Cánh Tay Robot Hoạt Động Như Thế Nào? Tìm Hiểu Từ A-Z

Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào những cánh tay máy móc trong các nhà máy có thể làm việc chính xác và không ngừng nghỉ? Đó chính là cánh tay robot! Được thiết kế để thực hiện các công việc nặng nhọc, nguy hiểm và lặp đi lặp lại, cánh tay robot giúp tăng năng suất và giảm chi phí. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá cách mà một cánh tay robot hoạt động, từ cấu tạo đến ứng dụng thực tế.

Cánh Tay Robot Là Gì?

Cánh tay robot (Robotic arm) là một bộ phận quan trọng của robot công nghiệp, là một cánh tay cơ khí có thể lập trình để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau. Nó được cấu tạo từ nhiều đoạn khớp nối, hay còn gọi là “trục”. Mỗi đoạn này đều có một động cơ bước (stepper motor) hoặc động cơ servo (servo motor) giúp chúng di chuyển theo một chuyển động cụ thể.

Càng nhiều khớp hay trục, cánh tay robot càng có khả năng di chuyển linh hoạt và rộng hơn. Những trục có động cơ này giúp robot thực hiện các chuyển động chính xác, đảm bảo độ chuẩn xác cao.

Robot công nghiệp được đặt vào vị trí sao cho cánh tay robot có thể vươn tới các vật thể cần xử lý. Một cánh tay robot sáu trục có thể di chuyển theo sáu hướng khác nhau, mang lại sự linh hoạt tối đa.

Khu vực mà mỗi cánh tay robot có thể hoạt động được gọi là “vùng làm việc” (work envelope). Cánh tay robot cũng điều khiển “bộ phận cuối” (end-effector) – là công cụ gắn ở đầu cánh tay. Trong quá trình hoạt động, cánh tay robot sẽ tự định vị để tiếp cận vật thể, sau đó sử dụng bộ phận cuối để hoàn thành nhiệm vụ.

Để thực hiện các công việc sản xuất, cánh tay robot cần được lập trình. Việc này thường được thực hiện thông qua bộ điều khiển và thiết bị dạy học (teaching pendant). Một số cánh tay robot còn có thể được lập trình bằng cách di chuyển thủ công.

Hiểu Rõ Hơn Về Cách Hoạt Động Của Cánh Tay Robot

Cánh tay robot thường là một cánh tay kim loại, thường có từ 4 đến 6 khớp nối, được sử dụng trong nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau. Chúng có hình dáng khá giống cánh tay người, với các phần tương tự như cổ tay, cẳng tay, khuỷu tay và vai. Các khớp nối khác nhau cho phép chúng có “bậc tự do” (degrees of freedom) cần thiết để di chuyển.

Cánh tay robot công nghiệp được chế tạo từ thép hoặc gang, từ phần đế đến cổ tay. Một bộ điều khiển robot sẽ quay động cơ gắn với từng khớp. Đối với những cánh tay robot lớn hơn, dùng để mang vác vật nặng, chúng có thể sử dụng hệ thống thủy lực hoặc khí nén để cấp năng lượng.

Chức năng chính của cánh tay là di chuyển bộ phận cuối, có thể dùng để nhặt, đặt, di chuyển hoặc hàn một bộ phận, hoặc thậm chí cả một sản phẩm hoàn chỉnh. Tùy thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất, những cánh tay robot này có thể được lập trình để thực hiện một nhiệm vụ duy nhất hoặc nhiều nhiệm vụ khác nhau.

Không chỉ dùng để nâng vật nặng, xếp hàng hóa lên pallet hay hàn ô tô, những cánh tay robot này còn được sử dụng cho các công việc nhỏ hơn. Chúng có thể lắp ráp những bo mạch chủ hay bộ vi xử lý nhỏ nhất với độ chính xác và tỉ mỉ đáng kinh ngạc.

Những “kỳ quan kim loại” này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất trong nhiều năm tới.

Tầm Quan Trọng Của Các Khớp Nối Trong Cánh Tay Robot

Vì cánh tay robot được thiết kế lấy cảm hứng từ cánh tay người, chúng ta thường thấy chúng có nhiều khớp nối, giúp chúng di chuyển tự do và linh hoạt. “Khớp nối” (joint) là bất kỳ phần nào có thể di chuyển được của cánh tay robot.

