Khái niệm và lợi ích của cánh tay robot công nghiệp

Cánh tay robot công nghiệp là một sản phẩm công nghệ sáng tạo được ra đời với mong muốn đem lại một hiệu suất bền bỉ và ổn định. Trong lĩnh vực công nghiệp, cánh tay robot trở thành trợ thủ đắc lực góp phần tạo ra một quy trình sản xuất hiệu quả với năng suất cao. Cùng RX Tradex khám phá chi tiết về cánh tay robot đắc lực này và những ứng dụng  của nó trong sản xuất công nghiệp.

1. Cánh tay robot công nghiệp là gì?

Cánh tay robot công nghiệp là một sản phẩm được mô phỏng theo cánh tay con người để thực hiện các công việc trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Điểm mạnh của cánh tay robot chính là có thể điều chỉnh thiết kế các thao tác linh hoạt. Từ đó giúp cho việc sản xuất công nghiệp hoàn thiện hơn, với những công việc phức tạp mà con người khó có thể hoàn thiện với hiệu suất không ổn định. Thiết kế các khớp xoay của cánh tay robot linh hoạt tương tự các khớp của tay người do đó dễ dàng hoạt động trong môi trường làm việc nhỏ hẹp, hiện chúng đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong tất cả các loại hình công nghiệp từ nhỏ đến lớn. 

Về cơ bản, cơ chế hoạt động của cánh tay robot dựa trên chuyển động của các khớp và bộ điều khiển trung tâm. Khi nhận được lệnh của bộ điều khiển, các khớp sẽ vận hành trực tiếp. Hiện nay, cánh tay robot không chỉ được dùng để di chuyển hàng hoá mà còn có thể lắp ráp sửa chữa và cả thay thế linh kiện.

2. Cấu tạo của cánh tay robot công nghiệp

Cấu tạo của cánh tay robot công nghiệp sẽ có từ 4 đến 6 khớp tùy thuộc vào loại công việc của cánh tay robot và thao tác cần đối với từng loại công việc. Cánh tay robot có cấu tạo gồm 3 phần chính như sau:

2.1. Tay máy (Phần cứng)

Tay máy là một trong những phần chính cấu thành cánh tay robot, trực tiếp thực hiện các thao tác sản xuất trong công nghiệp, bao gồm các khớp, động cơ và cảm biến. Tay máy có thể được thiết kế với nhiều trục khác nhau giúp robot thực hiện các chuyển động một cách linh hoạt và đa dạng. Các cánh tay robot trong công nghiệp có từ 4 đến 6 khớp nối với 6 bậc tự do tương đương với 6 cách di chuyển khác nhau.

Vì là bộ phận trực tiếp thực hiện các thao tác nên tay máy được cấu tạo từ các thành phần có độ bền cao như gang và thép giúp cho cánh tay làm việc một cách bền bỉ và hiệu quả hơn.

2.2. Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển sẽ trực tiếp điều khiển chương trình chuyển động thao tác của cánh tay robot công nghiệp, các chương trình về chuyển động của robot sẽ được lập trình sẵn sau đó tiến hành chạy chương trình.

Chịu trách nhiệm điều khiển sau khi nhận và xử lý các tín hiệu từ bên ngoài. Sau khi nhận thông tin, bộ phận điều khiển sẽ phát thông tin để động cơ dịch chuyển theo yêu cầu, hình thành một chuỗi động học. Chức năng của hệ thống điều khiển cũng được phân cấp từ đơn giản như đến phức tạp.

2.3. Hệ thống quản lý và vận hành

Hệ thống quản lý và vận hành máy là phần mềm được cài đặt trên máy tính, được các kỹ thuật viên lập trình các chương trình để thực hiện các thao tác của cánh tay robot. Hệ thống điều khiển và quản lý sẽ được kết nối với nhau để truyền và nhận tin khi tay máy thực hiện các thao tác. Hệ thống này giúp cho việc vận hành thao tác của phần cứng cánh tay được diễn ra đúng với chương trình đã được lập trình và nhạy bén hơn đối với từng chuyển động trong suốt quá trình vận hành.

