Robot 6 trục: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Khám phá robot 6 trục, từ định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến ứng dụng và lợi ích trong các ngành công nghiệp. Tìm hiểu về các tiêu chí lựa chọn và thương hiệu robot 6 trục hàng đầu.

Table of Contents

Trục của robot là gì?

Trong ngữ cảnh robot, một trục có thể được hiểu là một bậc tự do (DOF). Nếu một robot có 3 bậc tự do, nó có thể di chuyển theo các trục X-Y-Z. Tuy nhiên, nó không thể nghiêng hoặc xoay. Khi tăng số lượng trục (DOF), robot có thể tiếp cận nhiều không gian hơn.

Lưu ý rằng robot thường được mua với số lượng trục cố định và gần như không thể bổ sung thêm trục sau này. Một cách để xác định số lượng DOF của robot là đếm số lượng động cơ. Tuy nhiên, điều này có thể khó khăn do động cơ thường được tích hợp bên trong thân robot. Nhìn chung, số trục càng cao thì robot càng linh hoạt. Nếu bạn cần robot thực hiện một nhiệm vụ phức tạp, bạn sẽ cần một robot có nhiều trục hơn.

Phân loại robot theo số trục

Dưới đây là mô tả về các loại robot phổ biến theo số lượng DOF của chúng. Lưu ý rằng tùy theo nhà sản xuất, một loại robot có thể có số trục khác nhau, vì vậy hãy xem thông tin này như một hướng dẫn chung.

Robot 3 trục (3-axis robots)

Robot 3 trục – còn được gọi là robot Cartesian hoặc SCARA – có thể so sánh với máy CNC 3 trục hoặc máy in 3D. Chúng cho phép công cụ di chuyển dọc theo ba trục nhờ ba động cơ khác nhau.

Các robot này thường được sử dụng cho các thao tác pick-and-place đơn giản, trong đó bộ phận sẽ được đặt theo cùng một hướng và tại một vị trí cố định. Ví dụ: nếu robot cầm một bộ phận theo một hướng nhất định, nó phải di chuyển theo cùng hướng đó vì công cụ không thể xoay.

Một ví dụ điển hình của robot 3 trục là cần trục.

Robot 4 trục (4-axis robot)

Robot 4 trục có thể xoay bộ phận quanh một trục thứ tư trong khi vẫn di chuyển theo các trục X-Y-Z. Các loại robot SCARA, Delta và một số robot truyền thống thuộc nhóm này.

Robot 4 trục thường có 4 động cơ, trong đó trục thứ tư dùng để xoay công cụ. Ví dụ: nếu một bộ phận nằm trên băng chuyền, robot sẽ cần xác định vị trí của bộ phận (trục X-Y), di chuyển xuống theo chiều cao (trục Z), và cuối cùng xoay công cụ để phù hợp với hướng của bộ phận.

Robot 5 trục (5-axis robot)

Tại mức này, các robot công nghiệp truyền thống bắt đầu xuất hiện. Nhiều robot công nghiệp có 5 trục, cho phép chúng di chuyển dọc theo các trục X-Y-Z và xoay công cụ quanh hai trục khác.

Nói cách khác, robot có thể xoay quanh trục Z và trục Y, nhưng không thể xoay quanh trục X. Điều này có nghĩa là robot chưa có tự do hoàn toàn và vẫn có những vị trí không thể đạt được.

Một ví dụ về robot 5 trục là máy CNC 5 trục, trong đó công cụ có thể di chuyển dọc theo các trục X-Y-Z, bàn làm việc xoay quanh trục Z (tạo thành trục thứ 4) và bàn làm việc có thể nghiêng quanh một trục khác (tạo thành trục thứ 5).

Robot 6 trục (6- axis robot)

Robot 6 trục là gì

Robot 6 trục có đầy đủ bậc tự do tối thiểu: nó có thể di chuyển theo các trục X-Y-Z và xoay quanh từng trục này.

