สวัสดีทุกคน หากคุณเคยสร้างหรือตั้งโปรแกรมหุ่นยนต์มาก่อน คุณจะรู้ว่าเสียงรบกวนอาจเป็นปัญหาร้ายแรง ไม่ว่าคุณจะทดสอบต้นแบบในโรงรถ ใช้งานโรงงานอุตสาหกรรมขนาดเล็ก หรือแม้แต่ใช้หุ่นยนต์สำหรับผู้บริโภคที่บ้านก็ตาม สัปดาห์ที่แล้ว ฉันได้รับ DM จากนักเรียนด้านวิทยาการหุ่นยนต์ที่กำลังแก้ไขปัญหาหุ่นยนต์เคลื่อนที่ที่พวกเขาสร้างด้วยโครงเครื่องพลาสติก และพวกเขาก็ต้องเผชิญกับเสียงแหลมแปลกๆ ที่ทำให้บันทึกข้อมูลเซ็นเซอร์ได้ยาก บทสนทนานั้นทำให้ฉันนึกถึง: ฉันเป็นซัพพลายเออร์ของโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียม และถูกถามตลอดเวลาเกี่ยวกับระดับเสียงเทียบกับวัสดุอื่นๆ วันนี้ฉันจะแจกแจงรายละเอียดอย่างชัดเจนว่าคุณคาดหวังเสียงรบกวนจากโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียมได้มากเพียงใด เหตุใดจึงเกิดขึ้น และเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทั่วไปอื่นๆ อย่างไร ไม่มีศัพท์เฉพาะที่น่าเบื่อ เป็นเพียงข้อมูลจริงและใช้งานได้จริงจากคนที่ทำงานกับส่วนเหล่านี้ทุกวัน
ก่อนอื่น มาทำความเข้าใจกันก่อนว่า "เสียงรบกวน" ไม่ใช่แค่เสียงบี๊บดังที่โทรศัพท์ของคุณส่งเท่านั้น สำหรับหุ่นยนต์ เสียงหมายถึงทั้งเสียงที่ได้ยิน (สิ่งที่คุณได้ยิน) และการสั่นสะเทือนทางกล (เสียงฮัมหรือเสียงสั่นที่คุณอาจสัมผัสได้จากโต๊ะทำงานหรือพื้น) ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เสียงรบกวนอาจสร้างความรำคาญสำหรับการใช้งานภายในอาคาร และการสั่นสะเทือนอาจทำให้การปรับเทียบเซ็นเซอร์ขัดข้อง เกียร์สึกหรอเร็วขึ้น และอาจก่อให้เกิดปัญหาด้านโครงสร้างเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อฉันทำงานกับลูกค้า ไม่ว่าพวกเขาจะเป็นงานอดิเรกหรือทีมการผลิตขนาดเล็ก เรามักจะพูดถึงการเลือกวัสดุเสมอ เพราะนั่นคือหนึ่งในตัวขับเคลื่อนเสียงรบกวนที่ใหญ่ที่สุด
เริ่มจากคำถามหลัก: ระดับเสียงของโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียมคือเท่าใด ฉันได้ทดสอบสิ่งเหล่านี้หลายร้อยรายการตลอดหลายปีที่ผ่านมา ทั้งในห้องปฏิบัติการภายในของเราและในกรณีการใช้งานจริง โครงอลูมิเนียมส่วนใหญ่เป็นเครื่องจักร CNC ใช่ไหม? และฉันรู้ว่าบางท่านอาจคุ้นเคยกับชิ้นส่วนแขนหุ่นยนต์ CNC Machine Robot Arm เนื่องจากใช้การตัดที่มีความแม่นยำแบบเดียวกับที่เราใช้กับแชสซี สำหรับโครงหุ่นยนต์เคลื่อนที่มาตรฐาน (ลองนึกถึงรถขับเคลื่อน 6 ล้อหรือเฟืองท้าย ซึ่งพบมากที่สุดสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กถึงขนาดกลาง) เสียงที่ได้ยินเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วปกติ (เช่น 1–2 เมตรต่อวินาที) โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 55 ถึง 65 เดซิเบล (dB) สำหรับการอ้างอิง นั่นก็เหมือนกับการสนทนาปกติโดยประมาณ หรือเสียงรบกวนจากเครื่องล้างจานที่ทำงาน ซึ่งดังพอที่จะสังเกตเห็น แต่ไม่ดังจนเกินไปจนดังล้นหลามในพื้นที่ขนาดเล็ก
