Ciao a tutti, se avete mai costruito o programmato un robot, saprete che il rumore può essere un punto dolente, sia che stiate testando un prototipo nel vostro garage, gestendo una piccola installazione industriale o addirittura utilizzando un robot di consumo a casa. La settimana scorsa ho ricevuto un messaggio diretto da uno studente di robotica che stava risolvendo un problema con un robot mobile costruito con un telaio di plastica e continuava a riscontrare strani cigolii che rendevano difficile la registrazione dei dati del sensore. Quella conversazione mi ha fatto pensare: sono un fornitore di chassis per robot in alluminio e mi chiedono continuamente informazioni sui livelli di rumore rispetto ad altri materiali. Oggi analizzerò esattamente quanto rumore puoi aspettarti da un telaio di un robot in alluminio, perché accade e come si confronta con altre parti comuni dei robot. Nessun gergo soffocante, solo informazioni pratiche e reali da parte di qualcuno che lavora con queste parti ogni singolo giorno.
Prima di tutto, chiariamo una cosa: il "rumore" qui non è solo il forte segnale acustico emesso dal telefono. Per i robot, il rumore si riferisce sia al suono udibile (quello che puoi sentire) sia alla vibrazione meccanica (il ronzio o il tintinnio che potresti sentire attraverso un banco di lavoro o un pavimento), entrambi estremamente importanti. Il rumore udibile può essere fastidioso per l'uso in interni e le vibrazioni possono alterare la calibrazione del sensore, usurare gli ingranaggi più velocemente e persino causare problemi strutturali nel tempo. Quando lavoro con i clienti, siano essi hobbisti o piccoli team di produzione, parliamo sempre della scelta dei materiali perché è uno dei maggiori fattori di rumore.
Cominciamo con la domanda fondamentale: qual è il livello di rumore del telaio di un robot in alluminio? Ne ho testati centinaia nel corso degli anni, sia nel nostro laboratorio interno che in casi d'uso reali. La maggior parte dei telai in alluminio sono lavorati a CNC, giusto? E so che alcuni di voi potrebbero avere familiarità con le parti del braccio robotico della macchina CNC, poiché utilizzano lo stesso taglio di precisione che utilizziamo per il telaio. Per un telaio di robot mobile standard (si pensi a 6 ruote o a trazione differenziale, il più comune per i robot di piccole e medie dimensioni), il rumore udibile quando ci si muove a una velocità regolare (diciamo 1-2 metri al secondo) è solitamente compreso tra 55 e 65 decibel (dB). Per riferimento, è più o meno lo stesso di una normale conversazione, o del rumore di una lavastoviglie in funzione: abbastanza forte da essere notato, ma non così forte da essere travolgente in un piccolo spazio.
Ma aspetta, quel numero non è scolpito nella pietra. Molti fattori cambiano la situazione. Se il tuo telaio è troppo pesante per i tuoi motori, otterrai un maggiore attrito tra le ruote e il telaio del telaio, che aggiunge un suono scricchiolante o stridente che può spingerlo fino a 70 dB o più. Se non stringi correttamente i bulloni, i singoli pannelli di alluminio potrebbero vibrare, aggiungendo quel cigolio acuto che sicuramente non desideri. Anche le ruote contano: le ruote in gomma su cemento liscio rispetto alle ruote in plastica su asfalto ruvido cambieranno il rumore generale, ma il telaio stesso è una parte importante del livello base.
Ora confrontiamolo con altre opzioni, perché è lì che le cose si fanno interessanti. Spesso mi viene chiesto perché non utilizzare solo gusci di robot in plastica o parti in acciaio inossidabile? Analizziamoli. I telai in plastica sono molto più leggeri, giusto? Pertanto il loro livello di rumore di base è inferiore, solitamente 50–55 dB, che è più silenzioso dell'alluminio. Ma ecco il problema: la plastica è più flessibile, quindi vibra di più, soprattutto a velocità più elevate. Questa vibrazione può effettivamente rendere i dati del sensore meno accurati e, nel tempo, il telaio in plastica potrebbe sviluppare piccole crepe che creano nuovo rumore mentre il robot si muove. L'anno scorso ho avuto un cliente che è passato dal telaio in alluminio a quello in plastica per un piccolo robot di consegna e, nel giro di 3 mesi, il suo telaio tremava così tanto che hanno dovuto sostituirlo. Attenersi all'alluminio ha evitato questo fastidio a un altro cliente dello stesso settore, che utilizza il nostro telaio robot in alluminio ormai da 2 anni.