Sự khác biệt giữa robot 5 trục và 6 trục là các trục 4 và 5 của robot 6 trục có thể xoay quanh một trục khác, mang lại sự linh hoạt cao hơn. Một ví dụ điển hình của robot 6 trục là Universal Robot.

Robot 7 trục

7- axis robot

Nếu robot 6 trục đã có thể đạt đến mọi vị trí trong không gian, vậy tại sao cần đến robot 7 trục?

Trục thứ 7 giúp robot có thể đạt đến một vị trí theo nhiều cấu hình khớp khác nhau. Điều này giúp tránh các điểm kỳ dị (singularities) và hỗ trợ robot di chuyển quanh các vật cản bằng cách điều chỉnh cánh tay linh hoạt hơn so với robot 6 trục.

Một ví dụ về robot 7 trục là dòng Motoman SDA. Các robot này còn được gọi là robot “dư bậc” (redundant robots) vì có thêm một trục so với mức cần thiết.

Robot 12 và 13 trục

Đây thực chất là hai robot 6 trục kết hợp với nhau để tạo thành một robot hai tay. Nếu đế của robot có thể xoay quanh chính nó, nó sẽ có thêm một trục, nâng tổng số lên 13.

Tuy nhiên, trong không gian 3D, các robot này không thể mở rộng phạm vi hoạt động hơn so với robot 6 hoặc 7 trục, vì chúng vẫn chỉ hoạt động trong ba chiều không gian mà con người có thể nhận thức.

Robot 6 trục là gì?

Robot 6 trục là một loại robot công nghiệp có 6 bậc tự do, cho phép nó di chuyển và thao tác linh hoạt trong không gian ba chiều. Sáu khớp (hay trục) này cho phép robot thực hiện các chuyển động phức tạp, tương tự như cánh tay con người.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của robot 6 trục

Một robot 6 trục điển hình sẽ bao gồm:

Thân robot (Base): Đây là phần nền tảng, thường được gắn cố định xuống sàn hoặc trên bàn làm việc. Thân robot chứa đựng bộ xử lý trung tâm, nguồn điện và các thành phần điện tử khác.
Tay robot (Arm): Gồm nhiều đoạn (links) kết nối với nhau qua các khớp. Vật liệu chế tạo tay robot thường là hợp kim nhôm hoặc thép để đảm bảo độ cứng vững và chịu lực.
Khớp nối (Joints): Đây là các khớp xoay, cho phép các đoạn tay robot di chuyển tương đối với nhau. Robot 6 trục có 6 khớp, mỗi khớp tương ứng với một bậc tự do (Degree of Freedom – DOF).
Bộ truyền động (Actuators): Các động cơ điện (thường là động cơ servo) được sử dụng để tạo ra chuyển động cho các khớp.
Hệ thống điều khiển (Control System): “Bộ não” của robot, bao gồm bộ điều khiển trung tâm (Controller) và phần mềm điều khiển. Hệ thống này nhận tín hiệu từ các cảm biến, lập trình và điều khiển các động cơ để robot thực hiện các chuyển động theo yêu cầu.
Công cụ (End-effector): Phần cuối cùng của tay robot, được gắn vào khớp thứ 6. Công cụ có thể là kìm, mỏ hàn, đầu phun sơn, camera… tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.

Nguyên lý hoạt động của robot 6 trục

Robot 6 trục hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển chuyển động. Hệ thống điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến các động cơ để di chuyển các khớp theo một trình tự và tốc độ đã được lập trình.

Trục 1 (Base) – Xoay quanh trục thẳng đứng:

Chức năng:

Trục này nằm ở phần đế của robot, cho phép toàn bộ robot xoay 360 độ (hoặc một phạm vi gần như vậy) quanh trục thẳng đứng của nó.
Điều này giống như việc bạn xoay người tại chỗ.

