مرحبًا جميعًا، إذا كنت قد قمت ببناء روبوت أو برمجته من قبل، فأنت تعلم أن الضوضاء يمكن أن تكون مشكلة كبيرة - سواء كنت تختبر نموذجًا أوليًا في المرآب الخاص بك، أو تدير منشأة صناعية صغيرة، أو حتى تستخدم روبوتًا استهلاكيًا في المنزل. في الأسبوع الماضي، تلقيت رسالة مباشرة من أحد طلاب الروبوتات الذي كان يقوم باستكشاف أخطاء روبوت متنقل قاموا ببنائه بهيكل بلاستيكي، واستمروا في التعامل مع الصرير الغريب الذي جعل من الصعب تسجيل بيانات المستشعر. جعلتني تلك المحادثة أفكر: أنا مورد لهيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم، ويتم سؤالي طوال الوقت عن مستويات الضوضاء مقارنة بالمواد الأخرى. أقوم اليوم بتفصيل مقدار الضوضاء التي يمكن أن تتوقعها من هيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم، وسبب حدوث ذلك، وكيف يقارن ذلك بأجزاء الروبوت الشائعة الأخرى. لا توجد مصطلحات خانقة، فقط معلومات حقيقية وعملية من شخص يعمل مع هذه الأجزاء كل يوم.
أولاً، دعونا نوضح شيئًا واحدًا: "الضوضاء" هنا ليست مجرد إشارة صوتية عالية يصدرها هاتفك. بالنسبة للروبوتات، تشير الضوضاء إلى كل من الصوت المسموع (الأشياء التي يمكنك سماعها) والاهتزاز الميكانيكي (الطنين أو الخشخشة التي قد تشعر بها من خلال طاولة العمل أو الأرضية) - وكلاهما مهم للغاية. يمكن أن تكون الضوضاء المسموعة مزعجة للاستخدام الداخلي، ويمكن أن يؤدي الاهتزاز إلى تعطيل معايرة المستشعر، وتآكل التروس بشكل أسرع، وحتى التسبب في حدوث مشكلات هيكلية بمرور الوقت. عندما أعمل مع العملاء، سواء كانوا هواة أو فرق تصنيع صغيرة، نتحدث دائمًا عن اختيار المواد لأنه أحد أكبر مسببات الضوضاء.
لنبدأ بالسؤال الأساسي: ما هو مستوى الضوضاء في هيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم؟ لقد قمت باختبار المئات منها على مر السنين، سواء في مختبرنا الداخلي أو خارجه في حالات الاستخدام الواقعية. معظم هياكل الألمنيوم مصنوعة باستخدام الحاسب الآلي، أليس كذلك؟ وأنا أعلم أن بعضًا منكم قد يكون على دراية بأجزاء ذراع الروبوت لآلة CNC، نظرًا لأنها تستخدم نفس دقة القطع التي نستخدمها في الهيكل. بالنسبة لهيكل الروبوت المتنقل القياسي (مثل الدفع ذو 6 عجلات أو الدفع التفاضلي، وهو الأكثر شيوعًا للروبوتات الصغيرة والمتوسطة الحجم)، فإن الضوضاء المسموعة عند التحرك بسرعة عادية (على سبيل المثال 1-2 متر في الثانية) تتراوح عادةً بين 55 و65 ديسيبل (ديسيبل). كمرجع، هذا يشبه تقريبًا محادثة عادية، أو الضوضاء الصادرة عن تشغيل غسالة الأطباق - بصوت عالٍ بما يكفي لملاحظة ذلك، ولكن ليس بصوت عالٍ لدرجة أنه يطغى على مساحة صغيرة.
لكن مهلا، هذا الرقم ليس ثابتا. عوامل كثيرة تغير ذلك. إذا كان الهيكل الخاص بك ثقيلًا جدًا بالنسبة لمحركاتك، فسوف تحصل على مزيد من الاحتكاك بين العجلات وإطار الهيكل، مما يضيف صوت صرير أو طحن يمكن أن يدفعه إلى ما يصل إلى 70 ديسيبل أو أكثر. إذا لم تقم بربط البراغي بشكل صحيح، فقد تهتز ألواح الألومنيوم الفردية، مما يضيف صريرًا عالي النبرة لا تريده بالتأكيد. حتى العجلات مهمة، فالعجلات المطاطية على الخرسانة الملساء مقابل العجلات البلاستيكية على الأسفلت الخشن ستغير الضوضاء الإجمالية، لكن الهيكل نفسه يمثل جزءًا كبيرًا من المستوى الأساسي.
