Robot có thể gắp sản phẩm tốc độ cao, đóng thùng hay xếp hàng lên pallet, nhưng hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào nhiều thành phần phối hợp phía sau mỗi chuyển động. Hiểu cấu tạo của robot công nghiệp giúp doanh nghiệp đánh giá đúng khả năng của thiết bị trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất.

Xét theo chức năng, một hệ thống robot công nghiệp có thể được phân thành năm nhóm thành phần chính là cơ cấu cơ khí, hệ thống truyền động, bộ điều khiển, cảm biến và end-effector. Mỗi thành phần đảm nhiệm một chức năng riêng nhưng phải hoạt động đồng bộ để robot di chuyển đúng quỹ đạo, xử lý đúng sản phẩm và đáp ứng yêu cầu của từng ứng dụng.

Cấu tạo của robot công nghiệp gồm những gì?

Cấu tạo của robot công nghiệp có thể khác nhau tùy loại robot và ứng dụng, nhưng về nguyên lý thường có năm nhóm thành phần chính gồm cơ cấu cánh tay và khớp, hệ thống truyền động, bộ điều khiển, cảm biến và end-effector.

Cánh tay và hệ thống khớp của robot công nghiệp

Cánh tay là phần cơ khí tạo nên hình dạng và vùng hoạt động của robot. Các đoạn tay được liên kết thông qua hệ thống khớp, cho phép robot thay đổi vị trí và hướng của đầu công tác trong phạm vi thiết kế.

Số lượng và cách bố trí khớp phụ thuộc vào cấu trúc robot. Robot khớp nối cần nhiều khớp để tạo chuyển động linh hoạt, trong khi robot Delta sử dụng cơ cấu liên kết khác để ưu tiên những thao tác gắp nhanh trong vùng làm việc nhất định.

Đối với nhà máy, kết cấu này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiếp cận sản phẩm. Một robot có tải trọng phù hợp nhưng tầm với hoặc vùng chuyển động không đáp ứng mặt bằng thực tế vẫn có thể không phù hợp với dây chuyền.

Hệ thống truyền động của robot công nghiệp

Nếu cánh tay và khớp tạo nên bộ khung chuyển động thì hệ thống truyền động cung cấp lực để các bộ phận đó di chuyển. Chuyển động phải được kiểm soát theo chương trình để robot đi đến đúng vị trí với tốc độ và quỹ đạo yêu cầu.

Hệ truyền động là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng, tốc độ và khả năng kiểm soát chuyển động của robot. Khi ứng dụng vào gắp thùng hoặc palletizing, tải thực tế cần tính cả sản phẩm và bộ phận gắp chứ không chỉ khối lượng hàng hóa.

Bộ điều khiển robot xử lý lệnh

Bộ điều khiển có thể xem là trung tâm xử lý của robot. Thành phần này tiếp nhận chương trình vận hành, xử lý tín hiệu và điều khiển các trục thực hiện chuỗi chuyển động theo yêu cầu.

Trong một dây chuyền tự động, bộ điều khiển còn cần phối hợp robot với thiết bị xung quanh. Ví dụ, robot chỉ gắp khi sản phẩm đã đến đúng vị trí, máy dựng thùng đã chuẩn bị carton hoặc pallet đã sẵn sàng tiếp nhận lớp hàng tiếp theo.

Khả năng kết nối này đặc biệt quan trọng khi robot không hoạt động độc lập mà là một phần của Case Packer hoặc hệ thống palletizing.

Cảm biến và hệ thống nhận biết

Robot cần thông tin về trạng thái của chính thiết bị và môi trường xung quanh để thực hiện công việc chính xác. Cảm biến đảm nhiệm việc thu nhận các tín hiệu cần thiết và chuyển chúng về hệ thống điều khiển.

Tùy ứng dụng, tín hiệu có thể liên quan đến vị trí, trạng thái sản phẩm hoặc điều kiện hoạt động của thiết bị. Với dây chuyền gắp tự động, cảm biến giúp hệ thống xác định thời điểm sản phẩm đến vị trí thao tác để robot thực hiện chu trình phù hợp.

Trong những ứng dụng phức tạp hơn, robot có thể phối hợp với hệ thống nhận dạng hoặc thị giác máy để hỗ trợ xác định sản phẩm trước khi gắp.

Bộ phận End-effector trực tiếp thao tác với sản phẩm

End-effector là bộ phận được lắp tại đầu robot và trực tiếp tương tác với đối tượng cần xử lý. Đây có thể là cơ cấu gắp, hút hoặc một công cụ chuyên dụng tùy công việc.

Trong đóng gói thực phẩm, lựa chọn end-effector cần dựa trên hình dạng, kích thước, trọng lượng, bề mặt và cách bố trí sản phẩm. Gói bánh, túi thực phẩm và thùng carton không nhất thiết sử dụng cùng một cơ cấu gắp.