Mỗi khớp hoạt động độc lập nhưng cũng phối hợp nhịp nhàng với các khớp khác để đạt hiệu suất tối đa. Đây là lý do tại sao một cánh tay robot có thể di chuyển lên xuống đồng thời xoay. Tóm lại, cánh tay robot không thể hoạt động nếu thiếu khớp nối, và một cánh tay robot công nghiệp phải có ít nhất hai khớp nối.

Số lượng khớp nối càng nhiều, khả năng di chuyển của cánh tay robot càng tăng. Các khớp nối này – thường được gọi là “trục” – rất quan trọng trong việc xác định cách một cánh tay robot sẽ hoạt động. Khớp nối cho phép tự do di chuyển và làm cho robot trở nên cực kỳ linh hoạt.

Khớp nối cung cấp một cấu trúc giúp việc bảo trì và sửa chữa trở nên đơn giản. Khi xảy ra lỗi, việc tìm ra nguyên nhân đến từng khớp trở nên dễ dàng hơn thay vì phải phỏng đoán.

Các khớp nối linh hoạt, cho phép cánh tay robot xoắn, xoay và di chuyển lên xuống.

Các Cấu Hình Khác Nhau Của Cánh Tay Robot

Khi chọn một robot công nghiệp, cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm mục đích sử dụng, tốc độ yêu cầu, mức độ chính xác và liệu nó có hoạt động trong môi trường cộng tác hay không. Tất cả những yếu tố này, và nhiều yếu tố khác nữa, được kết hợp để xác định robot công nghiệp tốt nhất cho một công việc. Cấu hình của robot là một trong những yếu tố chính chi phối cách robot công nghiệp di chuyển và giới hạn không gian làm việc của nó. Có sáu loại cấu hình robot chính: Cartesian, Cylindrical, Spherical, SCARA, Articulated và Delta.

1. Cartesian (Robot Tọa Độ Đề-các)

• Giải thích: Robot di chuyển theo từng trục tọa độ Đề-các theo đường thẳng (x, y, z). Nó có vùng làm việc hình hộp.
• Ứng dụng phổ biến: Nhiều máy in 3D có vòi phun được bố trí theo kiểu Cartesian.

2. Cylindrical (Robot Hình Trụ)

• Giải thích: Cho phép công cụ của nó quay quanh một trục trung tâm. Công cụ cũng có thể di chuyển lên xuống theo trục trung tâm, cũng như cả hai hướng tiến và lùi so với trục đó. Với cấu hình này, một vùng làm việc hình trụ được tạo ra.
• Ứng dụng phổ biến: Cấu hình này thường được sử dụng để hàn điểm, xử lý máy đúc khuôn và dụng cụ máy, và các nhiệm vụ lắp ráp.

3. Spherical (Robot Hình Cầu)

• Giải thích: Cấu hình này tạo ra chuyển động công cụ quét ra một không gian làm việc có hình dạng giống hình cầu. Nó cho phép công cụ quay quanh một trục chính và một trục thứ hai được đặt ở góc 90 độ so với trục chính. Công cụ cũng có thể xoay quanh một trục.
• Ứng dụng phổ biến: Chúng thường được sử dụng trong xử lý vật liệu, hàn và đúc khuôn.

4. SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm)

• Giải thích: Sử dụng các điểm xoay để cho phép công cụ của nó di chuyển theo cả chuyển động hình trụ và Cartesian. Điều này cho phép công cụ di chuyển nhanh hơn và dễ dàng hơn khi thực hiện các chuyển động cụ thể, như một cung tròn.
• Ứng dụng phổ biến: Robot SCARA được sử dụng trong các ứng dụng y sinh, lắp ráp và xếp pallet.

5. Articulated (Robot Khớp Nối)

• Giải thích: Đây là hình ảnh robot công nghiệp thường xuất hiện trong tâm trí khi thuật ngữ này được sử dụng. Nó phải có một khớp cổ tay, một khớp khuỷu tay và ít nhất một khớp vai. Nhiều trường hợp cấu hình này có thể bao gồm cả trục chính và trục phụ.
• Ứng dụng phổ biến: Một vài ứng dụng phổ biến của robot khớp nối bao gồm đóng gói, hàn hồ quang, xử lý vật liệu và vận hành máy móc. Một ví dụ về cấu hình khớp nối là VEX V5 Workcell.

