A robot đa khớp, hay còn gọi là robot có khớp nối, là loại robot công nghiệp có hai khớp quay trở lên. Các khớp này cho phép robot di chuyển và hoạt động theo cách giống với cánh tay con người hoặc hệ thống chi khác. Robot nhiều khớp mang lại sự linh hoạt và khéo léo hơn so với robot một khớp tiêu chuẩn.
Robot đa khớp hoạt động như thế nào
Đặc điểm chính của robot đa khớp giúp nó khác biệt với các thiết kế robot khác là sự hiện diện của các khớp quay. Đây là những khớp cho phép chuyển động xung quanh một hoặc nhiều trục quay. Các khớp quay phổ biến được sử dụng trong robot bao gồm:
- Khớp quay: Cho phép quay quanh một trục. Các khớp quay cho phép thực hiện các chuyển động uốn và gấp.
-Khớp lăng kính: Cho phép chuyển động tuyến tính dọc theo một trục. Các khớp hình lăng trụ cho phép chuyển động dạng ống lồng và trượt.
- Khớp cầu: Cho phép quay quanh ba trục vuông góc. Các khớp cầu cho phép chuyển động xoắn.
Bằng cách kết nối nhiều khớp quay thông qua các liên kết cứng, cánh tay robot nhiều khớp có thể được chế tạo mô phỏng phạm vi chuyển động của cánh tay con người. Các khớp được cung cấp năng lượng bởi động cơ servo quay hoặc trượt các liên kết được kết nối dựa trên tín hiệu điều khiển. Robot đa khớp còn tích hợp các cảm biến để cung cấp phản hồi về cấu hình hiện tại của robot tới hệ thống điều khiển.
Cấu hình chung
Có một số cấu hình phổ biến của robot nhiều khớp hoặc có khớp nối:
- Robot Descartes: Được sử dụng cho các chuyển động chọn và đặt và các chuyển động tuyến tính khác, robot Descartes có ba khớp hình lăng trụ có trục trùng với hệ tọa độ Descartes. Điều này cung cấp chuyển động theo các chiều X, Y và Z.
- Robot SCARA: Robot cánh tay robot lắp ráp tuân thủ có chọn lọc (SCARA) rất phổ biến. Chúng có hai khớp quay song song để tạo sự tuân thủ, cộng với khớp hình lăng trụ để di chuyển theo chiều dọc. Các khớp song song cho phép robot SCARA di chuyển hiệu quả trong mặt phẳng nằm ngang.
- Robot hình người: Được thiết kế để bắt chước chuyển động của cánh tay con người, những robot đa khớp này có khớp vai, khuỷu tay và cổ tay quay. Một số thậm chí còn kết hợp bàn tay đa khớp. Hình dạng giống con người của chúng cho phép chúng giải quyết các nhiệm vụ dành cho con người.
- Robot hình trụ: Được chế tạo xung quanh một “cột sống” trung tâm với các khớp quay, robot hình trụ có thể bao phủ một phạm vi làm việc lớn vì khớp “vai” cho phép xoay quanh hình trụ.
Các ứng dụng
Nhờ tính linh hoạt khi quay, robot đa khớp rất linh hoạt và có thể tự động hóa nhiều ứng dụng công nghiệp đa dạng, bao gồm:
-Chọn và đặt nhiệm vụ
- Công việc đóng gói và xếp hàng lên pallet
-Lắp ráp các bộ phận
-ép phun
-Chăm sóc máy CNC
- Hàn thân xe và các thiết bị
-Sơn bề mặt cong
-Kiểm tra chất lượng thông qua chuyển động và quét
Về bản chất, robot nhiều khớp có thể giải quyết hầu hết mọi nhiệm vụ đòi hỏi phải di chuyển công cụ hoặc bộ phận tác động cuối thông qua nhiều vị trí và hướng khác nhau. Điều quan trọng là khả năng mở rộng phạm vi công việc và tránh va chạm một cách tự động khiến chúng rất hữu ích khi tương tác với các môi trường phức tạp hoặc đông đúc một cách năng động.
Ưu điểm so với robot khớp đơn
Mặc dù robot một khớp có thể đạt được tốc độ và độ chính xác rất cao nhưng chúng lại có độ linh hoạt hạn chế. Ví dụ, một robot giàn Descartes đơn giản chỉ có thể đạt được chuyển động tuyến tính theo ba trục.
Ngược lại, cánh tay robot đa khớp có thể:
- Tiếp cận các chướng ngại vật: Bằng cách uốn cong hoặc xoay sang một bên, chúng có thể hoạt động trong không gian hạn chế.
- Định hướng lại công cụ: Các công cụ được gắn trên cổ tay hoặc mặt bích của robot có thể xoay và nghiêng theo hầu hết mọi hướng trong khi thực hiện nhiệm vụ.
- Tránh tự va chạm: Cánh tay nhiều khớp có phần mềm cho phép chúng tự động cuộn ra khỏi vị trí của chúng và các vật dụng khác trong không gian làm việc của chúng một cách hiệu quả.
- Chuyển động theo đường liên tục: Chúng có thể "xoay" trơn tru qua các vị trí trung gian, cho phép thực hiện các hoạt động như hàn các bề mặt cong lớn.