Do đó, khi đánh giá cấu tạo của robot công nghiệp, doanh nghiệp không nên chỉ quan tâm đến cánh tay robot. End-effector là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng gắp, giữ và xử lý sản phẩm ổn định trên dây chuyền.

Chức năng các bộ phận trong cấu tạo của robot công nghiệp

Các thành phần kể trên không thực hiện những nhiệm vụ độc lập. Có thể chia chức năng trong cấu tạo của robot công nghiệp thành bốn nhóm để dễ hình dung cách hệ thống tạo ra một chu trình tự động hoàn chỉnh.

Nhóm tạo chuyển động

Nhóm này gồm cánh tay, khớp và hệ thống truyền động. Nhiệm vụ chính là tạo chuyển động cơ học để robot đưa end-effector từ vị trí này đến vị trí khác theo quỹ đạo được thiết lập.

Khả năng chuyển động của nhóm cơ khí ảnh hưởng đến vùng làm việc và cách bố trí robot trong nhà máy. Đây cũng là lý do mặt bằng và vị trí thiết bị trước, sau robot cần được khảo sát trước khi thiết kế hệ thống.

Cấu tạo của robot công nghiệp nhóm điều khiển và xử lý dữ liệu

Bộ điều khiển tiếp nhận chương trình, xử lý tín hiệu và điều phối chuyển động của robot. Có thể hiểu đây là thành phần biến yêu cầu công việc thành chuỗi lệnh cụ thể cho từng trục.

Trong hệ thống tự động hóa, nhóm điều khiển còn đóng vai trò phối hợp robot với băng tải và các thiết bị liên quan. Sự đồng bộ này giúp hạn chế tình trạng robot chờ sản phẩm hoặc thiết bị phía sau không theo kịp chu kỳ gắp.

Nhóm cảm biến, phản hồi và nhận biết trạng thái

Cảm biến cung cấp dữ liệu để hệ thống biết trạng thái đang diễn ra trong quá trình vận hành. Tín hiệu phản hồi giúp bộ điều khiển xác nhận trạng thái và thực hiện hành động phù hợp với điều kiện vận hành, thay vì chỉ dựa vào một chuỗi chuyển động định trước.

Vai trò này đặc biệt quan trọng trong dây chuyền liên tục. Nếu sản phẩm chưa đến vị trí hoặc một công đoạn liên quan chưa sẵn sàng, hệ thống cần nhận biết trạng thái trước khi thực hiện bước tiếp theo.

Nhóm trực tiếp thực hiện công việc

End-effector biến chuyển động của robot thành thao tác có ích đối với sản phẩm. Với dây chuyền đóng gói bao bì, nhiệm vụ có thể là hút túi, gắp sản phẩm, chuyển sản phẩm vào thùng hoặc nâng thùng lên pallet.

Vì vậy, cùng một cánh tay robot có thể tạo ra hiệu quả khác nhau khi thay đổi đầu công tác và cách lập trình. Thiết kế robot cần được xem xét cùng đặc điểm sản phẩm thay vì tách rời hai yếu tố này.

Các bộ phận của robot công nghiệp phối hợp hoạt động như thế nào?

Để hiểu rõ cấu tạo của robot công nghiệp, có thể quan sát một chu trình gắp sản phẩm. Mỗi thao tác tưởng như đơn giản thực tế là kết quả của nhiều thành phần trao đổi tín hiệu và hoạt động liên tục.

Khi sản phẩm đến vùng thao tác, hệ thống nhận tín hiệu và chuyển thông tin về bộ điều khiển. Bộ điều khiển thực hiện chương trình đã thiết lập, hệ thống truyền động làm các khớp chuyển động và đưa end-effector đến vị trí cần gắp.

Sau khi giữ sản phẩm, robot di chuyển theo quỹ đạo đã lập trình và đặt sản phẩm tại vị trí yêu cầu. Các tín hiệu phản hồi tiếp tục được sử dụng để kiểm soát trạng thái và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.

Trong dây chuyền công nghiệp, quá trình này còn phải phối hợp với băng tải và máy móc xung quanh. Vì vậy, năng suất thực tế không chỉ phụ thuộc vào tốc độ riêng của robot mà còn phụ thuộc vào khả năng đồng bộ của toàn hệ thống.

Cấu tạo của robot công nghiệp liên quan đến những thông số kỹ thuật nào?

Các thông số kỹ thuật của robot có mối liên hệ chặt chẽ với kết cấu cơ khí, truyền động, điều khiển và đầu công tác. Đối với doanh nghiệp, hiểu mối quan hệ này giúp đọc bảng thông số theo đúng nhu cầu ứng dụng thay vì chỉ so sánh robot dựa trên một chỉ tiêu.