3. Nguyên lý hoạt động của cánh tay Robot

Nguyên lý hoạt động của cánh tay robot là dựa trên một phần mềm và hệ thống điều khiển đã được lập trình để thực hiện các thao tác của cánh tay robot trong hoạt động sản xuất công nghiệp, hệ thống điều khiển trực tiếp các thao tác chuyển động của phần cứng cánh tay để thực hiện các công việc như nhấc, nâng, lắp đặt, di chuyển,… tạo nên những chuyển động liên tục ổn định trong suốt thời gian dài giúp đem lại năng suất cao hơn.

Phần mềm lập trình đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách cánh tay robot hoạt động. Các chương trình và lệnh lập trình quyết định quy trình làm việc, chuyển động, thao tác từ các tác vụ cơ bản như gắp hay di chuyển vật phẩm đến các quy trình phức tạp như hàn hoặc lắp ráp. Một số hệ thống robot hiện đại còn tích hợp công nghệ máy học để cải thiện hiệu suất và khả năng thích ứng với các tình huống mới, giúp cánh tay robot làm việc hiệu quả và linh hoạt hơn trong môi trường sản xuất.

Sau khi được lập trình, chương trình hoạt động được truyền đến bộ điều khiển trung tâm, trong suốt quá trình hoạt động bộ điều khiển luôn nhận dữ liệu từ cảm biến vị trí và cảm biến lực. Cảm biến vị trí giúp theo dõi góc và vị trí của các khớp cánh tay, cảm biến lực đo lường lực và mô men xoắn tác động lên các phần gia công. Hệ thống điều khiển sử dụng thông tin này để điều chỉnh động cơ, đảm bảo cánh tay thực hiện các chuyển động chính xác, ổn định và linh hoạt.

4. Lợi ích của cánh tay robot trong công nghiệp

Cánh tay robot công nghiệp ra đời đáp ứng những tiêu chuẩn quan trọng trong công cuộc tiến tới tự động hóa những quy trình sản xuất mang lại một quy trình có hiệu suất cao, gồm những lợi ích tiêu biểu như sau:

4.1 Tính linh hoạt

Cánh tay robot công nghiệp mang lại tính linh hoạt vượt trội nhờ vào nguyên lý hoạt động theo chương trình được lập trình có thể dễ dàng điều chỉnh linh hoạt. Chúng có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lắp ráp, gắp vật phẩm đến sơn và hàn, có thể linh động chuyển đổi giữa các quy trình sản xuất khác nhau. Điều này giúp các nhà sản xuất nhanh chóng điều chỉnh nếu như có sự thay đổi trong yêu cầu sản phẩm hoặc quy trình.

4.2 Tính chính xác

Cánh tay robot đảm bảo độ chính xác cao trong sản xuất dựa vào những cảm biến và thuật toán điều khiển tiên tiến hiện đại. Robot có thể thực hiện các chuyển động với sai số rất nhỏ, giúp sản phẩm cuối cùng đồng nhất và đáp ứng những tiêu chuẩn chất lượng cao. Điều này rất quan trọng trong những ngành đòi hỏi sự chi tiết và độ chính xác cao như điện tử và ô tô.

4.3 Tính an toàn

Việc sử dụng cánh tay robot giúp cải thiện sự an toàn trong môi trường làm việc. Robot có thể thay thế con người trong các công nguy hiểm có điều kiện làm việc khắc nghiệt, độc hại giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động. Hơn nữa cánh tay robot công nghiệp được thiết lập thao tác chuyển trong một vị trí cụ thể có phạm vi đã được cần nhắc, từ đó đảm bảo an toàn hơn trong suốt quá trình hoạt động.

4.4 Tính nhanh chóng

Cánh tay robot hoạt động nhanh chóng, chính xác và hiệu quả, giúp tăng năng suất sản xuất, cánh tay robot có thể thực hiện các nhiệm vụ liên tục mà không cần phải nghỉ ngơi, từ đó giảm thời gian hoàn thành công việc và nâng cao năng suất.

