Cánh tay robot công nghiệp và những ứng dụng trong sản xuất

Cánh tay robot công nghiệp những năm gần đây đã trở thành ‘trợ thủ đắc lực’ trong các nhà máy sản xuất. Cánh tay robot có vai trò quan trọng, thay thế con người trong các hoạt động sản xuất mang tính lặp lại và trong các môi trường làm việc rủi ro cao.

1. Cánh tay robot công nghiệp là gì?

Khái niệm

Cánh tay robot công nghiệp (Cánh tay cơ khí) là một thiết bị được lập trình để hoạt động tương tự như cánh tay con người, với các khớp chuyển động theo một trục dọc và có thể xoay theo các hướng nhất định.

Hầu hết các robot công nghiệp được chế tạo và lập trình để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. Kích cỡ của chúng có thể nhỏ để cầm nắm để thực hiện các thao tác phức tạp, hoặc đủ lớn để nâng nhấc khối lượng nặng.

Cánh tay robot lần đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô với công việc hàn lặp đi lặp lại. Đến nay, nhờ sự phát triển của công nghệ nó đã góp mặt trong nhiều lĩnh vực: cơ khí, y tế, thực phẩm, hàng không vũ trụ, …

Cấu tạo của cánh tay robot 

Cánh tay robot được cấu tạo bởi 3 phần:

Tay máy (Phần cứng)

Phần tay máy thường được chế tạo từ gang và thép – những vật liệu có độ bền cao. Tay máy được mô phỏng như cánh tay người, có phần cổ tay, cẳng tay, khuỷu tay, vai và chân đế. Các cánh tay robot trong công nghiệp có từ 4 – 6 khớp nối với 6 bậc tự do tương đương với 6 cách di chuyển khác nhau.

Hệ thống điều khiển

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 chức năng phức tạp.

Hệ thống quản lý và vận hành

Đây là phần mềm được cài đặt trên máy tính, nơi các kỹ thuật viên lập trình các thao tác của robot. Hệ thống quản lý và điều khiển sẽ được kết nối với nhau để truyền và nhận tin.

Cấu tạo phần cứng của cánh tay robot công nghiệp bao gồm: Chân trục, vai, cánh tay trên, khuỷu tay, cánh tay, cổ tay và tay gắp

2. Một vài ứng dụng cánh tay robot 

Trong các nhà máy thông minh, cánh tay robot được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Với tốc độ cao, độ chính xác lớn, độ rung thấp, cánh tay robot không chỉ có thể cải thiện đáng kể hoạt động sản xuất, giúp lắp ráp chính xác cao mà còn hoạt động ổn định khi nó di chuyển nhanh chóng đến một địa điểm cụ thể.

Bên cạnh đó, cánh tay robot cũng có thể được tùy chỉnh để làm các tác vụ hỗ trợ định lượng trong các dây chuyền sản xuất và góp phần nâng cao năng suất nhờ các báo cáo dữ liệu được trích xuất trong thời gian thực, thông qua tích hợp cảm biến, thuật toán tự học, đo lường và tích hợp với hệ thống ERP, MES trong sản xuất.

Một vài ứng dụng phổ biến của cánh tay robot phổ như sau:

Xếp chồng hàng hóa lên các pallet

Đây được gọi là dòng Robot Palletizing. Các thuật toán lập trình cho phép dòng robot này có thể gắp hàng từ ray trượt rồi xếp chồng và lấp đầy vào các pallet một cách tuần tự. Với trọng tải lớn, nhiều tay máy robot có khả năng di chuyển các vật liệu nặng như sắt, thép, gỗ, giúp con người loại bỏ nguy cơ gây thương tích.

Robot xếp chồng hàng hóa lên pallet

Hàn cơ khí 

Hàn là một thao tác không phức tạp, nhưng có mức độ nguy hiểm cao và được sử dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất, chế tạo ô tô. Từ khi tay máy robot công nghiệp được ứng dụng vào trong hàn cơ khí, không chỉ con người được làm công việc an toàn hơn mà chất lượng mối hàn cũng được cải thiện đáng kể.

Kiểm tra chất lượng 

Thông thường, việc kiểm tra chất lượng diễn ra ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này làm chậm trễ việc phát hiện các vấn đề về chất lượng trong quá trình sản xuất. Được trang bị cảm biến, hệ thống nhận diện, chụp ảnh bằng camera, và trí tuệ nhân tạo AI, các dòng cánh tay robot này có khả năng xác định các bộ phận bị lỗi trước khi thành phẩm được đóng gói hoặc vận chuyển. Vì thế, doanh nghiệp có thể nâng cao công tác quản lý chất lượng trong thời gian thực, ngay trên từng công đoạn sản xuất, giúp giảm thiểu lãng phí và thời gian chết.

Robot kiểm tra chất lượng

Gắp, thả sản phẩm

Robot gắp thả (Pick & Place Robot arms) thường được trang bị hệ thống nhận diện để xác định đồ vật, sau đó tự động nhặt đồ lên và đặt chúng lên bề mặt theo một vị trí và hướng đã định. Hoạt động này thường được sử dụng để phân loại sản phẩm, lắp ráp, cho vào bao bì để đóng gói, … một cách tự động, giúp gia tăng tốc độ sản xuất và phân phối hàng hóa.

Robot gắp thả sản phẩm

3. Lợi ích của cánh tay robot công nghiệp

Cánh ra robot ra đời đã đóng góp nhiều ý nghĩa, đem lại hiệu quả cao trong sản xuất thông minh.

