Tìm hiểu về cánh tay robot công nghiệp

Cánh tay robot công nghiệp là một sản phẩm cấu thành từ công nghiệp cơ khí chính xác, công nghệ máy tính và trí tuệ nhân tạo (AI). Dưới sự kiểm soát của máy tính công nghiệp, cánh tay robot sẽ hoạt động chính xác và linh hoạt tương tự như chức năng của một cánh tay con người  bằng cách dựa trên cơ chế khớp ngón, ngón để có thể di chuyển dọc theo trục hoặc có thể xoay theo một số hướng nhất định. Nhờ những ưu điểm vượt trội này, các cỗ máy cơ khí này đang ngày càng được ứng dụng và mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Cánh Tay Robot 6 Trục của ABB Irb 2600 – Xử Lý Vật Liệu (Nguồn: abb.com)

Những cánh tay robot này sẽ thay thế bàn tay của con người trong các công đoạn lắp ráp, sửa chữa, thay thế linh kiện siêu nhỏ trong nhà máy. Cơ chế hoạt động của chúng dựa trên liên kết giữa bộ lập trình điều khiển và các khớp nối chuyển động. Theo đó, bộ phận điều khiển chủ động truyền hiệu lệnh đến các khớp nối cho phép cánh tay chuyển động dịch (tuyến tính) hoặc chuyển động quay (như trong một robot có khớp nối).

Các liên kết này được cài đặt theo nhu cầu sản xuất để tạo thành một chuỗi động học. Điểm cuối của chuỗi hành động này được gọi là hiệu ứng kết thúc và quy luật hoạt động của nó mô phỏng hoàn hảo chuyển động của bàn tay con người.

Các loại cánh tay robot công nghiệp phổ biến trong công nghiệp sản xuất

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cánh tay robot công nghiệp, mỗi loại được thiết kế với các khả năng và chức năng khác nhau để phù hợp với từng vai trò cụ thể hoặc môi trường công nghiệp của từng ngành khác nhau.

Một số loại cánh tay robot được lập trình kỹ thuật đang triển khai phổ biến trong dây chuyền sản xuất hiện nay, gồm:

1. Cánh tay robot có khớp nối: Là cánh tay robot di chuyển linh hoạt nhất trong tất cả các loại cánh tay robot được thiết kế với ít nhất ba khớp quay. Robot khớp nối được sử dụng trong các ứng dụng như chọn và đặt, hàn hồ quang, hàn điểm, đóng gói, chăm sóc máy và xử lý vật liệu.

2. Robot Descartes (hình chữ nhật): Là cánh tay robot hoạt động theo tọa độ của không gian Descartes (X, Y và Z) cho các chuyển động tuyến tính dọc theo ba trục (tiến và lùi, lên và xuống và từ bên này sang bên kia). Robot Descartes được sử dụng để chọn và đặt, xử lý vật liệu, tự động hóa đóng gói, lưu trữ và truy xuất, cắt và khoan, và nhiều ứng dụng khác.

3. Robot SCARA: Là cánh tay robot lắp ráp tuân thủ có chọn lọc, với 2 khớp quay song song trong mặt phẳng nằm ngang và 1 khớp tuyến tính theo chiều dọc. Được ứng dụng trong những hoạt động lắp ráp hay xử lý các chi tiết máy.

4. Robot cực (hình cầu): Là cánh tay robot có sự kết hợp của hai khớp quay và một khớp tuyến tính. Thiết kế của họ tạo ra một không gian làm việc hình cầu.  Được sử dụng để xử lý máy công cụ, hàn điểm, đúc khuôn, lấy máy, hàn khí và hàn hồ quang.

5. Robot Delta (song song): Được thiết kế với ba cánh tay robot có dạng hình bình hành rất nhẹ so với các robot khác. Robot Delta chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng chọn và đặt. Các ứng dụng bổ sung bao gồm phân phối chất kết dính, hàn và lắp ráp.

6. Robot hình trụ: Là cánh tay robot có ít nhất một khớp quay ở chân đế và hai khớp tuyến tính. Thiết kế này dẫn đến một không gian làm việc hình trụ. Được sử dụng cho các hoạt động lắp ráp, xử lý máy công cụ, hàn điểm và xử lý tại máy đúc khuôn.

7. Robot cộng tác (Cobot): Là loại cánh tay robot được thiết kế và chế tạo để cho phép tương tác giữa người và robot trong một môi trường làm việc an toàn, không cần hàng rào hoặc các biện pháp an toàn khác. Robot cộng tác có nhiều ứng dụng như chăm sóc máy, chọn và đặt, lắp ráp, hàn hồ quang, nhưng nhìn chung không thích hợp cho các ứng dụng nặng hoặc các tác vụ tốc độ rất cao.

