Robot công nghiệp: Nguồn “nhân lực” lý tưởng

Robot công nghiệp: Nguồn “nhân lực” lý tưởng

Thứ bảy, 07 Tháng 8 2010 09:03

Robot công nghiệp là một tuyệt tác của kỹ thuật chế tạo. Nó là “nguồn nhân lực lý tưởng” cho các doanh nghiệp trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Nó có khả năng làm việc liên tục 24 giờ/ngày trong nhiều năm mà không phạm phải các sai lầm do mệt mỏi đem lại.

Một robot kích thước bằng con người có thể lắp ráp linh kiện, nhấc và vận chuyển vật có tải trọng trên £ 100 rất nhanh với khoảng chu kỳ lặp lại là +/-0,006 inch. Tuy nhiên, robot công nghiệp không có hình dáng người giống những robot trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, hoặc robot phục vụ trong gia đình và quán ăn. Nó chỉ là hàng trăm, hàng nghìn cánh tay sáu bậc tự do khổng lồ thực hiện các tác vụ khó khăn, nguy hiểm và nhàm chán thay thế con người.

xxx

Hình 1. Robot công nghiệp-một tuyệt tác của kỹ thuậtxxxxHình 2. Robot trong ngành công nghiệp

Robot công nghiệp-thiết bị tự động không thể thiếu

Ông Mark Taft, Phó Chủ tịch Tập đoàn ABB cho biết: “Robot công nghiệp là những thiết bị tự động linh hoạt, bắt chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người. Nó được lập trình và điều khiển để thực hiện các thao tác với nhiều bậc tự do. Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot đã gia tăng với nhiều tính năng vượt bậc. Giờ đây, robot đã trở thành thiết bị tự động quan trọng trong những ứng dụng công nghiệp, y học, đời sống, quân sự, không gian…".

• Tại lĩnh vực công nghệ đúc, robot chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ máy đúc áp lực ổn định chế độ làm việc, chuẩn hoá nhiệt độ, chuẩn hoá thời gian thao tác và điều kiện tháo vật đúc ra khỏi khuôn. Nó thực hiện các công việc như rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm sạch sản phẩm hoặc gia tăng độ bền sản phẩm bằng cách phun cát.
• Tại lĩnh vực gia công áp lực, robot thực hiện các công việc như đưa phôi thừa vào lò nung, lấy phôi đã nung ra khỏi lò, di chuyển phôi đến máy rèn, xếp sản phẩm đã gia công vào thùng… với độ chính xác và hiệu suất lớn hơn các phương tiện cơ giới tự động hỗ trợ máy rèn đập 1,5 đến 2 lần.
• Tại lĩnh vực hàn và nhiệt luyện, robot không chỉ tổng hợp chuyển động bàn kẹp và xây dựng hệ thống có liên hệ phản hồi, để chạy các mối hàn theo đường cong không gian dựa trên phương và khoảng cách của điện cực so với mặt phẳng của mối hàn. Nó còn sử dụng linh hoạt trang thiết bị như hệ thống cảm biến, hệ thống kiểm soát để phát huy tối đa khả năng hàn trong môi trường đặc biệt.
• Tại lĩnh vực chế tạo, robot lắp ráp giữ vai trò rất quan trọng trong các quy trình lắp ráp tự động. Nó đáp ứng hầu hết các yêu cầu “mềm” hoá (hay còn gọi là linh hoạt hoá) dây chuyền sản xuất như lắp đặt chính xác, tiết kiệm chi phí và thời gian sản xuất, dễ dàng tích hợp công nghệ, linh hoạt chuyển đổi kiểu mẫu sản phẩm… Ông Joseph Kraus-Giám đốc sản phẩm của KUKA Robotics Corp cho biết: “Trước đây, chi phí cho máy và công cụ đo thường chiếm 40% giá thành sản phẩm. Trong đó, cơ khí hoá lắp ráp không quá 10-15% đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản phẩm hàng loạt lớn. Giờ đây, chi phí cho robot lắp ráp chỉ chiếm 25-30% giá thành sản phẩm. Robot đã hỗ trợ các doanh nghiệp sản xuất rất nhiều trong quá trình triển khai các phương thức sản xuất theo công nghệ mới. Vì thế, nó luôn thu hút các nhà khoa học và các doanh nghiệp tập trung vào việc hình thành và áp dụng các hệ sản xuất tự động linh hoạt hay còn gọi là hệ sản xuất linh hoạt.”