الآن، دعونا نقارن ذلك بالخيارات الأخرى، لأن هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور مثيرة للاهتمام. كثيرًا ما يتم سؤالي لماذا لا أستخدم فقط أغطية الروبوت البلاستيكية أو الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؟ دعونا كسر تلك أسفل. الهيكل البلاستيكي أخف بكثير، أليس كذلك؟ لذا فإن مستوى الضوضاء الأساسي الخاص بها يكون أقل - عادةً 50-55 ديسيبل، وهو أكثر هدوءًا من الألومنيوم. ولكن هنا تكمن المشكلة: البلاستيك أكثر مرونة، لذا فهو يهتز أكثر، خاصة عند السرعات العالية. يمكن لهذا الاهتزاز أن يجعل بيانات المستشعر أقل دقة، وبمرور الوقت، قد يؤدي الهيكل البلاستيكي إلى ظهور شقوق صغيرة تؤدي إلى حدوث ضوضاء جديدة أثناء تحرك الروبوت. كان لدي عميل في العام الماضي تحول من هيكل مصنوع من الألومنيوم إلى هيكل بلاستيكي لروبوت توصيل صغير، وفي غضون 3 أشهر، كان هيكله يهتز بشدة لدرجة أنه كان عليهم استبداله. أدى الالتزام بالألمنيوم إلى تجنب تلك المتاعب التي يواجهها عميل آخر في نفس الصناعة، والذي استخدم هيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم لمدة عامين حتى الآن.
تعد أجزاء الروبوت المعدنية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بديلاً شائعًا آخر، خاصة بالنسبة للروبوتات الصناعية شديدة التحمل. مستوى الضوضاء الخاص بها مشابه للألمنيوم - حوالي 58-62 ديسيبل للاستخدام القياسي - ولكن الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر كثافة، لذلك فهو ينقل المزيد من الاهتزاز إلى المكونات الداخلية للروبوت. وهذا يعني أنه إذا كان لديك أجهزة استشعار حساسة (مثل LiDAR أو الكاميرات)، فإن الهيكل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن يسبب تداخلاً أكثر من الألومنيوم، لأنه لا يمتص الاهتزازات أيضًا. يعتبر الألومنيوم جيدًا في الواقع في تخميد الاهتزازات الصغيرة، ولهذا السبب فهو المفضل لدي معظم العملاء الذين يوازنون بين الضوضاء والوزن والمتانة.
انتظر، ولكن يجب أن أذكر مصدر الضوضاء في الهيكل نفسه، وليس فقط نظام الروبوت بأكمله. يعتقد الكثير من الناس أن المحركات أو العجلات هي مصادر الضوضاء الوحيدة، لكن الهيكل جزء كبير منها. عندما يكون لديك هيكل من الألومنيوم مُشكَّل بآلة CNC، فإن اللحامات بين الألواح ونقاط تثبيت المحركات والعجلات وحتى تشطيب السطح كلها تلعب دورًا. إذا كانت الحواف المشغولة حادة، فقد تؤدي إلى مزيد من الاحتكاك عند احتكاك الأجزاء، مما يؤدي إلى إصدار صوت صارخ. ولهذا السبب، نقوم دائمًا في متجرنا بإزالة الحواف وإضافة مادة تشحيم رقيقة إلى نقاط التثبيت للعملاء الذين يريدون مستويات ضوضاء أقل - تعديلات صغيرة تُحدث فرقًا كبيرًا.
شيء آخر يجب مراعاته هو المكان الذي تستخدم فيه الروبوت. إذا كان روبوتًا صناعيًا يعمل في أحد المستودعات، فإن 65 ديسيبل جيد تمامًا، فالمستودعات صاخبة بالفعل، لذا لا يهم القليل من الضوضاء الإضافية. ولكن إذا كانت مكنسة كهربائية منزلية روبوتية أو روبوت تعليمي للفصل الدراسي، فإن الضوضاء الأقل هي الأفضل. في هذه الحالات، أوصي بالجمع بين: هيكل من الألومنيوم عالي الجودة، وعجلات مطاطية بطبقة داخلية ناعمة، وتثبيت مناسب للمحركات على الهيكل باستخدام مخمدات مطاطية. نحن نبيع مجموعة من ملحقات الروبوت مثل المخمدات ومواد التشحيم الموجودة في متجرنا، لذلك من السهل تجميع إعداد منخفض الضوضاء دون البدء من الصفر.
