Lựa chọn giải pháp cánh tay robot cho công nghiệp

Bắt đầu tìm hiểu về giải pháp cánh tay robot, lập kế hoạch chuyển động và dây chuyền động học.

Kể từ khi PLC được giới thiệu trong kỹ thuật công nghiệp vào năm 1968, khả năng tự động hóa quy trình đã tăng lên với tốc độ ổn định. Những cải tiến trong mạch tích hợp dựa trên silicon và sự xuất hiện của cơ điện tử như một môn học khiến máy móc tự động hóa các nhiệm vụ với độ chính xác và độ chính xác cao. Lĩnh vực robot đã trở thành hiện thực chứ không chỉ là một giấc mơ viển vông.

1.1. Bàn tay con người: Công cụ đầu tiên

Con người có khả năng thực hiện những cải tiến trên quy mô lớn trong một khoảng thời gian tương đối nhỏ nhờ bàn tay con người đã tiến hóa như vậy. 

Một bàn tay được hình thành bởi nhiều xương, khớp, cơ, dây chằng và gân có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ linh hoạt. Điều này có thể thực hiện được nhờ sự khéo léo của bàn tay con người và khả năng kiểm soát vượt trội mà chúng ta có với các bộ phận phụ của mình. Ngón tay cái đối diện đã nâng cao bản chất cầm nắm của bàn tay mà con người nhận được từ tổ tiên tiến hóa. 

Tính linh hoạt, khéo léo và khả năng kiểm soát của đôi tay cho phép chúng ta tạo ra và sử dụng các công cụ để mang lại sự tiến bộ thay vì phát triển cơ thể. 

1.2. Các loại cánh tay robot

Cánh tay robot là con đường phía trước sau khi tự động hóa các nhiệm vụ thường xuyên, lặp lại. Cố gắng bắt chước tính linh hoạt của bàn tay con người, cánh tay robot có thể kết hợp với rất nhiều loại công cụ phụ trợ khác nhau. Công cụ hàn, công cụ khoan, công cụ đánh bóng, hệ thống phun chất lỏng, v.v.,

Mặc dù cánh tay robot không thể sánh được với con người về tính linh hoạt và khéo léo, nhưng chúng có thể hoàn thành các nhiệm vụ chuyên biệt trong môi trường công nghiệp hiện đại. Nhiều loại cánh tay robot khác nhau có sẵn tùy theo khả năng và mức độ phức tạp của các chuyển động mà chúng có thể thực hiện.

Robot Descartes/Gantry: Robot Descartes hoạt động bằng cách thực hiện chuyển động tuyến tính theo hai hoặc ba trục trong hệ tọa độ Descartes. Chúng còn được gọi là robot tuyến tính.

Robot SCARA: Ngoài các chuyển động trục tuyến tính của robot tuyến tính, SCARA còn có hai khớp quay giúp chuyển động linh hoạt hơn.

Robot hình trụ: Robot hình trụ sử dụng các trục của hệ tọa độ hình trụ để lập kế hoạch chuyển động.

Robot sáu trục là robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi và có thể được phân loại là robot có khớp nối.

Robot hình người: Nó giống bàn tay con người với các ngón tay và ngón cái có thể được điều khiển độc lập. Những robot như vậy có thể có bậc tự do cao (30 hoặc hơn), trong khi robot sáu trục có sáu bậc tự do.

1.2.1. Robot Descartes

Cần áp dụng các nguyên lý toán học để thiết kế các thông số robot và tính toán chuyển động cần thiết để hoàn thành hướng dẫn của robot. Như chúng ta đã thấy ở phần trước, có nhiều loại cánh tay robot khác nhau được sử dụng trong ngành. Mỗi người trong số họ tuân theo một hệ tọa độ khác nhau do sự khác biệt trong thiết kế cơ khí và trường hợp sử dụng. 