แต่เดี๋ยวก่อน ตัวเลขนั้นไม่ได้ถูกกำหนดไว้ในหิน มีหลายปัจจัยที่เปลี่ยนแปลงสิ่งนั้น หากแชสซีของคุณหนักเกินไปสำหรับมอเตอร์ คุณจะเกิดการเสียดสีระหว่างล้อและโครงแชสซีมากขึ้น ซึ่งทำให้เกิดเสียงเอี๊ยดหรือเสียงเสียดสีซึ่งสามารถส่งเสียงดังได้ถึง 70 dB หรือมากกว่า หากคุณไม่ขันน็อตให้แน่น แผงอะลูมิเนียมแต่ละแผงอาจสั่น ทำให้เกิดเสียงแหลมสูงที่คุณไม่ต้องการอย่างแน่นอน แม้แต่ล้อก็มีความสำคัญ ล้อยางบนคอนกรีตเรียบกับล้อพลาสติกบนยางมะตอยที่ขรุขระจะทำให้เสียงรบกวนโดยรวมเปลี่ยนไป แต่ตัวแชสซีเองก็เป็นส่วนสำคัญของระดับฐาน
ทีนี้ ลองเปรียบเทียบกับตัวเลือกอื่นๆ กัน เพราะนั่นคือสิ่งที่น่าสนใจ ฉันมักถูกถามว่าทำไมไม่ใช้แค่ Plastic Robot Shells หรือชิ้นส่วนสแตนเลส? มาทำลายสิ่งเหล่านั้นกันเถอะ โครงพลาสติกเบากว่ามากใช่ไหม? ดังนั้นระดับเสียงพื้นฐานจึงต่ำกว่า โดยปกติจะอยู่ที่ 50–55 dB ซึ่งเงียบกว่าอะลูมิเนียม แต่ประเด็นสำคัญคือ พลาสติกมีความยืดหยุ่นมากกว่า จึงสั่นสะเทือนได้มากกว่า โดยเฉพาะที่ความเร็วสูง การสั่นสะเทือนดังกล่าวอาจทำให้ข้อมูลเซ็นเซอร์มีความแม่นยำน้อยลง และเมื่อเวลาผ่านไป โครงพลาสติกอาจเกิดรอยแตกเล็กๆ ซึ่งสร้างเสียงรบกวนใหม่ในขณะที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ ปีที่แล้วฉันมีลูกค้ารายหนึ่งที่เปลี่ยนจากอะลูมิเนียมเป็นโครงพลาสติกสำหรับหุ่นยนต์ส่งของขนาดเล็ก และภายใน 3 เดือน โครงเครื่องของพวกเขามีเสียงดังมากจนต้องเปลี่ยนใหม่ การยึดติดกับอะลูมิเนียมช่วยหลีกเลี่ยงความยุ่งยากให้กับลูกค้ารายอื่นในอุตสาหกรรมเดียวกันซึ่งใช้โครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียมของเรามาเป็นเวลา 2 ปีแล้ว
ชิ้นส่วนหุ่นยนต์โลหะสเตนเลสเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ใช้กันทั่วไป โดยเฉพาะสำหรับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมงานหนัก ระดับเสียงรบกวนใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม ประมาณ 58–62 dB สำหรับการใช้งานมาตรฐาน แต่สเตนเลสสตีลมีความหนาแน่นมากกว่า จึงส่งแรงสั่นสะเทือนไปยังส่วนประกอบภายในของหุ่นยนต์ได้มากขึ้น ซึ่งหมายความว่าหากคุณมีเซ็นเซอร์ที่ละเอียดอ่อน (เช่น LiDAR หรือกล้อง) ตัวเครื่องที่เป็นสเตนเลสสตีลอาจทำให้เกิดการรบกวนมากกว่าอะลูมิเนียม เนื่องจากมันไม่ดูดซับแรงสั่นสะเทือนเช่นกัน จริงๆ แล้วอะลูมิเนียมสามารถกันการสั่นสะเทือนเล็กๆ น้อยๆ ได้ค่อนข้างดี ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลูกค้าส่วนใหญ่จึงเลือกใช้อลูมิเนียมเพื่อรักษาสมดุลของเสียง น้ำหนัก และความทนทาน