Tác động:

Trục 1 quyết định vị trí ngang của robot trong không gian làm việc.
Nó cho phép robot tiếp cận các điểm khác nhau trong một khu vực rộng lớn mà không cần di chuyển vị trí của đế robot.
Trong các ứng dụng như hàn hoặc sơn, trục này giúp robot di chuyển dọc theo các đường cong hoặc xung quanh các vật thể.

Trục 2 (Shoulder) – Di chuyển lên xuống:

Chức năng:

Trục này nằm ở phần “vai” của cánh tay robot, cho phép cánh tay di chuyển lên xuống theo một vòng cung.
Nó điều chỉnh độ cao của cánh tay robot.

Tác động:

Trục 2 xác định phạm vi chiều cao mà robot có thể hoạt động.
Nó cho phép robot tiếp cận các điểm ở các độ cao khác nhau, ví dụ như nâng hoặc hạ vật thể.
Trong các ứng dụng lắp ráp, trục này giúp robot đặt các bộ phận ở các vị trí khác nhau theo chiều dọc.

Trục 3 (Elbow) – Mở rộng và thu lại:

Chức năng:

Trục này nằm ở phần “khuỷu tay” của cánh tay robot, cho phép cánh tay mở rộng ra hoặc thu lại.
Nó điều chỉnh tầm với của cánh tay robot.

Tác động:

Trục 3 quyết định khoảng cách mà robot có thể vươn tới.
Nó cho phép robot tiếp cận các điểm ở các khoảng cách khác nhau, ví dụ như lấy vật thể từ xa hoặc đặt vật thể gần.
Trong các ứng dụng gia công, trục này giúp robot di chuyển công cụ cắt đến các vị trí khác nhau trên phôi.

Trục 4 (Wrist Roll) – Xoay tròn cổ tay:

Chức năng:

Trục này nằm ở phần “cổ tay” của robot, cho phép cổ tay xoay tròn 360 độ.
Nó điều chỉnh hướng xoay của công cụ đầu cuối.

Tác động:

Trục 4 cho phép robot xoay công cụ đầu cuối theo hướng mong muốn.
Trong các ứng dụng hàn, trục này giúp robot duy trì góc hàn chính xác.
Trong các ứng dụng lắp ráp, trục này giúp robot xoay các bộ phận đến vị trí chính xác.

Trục 5 (Wrist Pitch) – Nghiêng lên xuống cổ tay:

Chức năng:

Trục này cũng nằm ở phần “cổ tay” của robot, cho phép cổ tay nghiêng lên xuống theo một vòng cung.
Nó điều chỉnh góc nghiêng của công cụ đầu cuối.

Tác động:

Trục 5 cho phép robot nghiêng công cụ đầu cuối theo góc mong muốn.
Trong các ứng dụng sơn, trục này giúp robot phun sơn đều lên bề mặt.
Trong các ứng dụng kiểm tra, trục này giúp robot di chuyển cảm biến đến các góc khác nhau.

Trục 6 (Wrist Yaw) – Xoay trái và phải cổ tay:

Chức năng:

Trục này nằm ở phần cuối cùng của “cổ tay” robot, cho phép cổ tay xoay trái và phải.
Nó điều chỉnh hướng xoay ngang của công cụ đầu cuối.

Tác động:

Trục 6 kết hợp với trục 4,5 giúp robot định hướng công cụ đầu cuối 1 cách tối ưu nhất.
Trong các ứng dụng cần độ linh hoạt cao, thì trục 6 là 1 trục rất quan trọng.

Các loại động cơ và hệ thống điều khiển

Động cơ: Robot 6 trục thường sử dụng động cơ điện xoay chiều (AC servo motor) hoặc động cơ bước (stepper motor). Động cơ servo được ưa chuộng hơn vì độ chính xác và khả năng điều khiển tốc độ cao.
Hệ thống điều khiển:
- PLC (Programmable Logic Controller): PLC là một loại máy tính chuyên dụng được sử dụng để điều khiển các thiết bị trong công nghiệp. PLC có thể được sử dụng để điều khiển robot 6 trục, đặc biệt là trong các ứng dụng đơn giản.
- Hệ thống điều khiển chuyên dụng cho robot: Đây là loại hệ thống điều khiển được thiết kế riêng cho robot, có nhiều tính năng và thuật toán điều khiển phức tạp, giúp robot thực hiện các tác vụ phức tạp một cách chính xác và hiệu quả.

