Robot công nghiệp là gì? Vai trò robot công nghiệp trong sản xuất và đời sống

Robot công nghiệp ngày nay được ứng dụng nhiều trong các xưởng sản xuất. Không chỉ các xưởng sản xuất lớn mà còn đang dần được áp dụng tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Đây là hệ thống máy móc được lập trình sử dụng trong các công việc có thể thay thế con người, có khả năng thực hiện nhiều thao tác chính xác. Vậy Robot công nghiệp là gì? Vai trò trong sản xuất và đời sống ra sao? Sau đây Thiết bị cơ khí Đức Phong mời các bạn tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé!

Robot công nghiệp là gì?

Robot công nghiệp có tên tiếng anh là "Industrial Robotics", được sử dụng chủ yếu trong sản xuất công nghiệp. Đây là thiết bị tự động hóa được thiết lập để thực hiện các công việc trong sản xuất có thể thay thế hỗ trợ con người.

Robot công nghiệp được trang bị hệ thống cảm biến, bộ điều khiển và bộ truyền động tự động trên khung có khớp nối để thực hiện các chức năng hoạt động cụ thể trong sản xuất và đời sống. Với những trang bị tiên tiến và lập trình cao cấp chúng có khả năng di chuyển, thao tác và xử lý chi tiết với độ chính xác cao, tốc độ nhanh và khả năng lặp lại ổn định. Chúng thường được ứng dụng trong các quy trình như gia công CNC, hàn, sơn, lắp ráp, chọn và đặt linh kiện điện tử lên bảng mạch in, đóng gói và dán nhãn, xếp pallet, kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm.

Hiện nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ của ngành tự động hóa, robot công nghiệp được nghiên cứu và không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu sử dụng, thay thế con người làm việc tại những môi trường khắc nghiệt.

Theo các tiêu chuẩn quốc tế, robot công nghiệp trong dây truyền sản xuất tự động hóa được định nghĩa như sau:

Theo ISO (Tiêu chuẩn hóa Quốc tế): Tiêu chuẩn ISO 8373:2012 (Vocabulary of robotics) định nghĩa “robot” là “một cơ cấu thực thi động cơ được lập trình với mức độ tự chủ nhất định để thực hiện di chuyển, thao tác hoặc định vị", Và robot công nghiệp được định nghĩa là “thiết bị tay máy đa mục đích, được điều khiển tự động, có khả năng tái lập trình, có thể lập trình trên ít nhất ba trục, và có thể cố định tại chỗ hoặc đặt trên nền di động, sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa trong môi trường công nghiệp”

Theo ANSI/RIA (Hoa Kỳ):  Robot công nghiệp được hiểu là “tay máy nhiều mục đích, được điều khiển tự động, có thể lập trình lại, lập trình trên ba trục trở lên, có thể cố định hoặc di động, dùng cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp”

Theo JIS (Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản): Theo JIS, “robot công nghiệp” được định nghĩa đơn giản là “máy có các tính năng thao tác hoặc chức năng di động được điều khiển tự động, có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau thông qua một chương trình và được sử dụng cho mục đích công nghiệp”

Theo tiêu chuẩn châu Âu (EN): robot công nghiệp hiện đại là “thiết bị tay máy đa mục đích, điều khiển tự động, có thể lập trình lại, với ba trục trở lên, cố định hoặc di động, dùng trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp”

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của robot công nghiệp

Chúng ta hãy cùng tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của robot công nghiệp:

Cấu tạo robot công nghiệp

Robot công nghiệp có cấu tạo gồm nhiều bộ phận phối hợp để thực hiện công việc tự động. Khung cơ bản của robot có các khớp nối tương tự con người. Các liên kết này tạo thành cánh tay cơ khí có thể duỗi ngang/dọc, trong khi khớp nối (gồm các motor, trục kết nối) cho phép cánh tay chuyển động xoay, gập như vai – khuỷu tay – cổ tay của con người

Bộ điều khiển

Bộ điều khiển robot công nghiệp nó được ví như bộ não của thiết bị, đóng vai trò quan trọng. Bộ điều khiển giúp ghi nhận, xử lý các thông tin cần thiết để robot có thể hoạt động bình thường và ghi nhớ các thao tác phức tạp. Khi vận hành, các lệnh lập trình được gửi tới bộ điều khiển, và nó sẽ quyết định khớp nào chuyển động ra sao để thực hiện tác vụ. 

