Robot công nghiệp là gì?

Đầu tiên trên thế giớirobot công nghiệpsinh ra tại Hoa Kỳ vào năm 1962. Kỹ sư người Mỹ George Charles Devol, Jr. đã đề xuất “một con robot có thể phản ứng linh hoạt với tự động hóa thông qua việc giảng dạy và phát lại”. Ý tưởng của ông đã khơi dậy một tia lửa với doanh nhân Joseph Frederick Engelberger, người được biết đến là “cha đẻ của robot”, và do đórobot công nghiệpmang tên “Unimate (= đối tác làm việc có năng lực phổ quát)” đã ra đời.
Theo ISO 8373, robot công nghiệp là robot có nhiều khớp nối hoặc nhiều bậc tự do cho lĩnh vực công nghiệp. Robot công nghiệp là thiết bị cơ khí tự động thực hiện công việc và là máy móc dựa vào năng lượng và khả năng điều khiển của chính chúng để đạt được nhiều chức năng khác nhau. Nó có thể chấp nhận lệnh của con người hoặc chạy theo các chương trình được lập trình sẵn. Robot công nghiệp hiện đại cũng có thể hoạt động theo các nguyên tắc và hướng dẫn được xây dựng bởi công nghệ trí tuệ nhân tạo.
Các ứng dụng tiêu biểu của robot công nghiệp bao gồm hàn, sơn, lắp ráp, thu thập và sắp xếp (như đóng gói, xếp pallet và SMT), kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm, v.v.; tất cả công việc đều được hoàn thành với hiệu quả, độ bền, tốc độ và độ chính xác.
Các cấu hình robot được sử dụng phổ biến nhất là robot có khớp nối, robot SCARA, robot delta và robot Cartesian (robot trên cao hoặc robot xyz). Robot thể hiện các mức độ tự chủ khác nhau: một số robot được lập trình để thực hiện các hành động cụ thể lặp đi lặp lại (hành động lặp lại) một cách trung thực, không thay đổi và với độ chính xác cao. Các hành động này được xác định bởi các thói quen được lập trình chỉ định hướng, gia tốc, tốc độ, giảm tốc và khoảng cách của một loạt các hành động được phối hợp. Các robot khác linh hoạt hơn vì chúng có thể cần xác định vị trí của một vật thể hoặc thậm chí là nhiệm vụ cần thực hiện trên vật thể đó. Ví dụ, để có hướng dẫn chính xác hơn, robot thường bao gồm các hệ thống con thị giác máy làm cảm biến thị giác của chúng, được kết nối với máy tính hoặc bộ điều khiển mạnh mẽ. Trí tuệ nhân tạo hoặc bất kỳ thứ gì bị nhầm là trí tuệ nhân tạo đang trở thành một yếu tố ngày càng quan trọng trong các robot công nghiệp hiện đại.
George Devol là người đầu tiên đề xuất khái niệm về robot công nghiệp và nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào năm 1954. (Bằng sáng chế được cấp vào năm 1961). Năm 1956, Devol và Joseph Engelberger đồng sáng lập Unimation, dựa trên bằng sáng chế ban đầu của Devol. Năm 1959, robot công nghiệp đầu tiên của Unimation ra đời tại Hoa Kỳ, mở ra kỷ nguyên mới về phát triển robot. Sau đó, Unimation đã cấp phép công nghệ của mình cho Kawasaki Heavy Industries và GKN để sản xuất robot công nghiệp Unimates tại Nhật Bản và Vương quốc Anh. Trong một thời gian, đối thủ cạnh tranh duy nhất của Unimation là Cincinnati Milacron Inc. tại Ohio, Hoa Kỳ. Tuy nhiên, vào cuối những năm 1970, tình hình đã thay đổi cơ bản sau khi một số tập đoàn lớn của Nhật Bản bắt đầu sản xuất robot công nghiệp tương tự. Robot công nghiệp đã cất cánh khá nhanh ở châu Âu, và ABB Robotics và KUKA Robotics đã đưa robot ra thị trường vào năm 1973. Vào cuối những năm 1970, sự quan tâm đến robot ngày càng tăng và nhiều công ty Mỹ đã tham gia vào lĩnh vực này, bao gồm các công ty lớn như General Electric và General Motors (liên doanh của họ với FANUC Robotics của Nhật Bản được thành lập bởi FANUC). Các công ty khởi nghiệp của Mỹ bao gồm Automatix và Adept Technology. Trong thời kỳ bùng nổ robot năm 1984, Unimation đã được Westinghouse Electric mua lại với giá 107 triệu đô la. Westinghouse đã bán Unimation cho Stäubli Faverges SCA tại Pháp vào năm 1988, công ty này vẫn sản xuất robot khớp nối cho các ứng dụng công nghiệp và phòng sạch nói chung, và thậm chí đã mua lại bộ phận robot của Bosch vào cuối năm 2004.