Le parti di robot in acciaio inossidabile e metallo sono un'altra alternativa comune, soprattutto per i robot industriali pesanti. Il loro livello di rumore è simile a quello dell'alluminio (circa 58-62 dB per l'uso standard), ma l'acciaio inossidabile è più denso, quindi trasmette più vibrazioni ai componenti interni del robot. Ciò significa che se disponi di sensori delicati (come LiDAR o fotocamere), il telaio in acciaio inossidabile può causare più interferenze rispetto all'alluminio, perché non assorbe anche le vibrazioni. L'alluminio è in realtà abbastanza efficace nello smorzare le piccole vibrazioni, motivo per cui è il mio preferito per la maggior parte dei clienti che bilanciano rumore, peso e durata.
Aspetta, ma dovrei menzionare da dove proviene il rumore, sul telaio stesso, non solo sull'intero sistema robotico. Molte persone pensano che i motori o le ruote siano le uniche fonti di rumore, ma il telaio ne è una parte importante. Quando si dispone di un telaio in alluminio lavorato a CNC, le giunture tra i pannelli, i punti di montaggio per motori e ruote e persino la finitura superficiale giocano tutti un ruolo. Se i bordi lavorati sono affilati, potrebbero creare più attrito quando le parti sfregano, provocando quel rumore cigolante. Ecco perché nella nostra officina sbavamo sempre i bordi e aggiungiamo un sottile lubrificante ai punti di montaggio per i clienti che desiderano livelli di rumore più bassi: piccole modifiche che fanno una grande differenza.
Un'altra cosa da considerare è dove stai utilizzando il robot. Se si tratta di un robot industriale che lavora in un magazzino, 65 dB vanno benissimo: i magazzini sono già rumorosi, quindi un po' di rumore in più non ha importanza. Ma se si tratta di un robot aspirapolvere domestico o di un robot educativo per un'aula, è meglio ridurre il rumore. In questi casi consiglio una combinazione: telaio in alluminio di alta qualità, ruote in gomma con strato interno morbido e corretto montaggio dei motori sul telaio con ammortizzatori in gomma. Vendiamo una serie di accessori per robot come gli ammortizzatori e i lubrificanti nel nostro negozio, quindi è facile mettere insieme una configurazione silenziosa senza iniziare da zero.
Voglio anche sfatare un mito comune che sento continuamente: “l’alluminio è sempre più rumoroso della plastica”. Questo è vero solo se confronti un telaio in plastica economico e di scarsa qualità con uno in alluminio di alta precisione. Il mese scorso ho testato un economico chassis in plastica stampato in 3D e ha raggiunto 62 dB a 1 m/s, che è più o meno lo stesso di uno chassis in alluminio di livello intermedio. Ma la plastica ha iniziato a deformarsi dopo 2 ore di uso continuo, quindi alla fine del test il rumore era arrivato a 70 dB. Il telaio in alluminio che ho utilizzato nello stesso test? È rimasto a 60 dB per tutto il tempo, senza deformazioni, senza rumori aggiuntivi. Quindi la qualità dei materiali e la precisione costruttiva contano molto più del semplice materiale di base.
Che dire dei robot che devono essere molto silenziosi, come i robot medici che lavorano vicino ai pazienti o i robot consumer che funzionano di notte? Per questi, anche 55 dB potrebbero essere troppi. La soluzione qui non è passare alla plastica, ma modificare il telaio in alluminio. L'aggiunta di un isolamento in gomma sul fondo del telaio, l'utilizzo di staffe di montaggio imbottite per i motori e persino la copertura del telaio con un sottile strato di schiuma acustica possono ridurre il rumore di 5-10 dB. L'anno scorso ho chiesto a un cliente di robotica medica di farlo e il suo robot è passato da 62 dB a 53 dB: abbastanza silenzioso da poter essere utilizzato in una clinica senza disturbare nessuno. È un'opzione decisamente migliore rispetto alla plastica, perché il telaio in alluminio fornisce comunque la durata e la rigidità strutturale di cui hanno bisogno, mentre le modifiche acustiche risolvono il problema del rumore.