Bộ điều khiển thường có giao diện chuyên dụng (như bàn điều khiển cầm tay) cho phép kỹ sư lập trình hoặc nhập lệnh thủ công. Một số hệ thống điều khiển quy mô nhỏ có thể tích hợp gọn trong một hộp điều khiển, trong khi robot công nghiệp lớn có thể dùng cả tủ điều khiển riêng với PLC, máy tính công nghiệp.

Bộ cảm biến

Bộ cảm biến robot công nghiệp giúp ghi nhận hình ảnh, môi trường xung quanh. Nhờ có cảm biến, robot biết được vị trí hiện tại của tay và sản phẩm, đảm bảo vận hành an toàn và chính xác. Ví dụ, robot hàn có thể dùng cảm biến quang để điều chỉnh bù đường hàn, robot gắp dùng cảm biến lực để giữ vật không bị rơi. 

Các loại cảm biến được sử dụng phổ biến cho robot công nghiệp có thể kể đến như: Encoder (bộ mã hóa), cảm biến lực momen, cảm biến tiệm cận/va chạm, Cảm biến hình ảnh (camera)

Bộ truyền động

Mỗi khớp của robot do động cơ (motor) điều khiển, gọi chung là bộ truyền động (actuator). Động cơ này biến năng lượng (điện, thủy lực hoặc khí nén) thành chuyển động quay của khớp. Robot công nghiệp có thể sử dụng các loại bộ truyền động khác nhau, bao gồm truyền động điện, khí nén, thủy lực, hoặc các dạng truyền động khác, để chuyển đổi năng lượng thành chuyển động hoặc các hoạt động cần thiết.

Cánh tay robot

Cánh tay robot được làm mô phỏng tương tự con người, bao gồm nhiều trục khuỷu và nhiều khớp nối lại với nhau để thực hiển chuyển động theo chương trình đã lập trình. 

Công cụ cuối cánh tay

Đây là phần công cụ được gắn phía cuối cánh tay robot công nghiệp, chúng có nhiệm vụ cụ thể như: tay gắp, tay kẹp, máy quay, đầu hàn, và các thiết bị khác phù hợp với ứng dụng cần thiết.

Nguồn cấp điện

Robot công nghiệp thường được cấp điện 3 pha công suất lớn để vận hành động cơ. Ngoài ra, một số robot còn có nguồn dự phòng hoặc pin lưu khi tắt máy để giữ lại vị trí và chương trình. Trong những trường hợp cần lực mạnh (như robot siêu nặng, robot thủy lực) thì thay động cơ điện bằng hệ thống thủy lực hoặc khí nén là phổ biến

Nguyên lý hoạt động của robot công nghiệp

Robot công  nghiệp đảm nhận nhiều nhiệm vụ khác nhau một cách tự động nhờ vào sự kết hợp của các cảm biến, bộ điều khiển và hệ thống cơ cấu. Chúng thực hiện hành động lặp đi lặp lại qua ngôn ngữ đã được lập trình từ trước, từ đó giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người. Robot sẽ tiếp nhận thông tin, nhận lệnh đã lập trình, sau đó xử lý, tính toán quỹ đạo và bắt đầu vận hành. 

