Tại sao Cánh tay Robot 6 trục lại phổ biến đến vậy?

Trong cấu trúc cánh tay có khớp nối điển hình, sáu trục chuyển động thường được coi là mục tiêu thiết kế tiêu chuẩn. Tại sao sáu trục lại có mục tiêu đó và lợi ích cũng như tổn thất khi ​​nhiều trục hơn là gì?

Robot công nghiệp không thiếu kiểu dáng, mẫu mã, màu sắc, hình dạng và kích cỡ. Nhưng khi nói đến thiết kế cơ khí, người ta thấy có nhiều điểm tương đồng ở tất cả các thương hiệu. Cánh tay robot công nghiệp có khớp nối thường được coi là hình ảnh khắc họa một cơ sở sản xuất công nghệ cao. Ngay cả các robot cộng tác (cobot) thông thường cũng tuân thủ các cấu trúc cơ học giống nhau—vận chuyển tải trọng, xếp chồng, phân loại, xếp hàng, lắp ráp và một loạt các nhiệm vụ lặp lại khác.

Trên tất cả các thương hiệu và mẫu mã, có một đặc điểm chung nổi bật: Sáu trục chuyển động. Một số mẫu có nhiều hơn và nhiều mẫu có ít hơn, nhưng 6 trục dường như là mục tiêu tiêu chuẩn. Điều gì làm cho con số này trở nên phổ biến?

Điều này dẫn đến hai câu hỏi liên quan:

• Có phải ít hơn sáu trục sẽ là một khoản đầu tư tồi?
• Tương tự như vậy, nếu sáu trục là tốt, thì có nên ưu tiên bảy trục trở lên không?

1. Phạm vi chuyển động 6 trục lý tưởng

Nói một cách đơn giản, một cánh tay robot có sáu điểm xung quanh có thể xảy ra chuyển động dẫn đến khả năng bộ kẹp có thể tiếp cận bất kỳ vị trí nào trong tổng bán kính làm việc và tiếp cận bất kỳ điểm nào bằng bộ kẹp (công cụ cuối cánh tay hoặc EOAT) bất kỳ thời điểm nào.

1.1. Định hướng Cánh tay Robot 6 trục

Hình 1. Robot 6 trục R6-0809 (Một trong những robot 6 trục của ICA TECH)

Đầu tiên, chỉ có thể tiếp cận toàn bộ khu vực làm việc (hoặc đường bao) khi dụng cụ kẹp được mở rộng hoàn toàn, giống như khi bạn duỗi cánh tay ra để chạm vào một vật ở khoảng cách xa. Nếu góc kẹp thay đổi, điều này chắc chắn sẽ hạn chế tổng phạm vi tiếp cận. Ngoài ra, và có lẽ khá rõ ràng, dụng cụ kẹp không thể kéo dài vào phần đế kim loại chắc chắn của robot. Giới hạn trục cứng và mềm có thể ngăn chặn những va chạm như vậy.

Các trục trong cánh tay có khớp nối điển hình là các khớp quay, do đó chúng quay quanh một trục được xác định bởi tâm của động cơ hoặc ròng rọc dẫn động. Ngược lại, một số loại robot như robot loại “delta ” hoặc SCARA sử dụng trục chuyển động trượt tuyến tính. Nhưng các cánh tay có khớp nối có tính chất quay, nghĩa là vị trí khớp là phép đo góc chứ không phải khoảng cách tuyến tính. Vì vậy, robot 6 trục “lý tưởng” này có thể tiếp cận bất kỳ điểm nào có thể có trong phạm vi công việc của nó với bất kỳ hướng EOAT nào, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng nếu phôi của bạn tồn tại ở một góc không song song với đế của robot.