Định nghĩa tham số Chỉnh sửa Số trục – Cần hai trục để đến bất kỳ đâu trên mặt phẳng; cần ba trục để đến bất kỳ đâu trong không gian. Để kiểm soát hoàn toàn hướng của cánh tay cuối (tức là cổ tay), cần có thêm ba trục nữa (pan, pitch và roll). Một số thiết kế (như robot SCARA) hy sinh chuyển động để đổi lấy chi phí, tốc độ và độ chính xác. Bậc tự do – Thường giống với số lượng trục. Phạm vi làm việc – Khu vực trong không gian mà robot có thể tiếp cận. Động học – Cấu hình thực tế của các thành phần và khớp thân cứng của robot, quyết định mọi chuyển động có thể của robot. Các loại động học của robot bao gồm khớp nối, cardanic, song song và SCARA. Sức chứa hoặc khả năng chịu tải – Robot có thể nâng bao nhiêu trọng lượng. Vận tốc – Robot có thể đưa vị trí cánh tay cuối vào đúng vị trí nhanh như thế nào. Tham số này có thể được định nghĩa là vận tốc góc hoặc vận tốc tuyến tính của mỗi trục hoặc là vận tốc tổng hợp, nghĩa là theo vận tốc cánh tay cuối. Gia tốc – Một trục có thể tăng tốc nhanh như thế nào. Đây là một yếu tố hạn chế, vì robot có thể không đạt được vận tốc tối đa khi thực hiện các chuyển động ngắn hoặc đường đi phức tạp với các thay đổi hướng thường xuyên. Độ chính xác – Robot có thể đến gần vị trí mong muốn đến mức nào. Độ chính xác được đo bằng khoảng cách từ vị trí tuyệt đối của robot đến vị trí mong muốn. Độ chính xác có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các thiết bị cảm biến bên ngoài như hệ thống thị giác hoặc hồng ngoại. Khả năng tái tạo – Robot quay trở lại vị trí đã lập trình tốt như thế nào. Điều này khác với độ chính xác. Robot có thể được yêu cầu đến một vị trí XYZ nhất định nhưng nó chỉ đến trong vòng 1 mm của vị trí đó. Đây là vấn đề về độ chính xác và có thể được khắc phục bằng hiệu chuẩn. Nhưng nếu vị trí đó được dạy và lưu trữ trong bộ nhớ bộ điều khiển, và nó quay trở lại trong vòng 0,1 mm của vị trí đã dạy mỗi lần, thì khả năng lặp lại của nó nằm trong vòng 0,1 mm. Độ chính xác và khả năng lặp lại là các số liệu rất khác nhau. Khả năng lặp lại thường là thông số kỹ thuật quan trọng nhất đối với robot và tương tự như "độ chính xác" trong phép đo – liên quan đến độ chính xác và độ chính xác. ISO 9283[8] thiết lập các phương pháp để đo độ chính xác và khả năng lặp lại. Thông thường, robot được đưa đến một vị trí được dạy nhiều lần, mỗi lần đi đến bốn vị trí khác và quay trở lại vị trí được dạy, và lỗi được đo lường. Sau đó, độ lặp lại được định lượng là độ lệch chuẩn của các mẫu này trong ba chiều. Tất nhiên, một robot thông thường có thể có lỗi vị trí vượt quá độ lặp lại và đây có thể là vấn đề lập trình. Hơn nữa, các phần khác nhau của phạm vi công việc sẽ có độ lặp lại khác nhau và độ lặp lại cũng sẽ thay đổi theo tốc độ và tải trọng. ISO 9283 chỉ định rằng độ chính xác và độ lặp lại phải được đo ở tốc độ tối đa và ở tải trọng tối đa. Tuy nhiên, điều này tạo ra dữ liệu bi quan, vì độ chính xác và độ lặp lại của robot sẽ tốt hơn nhiều ở tải trọng và tốc độ nhẹ hơn. Độ lặp lại trong các quy trình công nghiệp cũng bị ảnh hưởng bởi độ chính xác của bộ phận kết thúc (như kẹp) và thậm chí bởi thiết kế của "ngón tay" trên kẹp được sử dụng để nắm lấy vật thể. Ví dụ, nếu robot nhặt một con vít bằng đầu của nó, con vít có thể ở một góc ngẫu nhiên. Những nỗ lực tiếp theo để đặt con vít vào lỗ vít có khả năng sẽ thất bại. Những tình huống như thế này có thể được cải thiện bằng "các tính năng dẫn đầu", chẳng hạn như làm cho lối vào của lỗ được vát (vát). Kiểm soát chuyển động - Đối với một số ứng dụng, chẳng hạn như các hoạt động lắp ráp nhặt và đặt đơn giản, rô-bốt chỉ cần di chuyển qua lại giữa một số lượng giới hạn các vị trí được dạy trước. Đối với các ứng dụng phức tạp hơn, chẳng hạn như hàn và sơn (sơn phun), chuyển động phải được kiểm soát liên tục dọc theo một đường dẫn trong không gian theo một hướng và tốc độ đã chỉ định. Nguồn điện - Một số rô-bốt sử dụng động cơ điện, những rô-bốt khác sử dụng bộ truyền động thủy lực. Loại trước nhanh hơn, loại sau mạnh hơn và hữu ích cho các ứng dụng như sơn, nơi tia lửa có thể gây nổ; tuy nhiên, không khí áp suất thấp bên trong cánh tay ngăn chặn sự xâm nhập của hơi dễ cháy và các chất gây ô nhiễm khác. Truyền động - Một số rô-bốt kết nối động cơ với các khớp thông qua bánh răng; những rô-bốt khác có động cơ được kết nối trực tiếp với các khớp (truyền động trực tiếp). Việc sử dụng bánh răng dẫn đến "độ rơ" có thể đo được, đó là chuyển động tự do của một trục. Các cánh tay robot nhỏ hơn thường sử dụng động cơ DC tốc độ cao, mô-men xoắn thấp, thường yêu cầu tỷ số truyền cao hơn, có nhược điểm là độ rơ, và trong những trường hợp như vậy, bộ giảm tốc bánh răng hài thường được sử dụng thay thế. Tuân thủ – Đây là phép đo lượng góc hoặc khoảng cách mà lực tác dụng lên trục của robot có thể di chuyển. Do tuân thủ, robot sẽ di chuyển thấp hơn một chút khi mang tải trọng tối đa so với khi không mang tải trọng. Tuân thủ cũng ảnh hưởng đến lượng vượt tốc trong các tình huống cần giảm gia tốc với tải trọng cao.