrácie (hučanie alebo hrkanie, ktoré môžete cítiť cez pracovný stôl alebo podlahu), ktoré sú mimoriadne dôležité. Počuteľný hluk môže byť nepríjemný pri použití v interiéri a vibrácie môžu spôsobiť poruchu kalibrácie snímača, rýchlejšie opotrebenie prevodových stupňov a dokonca časom spôsobiť štrukturálne problémy. Keď pracujem s klientmi, či už sú to fanúšikovia alebo malé výrobné tímy, vždy hovoríme o výbere materiálu, pretože to je jeden z najväčších faktorov hluku.
Začnime základnou otázkou: aká je hladina hluku hliníkového podvozku robota? V priebehu rokov som ich otestoval stovky, a to v našom internom laboratóriu aj vonku v prípadoch použitia v reálnom svete. Väčšina hliníkových podvozkov je CNC obrábaná, však? A viem, že niektorí z vás môžu byť oboznámení s časťami robotického ramena CNC stroja, pretože používajú rovnaké presné rezanie, aké používame pre podvozok. Pre štandardný podvozok mobilného robota (napríklad 6-kolesový alebo diferenciálny pohon, najbežnejší pre malé a stredne veľké roboty), je počuteľný hluk pri pohybe pravidelnou rýchlosťou (povedzme 1–2 metre za sekundu) zvyčajne medzi 55 a 65 decibelmi (dB). Pre porovnanie, je to zhruba to isté ako bežná konverzácia alebo hluk z bežiacej umývačky riadu – dosť hlasný na to, aby si to všimol, ale nie taký hlasný, aby bol na malom priestore ohromujúci.
Ale počkajte, toto číslo nie je vytesané do kameňa. Mení to veľa faktorov. Ak je váš podvozok príliš ťažký pre vaše motory, dosiahnete väčšie trenie medzi kolesami a rámom podvozku, čo pridáva vŕzganie alebo brúsenie, ktoré ho môže stlačiť až o 70 dB alebo viac. Ak skrutky nedotiahnete správne, jednotlivé hliníkové panely môžu hrkotať, čo dodáva, že vysoké škrípanie určite nechcete. Aj na kolesách záleží – gumené kolesá na hladkom betóne vs. plastové kolesá na hrubom asfalte zmenia celkový hluk, ale samotný podvozok tvorí veľkú časť základnej úrovne.
Teraz si to porovnajme s inými možnosťami, pretože práve tam sú veci zaujímavé. Často dostávam otázku, prečo nepoužívať plastové kryty robotov alebo diely z nehrdzavejúcej ocele? Poďme si ich rozobrať. Plastové podvozky sú oveľa ľahšie, však? Ich základná hladina hluku je teda nižšia – zvyčajne 50–55 dB, čo je tichšie ako hliník. Tu je však háčik: plast je pružnejší, takže najmä pri vyšších rýchlostiach viac vibruje. Tieto vibrácie môžu v skutočnosti spôsobiť, že údaje snímača budú menej presné a v priebehu času sa na plastovom podvozku môžu objaviť drobné praskliny, ktoré pri pohybe robota vytvárajú nový hluk. Minulý rok som mal klienta, ktorý prešiel z hliníkového na plastové šasi pre malého doručovacieho robota a do 3 mesiacov mu šasi tak hrkotalo, že ho museli vymeniť. Držanie sa hliníka predišlo týmto problémom pre iného klienta v rovnakom odvetví, ktorý používa náš hliníkový podvozok robota už 2 roky.
Kovové robotické diely z nehrdzavejúcej ocele sú ďalšou bežnou alternatívou, najmä pre vysokovýkonné priemyselné roboty. Ich hladina hluku je podobná hliníku – okolo 58 – 62 dB pre štandardné použitie – ale nehrdzavejúca oceľ je hustejšia, takže prenáša viac vibrácií na vnútorné komponenty robota. To znamená, že ak máte jemné senzory (ako LiDAR alebo kamery), šasi z nehrdzavejúcej ocele môže spôsobiť viac rušenia ako hliník, pretože tiež neabsorbuje vibrácie. Hliník je v skutočnosti celkom dobrý pri tlmení malých vibrácií, a preto je môj obľúbený u väčšiny klientov, ktorí vyvažujú hluk, hmotnosť a odolnosť.