أريد أيضًا أن أتناول الأسطورة الشائعة التي أسمعها طوال الوقت: "الألومنيوم دائمًا أكثر ضجيجًا من البلاستيك". وهذا صحيح فقط إذا كنت تقارن هيكلًا بلاستيكيًا رخيص الثمن وسيئ الصنع بهيكل مصنوع من الألومنيوم عالي الدقة. لقد اختبرت هيكلًا بلاستيكيًا رخيصًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد الشهر الماضي، ووصل إلى 62 ديسيبل بسرعة 1 م/ث، وهو تقريبًا نفس هيكل الألومنيوم من الطبقة المتوسطة. لكن البلاستيك بدأ بالالتواء بعد ساعتين من الاستخدام المتواصل، وبحلول نهاية الاختبار، وصل إلى 70 ديسيبل. هيكل الألومنيوم الذي استخدمته في نفس الاختبار؟ بقي عند 60 ديسيبل طوال الوقت، بدون تزييف أو ضوضاء إضافية. لذا فإن جودة المواد ودقة البناء لها أهمية أكبر بكثير من مجرد المادة الأساسية.
ماذا عن الروبوتات التي تحتاج إلى أن تكون هادئة حقًا، مثل الروبوتات الطبية التي تعمل بالقرب من المرضى، أو الروبوتات الاستهلاكية التي تعمل ليلاً؟ بالنسبة لهؤلاء، قد يكون حتى 55 ديسيبل أكثر من اللازم. الحل هنا لا يكمن في التحول إلى البلاستيك، بل في تعديل الهيكل المصنوع من الألومنيوم. إن إضافة عزل مطاطي إلى الجزء السفلي من الهيكل، باستخدام أقواس تثبيت مبطنة للمحركات، وحتى تغطية الهيكل بطبقة رقيقة من الرغوة الصوتية يمكن أن يقلل الضوضاء بمقدار 5-10 ديسيبل. لقد قمت بذلك في العام الماضي مع أحد عملاء الروبوتات الطبية، وارتفعت قوة الروبوت الخاص به من 62 ديسيبل إلى 53 ديسيبل - وهو هادئ بدرجة كافية لاستخدامه في العيادة دون إزعاج أي شخص. يعد هذا خيارًا أفضل بكثير من البلاستيك، لأن الهيكل المصنوع من الألومنيوم لا يزال يوفر المتانة والصلابة الهيكلية التي يحتاجها، بينما تعمل التعديلات الصوتية على حل مشكلة الضوضاء.
دعونا نتحدث عن أمثلة من العالم الحقيقي لجعل هذا ملموسًا. في الربع الأخير، قمنا بشحن طلبية من هيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم إلى شركة ناشئة صغيرة تصنع جزازات العشب المستقلة. لقد كانوا قلقين بشأن الضوضاء لأن عملائهم كانوا يشكون من الجزازات العالية التي تخيف الحيوانات الأليفة. عندما قاموا باختبار الهيكل المعدني الخاص بنا، كان مستوى الضجيج الأساسي 61 ديسيبل، وهو أقل من معظم جزازات العشب المتوفرة في السوق. لقد أضافوا مخمدات العجلات المطاطية وطبقة إسفنجية رقيقة إلى الهيكل، مما أدى إلى خفضها إلى 54 ديسيبل. وهذا أكثر هدوءًا من المحادثة العادية، وقد أحبه عملاؤهم. على الجانب الآخر، استخدم عميل آخر هيكلًا فولاذيًا رخيصًا لروبوت المصنع الخاص به، وانتهى الأمر بـ 68 ديسيبل من الضوضاء لأن الفولاذ نقل الكثير من الاهتزازات إلى كاميرا الرؤية الآلية الخاصة به، مما يجعل من المستحيل الحصول على صور واضحة. أدى التبديل إلى هيكل الألمنيوم الخاص بنا إلى حل هذه المشكلة أيضًا.