เดี๋ยวก่อน แต่ฉันควรพูดถึงว่าเสียงรบกวนนั้นมาจากที่ใดบนตัวเครื่อง ไม่ใช่แค่ระบบหุ่นยนต์ทั้งหมด หลายๆ คนคิดว่ามอเตอร์หรือล้อเป็นแหล่งเสียงเพียงอย่างเดียว แต่แชสซีเป็นส่วนสำคัญของเสียง เมื่อคุณมีโครงอะลูมิเนียมกลึง CNC ตะเข็บระหว่างแผง จุดยึดสำหรับมอเตอร์และล้อ และแม้แต่พื้นผิวเคลือบทั้งหมดล้วนมีบทบาท หากขอบที่ตัดเฉือนมีความคม อาจสร้างแรงเสียดทานมากขึ้นเมื่อชิ้นส่วนเสียดสี ส่งผลให้เกิดเสียงดังเอี๊ยด นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมที่ร้านของเรา เราจึงลบเสี้ยนที่ขอบอยู่เสมอและเติมสารหล่อลื่นบางๆ ให้กับจุดยึดสำหรับลูกค้าที่ต้องการระดับเสียงที่ต่ำลง—การปรับแต่งเล็กๆ น้อยๆ ที่สร้างความแตกต่างครั้งใหญ่
สิ่งที่ควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือตำแหน่งที่คุณใช้หุ่นยนต์ หากเป็นหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ทำงานในคลังสินค้า ความดัง 65 เดซิเบลถือว่าใช้ได้ปกติ เพราะในคลังสินค้ามีเสียงดังอยู่แล้ว ดังนั้นการเพิ่มเสียงรบกวนเล็กน้อยก็ไม่สำคัญ แต่ถ้าเป็นหุ่นยนต์ดูดฝุ่นที่บ้านหรือหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาในห้องเรียน เสียงที่เบาลงจะดีกว่า ในกรณีดังกล่าว ฉันขอแนะนำให้ใช้การผสมผสาน: โครงอะลูมิเนียมคุณภาพสูง ล้อยางที่มีชั้นด้านในที่อ่อนนุ่ม และการติดตั้งมอเตอร์อย่างเหมาะสมเข้ากับโครงด้วยยางแดมเปอร์ เราขายอุปกรณ์เสริมสำหรับหุ่นยนต์จำนวนมาก เช่น แดมเปอร์และสารหล่อลื่นเหล่านั้นในร้านของเรา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะรวบรวมการตั้งค่าที่มีเสียงรบกวนต่ำโดยไม่ต้องเริ่มจากศูนย์
ฉันยังอยากจะกล่าวถึงความเชื่อผิดๆ ที่ฉันได้ยินมาโดยตลอดว่า “อลูมิเนียมมักจะดังกว่าพลาสติกเสมอ” นั่นเป็นเรื่องจริงหากคุณกำลังเปรียบเทียบแชสซีพลาสติกราคาถูกและผลิตมาไม่ดีกับอะลูมิเนียมที่มีความแม่นยำสูง ฉันทดสอบตัวเครื่องพลาสติกราคาถูกที่พิมพ์ 3 มิติเมื่อเดือนที่แล้ว และมีความดังอยู่ที่ 62 dB ที่ 1 เมตร/วินาที ซึ่งใกล้เคียงกับตัวเครื่องอะลูมิเนียมระดับกลาง แต่พลาสติกเริ่มบิดเบี้ยวหลังจากใช้งานต่อเนื่องไป 2 ชั่วโมง ดังนั้นเมื่อสิ้นสุดการทดสอบจึงมีความดังได้ถึง 70 เดซิเบล แชสซีอะลูมิเนียมที่ผมใช้ในการทดสอบเดียวกัน? โดยอยู่ที่ 60 dB ตลอดเวลา ไม่มีการบิดงอ และไม่มีเสียงรบกวนเพิ่มเติม ดังนั้นคุณภาพของวัสดุและความแม่นยำของงานสร้างจึงมีความสำคัญมากกว่าแค่วัสดุฐานเท่านั้น