Hình 1. Robot bơm keo Descartes của ICATECH  

Robot Descartes chỉ thực hiện chuyển động tuyến tính; thiết bị điều khiển và động cơ có thể được gắn trên các cột thẳng được hỗ trợ bởi giàn giáo cứng.  Chúng chỉ thực hiện chuyển động tuyến tính và có thể được xác định, thiết kế và thực hiện bằng hệ tọa độ Descartes ba chiều. Nó có ba trục chuyển động: trục x, trục y và trục z. Như vậy, nó có ba bậc tự do. 

Robot có thể thực hiện các nhiệm vụ bị giới hạn bởi ba bậc tự do. Để chuyển động linh hoạt hơn, robot cần có nhiều bậc tự do hơn. Khi bậc tự do tăng lên thì độ khéo léo của robot cũng được cải thiện. Những robot như vậy trong môi trường công nghiệp thường sử dụng các cấu trúc động học. 

1.2.2. Robot SCARA

Robot SCARA là loại robot công nghiệp có thiết kế và phạm vi chuyển động cụ thể. SCARA là viết tắt của "Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ có chọn lọc" hoặc "Cánh tay robot có khớp nối tuân thủ có chọn lọc". Loại robot này thường được sử dụng trong môi trường sản xuất cho các nhiệm vụ như lắp ráp, vận hành chọn và đặt và các ứng dụng khác yêu cầu chuyển động chính xác và lặp lại.

Hình 2. Robot SCARA (ICATEC) của ICATECH

Các đặc điểm chính của robot SCARA bao gồm:

Cấu trúc chắc chắn: Robot SCARA có cấu trúc chắc chắn, nghĩa là chúng ít linh hoạt hơn so với một số thiết kế robot khác. Độ cứng này cho phép định vị và điều khiển chính xác.

Bốn bậc tự do: Robot SCARA thường có bốn khớp, cung cấp bốn bậc tự do. Các khớp này cho phép robot di chuyển theo các hướng X, Y và Z cũng như xoay quanh trục thẳng đứng.

Cấu hình cánh tay song song: Cánh tay của robot thường được cấu hình theo kiểu song song, nghĩa là các liên kết của cánh tay song song với nhau. Thiết kế này giúp đơn giản hóa việc điều khiển và tăng cường độ ổn định của robot.

Tốc độ cao và chính xác: Robot SCARA được biết đến với tốc độ và độ chính xác trong các nhiệm vụ như vận hành và lắp ráp chọn và đặt. Thiết kế của họ cho phép họ di chuyển nhanh chóng và chính xác trong một không gian làm việc xác định.

Phạm vi tiếp cận hạn chế: Robot SCARA thường có phạm vi tiếp cận hạn chế so với các cấu hình robot khác như robot có khớp nối. Tuy nhiên, chúng rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi thiết kế nhỏ gọn và chuyển động chính xác.

Đế cố định: Robot SCARA thường có đế cố định và chuyển động của chúng bị hạn chế trong mặt phẳng nằm ngang. Điều này làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng mà chuyển động thẳng đứng không phải là yêu cầu chính.

Robot SCARA thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất điện tử, lắp ráp ô tô và đóng gói. Chúng vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ và độ chính xác cao, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến cho các nhiệm vụ như lắp ráp linh kiện điện tử, xử lý các bộ phận nhỏ và thực hiện các hoạt động lặp đi lặp lại trên dây chuyền lắp ráp.

1.2.3. Robot hình trụ

Robot hình trụ có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, y tế, dịch vụ, vận tải, và nhiều ứng dụng khác.

Trong công nghiệp, chúng có thể được lập trình để thực hiện các công việc như lắp ráp, kiểm tra chất lượng, và vận chuyển hàng hóa. Robot hình trụ thường được điều khiển bằng các hệ thống tự động và có thể được lập trình để thực hiện các tác vụ cụ thể thông qua các thuật toán và mã lập trình. Chúng thường được trang bị cảm biến như cảm biến hình ảnh, cảm biến khoảng cách, hoặc cảm biến chạm để giúp chúng tương tác với môi trường xung quanh. Thiết bị điều khiển của chúng có thể bao gồm các bộ xử lý mạnh mẽ, các bo mạch và các cơ cấu cơ học để thực hiện các chuyển động và nhiệm vụ khác.