Počkajte, ale mal by som spomenúť, odkiaľ prichádza hluk na samotnom podvozku, nielen na celom systéme robota. Veľa ľudí si myslí, že jediným zdrojom hluku sú motory alebo kolesá, no podvozok je toho veľkou súčasťou. Keď máte CNC opracovaný hliníkový podvozok, zohrávajú úlohu švy medzi panelmi, upevňovacie body pre motory a kolesá a dokonca aj povrchová úprava. Ak sú opracované hrany ostré, môžu pri trení dielov vytvárať väčšie trenie, čo vedie k pískaniu. Preto v našom obchode vždy odhrotujeme hrany a pridávame tenké mazivo na montážne body pre klientov, ktorí chcú nižšie hladiny hluku – malé vylepšenia, ktoré robia veľký rozdiel.
Ďalšia vec, ktorú treba zvážiť, je, kde robota používate. Ak je to priemyselný robot pracujúci v sklade, 65 dB je úplne v poriadku – sklady sú už hlučné, takže trochu hluku navyše nevadí. Ale ak je to domáci robotický vysávač alebo vzdelávací robot do triedy, nižšia hlučnosť je lepšia. Pre tieto prípady odporúčam kombináciu: kvalitný hliníkový podvozok, gumené kolesá s mäkkou vnútornou vrstvou a správne uchytenie motorov k podvozku s gumovými tlmičmi. V našom obchode predávame veľa príslušenstva pre roboty, ako sú tlmiče a mazivá, takže je ľahké zostaviť nastavenie s nízkou hlučnosťou bez toho, aby ste začínali od nuly.
Chcem sa tiež venovať bežnému mýtu, ktorý neustále počúvam: „hliník je vždy hlučnejší ako plast. To platí iba vtedy, ak porovnávate lacné, zle vyrobené plastové šasi s vysoko presným hliníkovým. Minulý mesiac som testoval lacné plastové šasi vytlačené 3D a dosahovalo 62 dB pri 1 m/s, čo je približne rovnaké ako v prípade hliníkového šasi strednej triedy. Ale plast sa začal deformovať po 2 hodinách nepretržitého používania, takže na konci testu to bolo až 70 dB. Hliníkový podvozok, ktorý som použil v rovnakom teste? Celý čas zostal na 60 dB, žiadne deformácie, žiadny ďalší hluk. Takže na kvalite materiálu a presnosti konštrukcie záleží oveľa viac ako len na základnom materiáli.
A čo roboty, ktoré musia byť naozaj tiché – napríklad lekárske roboty, ktoré pracujú v blízkosti pacientov, alebo spotrebné roboty, ktoré bežia v noci? Pre tých môže byť aj 55 dB priveľa. Riešením tu nie je prechod na plast, ale úprava hliníkového šasi. Pridaním gumovej izolácie na spodok šasi, použitím čalúnených montážnych držiakov pre motory a dokonca aj pokrytím šasi tenkou vrstvou akustickej peny môže dôjsť k zníženiu hluku o 5–10 dB. Minulý rok som to mal urobiť u klienta lekárskej robotiky a jeho robot sa zvýšil zo 62 dB na 53 dB – dosť tichý na to, aby ho mohol používať na klinike bez toho, aby niekoho rušil. To je oveľa lepšia možnosť ako plast, pretože hliníkové šasi stále poskytuje potrebnú odolnosť a štrukturálnu tuhosť, zatiaľ čo akustické úpravy riešia problém s hlukom.