แล้วหุ่นยนต์ที่ต้องเงียบมาก เช่น หุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ทำงานใกล้ผู้ป่วย หรือหุ่นยนต์ผู้บริโภคที่ทำงานตอนกลางคืนล่ะ? สำหรับสิ่งเหล่านั้น แม้แต่ 55 dB ก็อาจจะมากเกินไป วิธีแก้ปัญหานี้ไม่ได้เปลี่ยนมาใช้พลาสติก แต่เป็นการปรับเปลี่ยนโครงอะลูมิเนียม การเพิ่มฉนวนยางที่ด้านล่างของแชสซี การใช้ขายึดแบบบุนวมสำหรับมอเตอร์ และแม้แต่การหุ้มแชสซีด้วยชั้นโฟมกันเสียงบางๆ ก็ช่วยลดเสียงรบกวนได้ 5–10 dB ปีที่แล้วฉันมีลูกค้าด้านวิทยาการหุ่นยนต์ทางการแพทย์ทำแบบนั้น และหุ่นยนต์ของพวกเขาเพิ่มจาก 62 เดซิเบลเป็น 53 เดซิเบล ซึ่งเงียบพอที่จะใช้ในคลินิกโดยไม่รบกวนใครเลย นั่นเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าพลาสติก เนื่องจากโครงอะลูมิเนียมยังคงให้ความทนทานและความแข็งแกร่งของโครงสร้างตามที่ต้องการ ในขณะที่ม็อดอะคูสติกแก้ไขปัญหาเสียงรบกวน
เรามาพูดถึงตัวอย่างจากโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อทำให้สิ่งนี้เป็นรูปธรรม ไตรมาสที่แล้ว เราได้จัดส่งคำสั่งซื้อ Aluminium Robot Chassis ให้กับบริษัทสตาร์ทอัพขนาดเล็กที่ผลิตเครื่องตัดหญ้าอัตโนมัติ พวกเขากังวลเรื่องเสียงรบกวนเพราะลูกค้าบ่นว่าเครื่องตัดหญ้าเสียงดังทำให้สัตว์เลี้ยงกลัว เมื่อทดสอบแชสซีของเรา เสียงพื้นฐานอยู่ที่ 61 เดซิเบล ซึ่งต่ำกว่าเครื่องตัดหญ้าส่วนใหญ่ในตลาด พวกเขาเพิ่มแดมเปอร์ล้อยางและชั้นโฟมบางๆ เข้ากับแชสซี เพื่อลดระดับเสียงลงเหลือ 54 dB มันเงียบกว่าการสนทนาปกติ และลูกค้าก็ชอบมัน ในทางกลับกัน ลูกค้ารายอื่นใช้โครงเหล็กราคาถูกสำหรับหุ่นยนต์ในโรงงาน และจบลงด้วยเสียงรบกวน 68 เดซิเบล เนื่องจากเหล็กส่งแรงสั่นสะเทือนมากไปยังกล้องวิชันซิสเต็ม ทำให้ไม่สามารถรับภาพที่ชัดเจนได้ การเปลี่ยนมาใช้โครงอะลูมิเนียมของเราช่วยแก้ไขปัญหานั้นได้เช่นกัน
ตอนนี้ ฉันรู้ว่าพวกคุณบางคนกำลังคิดว่า "แล้วหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่เร็วมากอย่างหุ่นยนต์แข่งรถล่ะ?" สำหรับหุ่นยนต์ความเร็วสูง (3+ ม./วินาที) เสียงจากโครงอะลูมิเนียมจะกระโดดเล็กน้อย ปกติอยู่ที่ 65–72 dB แต่ถึงแม้จะใช้ความเร็วขนาดนั้น อลูมิเนียมก็ยังดีกว่าพลาสติก เพราะพลาสติกจะสั่นสะเทือนมากด้วยความเร็วสูงจนหุ่นยนต์ไม่มั่นคง ความแข็งแกร่งของอะลูมิเนียมช่วยให้หุ่นยนต์มั่นคง แม้ว่าเสียงรบกวนจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็ตาม สำหรับหุ่นยนต์แข่ง นั่นเป็นการแลกเปลี่ยนที่คุ้มค่า เนื่องจากความเสถียรมีความสำคัญมากกว่าเสียงรบกวนพิเศษสองสามเดซิเบล