4.5 Cải thiện chất lượng

Robot này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách giảm thiểu lỗi do yếu tố con người và ngoại cảnh. Sự chính xác và đồng nhất trong hoạt động của cánh tay robot giúp sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao và ổn định.

4.6 Giảm chi phí vận hành

Dù đầu tư ban đầu cho cánh tay robot có thể cao, nhưng về lâu dài chúng giúp giảm chi phí vận hành nhờ tiết kiệm chi phí lao động và tối ưu thời gian. Việc cánh tay robot công nghiệp giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm cũng góp phần đáng kể trong việc giảm chi phí liên quan đến xử lý lỗi và sửa chữa.

5. Ứng dụng phổ biến của cánh tay robot công nghiệp

5.1 Xếp chồng hàng hóa lên các pallet

Cánh tay robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong việc xếp chồng hàng hóa lên các pallet, giúp tối ưu hóa quy trình lưu kho và vận chuyển. Robot có khả năng gắp và xếp các sản phẩm theo các cấu hình khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, mà không bị mệt mỏi hay gặp lỗi. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn giúp giảm thiểu không gian lưu trữ và tăng cường sự đồng nhất trong cách sắp xếp hàng hóa.

5.2 Hàn cơ khí

Một ứng dụng quan trọng khác của cánh tay robot là hàn cơ khí. Robot hàn có khả năng thực hiện các thao tác hàn với độ chính xác cao, đảm bảo các mối hàn đều và chắc chắn. Chúng có thể thực hiện các kỹ thuật hàn khác nhau, như hàn hồ quang hoặc hàn điểm, trong các môi trường khắc nghiệt hoặc khó tiếp cận mà con người khó có thể làm được. Điều này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu rủi ro liên quan đến các lỗi hàn.

5.3 Kiểm tra chất lượng

Cánh tay robot cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm. Với các cảm biến và hệ thống thị giác máy tính tích hợp, robot có thể thực hiện các kiểm tra chính xác và nhanh chóng để phát hiện các lỗi hoặc sai sót trên sản phẩm. Robot có thể đo lường các thông số kỹ thuật, kiểm tra bề mặt và phát hiện các khuyết điểm mà mắt người có thể bỏ qua, từ đó đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng trước khi ra khỏi dây chuyền sản xuất.

5.4 Gắp, thả sản phẩm

Gắp và thả sản phẩm là một ứng dụng cơ bản nhưng quan trọng của cánh tay robot. Robot có thể thực hiện việc gắp các sản phẩm từ dây chuyền sản xuất, vận chuyển chúng đến vị trí cần thiết và thả xuống các khu vực quy định với độ chính xác cao. Quy trình này giúp tăng cường hiệu quả của dây chuyền sản xuất, giảm thời gian chuyển hàng và tối ưu hóa khả năng sắp xếp sản phẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất.

6. Quy trình lắp đặt cánh tay robot công nghiệp

Bước 1: Tham vấn với chuyên gia

Quá trình lắp đặt cánh tay robot công nghiệp bắt đầu bằng việc tham vấn với các chuyên gia trong lĩnh vực. Các kỹ sư và nhà tư vấn sẽ đánh giá yêu cầu sản xuất, không gian làm việc và các yếu tố kỹ thuật để xác định loại cánh tay robot phù hợp nhất. Họ sẽ thảo luận với khách hàng về các tính năng cần thiết, khả năng tích hợp với hệ thống hiện tại và các yêu cầu đặc thù của ứng dụng. Giai đoạn này là rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống robot được chọn và cấu hình chính xác, đáp ứng tốt nhất nhu cầu sản xuất.

Bước 2: Chế tạo và lắp đặt

Sau khi hoàn tất tham vấn, bước tiếp theo là chế tạo và lắp đặt cánh tay robot. Trong giai đoạn này, các kỹ sư sẽ lắp đặt robot tại vị trí đã được chỉ định, đảm bảo tất cả các bộ phận cơ khí và điện tử được kết nối chính xác. Quá trình này bao gồm việc gắn các khớp, cài đặt động cơ, kết nối dây điện và thiết lập hệ thống điều khiển. Cánh tay robot cần được lắp đặt đúng cách để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn trong môi trường sản xuất.