 1.2. Nhược điểm của cánh tay robot có ít trục hơn

Câu hỏi này có thể nảy sinh khi thiết kế một hệ thống có thể có sẵn mô hình 4 hoặc 5 trục với chi phí thấp hơn: Liệu 5 trục có đủ cho ứng dụng của tôi không? Đây không phải là câu trả lời có hoặc không đơn giản, nhưng có một yếu tố chắc chắn sẽ là lý do để điều tra.

Giả sử cánh tay robot sẽ làm việc với một món đồ hoặc nhặt/lấy một món đồ từ một vị trí không song song với mặt đất mà robot ngồi. Sau đó, bạn nên xem xét cẩn thận liệu năm trục có hoạt động hay không.

Hãy tưởng tượng một tình huống trong đó một băng tải cấp cấp sản phẩm cho một robot được cố định chắc chắn trên sàn, sau đó nhặt sản phẩm lên và chuyển sang một băng tải cấp khác. Trong trường hợp này, ngay cả robot 4 trục cũng có thể đủ. Nếu dụng cụ kẹp cuối cũng phải được xoay để định hướng sản phẩm thì phải sử dụng trục thứ năm.

 

Hình 2. Cánh tay Robot 6 trục làm việc trên hệ thống băng tải bơm keo trên mặt PCB

Trong trường hợp phức tạp hơn, một khay đặt nghiêng độ so với mặt đất sẽ cung cấp sản phẩm mà robot phải lấy. Điều này chỉ có thể thực hiện được với Cánh tay Robot 6 trục, trừ khi lần thử này được căn chỉnh hoàn hảo để không cần trục thứ sáu.

Chắc chắn, tình huống này không dễ xác định như có hay không cho mọi tình huống. Tuy nhiên, việc kiểm tra xem liệu các vật thể có hướng về một vật nào khác ngoài hướng song song với đế robot hay không sẽ cho thấy rằng cần phải cẩn thận. Nếu Cánh tay Robot 6 trục được thiết kế để hàn, dán keo hoặc bất kỳ ứng dụng đi theo đường dẫn nào khác thì gần như chắc chắn Cánh tay Robot đó phải có sáu trục. 

1.3. Lợi ích của robot có nhiều trục hơn

Các trục bổ sung thường được cài đặt theo từng trường hợp cụ thể:

Một ví dụ phổ biến về trục thứ bảy là một bàn trượt mà robot có thể di chuyển trên đó, cho phép nó có thể điều khiển đồng thời nhiều máy CNC hoặc thực hiện các bước khác nhau trong quy trình dây chuyền lắp ráp dài. Với một chút phức tạp hơn trong lập trình, nó có thể tiết kiệm số tiền đầu tư lớn thay vì mua nhiều robot. 

Hình 3. Cánh tay robot 6 trục hoạt động với tia laser CNC có độ chính xác cao.

Đôi khi, trục trượt thẳng đứng thay vì nằm ngang, điều này có thể cho phép robot xếp pallet xếp chồng lên nhau cao hơn hoặc hệ thống lưu trữ/truy xuất để lấy hàng từ các thùng cao khỏi mặt đất. Đôi khi, thay vì robot được gắn vào đế di động, phôi có thể nằm trên bàn quay. Điều này có thể cho phép robot cố định đạt được phạm vi rộng hơn nhiều.

Một ví dụ khác là khi hai cánh tay 6 trục được gắn trên bệ, tạo thành một thân hình gần như hình người. Những robot này có thể có số trục từ 12 trở lên vì chúng được hình thành từ các cánh tay 6 trục.

Tất cả những robot này đều có những lợi thế riêng biệt và chúng có thể chứng tỏ là một khoản đầu tư xứng đáng. Nhưng nếu không cần thêm trục, một số trục có thể quá phức tạp và dễ bị hỏng hơn. Trong mọi trường hợp, bạn nên tìm kiếm lời khuyên của các chuyên gia để điều tra quy trình và môi trường nhằm xác định loại robot nào phù hợp nhất cho từng ứng dụng.

Tác giả: Nguyễn Đức Tài