Poďme sa porozprávať o príkladoch z reálneho sveta, aby sme to mohli konkretizovať. Minulý štvrťrok sme odoslali objednávku hliníkového robotického podvozku malému startupu, ktorý vyrába autonómne kosačky na trávu. Obávali sa hluku, pretože ich zákazníci sa sťažovali na hlasné kosačky, ktoré strašia domáce zvieratá. Keď testovali náš podvozok, základná hlučnosť bola 61 dB, čo je menej ako u väčšiny kosačiek na trávu na trhu. Na podvozok pridali naše gumené tlmiče kolies a tenkú penovú vrstvu, čím sa znížila na 54 dB. Je to tichšie ako bežná konverzácia a ich zákazníci to milovali. Na druhej strane, ďalší klient použil lacné oceľové šasi pre svoj továrenský robot a skončili s hlukom 68 dB, pretože oceľ prenášala toľko vibrácií na ich kameru so strojovým videním, čo znemožňovalo získať čisté obrázky. Výmena na naše hliníkové šasi vyriešila aj tento problém.
Viem, že niektorí z vás si myslia: „A čo roboty, ktoré sa pohybujú naozaj rýchlo, ako napríklad pretekárske roboty? U vysokorýchlostných robotov (3+ m/s) hluk z hliníkového šasi trochu vyskočí — zvyčajne na 65–72 dB. Ale aj pri tej rýchlosti je hliník lepší ako plast, pretože plast by pri vysokých rýchlostiach tak vibroval, že by sa robot stal nestabilným. Tuhosť hliníka pomáha udržať robota stabilný, aj keď sa hluk trochu zvýši. Pre pretekárske roboty je to hodný kompromis, pretože stabilita je oveľa dôležitejšia ako pár decibelov hluku navyše.
Mal by som tiež spomenúť, že keď meriame hladiny hluku, používame štandardný zvukomer vo vzdialenosti 1 meter od robota, čo je priemyselný štandard. Veľa náhodných testov hluku online sa robí bližšie alebo ďalej, takže čísla sú skreslené. Preto vždy dôverujem našim interným laboratórnym testom, pretože sa riadime týmto štandardom. Keď sa pozeráte na špecifikácie podvozku, uistite sa, že hladiny hluku sú merané rovnakým spôsobom - inak by ste mohli porovnávať jablká s pomarančmi.
Takže, čo je tu? Hladina hluku hliníkového šasi robota nie je jedno číslo – závisí od kvality konštrukcie, príslušenstva a prípadu použitia. Vo všeobecnosti sa pozeráte na 55–65 dB pre štandardné použitie, čo je porovnateľné s inými kovovými šasi, tichšie ako nehrdzavejúca oceľ pre úlohy citlivé na vibrácie a odolnejšie ako plastové. Ak je hluk najvyššou prioritou, malé úpravy, ako sú tlmiče alebo pena, ho môžu výrazne znížiť bez obetovania sily, ktorú potrebujete pre spoľahlivého robota.
Ak hľadáte hliníkové šasi robota alebo vás zaujíma, ako znížiť hlučnosť vášho súčasného nastavenia, máme pre vás riešenie. Už roky dodávame vysokokvalitné súčiastky pre roboty CNC obrábané, takže či už potrebujete štandardný hliníkový podvozok robota, diely na mieru alebo príslušenstvo pre roboty na vyladenie hluku vášho robota, môžeme vám pomôcť. Neváhajte osloviť náš tím a porozprávať sa o vašom konkrétnom projekte – vždy sa radi podelíme o rady z praktických skúseností, nielen o všeobecné špecifikácie.
Pre každého, kto sa chce hlbšie ponoriť do vedy o vibráciách a hluku v podvozku robota, je tu niekoľko referencií, na ktoré sa spolieham pri našich laboratórnych testoch a konzultáciách s klientmi:
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO) 10816: Mechanické vibrácie – Hodnotenie vibrácií strojov meraním na nerotujúcich častiach
- Správa Asociácie robotického priemyslu (RIA) o hluku a vibráciách v priemyselných robotoch, 2022
- Journal of Robotic Systems: “Výber materiálu na zníženie vibrácií v podvozku mobilného robota”, roč. 38, č. 4, 2021
- Technická poznámka Národného inštitútu pre normy a technológie (NIST): Merania hladiny zvuku pre spotrebiteľské a priemyselné roboty, 2020