Robot đã góp phần không nhỏ trong việc tích hợp công nghệ mới, tăng hiệu suất hoạt động, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường… (Theo tài liệu của Fanuc - Nhật Bản, năng suất làm việc của robot lớn hơn người lao động 3 lần). Nó đang ngày càng trở thành thiết bị tự động hoá không thể thiếu của hệ thống sản xuất linh hoạt.

xxx

Hình 4. Robot trong ngành công nghiệp đồ uốngxx Hình 3. Robot trong quy trình làm sạch sản phẩm

Robot công nghiệp-xu thế ứng dụng của tương lai

Mặc dù công nghệ robot đã chứng minh được ưu thế và vị thế của mình trong các nhà máy, xí nghiệp, đặc biệt là trong ngành sản xuất ô tô. Thế nhưng trước những đòi hỏi ngày một cao hơn của nền công nghiệp tự động thì mọi công nghệ phải luôn luôn bứt phá, thậm chí cả những công nghệ tưởng chừng như đã tối ưu nhất. Hơn bao giờ hết “thượng đế” mong muốn tìm mua được những thiết bị robot có tốc độ nhanh hơn, kinh tế hơn. Còn các kỹ sư mong muốn mình có được những hệ thống nhẹ hơn, có nhiều module hơn, với chu kỳ thời gian tăng và chất lượng thiết bị tay cuối được cải tiến. Đáp lại những mong muốn ấy, các nhà sản xuất robot biết mình phải làm gì, như thế nào. Họ nỗ lực đáp ứng những yêu cầu đó bằng việc cho ra đời những thế hệ thiết bị có thêm nhiều điểm thiết kế mới với yêu cầu thực tại. Điển hình như: Robot siêu lớn NEXIA cho ứng dụng tạo khuôn phun do Công ty chế tạo robot Hy Robotics thiết kế. Robot này được tăng gấp đôi cấu trúc đỡ cánh tay, đo xa 2X cho các nhà máy trần thấp, và vận hành tốc độ cao, bền vững. Thành phần chính của hệ thống bao gồm: 3 động cơ servo AC, bộ truyền động, mâm cặp quay 900, cơ cấu puli và dây đai định thời và dẫn hướng chuyển động tuyến tính. Robot NEXIA xuất hiện với màn hình cảm biến 5.7 inch, giúp quá trình dạy và lập trình linh hoạt hơn. Màn hình này có khả năng cung cấp các chức năng như Manual, Step, Auto và kiểm tra tín hiệu đầu vào/ra một cách dễ dàng. Nếu khuôn có hình dáng phức tạp, yêu cầu chuyển động bên trong khuôn, kỹ sư vận hành có thể bổ sung vị trí bên trong khuôn, di chuyển cánh tay robot bằng nút chạy nhấp trên động cơ servo và lưu lại. Thao tác này sẽ tạo thêm một bước tiến nữa cho robot. Với robot này, ta có thể lưu tới 80 bước vận hành và 90 chương trình tạo khuôn. Ngoài ra, một xi lanh chuyển động lên xuống được cân bằng, giúp giảm thiểu ứng xuất lên động cơ, đem lại tuổi thọ làm việc lâu hơn. Bình chứa không khí được gắn vào khung robot để điều khiển áp suất tuần tự và dễ dàng bảo trì; Hay robot tốc độ cao KUKA KR10 được thiết kế cho những khách hàng cần các giải pháp tự động hoá có độ tin cậy và chính xác cao với những nhiệm vụ yêu cầu tầm xa. Nó là loại robot lý tưởng với những ứng dụng gắp và đặt, lắp ráp hay kiểm soát vật liệu trong đó tính chính xác, tin cậy và tốc độ là những yếu tố chính. Gia đình họ robot mới này có khả năng điều khiển được tải trọng lên tới 10kg. Các kết nối mắt xích và bánh răng với độ chính xác cao và các vòng điều khiển tối ưu trong xích động tạo cho robot một khả năng lặp lại vô song. Robot có khối lượng thấp đảm bảo được các giá trị tăng tốc tối ưu và tốc độ làm việc tối đa giúp giảm thiểu số chu kỳ…” Theo TS. Dennis Hong, Giám đốc phòng thí nghiệm Robotics & Machanisms: “Cùng với các thành tựu mới, kỹ thuật robot vẫn đang từng bước triển khai công nghệ trí khôn nhân tạo mới nhất vào quy trình sản xuất tự động đòi hỏi sự khéo léo, linh hoạt. Hiện nay, công nghệ trí khôn nhân tạo robot không chỉ tập trung mở rộng tính năng cho các cảm biến “nội tín hiệu” và cảm biến “ngoại tín hiệu” mà còn thông minh hoá robot bằng các chương trình phần mềm có khả năng tương thích và xử lý tự động. Trong tương lai, kỹ thuật robot sẽ tận dụng hơn nữa các thành tựu khoa học liên ngành, phát triển cả về phần cứng, phần mềm. Robot sẽ ngày càng chiếm lĩnh nhiều vị trí hơn trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp.” Ông Keith Crawford, tổng giám đốc Công ty hệ thống EOA cho biết: “Tinh giảm nhân công trong các công ty sản xuất là vấn đề của thập niên 80. Còn hiện nay robot chính là quà tặng cho các công ty. Nó giúp các công ty cải tiến chất lượng sản phẩm và nâng cấp các quy trình tự động bằng công nghệ mới. Nó mở ra cho họ nhiều tiềm năng kinh doanh. Vì thế, nó luôn là thiết bị tự động được lựa chọn để tối ưu các quy trình tự động.”