Số trục và bậc tự do

Số trục ảnh hưởng đến khả năng robot tạo ra các chuyển động cần thiết trong không gian. Càng nhiều hướng chuyển động cần kiểm soát, bài toán về cơ cấu và lập trình càng cần được xem xét kỹ.

Tuy nhiên, nhiều trục hơn không đồng nghĩa với phù hợp hơn. Vì vậy, số trục nên được lựa chọn theo yêu cầu chuyển động và đặc điểm ứng dụng, thay vì mặc định robot có nhiều trục hơn sẽ phù hợp hơn.

Tải trọng và tầm với

Tải trọng cho biết khả năng xử lý khối lượng của robot trong điều kiện thiết kế, còn tầm với thể hiện phạm vi robot có thể tiếp cận. Hai thông số này cần được đánh giá đồng thời.

Đặc biệt, tải trọng tính toán cần xem xét cả sản phẩm và end-effector. Với palletizing, doanh nghiệp cũng cần tính đến vị trí lấy thùng, kích thước pallet, chiều cao xếp và vùng hoạt động thực tế.

Tốc độ và độ chính xác lặp lại

Tốc độ ảnh hưởng đến thời gian hoàn thành chu kỳ, nhưng robot nhanh không tự động đồng nghĩa với dây chuyền có năng suất cao. Nếu máy đóng gói hoặc băng tải phía trước có công suất thấp hơn, tăng tốc robot có thể không tạo thêm sản lượng.

Độ chính xác lặp lại lại liên quan đến khả năng robot quay về hoặc thực hiện ổn định các vị trí đã thiết lập qua nhiều chu kỳ. Đây là yếu tố cần quan tâm với các công việc gắp, đặt và sắp xếp sản phẩm theo vị trí xác định.

Khả năng gắp và xử lý sản phẩm

Hiệu quả gắp phụ thuộc vào sự kết hợp giữa robot và end-effector. Doanh nghiệp cần đánh giá sản phẩm thực tế về kích thước, trọng lượng, hình dạng, bề mặt và cách sản phẩm di chuyển trên dây chuyền.

Vị trí robot trong dây chuyền đóng gói thực phẩm tự động

Trong dây chuyền đóng gói thực phẩm, robot thường được bố trí tại các công đoạn gắp sản phẩm, đóng thùng và xếp pallet. Hiệu quả của robot phụ thuộc không chỉ vào cấu tạo của robot công nghiệp mà còn vào khả năng phối hợp với các thiết bị trước và sau trong toàn bộ dây chuyền.

Ở đầu dây chuyền, hệ cân định lượng kết hợp máy đóng gói dạng đứng, nằm hoặc xoay tùy sản phẩm. Sau đó, máy dán nhãn và hệ thống in date hoàn thiện thông tin như NSX, HSD, số lô, barcode hoặc QR Code trước khi sản phẩm được kiểm tra bằng máy dò kim loại/X-ray và cân kiểm tra trọng lượng.

Tại khu vực cuối dây chuyền, máy dựng thùng chuẩn bị carton, robot Delta hoặc cobot sử dụng end-effector phù hợp để gắp sản phẩm vào thùng, sau đó máy dán thùng thực hiện niêm phong. Thùng đạt yêu cầu sau cân kiểm tra được cobot pallet xếp lên pallet, quấn màng và chuyển đến kho hoặc khu vực xuất hàng bằng AGV.

Doanh nghiệp không nhất thiết phải tự động hóa toàn bộ ngay từ đầu. Việc khảo sát điểm nghẽn và ưu tiên các công đoạn như gắp sản phẩm, đóng thùng hoặc xếp pallet giúp lựa chọn cấu tạo của robot công nghiệp và mức độ tự động hóa phù hợp với công suất, mặt bằng và kế hoạch mở rộng dây chuyền.

Kết luận

Cấu tạo của robot công nghiệp không chỉ gồm cánh tay robot nhìn thấy bên ngoài mà là sự kết hợp giữa cơ cấu cánh tay và khớp, hệ thống truyền động, bộ điều khiển, cảm biến và end-effector. Cánh tay tạo chuyển động, truyền động cung cấp lực, bộ điều khiển xử lý lệnh, cảm biến cung cấp phản hồi và end-effector trực tiếp thực hiện thao tác với sản phẩm.

Đối với dây chuyền đóng gói thực phẩm, CVM Group có thể khảo sát nhiều khu vực. Nếu doanh nghiệp đang cân nhắc ứng dụng robot cho gắp sản phẩm, đóng thùng hoặc xếp pallet, việc khảo sát dây chuyền và sản phẩm thực tế sẽ giúp xác định cấu hình robot, end-effector và mức độ tự động hóa phù hợp hơn.