Ví dụ nổi bật về Robot Khớp nối – Cobot 6 trục từ Universal Robots:

Trong phân khúc robot khớp nối, Universal Robots là một cái tên tiên phong, đặc biệt trong lĩnh vực robot cộng tác (cobots). Các cobot của Universal Robots không chỉ sở hữu cấu trúc khớp nối với 6 trục (6-axis) mạnh mẽ, cho phép chúng thực hiện các chuyển động cực kỳ linh hoạt và phức tạp tương tự cánh tay người, mà còn được thiết kế đặc biệt để làm việc an toàn trực tiếp với con người mà không cần rào chắn bảo vệ.

Điểm đặc biệt này đã đưa Universal Robots trở thành nhà dẫn đầu thị trường cobot toàn cầu. Chẳng hạn, các mẫu UR5e hoặc UR10e của họ là những ví dụ điển hình về cobot 6 trục.

Chúng có thể được lập trình dễ dàng để thực hiện các công việc từ lắp ráp linh kiện nhỏ, đánh bóng bề mặt, đến cấp phôi cho máy CNC hay kiểm tra chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu các công việc lặp đi lặp lại cho công nhân. Sự kết hợp giữa khả năng vận động linh hoạt của robot khớp nối và tính năng an toàn cộng tác đã mở ra kỷ nguyên mới cho tự động hóa trong sản xuất.

6. Delta (Parallel – Robot Song Song)

• Giải thích: Đây là loại cấu hình robot có thể di chuyển công cụ của nó nhanh nhất. Để cho phép công cụ của nó nhanh chóng quét không gian làm việc, nó sử dụng các kết nối song song.
• Ứng dụng phổ biến: Robot Delta có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm nhặt và đặt vật thể nhanh chóng và linh hoạt trong các hoạt động phân loại.

“Vùng Làm Việc” Của Cánh Tay Robot Là Gì?

“Vùng làm việc” là một khu vực có hình dạng hình học nơi robot có thể hoạt động. Nó phụ thuộc vào số bậc tự do, kích thước, loại và phạm vi của bộ phận cuối của robot, cũng như bất kỳ bộ phận nào của robot có thể tương tác với môi trường, ví dụ như một cái kẹp. Số lượng bộ truyền động tuyến tính hoặc góc xác định hình dạng của vùng làm việc.

Vùng làm việc quyết định mục đích sử dụng lý tưởng cho robot. Kích thước và hình dạng của vùng làm việc tại vị trí hoạt động phải được xác định khi lựa chọn hoặc thiết kế robot cho một nhiệm vụ. Để ngăn ngừa tai nạn, vùng làm việc đôi khi có thể cần được giới hạn bởi các cảm biến báo động cho bộ điều khiển.

Cánh Tay Robot Điều Khiển Bộ Phận Cuối (End-Effector) Như Thế Nào?

Bộ phận cuối (end-effector), hay còn gọi là “thiết bị đầu cuối” (end-of-arm tooling), là một công cụ được gắn ở đầu cánh tay robot để thao tác với các vật thể. Nó chỉ hoạt động khi người dùng kích hoạt thông qua phần mềm tương ứng.

Nói cách khác, bộ phận cuối là thứ thực hiện các công việc như nhặt và đặt vật phẩm, lắp ráp các bộ phận sản phẩm, xếp chồng thùng carton và gói hàng, v.v. Cánh tay robot cần thiết để tự động hóa và cải thiện một quy trình, nhưng chính bộ phận cuối mới cho phép robot thực hiện công việc. Các bộ phận cuối khác nhau phù hợp với các mục đích khác nhau, và việc lựa chọn bộ phận cuối phụ thuộc vào nhiệm vụ đang thực hiện.

Cánh Tay Robot Thực Hiện Các Ứng Dụng Sản Xuất Như Thế Nào?