Lợi ích khi sử dụng robot 6 trục

Sử dụng robot 6 trục mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho doanh nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh sản xuất hiện đại và cạnh tranh ngày càng khốc liệt:

Linh hoạt và đa năng: Với khả năng vận hành đa hướng và chuyển động mượt mà theo 6 trục, robot có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp như lắp ráp, hàn, sơn, và vận chuyển với phạm vi hoạt động rộng, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Độ chính xác cao: Công nghệ tiên tiến cho phép robot đạt độ chính xác và độ lặp lại vượt trội, giảm thiểu sai sót và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.
Tích hợp dễ dàng vào dây chuyền sản xuất: Giao diện lập trình thân thiện cùng khả năng tùy biến cao giúp robot dễ dàng được tích hợp vào các hệ thống tự động hóa hiện đại, rút ngắn thời gian triển khai và vận hành.
An toàn khi làm việc cùng con người: Các robot 6 trục, đặc biệt là dòng robot cộng tác, được trang bị công nghệ cảm biến và thiết kế an toàn, giúp đảm bảo sự tương tác an toàn giữa robot và nhân viên, mở ra nhiều cơ hội cho sản xuất linh hoạt.
Tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả: Khi áp dụng tự động hóa với robot 6 trục, doanh nghiệp có thể giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất và giảm thiểu rủi ro trong sản xuất, từ đó gia tăng lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

Ứng dụng của robot 6 trục trong công nghiệp

Robot 6 trục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:

Gia công cơ khí: Cắt, gọt, phay, tiện, mài…
Sản xuất ô tô: Lắp ráp, hàn, sơn, kiểm tra chất lượng…
Đóng gói và lắp ráp sản phẩm: Sắp xếp, đóng gói, dán nhãn…
Ngành điện tử: Lắp ráp linh kiện, kiểm tra chất lượng, hàn mạch…
Công nghệ hàn: Hàn điểm, hàn hồ quang…
Các ứng dụng khác: Y tế (phẫu thuật), logistics (kho bãi), dịch vụ…

Tiêu chí lựa chọn robot 6 trục phù hợp

Để chọn được robot 6 trục phù hợp, bạn cần cân nhắc các tiêu chí sau để đảm bảo sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất:

Yêu cầu công việc cụ thể: Xác định tác vụ cần tự động hóa (gắp, lắp ráp, hàn, sơn, v.v.) để lựa chọn robot với chức năng và tính năng phù hợp.
Khả năng tải trọng và phạm vi làm việc: Đánh giá tải trọng tối đa và phạm vi hoạt động của robot, đảm bảo nó có thể xử lý được vật liệu và khu vực làm việc của bạn.
Độ chính xác và lặp lại: Robot cần có độ chính xác cao và khả năng lặp lại tốt, đặc biệt quan trọng với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác như lắp ráp hay hàn.
Tính linh hoạt và dễ lập trình: Giao diện lập trình thân thiện và khả năng tích hợp dễ dàng với các hệ thống hiện có sẽ giúp bạn tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình triển khai.
Tính an toàn khi làm việc chung với con người: Đối với các robot cộng tác, yếu tố an toàn là cực kỳ quan trọng để đảm bảo sự tương tác an toàn giữa robot và nhân viên.
Chi phí đầu tư và tổng chi phí sở hữu: Ngoài chi phí mua ban đầu, hãy cân nhắc chi phí vận hành, bảo trì và khả năng mở rộng trong tương lai để đảm bảo đầu tư hiệu quả.
Hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ sau bán hàng: Lựa chọn nhà cung cấp có dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật, bảo trì và tư vấn chuyên nghiệp sẽ giúp quá trình vận hành được ổn định và bền vững.