Ngày nay người ta ứng dụng robot công nghiệp vào nhiều công việc khác nhau, đặc biệt là những công việc ở môi trường khó, nguy hiểm. Sau khi được lập trình, chúng sẽ hoạt động theo 3 trục hoặc hơn để thực hiện các công việc như hàn, sơn, lắp ráp, …

Các loại robot công nghiệp phổ biến

Trong dây truyền sản xuất tự động hóa, để đáp ứng đúng nhu cầu lắp đặt và công việc, robot công nghiệp được chia làm nhiều loại khác nhau như: Robot hàn, Robot lắp ráp, Robot bốc xếp (robot palletizing), Robot gắp sản phẩm (pick and place robot), Robot sơn công nghiệp, Robot gia công CNC, Cánh tay robot (robot arm). Chi tiết các loại robot như sau:

1. Robot hàn

Robot hàn công nghiệp chiếm khoảng 35% tổng số robot công nghiệp đang được sử dụng, đặc biệt robot hàn này được phổ biến trong các ngành ô tô, đóng tàu, xe máy, máy bay, … đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và lắp ráp. Hiện nay, Robot hàn được phân thành nhiều loại:

• Robot hàn hồ quang
• Robot hàn điểm
• Robot hàn Laser

Robot hàn gồm phần mềm lập trình, thiết bị hàn và hệ thống hàn cảm biến. Hệ thống này giúp thu thập dữ liệu, phân tích thông số và điều chỉnh quy trình hàn theo chương trình cài đặt, tối ưu chất lượng và hiệu suất.

2. Robot lắp ráp

Robot lắp ráp được sử dụng nhiều trong các xưởng sản xuất linh kiện, ô tô, các xưởng lặp đặt thiết bị, sản phẩm. Robot này có vai trò lắp ráp các bộ phận, linh kiện của 1 sản phẩm theo dây truyền tự động hóa một cách chính xác.

3. Robot bốc xếp, robot gắp

Robot bốc xếp thường được cấu tạo với cánh tay lớn và có độ chịu tải cao, giúp bốc hàng hóa nặng trên dây truyền, thay thế con người tại một số trường hợp đặc biệt. Bên cạnh đó cùng loại với nó là có robot gắp, nhờ cảm biến được lắp đặt, robot này có thể phát hiện được các sản phẩm lỗi, sản phẩm không cùng loại và lọc một cách chính xác. 

4. Robot công nghiệp phun sơn

Robot phun sơn là loại Robot công nghiệp được thiết kế chuyên dụng để thực hiện quá trình phun sơn bề mặt sản phẩm theo cách tự động, đồng đều chính xác. Được trang bị nhiều trục cánh tay linh hoạt cùng súng phun sơn để điều chỉnh lập trình khi vận hành, robot có thể di chuyển cánh tay linh hoạt theo nhiều hướng, đảm bảo lớp sơn được phủ kín bám dính tốt và đạt chuẩn chất lượng.

Ngoài ra, robot phun sơn thay thế con người làm những công việc tiếp xúc với sơn và các chất động hại, giảm thiểu độc hại cho người lao động, giúp tăng phần an toàn lao động cho các doanh nghiệp.

Ứng dụng của robot phun sơn đa dạng nhiều ngành như trong sản xuất ô tô, xe máy, máy bay, đồ gỗ nội thất, thiết bị gia dụng và máy móc công nghiệp. So với phương pháp thủ công, robot phun sơn giúp tiết kiệm sơn, giảm thời gian thi công và có thể hoạt động liên tục không ngừng nghỉ trong môi trường độc hại.

5. Robot tự hành

Robot di động tự hành là loại robot có khả năng di chuyển độc lập mà không cần đường dẫn cố định hay điều khiển trực tiếp từ con người, là một giải pháp tự động hóa đột phá, được thiết kế để thay thế phương pháp xe kéo truyền thống trong nhà xưởng. Robot di động tự hành mang lại năng suất vận hành và an toàn lao động ở mức cao nhất cho doanh nghiệp của bạn.