الآن، أعرف أن بعضًا منكم يفكر: "ماذا عن الروبوتات التي تتحرك بسرعة كبيرة، مثل روبوتات السباق؟" بالنسبة للروبوتات عالية السرعة (3+ م/ث)، فإن الضوضاء الصادرة عن هيكل الألومنيوم تقفز قليلاً - عادةً إلى 65-72 ديسيبل. ولكن حتى عند هذه السرعة، فإن الألومنيوم أفضل من البلاستيك، لأن البلاستيك سيهتز كثيرًا بسرعات عالية مما يجعل الروبوت غير مستقر. تساعد صلابة الألومنيوم في الحفاظ على ثبات الروبوت، حتى لو ارتفع مستوى الضجيج قليلاً. بالنسبة لروبوتات السباق، تعتبر هذه مقايضة جديرة بالاهتمام، لأن الاستقرار أكثر أهمية بكثير من بضعة ديسيبل إضافية من الضوضاء.
ويجب أن أذكر أيضًا أنه عندما نقوم بقياس مستويات الضوضاء، فإننا نستخدم مقياس مستوى الصوت القياسي على مسافة متر واحد من الروبوت، وهو المعيار الصناعي. يتم إجراء الكثير من اختبارات الضوضاء العشوائية عبر الإنترنت بشكل أقرب أو بعيدًا، وبالتالي فإن الأرقام تنحرف. ولهذا السبب أثق دائمًا في اختباراتنا المعملية الداخلية، لأننا نتبع هذا المعيار. عندما تنظر إلى مواصفات الهيكل، تأكد من قياس مستويات الضوضاء بنفس الطريقة، وإلا فقد تقارن التفاح بالبرتقال.
إذًا، ما هي الوجبات الجاهزة هنا؟ مستوى الضوضاء في هيكل الروبوت المصنوع من الألومنيوم ليس رقمًا واحدًا، فهو يعتمد على جودة التصميم والملحقات وحالة الاستخدام. بشكل عام، أنت تنظر إلى 55-65 ديسيبل للاستخدام القياسي، وهو ما يمكن مقارنته بالهيكل المعدني الآخر، وهو أكثر هدوءًا من الفولاذ المقاوم للصدأ للمهام الحساسة للاهتزاز، وأكثر متانة من البلاستيك. إذا كانت الضوضاء هي الأولوية القصوى، فإن التعديلات الصغيرة مثل المخمدات أو الرغوة يمكن أن تقللها بشكل كبير، دون التضحية بالقوة التي تحتاجها لروبوت موثوق به.
إذا كنت في السوق لشراء هيكل روبوت من الألومنيوم، أو كنت تتساءل عن كيفية تقليل ضوضاء إعدادك الحالي، فلدينا كل ما تحتاجه. لقد قمنا بتوريد أجزاء الروبوت عالية الجودة المُشكَّلة باستخدام الحاسب الآلي لسنوات، لذا سواء كنت بحاجة إلى هيكل روبوت قياسي من الألومنيوم، أو أجزاء مخصصة، أو ملحقات الروبوت لتعديل ضوضاء الروبوت الخاص بك، فيمكننا مساعدتك. لا تتردد في التواصل مع فريقنا للدردشة حول مشروعك المحدد، ويسعدنا دائمًا مشاركة النصائح من خلال الخبرة العملية، وليس فقط المواصفات العامة.
الآن، بالنسبة لأي شخص يريد التعمق أكثر في علم الاهتزاز والضوضاء في هيكل الروبوت، إليك بعض المراجع التي أعتمد عليها في اختباراتنا المعملية واستشاراتنا مع العملاء:
- المنظمة الدولية للمعايير (ISO) 10816: الاهتزاز الميكانيكي – تقييم اهتزاز الآلة عن طريق القياسات على الأجزاء غير الدوارة
- تقرير رابطة صناعة الروبوتات (RIA) عن الضوضاء والاهتزازات في الروبوتات الصناعية، 2022
- مجلة الأنظمة الروبوتية: "اختيار المواد لتقليل الاهتزاز في هيكل الروبوت المتنقل"، المجلد. 38، رقم 4، 2021
- مذكرة فنية للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST): قياسات مستوى الصوت للروبوتات الاستهلاكية والصناعية، 2020