Hình 3. Robot trục (hình minh họa)

1.2.4. Robot sáu trục

Robot sáu trục là một loại robot công nghiệp có sáu trục chuyển động, hay có thể hiểu là có sáu đường chuyển động độc lập. Cấu trúc này mang lại linh hoạt lớn trong việc di chuyển và thực hiện các tác vụ khác nhau.  Với sáu trục chuyển động, robot có khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian ba chiều (3D). Điều này làm cho chúng rất đa nhiệm và linh hoạt trong việc thực hiện nhiều loại công việc.

Robot sáu trục thường được sử dụng trong công nghiệp sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực lắp ráp, hàn, và gia công cơ khí. Chúng có thể hoạt động trên nhiều vật liệu và thường được tích hợp trong các dây chuyền sản xuất tự động. Sáu trục chuyển động cung cấp khả năng điều khiển chính xác cao, điều này quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như gia công chính xác.

Robot sáu trục thường được trang bị các cảm biến để theo dõi môi trường xung quanh và điều chỉnh động tác của chúng dựa trên thông tin đó. Hệ thống điều khiển thông minh giúp chúng hoạt động một cách hiệu quả và linh hoạt.

Ngoài công nghiệp, robot sáu trục cũng có thể được sử dụng trong lĩnh vực y tế, nghiên cứu khoa học, và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi khả năng chính xác và linh hoạt.

Hình 4. Robot 6 trục (ICATEC) của ICATECH

1.2.5. Robot hình người

Robot hình người là một loại robot được thiết kế để có hình dáng và chức năng tương tự như con người. Các robot này thường được phát triển với mục tiêu tăng cường khả năng tương tác với môi trường xung quanh, thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, và đôi khi thậm chí thay thế hoặc hỗ trợ con người trong một số ngữ cảnh.

Robot hình người thường được thiết kế với hình dáng và cấu trúc giống con người, bao gồm cả cấu trúc cơ bản như đầu, cánh tay, chân và có thể có khuôn mặt và các bộ cảm biến để tương tác với con người.

Các robot hình người thường sử dụng trí tuệ nhân tạo để nhận diện, hiểu và phản ứng với môi trường xung quanh. Họ có thể được lập trình để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, từ giao tiếp và dịch ngôn ngữ đến thậm chí việc đàm phán và giáo dục.

Ứng Dụng Trong Dịch Vụ và Y Tế: Robot hình người có thể được sử dụng trong ngành dịch vụ để hỗ trợ khách hàng, tư vấn thông tin, và thậm chí phục vụ trong nhà hàng hoặc khách sạn.

Trong lĩnh vực y tế, chúng có thể hỗ trợ trong việc chăm sóc bệnh nhân hoặc thậm chí thực hiện các nhiệm vụ y tế cụ thể.

Robot Giao tiếp Xã hội: Một số robot hình người được thiết kế để tương tác xã hội, có khả năng nhận diện cảm xúc, tỏ ra sự quan tâm, và thậm chí giữ cuộc trò chuyện.

Công Nghiệp và Dịch vụ Logistics: Trong môi trường công nghiệp, robot hình người có thể được sử dụng để thực hiện các công việc lặp lại hoặc nguy hiểm, như vận chuyển hàng hóa hoặc lắp ráp.

Robot Học tập và Nghiên cứu: Các robot hình người cũng được sử dụng trong nghiên cứu và giáo dục, giúp con người hiểu rõ hơn về tương tác giữa máy và con người.

Hình 5. Robot hình người (hình minh họa)

Tác giả: Nguyễn Đức Tài