Các bước ứng dụng

Theo cấu trúc cơ khí, robot được phân chia thành các loại chính như sau:

• Cartesian robot/ Gantry robot: Loại robot được ứng dụng chủ yếu trong các quy trình đóng gói sản phẩm, lắp ráp máy móc, cầm nắm máy công cụ hoặc hàn theo hình cung. Nó có khả năng gắp và di chuyển vật thể bằng cánh tay được tạo thành từ ba khớp trượt. Trục của nó trùng với hệ trục đề-các.
• Cylindrical robot: Sử dụng chủ yếu trong công nghệ lắp ráp, cầm nắm các máy công cụ, hàn điểm. Trục của loại robot này có dạng hệ tọa độ trụ.
• Spherical/Polar robot: Sử dụng trong việc cầm nắm dụng cụ, hàn điểm, đánh bóng, hàn hơi hoặc hàn theo cung. Trục của nó được tạo thành từ hệ tọa độ cầu.

• SCARA robot: Thực hiện gắp nhả vật, đóng gói sản phẩm, lắp ráp hay cầm nắm máy công cụ. Robot này có hai khớp xoay song song cho phép các thao tác được thực hiện trên cùng một mặt phẳng.
• Articulated robot: Loại robot này có tối thiểu ba khớp xoay. Nó được ứng dụng chủ yếu trong các quy trình lắp ráp, đánh bóng, hàn hơi, hàn theo cung, sơn phun.
• Parallel robot: Loại robot thực hiện các thao tác chế tạo khung đế xoay tự do trong mô phỏng bay. Nó có các khớp trượt và xoay đồng thời.

Tuy nhiên, khi quyết định đầu tư để đồng bộ hoá dây chuyền sản xuất tự động bằng robot, chúng ta không được phép chỉ quan tâm tới cấu trúc cơ khí mà nên chú ý thêm  đến một số vấn đề sau:

- Nghiên cứu và phân tích kỹ toàn bộ quy trình công nghệ của hệ thống được robot hoá.
- Xác định các đối tượng cần robot hoá: Xác định hiệu quả khi thay thế robot vào quy trình tự động. Thông thường người ta chỉ sử dụng robot thay thế người lao động tại những vị trí làm việc nặng nhọc, bụi bặm, ồn ào, độc hại, căng thẳng… Còn tại những công đoạn đòi hỏi sự khéo léo của con người, robot không thể phát huy được hiệu suất làm việc của mình.
- Xây dựng mô hình quy trình tự động hoá bằng robot: Sau khi đã xác định được mô hình tổng thể quá trình công nghệ, các nhà đầu tư cũng nên xác định dòng chuyển dịch nguyên liệu và dòng thành phẩm để đảm bảo tính đồng bộ của hệ thống.
- Chọn lựa robot thích hợp hoặc chế tạo robot chuyên dùng (Bước ứng dụng quan trọng nhất): Mỗi loại robot có mức chi phí khác nhau. Nếu không chọn đúng loại robot tương thích với dây chuyền sản xuất, các nhà đầu tư sẽ bị mất mức chi phí khá cao mà không phát huy được khả năng làm việc của nó.

Chắc chắn, robot công nghiệp sẽ đem lại hiệu suất tối ưu cho dây chuyền sản xuất.

Mặc dù công nghệ robot đã gặt hái được nhiều thành công và trở thành “lão làng” trong nền công nghiệp tự động. Thế nhưng, những yêu cầu cao hơn về công nghệ, tốc độ vận hành, khả năng làm việc… vẫn đang thúc bách “lão làng” phải tự “trẻ hoá” để khẳng định “đẳng cấp” và “phong độ” của mình với thời cuộc.

Theo automation.net.vn