Top các thương hiệu robot 6 trục

Universal Robots: Chuyên phát triển robot cộng tác (cobot) với khả năng làm việc an toàn bên cạnh con người. Sản phẩm của họ nổi bật với tính dễ lập trình và triển khai nhanh, phù hợp với nhiều ứng dụng sản xuất từ nhẹ đến trung bình.
ABB: Là một trong những tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới, ABB cung cấp các giải pháp robot 6 trục đa dạng cho các ngành công nghiệp, từ hàn, lắp ráp đến vận chuyển vật liệu, đảm bảo hiệu quả cao trong sản xuất.
Fanuc: Nổi tiếng với độ bền vượt trội và khả năng hoạt động liên tục, Fanuc luôn là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất và độ chính xác tuyệt đối trong môi trường công nghiệp khắt khe.
KUKA: Với công nghệ tiên tiến và chất lượng sản xuất tiêu chuẩn Đức, KUKA cung cấp các robot 6 trục có khả năng xử lý các quy trình sản xuất phức tạp, từ lắp ráp, vận chuyển đến các ứng dụng đòi hỏi sự linh hoạt cao.
Yaskawa: Được biết đến với hệ thống servo motor mạnh mẽ, Yaskawa mang đến các giải pháp robot 6 trục đáng tin cậy, linh hoạt và thích ứng tốt với nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất tự động đến xử lý vật liệu.

Tại sao nên chọn Universal Robots?

Universal Robots cam kết mang tới giải pháp cánh tay robot công nghiệp 6 trục linh hoạt, an toàn và dễ sử dụng đến các doanh nghiệp ở mọi quy mô, trên toàn thế giới. Chúng tôi phát triển robot cộng tác công nghiệp để tự động hoá và sắp xếp các quy trình công nghiệp lặp lại. Cách tiếp cận này cho phép các bộ phận sản xuất có thể phân công nhân sự làm những công việc thú vị hơn – để họ phát triển năng lực trong những công việc có nhiều thách thức mới, từ đó tăng giá trị cho công ty.

Các dòng robot Universal Robots phổ biến

UR3e: Với khả năng chịu tải lên đến 3 kg, UR3e là giải pháp lý tưởng cho các tác vụ chính xác, nhẹ nhàng như lắp ráp chi tiết, kiểm tra chất lượng và các ứng dụng trong không gian làm việc hạn chế.
UR5e: Với tải trọng tối đa 5 kg, UR5e cân bằng giữa kích thước nhỏ gọn và phạm vi hoạt động rộng, phù hợp cho các nhiệm vụ đóng gói, lắp ráp và chuyển giao vật liệu nhẹ trong môi trường sản xuất hiện đại.
UR10e: với khả năng chịu tải 10 kg, mang lại phạm vi vận hành rộng và hiệu suất cao cho các ứng dụng đòi hỏi tương tác với các hệ thống tự động phức tạp, từ lắp ráp đến vận chuyển các bộ phận công nghiệp.
UR16e: Dòng mạnh mẽ nhất với tải trọng lên đến 16 kg, UR16e được thiết kế cho những ứng dụng nặng, đảm bảo hiệu suất ổn định trong môi trường sản xuất khắc nghiệt và các quy trình đòi hỏi độ chính xác cùng khả năng chịu lực cao.

Servo Dynamics: Nhà phân phối chính thức của Universal Robots tại Việt Nam

Servo Dynamics tự hào là nhà phân phối chính thức của Universal Robots tại Việt Nam. Chúng tôi cam kết cung cấp các giải pháp robot cộng tác chất lượng cao, dịch vụ tư vấn, lắp đặt và hỗ trợ kỹ thuật tận tình, giúp khách hàng khai thác tối đa tiềm năng của cobot Universal Robots.