ฉันควรบอกด้วยว่าเมื่อเราวัดระดับเสียง เราใช้เครื่องวัดระดับเสียงมาตรฐานที่ระยะห่าง 1 เมตรจากหุ่นยนต์ซึ่งเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม การทดสอบสัญญาณรบกวนแบบสุ่มทางออนไลน์จำนวนมากทำได้ใกล้หรือไกลออกไป ดังนั้นตัวเลขจึงบิดเบือน นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันไว้วางใจการทดสอบในห้องปฏิบัติการภายในของเราเสมอ เพราะเราปฏิบัติตามมาตรฐานดังกล่าว เมื่อคุณดูข้อมูลจำเพาะของแชสซี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับเสียงนั้นได้รับการวัดในลักษณะเดียวกัน ไม่เช่นนั้น คุณอาจเปรียบเทียบแอปเปิ้ลกับส้ม
แล้วนี่จะเอาอะไรไปบ้าง? ระดับเสียงของโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียมไม่ใช่ตัวเลขเดียว ขึ้นอยู่กับคุณภาพการสร้าง อุปกรณ์เสริม และกรณีการใช้งาน โดยทั่วไป คุณจะดูที่ 55–65 dB สำหรับการใช้งานมาตรฐาน ซึ่งเทียบได้กับโครงเครื่องโลหะอื่นๆ เงียบกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับงานที่ไวต่อแรงสั่นสะเทือน และทนทานกว่าพลาสติก หากเสียงรบกวนเป็นสิ่งสำคัญที่สุด การดัดแปลงเล็กๆ น้อยๆ เช่น แดมเปอร์หรือโฟมสามารถลดเสียงรบกวนได้อย่างมาก โดยไม่สูญเสียความแข็งแกร่งที่คุณต้องการสำหรับหุ่นยนต์ที่เชื่อถือได้
หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียม หรือคุณสงสัยว่าจะลดเสียงรบกวนจากการตั้งค่าปัจจุบันของคุณได้อย่างไร เราก็ช่วยคุณได้ เราจัดหาชิ้นส่วนหุ่นยนต์กลึง CNC คุณภาพสูงมาหลายปีแล้ว ดังนั้นไม่ว่าคุณจะต้องการโครงหุ่นยนต์อะลูมิเนียมแบบมาตรฐาน ชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษ หรืออุปกรณ์เสริมสำหรับหุ่นยนต์เพื่อปรับแต่งเสียงของหุ่นยนต์ เราก็สามารถช่วยได้ อย่าลังเลที่จะติดต่อทีมของเราเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับโครงการเฉพาะของคุณ เรายินดีเสมอที่จะแบ่งปันคำแนะนำจากประสบการณ์จริง ไม่ใช่แค่ข้อมูลจำเพาะทั่วไป
ตอนนี้ สำหรับใครก็ตามที่ต้องการเจาะลึกศาสตร์แห่งการสั่นสะเทือนและเสียงในโครงหุ่นยนต์ ต่อไปนี้คือข้อมูลอ้างอิงบางส่วนที่ฉันไว้วางใจสำหรับการทดสอบในห้องปฏิบัติการและการให้คำปรึกษาแก่ลูกค้าของเรา:
- องค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน (ISO) 10816: การสั่นสะเทือนทางกล – การประเมินการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรโดยการวัดบนชิ้นส่วนที่ไม่หมุน
- รายงานของสมาคมอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ (RIA) เรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ปี 2022
- วารสารระบบหุ่นยนต์: “การเลือกวัสดุเพื่อลดการสั่นสะเทือนในโครงหุ่นยนต์เคลื่อนที่” ปีที่ 1 38 ฉบับที่ 4, 2021
- หมายเหตุทางเทคนิคของสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST): การวัดระดับเสียงสำหรับหุ่นยนต์ผู้บริโภคและอุตสาหกรรม ปี 2020