Tăng tốc độ sản xuất

Được vận hành bằng thủy lực và khí nén, các cánh tay robot công nghiệp có công suất hoạt động liên tục, khả năng làm việc ngày đêm với những thao tác và lực cố định, duy trì quy trình sản xuất liền mạch. Giá trị tạo ra của cánh tay robot được ước tính cao hơn nhiều lần so với con người tính trên cùng một lượng thời gian.

Chu kỳ nhiệm vụ, tức là thời gian nghỉ ngơi giữa các lần hoạt động hoặc bảo trì của robot khá ngắn, điều này tiếp tục giúp việc sản xuất được tối ưu.

Cải thiện chất lượng

Con người khi làm việc dễ bị chi phối bởi những yếu tố: sức khỏe, thời tiết, không gian làm việc, … ảnh hưởng đến chất lượng làm việc. Nhưng với robot, lập trình chính xác giúp chúng hoạt động trơn tru và linh hoạt. Từ đó, thành phẩm tạo ra có tính đồng đều và nhất quán.

Ngoài ra, tay máy robot hiện đại còn tích hợp cảm biến đảm bảo tốc độ di chuyển và ước lượng độ khó khi cầm nắm, cung cấp thông tin chi tiết hơn giúp chúng đưa ra các quyết định phức tạp.

Giảm chi phí vận hành

Khoản đầu tư ban đầu để triển khai lắp đặt các cánh tay robot sẽ gây ra tốn kém, tuy nhiên tính về lâu dài, đây sẽ là phương án tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất. Trong làm việc, biên độ lỗi của cánh tay robot công nghiệp cực kỳ thấp, nhân công nhờ vậy sẽ hạn chế thời gian kiểm tra thành phẩm. Tính chính xác giúp doanh nghiệp giảm lãng phí trong các sản phẩm hỏng, tiết kiệm tài nguyên.

Ưu điểm lớn của cánh tay robot là có thể thay thế con người trong các môi trường có rủi ro cao như hàn, cơ khí, hóa chất, …và làm việc trong môi trường nhiệt độ dao động từ -40 độ đến 120 độ. Từ đó, phòng tránh các tai nạn lao động và giúp tiết kiệm chi phí nhân công.

Trong mô hình nhà máy thông minh, việc triển khai các cánh tay robot công nghiệp đánh dấu một bước trưởng thành lớn về tự động hóa của doanh nghiệp. Để chuyển đổi số sản xuất thành công, doanh nghiệp không chỉ cần chú trọng tới công nghệ thông tin (IT), mà còn nên lưu tâm đến công nghệ vận hành (OT). Vậy nên, với những lợi ích mà cánh tay robot công nghiệp đem lại trong công nghệ vận hành, nó sẽ góp phần không nhỏ cải tiến các chỉ số: S (Speed – Tốc độ) – Q (Quality – Chất lượng) – C (Cost – Chi phí) – D (Delivery – Tiến độ). Từ đây, giúp doanh nghiệp tiến gần hơn đến giấc mơ gia nhập chuỗi cung ứng toàn cầu.

Cánh tay robot trong tầng vận hành thuộc mô hình nhà máy thông minh 3S iFACTORY

Giải pháp nhà máy thông minh 3S iFACTORY giúp chuyển đổi số toàn diện cho doanh nghiệp sản xuất. Tìm hiểu thêm về giải pháp tại đây

4. Quy trình lắp đặt cánh tay robot 

Tham vấn với chuyên gia

Bước đầu, doanh nghiệp khó có thể đánh giá liệu công đoạn nào nên được thay thế tự động hóa. Trong tình huống này, các chuyên gia sẽ xem xét dựa trên đặc điểm dây chuyền sản xuất, tính chất của sản phẩm để đưa ra phương án phù hợp.

Chuyên gia sẽ chịu trách nhiệm lập kế hoạch, thiết kế và triển khai, đưa việc tự động hóa từ ý tưởng đến thực tế.

Chế tạo và lắp đặt 

Sau khi thống nhất phương án, các cánh tay robot sẽ được đưa vào triển khai cả phần cứng và phần mềm. Ngoài các cánh tay robot, các thiết bị cảm ứng và hệ thống điều khiển sẽ được đồng thời lắp đặt để kịp tiến độ.

Bên cạnh đó, cần phân loại nhiệm vụ nào được thực hiện bằng robot và con người cần làm những thực hiện những thao tác nào để có thể phối hợp nhuần nhuyễn trong quá trình sản xuất. Môi trường nhà máy cũng phải được chuẩn bị để tương thích với máy móc, tạo không gian hợp lý để robot thực hiện các tác vụ của mình.

Giám sát sau lắp đặt 

Không có bất kỳ công nghệ tự động hóa nào có thể làm chủ từ đầu đến cuối quá trình. Trong thời gian đó, con người vẫn cần là một mắt xích quan trọng đóng vai trò điều hành và giám sát, bảo trì khi đến hạn và xử lý kịp thời nếu có lỗi.

Tay máy robot trong chế tạo ô tô

5. Những lưu ý khi lựa chọn cánh tay robot công nghiệp

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.

Số trục 

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.

Độ sải

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.

Tốc độ

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.

Trọng tải

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

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.

Kết

Hy vọng bài viết trên đã cung cấp nhiều thông tin hữu ích cho bạn đọc về vai trò của cánh tay robot công nghiệp trong nền sản xuất hiện nay. Cánh tay robot công nghiệp là tiền đề triển khai nâng cấp nhà máy sản xuất hiện đại. Thực thi tự động hóa bằng các tay máy robot càng sớm, doanh nghiệp càng tăng sức cạnh tranh trên thị trường. Để được tư vấn thêm về các giải pháp tự động hóa trong sản xuất và giải pháp nhà máy thông minh, vui lòng liên hệ hotline: 092.6886.855 để được trợ giúp.