• Tính năng nổi bật của Robot di động tự hành giúp tối ưu quy trình vận chuyển hàng hóa: Robot tự động di chuyển vật liệu giữa các khâu trong dây chuyền, giảm thiểu thời gian chờ đợi và tối ưu dòng chảy sản xuất, loại bỏ các nút thắt cổ chai.
• Sẵn sàng để thích nghi: Với kiểu dáng gọn nhẹ, Robot phù hợp cho cả môi trường sản xuất có quy mô nhỏ hẹp. Robot dễ dàng luân phiên giữa các công việc khác nhau để đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt.
• Tăng năng suất lao động và nâng cao hiệu quả sản xuất: Bằng cách tự động hóa các công việc lặp đi lặp lại và các quy trình vận chuyển, Robot di động tự hành công nghiệp giúp giảm bớt công sức và thời gian làm việc của con người, cho phép người lao động tập trung vào các nhiệm vụ mang tính sáng tạo và chiến lược hơn, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể.

Ứng dụng, vai trò của robot công nghiệp trong đời sống

Robot công nghiệp sở hữu nhiều ưu điểm nên chúng được ứng dụng ở nhiều ngành nghề khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong thời đại 4.0, tương lai tự động hóa.

Nâng cao hiệu quả làm việc

Robot công nghiệp có khả năng làm việc 24/7 hoạt động liên tục mà không bị mệt mỏi, giúp rút ngắn thời gian sản xuất và tăng sản lượng.

Các cánh tay robot công nghiệp đực lập trình sẵn hoạt động trên thời gian nhất định không có thao tác thừa. Nhờ những tính năng vượt trội thao tác nhanh và độ chính xác cao người sử dụng có thể tối ưu hóa quy trình, giảm lỗi và tiết kiệm chi phí.

Nâng cao chất lượng sản phẩm

Robot công nghiệp có khả năng lặp lại với độ chính xác cao, giúp bạn đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn đồng nhất, hạn chế sai sót do con người gây ra.

Linh hoạt trong nhiều lĩnh vực

Robot công nghiệp được ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực như: Gia công cơ khí, hàn tự động, phun sơn, lắp ráp linh kiện, đóng gói, lắp ráp ô tô,... Với sự linh hoạt này Robot công nghiệp có thể làm với nhiều ngành nghề khác nhau.

Đảm bảo an toàn

Robot công nghiệp khi thiết kế sản xuất sẽ được tích hợp bộ cảm biến nhằm phát hiện các lỗi, sự cố trong quá trình làm việc, phát hiện ra lỗi robot sẽ tự động ngừng hoạt động.

Robot còn có thể thay thế con người làm việc trong các môi trường nguy hiểm độc hại như hàn nhiệt độ cao, sơn trong buồng kín, xử lý hóa chất độc hại hoặc nâng hạ vật nặng.

Việc sử dụng người lao động làm những việc nguy hiểm độc hại gây tốn kém chi phí, sức khỏe người lao động cũng như ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc. Do đó, Robot có thể được lắp đặt theo dây chuyền hoặc phục vụ nhiều công việc khác có thể giảm thiểu sự cố khi làm việc nguy hiểm cho công nhân nhằm đảm bảo an toàn lao động.

Thúc đẩy chuyển đổi số và công nghiệp 4.0

Robot công nghiệp là 1 phần quan trọng trong phát triển xu hướng tự động hóa và sản xuất hóa. Khi kết hợp với AI, IOT và dữ liệu lớn Robot không chỉ làm việc mà còn có khả năng tự học tập phân tích tối ưu quy trình sản xuất.

Kết luận

Robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa, là mắt xích quan trọng trong bước tiến của tương lai. Trên đây là toàn bộ thông tin chi tiết về robot công nghiệp, hy vọng những thông tin đó sẽ hữu ích cho bạn, giúp bạn hiểu rõ hơn về loại sản phẩm này.