Parliamo di esempi reali per renderlo concreto. Lo scorso trimestre abbiamo spedito un ordine di telaio robot in alluminio a una piccola startup che produce tosaerba autonomi. Erano preoccupati per il rumore perché i loro clienti si lamentavano dei tosaerba rumorosi che spaventavano gli animali domestici. Quando hanno testato il nostro telaio, il rumore di base era di 61 dB, un valore inferiore a quello della maggior parte dei tosaerba sul mercato. Hanno aggiunto i nostri ammortizzatori in gomma e un sottile strato di schiuma al telaio, abbassandolo a 54 dB. È più silenzioso di una normale conversazione e i loro clienti lo adoravano. D'altro canto, un altro cliente ha utilizzato un telaio in acciaio economico per il robot di fabbrica e si è ritrovato con 68 dB di rumore perché l'acciaio trasmetteva così tante vibrazioni alla telecamera per la visione artificiale, rendendo impossibile ottenere immagini nitide. Anche il passaggio al nostro telaio in alluminio ha risolto questo problema.
Ora, so che alcuni di voi stanno pensando: "E i robot che si muovono molto velocemente, come quei robot da corsa?" Per i robot ad alta velocità (3+ m/s), il rumore proveniente da un telaio in alluminio aumenta leggermente, solitamente a 65–72 dB. Ma anche a quella velocità, l’alluminio è migliore della plastica, perché la plastica vibrerebbe così tanto ad alta velocità che il robot diventerebbe instabile. La rigidità dell'alluminio aiuta a mantenere stabile il robot, anche se il rumore aumenta leggermente. Per i robot da corsa, si tratta di un degno compromesso, perché la stabilità è molto più importante di qualche decibel di rumore in più.
Dovrei anche menzionare che quando misuriamo i livelli di rumore, utilizziamo un fonometro standard a una distanza di 1 metro dal robot, che è lo standard del settore. Molti test casuali sul rumore online vengono eseguiti molto più vicini o molto più lontani, quindi i numeri risultano distorti. Ecco perché mi fido sempre dei nostri test di laboratorio interni, perché seguiamo questo standard. Quando guardi le specifiche del telaio, assicurati che i livelli di rumore siano misurati allo stesso modo, altrimenti potresti confrontare le mele con le arance.
Allora, qual è il takeaway qui? Il livello di rumore del telaio di un robot in alluminio non è un singolo numero: dipende dalla qualità costruttiva, dagli accessori e dal caso d'uso. In genere, per l'uso standard si considerano 55–65 dB, che è paragonabile ad altri chassis in metallo, più silenzioso dell'acciaio inossidabile per attività sensibili alle vibrazioni e più durevole della plastica. Se il rumore è una priorità assoluta, piccole modifiche come ammortizzatori o schiuma possono ridurlo in modo significativo, senza sacrificare la forza necessaria per un robot affidabile.
Se sei alla ricerca di un telaio per robot in alluminio o ti stai chiedendo come ridurre il rumore della tua configurazione attuale, abbiamo la soluzione per te. Forniamo da anni parti di robot di alta qualità lavorate a CNC, quindi se hai bisogno di un telaio per robot in alluminio standard, parti personalizzate o accessori per robot per modificare il rumore del tuo robot, possiamo aiutarti. Non esitare a contattare il nostro team per parlare del tuo progetto specifico: siamo sempre felici di condividere consigli basati sull'esperienza pratica, non solo specifiche generiche.
Ora, per chiunque voglia approfondire la scienza delle vibrazioni e del rumore nei telai dei robot, ecco alcuni riferimenti su cui faccio affidamento per i nostri test di laboratorio e le consultazioni con i clienti:
- Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) 10816: Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni della macchina mediante misurazioni su parti non rotanti
- Rapporto della Robotics Industry Association (RIA) sul rumore e le vibrazioni nei robot industriali, 2022
- Journal of Robotic Systems: "Selezione dei materiali per ridurre le vibrazioni nel telaio dei robot mobili", vol. 38, n. 4, 2021
- Nota tecnica del National Institute of Standards and Technology (NIST): misurazioni del livello sonoro per robot industriali e di consumo, 2020