Cảm biến và tầm nhìn Robotics

Một tiến bộ quan trọng trong việc sử dụng cánh tay robot là sự phát triển của các cảm biến. Cánh tay robot thường có cảm biến để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và đảm bảo an toàn cho người lao động. Mặc dù các robot ban đầu có các cảm biến để đo các góc khớp của robot, những tiến bộ trong các cảm biến robot đã có tác động đáng kể đến công việc mà robot có thể đảm nhận một cách an toàn.

Cảm biến – Một tiến bộ quan trọng của cánh tay robot công nghiệp

Một số các cảm biến phổ biến trên cánh tay robot công nghiệp:

• Cảm biến tầm nhìn 2D kết hợp với một máy quay video cho phép robot phát hiện chuyển động trên một vị trí cụ thể. Điều này cho phép robot điều chỉnh các chuyển động hoặc hành động của nó liên quan đến dữ liệu mà nó thu được từ máy ảnh.
• Cảm biến tầm nhìn 3D là một công nghệ mới nổi có tiềm năng hỗ trợ robot trong việc đưa ra các quyết định phức tạp hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng hai camera ở các góc khác nhau hoặc sử dụng máy quét laser để cung cấp góc nhìn ba chiều cho robot.
• Một cảm biến Force Torque giúp cánh tay robot hiểu được lượng lực mà nó đang áp dụng và cho phép nó thay đổi lực cho phù hợp.
• Cảm biến phát hiện va chạm cung cấp cho robot nhận thức về môi trường xung quanh.
• Cảm biến an toàn được sử dụng để đảm bảo mọi người làm việc xung quanh cánh tay robot được an toàn.

Các cảm biến an toàn này cảnh báo cho robot nếu nó cần di chuyển hoặc ngừng hoạt động nếu nó cảm nhận được một người trong một phạm vi nhất định. Ngoài ra, có nhiều cảm biến khác được lập trình kỹ thuật sẵn trên cánh tay robot bao gồm cảm biến xúc giác hoặc cảm biến nhiệt. Cuối cùng, mục đích của các cảm biến này là giúp làm cho môi trường làm việc xung quanh robot an toàn cho con người.

Lợi ích của cánh tay robot công nghiệp trong sản xuất công nghiệp

Cánh tay robot công nghiệp ra đời đã đóng góp nhiều ý nghĩa, đem lại hiệu quả cao trong sản xuất thông minh.

Cánh tay robot công nghiệp mang lại nhiều lợi tuyệt vời cho dây chuyền sản xuất tự động

1. Cải thiện độ an toàn

Cánh tay robot giúp giữ an toàn cho người lao động bằng cách hoạt động trong môi trường nguy hiểm và thực hiện các công việc có nguy cơ gây thương tích cao cho con người.

2. Tăng năng suất sản xuất

Các cánh tay robot công nghiệp có công suất hoạt động liên tục, khả năng làm việc ngày đêm với những thao tác và lực cố định, duy trì quy trình sản xuất liền mạch. Giá trị tạo ra của cánh tay robot được ước tính cao hơn nhiều lần so với con người tính trên cùng một lượng thời gian.

Hơn nữa, chu kỳ nhiệm vụ, tức là thời gian nghỉ ngơi giữa các lần hoạt động hoặc bảo trì của robot khá ngắn, điều này tiếp tục giúp việc sản xuất được tối ưu và hiệu quả.

3. Cải thiện chất lượng

Con người khi làm việc dễ bị chi phối bởi những yếu tố: sức khỏe, thời tiết, không gian làm việc,… ảnh hưởng đến chất lượng làm việc. Nhưng với robot, lập trình chính xác giúp chúng hoạt động trơn tru và linh hoạt, từ đó, thành phẩm tạo ra có tính đồng đều và nhất quán.

Ngoài ra, cánh tay robot hiện đại còn tích hợp cảm biến đảm bảo tốc độ di chuyển và ước lượng độ khó khi cầm nắm, cung cấp thông tin chi tiết hơn giúp chúng đưa ra các quyết định phức tạp.

4. Tăng tính linh hoạt

Khi các ưu tiên kinh doanh thay đổi, các cánh tay robot có thể dễ dàng được thay thế cho các hoạt động mới hoặc được gắn vào các nền tảng khác nhau, chẳng hạn như robot di động tự động (AMR) , nền tảng dây chuyền lắp ráp tĩnh hoặc tường hoặc kệ, nếu cần.