Bước 3: Giám sát sau lắp đặt

Khi việc lắp đặt hoàn tất, bước cuối cùng là giám sát sau lắp đặt. Các chuyên gia sẽ thực hiện các bài kiểm tra để đảm bảo rằng cánh tay robot hoạt động đúng như mong đợi và đáp ứng các yêu cầu sản xuất. Họ sẽ kiểm tra các chức năng của robot, điều chỉnh các cài đặt nếu cần và đào tạo nhân viên vận hành về cách sử dụng và bảo trì robot. Việc giám sát này giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong suốt quá trình sản xuất. Để tiến hành tự động hóa sản xuất thành công, doanh nghiệp cần lưu ý để lựa chọn kỹ lưỡng các loại cánh tay robot phù hợp.

7. Lưu ý khi lựa chọn cánh tay robot công nghiệp

7.1 Số trục cánh tay robot

Đối với cánh tay robot trong nhà máy, số lượng trục càng nhiều thì càng linh hoạt. Tuy nhiên, doanh nghiệp phải xem xét trên nhu cầu sử dụng. Robot dưới 5 trục sẽ phục vụ các nhiệm vụ đơn giản như nhấc, đặt sản phẩm. Với những thao tác phức tạp, cần di chuyển nhiều, doanh nghiệp nên lựa chọn robot có trên 5 trục.

7.2 Độ sải cánh tay robot

Độ sải hay tầm với là khoảng cách tối đa mà tay máy robot có thể vươn tới, được lo lường theo 2 chiều:

• Chiều ngang: Tính từ tâm chân đế đến điểm xa nhất của bộ kẹp.
• Chiều dọc: Khoảng cách từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất mà cánh tay robot có thể với.

Phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất mà nhà máy nên lựa chọn cánh tay có ưu thế về tầm với ngang hoặc tầng với dọc.

7.3 Tốc độ của robot

Thông số này được bên bán cung cấp trong quá trình tư vấn sản phẩm, tốc độ tối đa được đo bằng đơn vị độ/giây. Hãy đảm bảo tốc độ của chúng có khả năng phục vụ hoạt động sản xuất của doanh nghiệp và có khả năng tăng tốc độ, tối đa năng suất trong thời gian cao điểm.

7.4 Trọng tải

Đo lường trọng tải có thể nâng nhấc bao gồm trọng lượng của hàng hóa và thiết bị gắp. Cánh tay robot công nghiệp có trọng tải lớn hơn sản phẩm nặng nhất trong xưởng sản xuất mới đạt yêu cầu.

7.5 Độ chính xác

Tính chính xác sẽ liên quan đến sự trơn tru trong hoạt động lặp đi lặp lại của robot. Một số cánh tay robot được thiết kế với độ chính xác cao hơn sẽ có giá thành cao hơn, do có sự ảnh hưởng qua lại với các yếu tố như chân đế, tốc độ, tầm với.

8. Phân loại cánh tay robot công nghiệp

8.1. Cánh tay robot công nghiệp gắn khớp

Cánh tay robot gắn khớp là một trong những loại cánh tay robot phổ biến nhất cho công cuộc tự động hóa công nghiệp. Nó có một cánh tay cơ học duy nhất được gắn vào một cơ sở với một khớp xoay. Chúng có thể tự động hóa nhiều ứng dụng robot khác nhau, bao gồm hàn cắt cung, hàn điểm, sơn, lắp ráp, loại bỏ vật liệu, xử lý vật liệu, xếp đống và nhiều ứng dụng khác.

8.2. Cánh tay Robot hình chữ nhật

Cánh tay robot gắn khớp giống như cánh tay của con người và cho phép chuyển động cơ học và cấu hình. Đây là một trong những loại cánh tay robot phổ biến nhất cho tự động hóa công nghiệp. Nó có một cánh tay cơ học duy nhất được gắn vào một cơ sở với một khớp xoay. Robot sáu trục là loại cánh tay gắn khớp phổ biến nhất, và chúng thường có bốn đến sáu trục, cho phép phạm vi chuyển động rộng hơn. Chúng có thể tự động hóa nhiều ứng dụng robot khác nhau, bao gồm hàn cắt cung, hàn điểm, sơn, lắp ráp, loại bỏ vật liệu, xử lý vật liệu, xếp đống và nhiều ứng dụng khác.