Về bản chất, robot đa khớp được triển khai đúng cách mang lại khả năng tự chủ, hiệu quả và tính linh hoạt trong sản xuất cao hơn so với các robot cứng nhắc hơn.
Hệ thống điều khiển cho robot đa khớp
Cần có hệ thống điều khiển máy tính tinh vi để điều phối chuyển động trên nhiều khớp và trục có trong robot có khớp nối:
- Động học: Các phép biến đổi tọa độ toán học phải liên tục theo dõi vị trí 6D của chú giải công cụ của robot dựa trên vị trí góc của nhiều khớp quay.
- Lập kế hoạch đường đi: Để tránh va chạm và tối đa hóa hiệu quả, các đường chuyển động tối ưu phải được tính toán trước hoặc được tạo động khi hoàn thành nhiệm vụ.
- Thuật toán bù: Độ lệch so với đường dẫn mục tiêu do độ linh hoạt của cánh tay và phản ứng ngược ở các khớp/bánh răng phải được cảm nhận và khắc phục thông qua các tín hiệu bù được gửi đến bộ truyền động.
- Điều khiển đa biến: Các phương trình vi phân từng phần được ghép nối chi phối động lực học phức tạp của cánh tay nhiều khớp, đòi hỏi khả năng điều khiển theo thời gian thực rất nhạy của nhiều bộ truyền động để có độ chính xác và tốc độ.
Do đó, việc lập trình robot đa khớp dựa vào phần mềm giúp đơn giản hóa việc điều khiển đến các đầu vào tọa độ cơ bản, cài đặt trước chuyển động, định hướng công cụ và các hành động tác động cuối cùng. Điều này giúp các kỹ sư không phải giải quyết thủ công các phép tính toán học và động lực học phức tạp.
Ưu điểm của Robot cộng tác
Một lĩnh vực tương đối mới trong chế tạo robot đa khớp là robot cộng tác, hay còn gọi là "cobots". Cobot được thiết kế để hoạt động an toàn khi tương tác vật lý với con người trong không gian làm việc chung mà không gặp nguy hiểm hoặc không cần bảo vệ an toàn. Cảm biến tích hợp khiến cánh tay hoặc bàn tay robot tự động dừng khi tiếp xúc với con người.
Cách tiếp cận hợp tác này mang lại nhiều lợi ích:
- Lập trình trực quan: Cobot có thể được đào tạo thủ công thông qua phương pháp giảng dạy có hướng dẫn thay vì viết mã, khiến chúng rất thân thiện với người dùng.
- Triển khai dễ dàng: Thiết kế nhẹ cho phép cobots được thiết lập nhanh chóng ở hầu hết mọi nơi. Không cần hàng rào hoặc nền móng cứng nhắc.
- Tương tác an toàn hơn: Lớp da xúc giác nhạy cảm và/hoặc cảm biến mô-men xoắn ở mỗi khớp giúp cobot phản ứng thích hợp khi tiếp xúc với con người.
- Tự động hóa linh hoạt: Không gian làm việc chung có nghĩa là người vận hành có thể luân phiên thực hiện các nhiệm vụ với robot để phối hợp hiệu quả.
- Giải pháp hợp lý hơn: Loại bỏ các rào cản an toàn giúp giảm đáng kể chi phí và diện tích hệ thống tổng thể.
- Lực lượng lao động tăng cường: Con người xử lý các nhiệm vụ nhận thức phức tạp trong khi cobot giúp họ giảm bớt các hoạt động buồn tẻ, mang tính công thái học.
Do đó, cobot hạ thấp các rào cản trong việc áp dụng robot cho các doanh nghiệp nhỏ đồng thời thúc đẩy sự hợp tác giữa con người và máy móc an toàn hơn trong các cơ sở hiện có. Mô hình mới về tự động hóa trực quan và giá cả phải chăng này tiếp tục thúc đẩy các giải pháp cobot sáng tạo trong nhiều ngành công nghiệp.
Tương lai của robot đa khớp
Khi sức mạnh xử lý của máy tính ngày càng được cải thiện thì khả năng của robot có khớp nối và giao diện điều khiển của chúng cũng vậy. Việc mở rộng các ứng dụng kết hợp với việc lập trình dễ dàng hơn sẽ khiến robot đa khớp ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp hơn.
Và bằng cách kết hợp tính linh hoạt của thiết kế đa khớp với trí tuệ nhân tạo và nhận thức giác quan mở rộng, robot của ngày mai sẽ đạt được khả năng tự chủ cao hơn nhiều. Robot trong không gian làm việc lớn cũng đang chuyển đổi từ khối kim loại cứng sang "robot mềm" tuân thủ và phản ứng nhanh hơn thông qua việc sử dụng polyme, động học mở rộng và thậm chí cả dây cáp.
Cuối cùng, khi khả năng thể chất và khả năng phản hồi thông minh của chúng tiến bộ, robot đa khớp sẽ đóng vai trò hợp tác mở rộng cùng với các đối tác của con người – khiến chúng trở thành động lực chính của Cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉbob@gshenglaser.com.