Một trong những lợi thế chính của cánh tay robot công nghiệp là tính linh hoạt của chúng, có thể xử lý nhiều ứng dụng khác nhau, từ những tác vụ đơn giản nhất đến phức tạp nhất, trong những điều kiện an toàn nhất hoặc khắc nghiệt nhất. Ngoài việc loại bỏ công nhân khỏi những tình huống tiềm ẩn nguy hiểm, việc tự động hóa các loại hoạt động này còn giúp giải phóng nhân sự để thực hiện các nhiệm vụ có giá trị cao hơn, như tương tác với khách hàng. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến nhất của cánh tay robot trong sản xuất hiện nay:

Xếp Pallet (Palletizing)

Cánh tay robot có thể tự động hóa quy trình xếp các vật phẩm hoặc sản phẩm lên pallet. Việc xếp pallet trở nên chính xác, tiết kiệm hơn và dễ dự đoán hơn khi được tự động hóa. Cánh tay robot giúp giải phóng nhân viên khỏi những công việc nguy hiểm có thể gây ra thương tích.

Xử Lý Vật Liệu (Material Handling)

Bằng cách đảm bảo rằng các sản phẩm và vật liệu được lưu trữ, tiếp cận hoặc vận chuyển đúng cách, cánh tay robot xử lý vật liệu có thể hỗ trợ tạo ra một nhà kho an toàn và hiệu quả. Tự động hóa các quy trình này có thể tăng năng suất của cơ sở, tăng tốc độ giao hàng cho khách hàng và giảm chấn thương cho người lao động.

Hàn (Welding)

Robot có khả năng hàn trong các môi trường công nghiệp công nghệ cao như sản xuất ô tô. Hàn là một lựa chọn tuyệt vời cho các robot phức tạp để giải thích tại sao khả năng nhìn và tăng cường AI có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng sản phẩm.

Kiểm Tra (Inspection)

Việc xác định các vấn đề chất lượng sản xuất mất nhiều thời gian hơn vì việc kiểm tra chất lượng thường được hoàn thành sau một dây chuyền sản xuất. Các doanh nghiệp có thể hưởng lợi từ việc kiểm tra theo thời gian thực bằng cách tăng cường robot với hệ thống thị giác và AI, giúp giảm lãng phí và thời gian ngừng hoạt động.

Nhặt và Đặt (Pick and Place)

Robot nhặt và đặt vật phẩm thường được sử dụng trong logistics và sản xuất hiện đại. Để tăng tốc độ sản xuất và phân phối hàng hóa, chúng được trang bị các hệ thống thị giác máy tiên tiến có thể nhanh chóng và hiệu quả nhận dạng một vật thể, kẹp nó và vận chuyển nó từ nơi này sang nơi khác.

Kết Luận

Hoạt động của cánh tay robot rất hữu ích cho các mục đích công nghiệp và sản xuất khác nhau, đòi hỏi tốc độ, độ chính xác và tính lặp lại. Cánh tay robot ngày nay được sử dụng để tạo ra lợi tức đầu tư nhanh hơn và cải thiện năng suất trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực.

Chúng mang lại độ chính xác cao và loại bỏ con người khỏi việc thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm. Trên hết, chúng đã trở nên kinh tế hơn nhiều và thường được bán kèm theo các phụ kiện khác nhau cho các nhiệm vụ được giao. Vậy bạn còn chần chừ gì nữa? Hãy trang bị một cánh tay robot ngay hôm nay để đạt được các mục tiêu công nghiệp của bạn!

Về Servo Dynamics Engineering – Nhà Phân Phối Ủy Quyền Robot Universal Tại Việt Nam

Bạn đang tìm kiếm giải pháp cánh tay robot tối ưu cho doanh nghiệp tại Việt Nam? Servo Dynamics Engineering tự hào là nhà phân phối ủy quyền của Universal Robots – thương hiệu robot cộng tác (cobots) hàng đầu thế giới.

Với kinh nghiệm và chuyên môn sâu rộng trong lĩnh vực tự động hóa, chúng tôi cam kết mang đến những giải pháp robot tiên tiến, giúp các doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí. Đội ngũ kỹ sư của chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn, lắp đặt và hỗ trợ kỹ thuật tận tình, đảm bảo hệ thống robot hoạt động trơn tru và hiệu quả nhất, đáp ứng mọi yêu cầu khắt khe từ khách hàng.