8.3. Cánh tay robot công nghiệp trục trụ

Các robot trục trụ cũng là một loại cánh tay robot công nghiệp được thiết kế xung quanh một cánh tay đơn có khả năng di chuyển lên và xuống theo chiều dọc. Chúng có một khớp quay tại cơ sở và một khớp prismatic để kết nối các khớp. Những robot này rất nhỏ gọn và thường thực hiện các nhiệm vụ nhỏ và đơn giản như lắp ráp, phục vụ máy hoặc ứng dụng phủ.

8.4. Cánh tay robot công nghiệp DELTA

Các robot trục trụ cũng là một loại cánh tay robot công nghiệp được thiết kế xung quanh một cánh tay đơn có khả năng di chuyển lên và xuống theo chiều dọc. Chúng có một khớp quay tại cơ sở và một khớp prismatic để kết nối các khớp. Những robot này rất nhỏ gọn và thực hiện các nhiệm vụ nhỏ và đơn giản như lắp ráp, phục vụ máy hoặc ứng dụng phủ. Loại cánh tay robot này được thực hiện với một trục quay và một cánh tay có thể mở rộng hỗ trợ chuyển động theo chiều dọc và trượt.

8.5 Cánh tay robot cực tọa hoặc cực khí

Robot cực toạ, còn được gọi là robot cầu, được ghép nối với một cánh tay có hai khớp quay và một khớp tuyến tính. Các trục robot kết hợp để tạo ra một hệ tọa độ cực, cho phép nó có một không gian làm việc hình cầu. Ép khuôn, đúc ép, hàn và xử lý vật liệu là các ứng dụng phổ biến cho robot cực tọa..

8.6 Cánh tay robot SCARA

Selective Compliance Assembly Robot Arm được gọi là SCARA. Với ba trục (X, Y và Z) chuyển động của các robot SCARA được kết hợp với chuyển động quay. So với robot hình chữ nhật, robot SCARA hoạt động hiệu quả hơn trong các chuyển động chiều ngang, di chuyển nhanh chóng hơn và tích hợp dễ dàng hơn. Các cánh tay robot công nghiệp SCARA thường được sử dụng cho các ứng dụng y sinh học, xếp dỡ và lắp ráp.

9. Xu hướng sử dụng Robot trong công nghiệp và tự động hóa

Cánh tay robot đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành công nghiệp và tự động hóa nhờ khả năng cải thiện năng suất và giảm chi phí. Sự phát triển của công nghệ robot, bao gồm các robot cộng tác (cobots) và trí tuệ nhân tạo, cho phép cánh tay robot thực hiện các nhiệm vụ đa dạng và phức tạp hơn, từ lắp ráp và hàn đến kiểm tra chất lượng và xử lý vật liệu. Các ngành công nghiệp đang ngày càng tích cực áp dụng cánh tay robot để nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu lỗi và tối ưu hóa quy trình. Cánh tay robot không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí lao động mà còn nâng cao độ chính xác và đồng nhất của sản phẩm, thúc đẩy sự phát triển bền vững và cạnh tranh trong môi trường sản xuất hiện đại.Để khám phá chi tiết về công nghệ này, hãy đến ngay triển lãm NEPCON Vietnam 2024 để tận mắt chứng kiến những giải pháp công nghệ hàng đầu hướng về quy trình tự động hóa tối ưu sản xuất, việc gặp gỡ các chuyên gia đầu ngành đem lại những bài học hay ho và bổ ích, đặc biệt gặp gỡ các đơn vị cung ứng trực tiếp tại quầy hàng của họ và trực tiếp nghe tư vấn về sản phẩm công nghệ của họ để có cái nhìn tổng thể và trực quan hơn. Đăng ký tham gia ngay tại đây!