5. Giảm chi phí vận hành

Khoản đầu tư ban đầu để triển khai lắp đặt các cánh tay robot sẽ gây ra tốn kém, tuy nhiên tính về lâu dài, đây sẽ là phương án tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất bởi tốc độ sản xuất của robot sẽ giúp doanh nghiệp thu hồi vốn nhanh chóng. Bên cạnh đó, trong quá trình làm việc, biên độ lỗi của cánh tay robot công nghiệp cực kỳ thấp, nhân công nhờ vậy sẽ hạn chế thời gian kiểm tra thành phẩm.

Hơn nữa, cánh tay robot còn có thể thay thế con người trong các môi trường có rủi ro cao như hàn, cơ khí, hóa chất, …từ đó, phòng tránh các tai nạn lao động và giúp tiết kiệm chi phí nhân công.

Ứng dụng cánh tay robot công nghiệp trong sản xuất thông minh

1. Xếp chồng hàng hóa lên các pallet

Các thuật toán lập trình sẵn cho phép cánh tay robot có thể tự động hóa quá trình đặt hàng hóa hoặc sản phẩm lên pallet. Bằng cách tự động hóa quy trình, việc xếp dỡ hàng hóa trở nên chính xác hơn, tiết kiệm chi phí và có thể dự đoán được. Việc sử dụng cánh tay robot cũng giúp giải phóng người lao động khỏi việc thực hiện các công việc có nguy cơ gây thương tích cho cơ thể.

Cánh tay robot trong ứng dụng xếp chồng hàng hóa lên các pallet

2. Xử lý vật liệu

Các cánh tay robot xử lý vật liệu thường được ứng dụng trong các kho thông minh để có thể giúp tạo ra một nhà kho an toàn và hiệu quả bằng cách đảm bảo hàng hóa và vật liệu được lưu trữ đúng cách, dễ tìm hoặc được vận chuyển một cách chính xác. Tự động hóa các quy trình này có thể giúp đẩy nhanh quá trình vận chuyển hàng hóa cho khách hàng, ngăn ngừa tai nạn tại nơi làm việc và nâng cao hiệu quả của cơ sở.

Cánh tay robot công nghiệp ứng dụng trong xử lý vật liệu

3. Hàn

Hàn là một thao tác không phức tạp, nhưng có mức độ nguy hiểm cao, vì vậy việc ứng dụng cánh tay robot công nghiệp vào trong quy trình này là điều vô cùng quan trọng, nhất là trong trong các môi trường công nghiệp hiện đại như sản xuất ô tô. Việc cánh tay robot công nghiệp được ứng dụng vào trong hàn cơ khí, không chỉ giúp con người được làm công việc an toàn hơn mà chất lượng mối hàn cũng được cải thiện đáng kể.

Cánh tay robot trong ứng dụng hàn công nghiệp

Thông thường, việc kiểm tra chất lượng diễn ra ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này làm chậm trễ việc phát hiện các vấn đề về chất lượng trong quá trình sản xuất. Được trang bị cảm biến, hệ thống nhận diện, chụp ảnh bằng camera, và trí tuệ nhân tạo (AI), các dòng cánh tay robot này có khả năng xác định các bộ phận bị lỗi trước khi thành phẩm được đóng gói hoặc vận chuyển. Vì thế, doanh nghiệp có thể nâng cao công tác quản lý chất lượng trong thời gian thực, ngay trên từng công đoạn sản xuất, giúp giảm thiểu lãng phí và thời gian chết.

4. Kiểm tra chất lượng

Thông thường, việc kiểm tra chất lượng diễn ra ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này làm chậm trễ việc phát hiện các vấn đề về chất lượng trong quá trình sản xuất. Được trang bị cảm biến, hệ thống nhận diện, chụp ảnh bằng camera, và trí tuệ nhân tạo (AI), các dòng cánh tay robot này có khả năng xác định các bộ phận bị lỗi trước khi thành phẩm được đóng gói hoặc vận chuyển. Vì thế, doanh nghiệp có thể nâng cao công tác quản lý chất lượng trong thời gian thực, ngay trên từng công đoạn sản xuất, giúp giảm thiểu lãng phí và thời gian chết.
5. Chọn và đặt

Ứng dụng cánh tay robot công nghiệp với nhiệm vụ chọn và đặt thường được trang bị hệ thống nhận diện để xác định đồ vật, sau đó tự động nhặt đồ lên và đặt chúng lên bề mặt theo một vị trí và hướng đã định. Hoạt động này thường được sử dụng để phân loại sản phẩm, lắp ráp, cho vào bao bì để đóng gói,… một cách tự động hóa, giúp gia tăng tốc độ sản xuất và phân phối hàng hóa.