Robot công nghiệp là gì? Phân loại và ứng dụng trong sản xuất

Robot công nghiệp là giải pháp tự động hóa được nhiều doanh nghiệp sản xuất hàng đầu thế giới quan tâm và áp dụng. Mặc dù chỉ được phát triển không lâu, nhưng lĩnh vực này đã nhận được nhiều thành công ngoài mong đợi. Các loại robot công nghiệp mang đến nhiều lợi ích cho hoạt động sản xuất, giúp cải thiện tốc độ và nâng cao năng suất. Vậy, thiết bị này mang đến những lợi ích gì? Cùng VTECH tìm hiểu trong bài viết sau đây nhé!  

Xu hướng robot công nghiệp 4.0

Vào giữa những năm 1950, ngành công nghiệp robot ra đời và gặt hái được nhiều thành công nhất định. Các loại robot công nghiệp thay thế sức người trong một số công việc nặng, môi trường nguy hiểm,… Theo báo cáo của World Robotics (2020), có khoảng 2,7 triệu robot công nghiệp đang hoạt động trong các nhà máy trên toàn thế giới. Đây là một con số khổng lồ, tăng khoảng 12% so với năm trước.

Cũng dựa trên báo cáo đó, chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy châu Á là khu vực có tỷ trọng sản xuất robot công nghiệp lớn nhất thế giới. Trong đó, 73% robot công nghiệp mới được lắp đặt tại các nhà xưởng của Trung Quốc. Chúng ta có thể nhận thấy cụ thể hơn qua hình ảnh thống kê bên dưới:  

Robot công nghiệp là gì?

Robot công nghiệp là một sản phẩm của khoa học hiện đại, giúp tự động hóa công việc. Tất cả robot này đều có các vi mạch điện tử được lập trình sẵn và điều khiển thông qua máy tính. Những những con robot công nghiệp được sử dụng để thay thế nhân công trong các công việc nặng, nguy hiểm, điều kiện môi trường không đảm bảo,… Từ đó, các doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí sản xuất, gia tăng năng suất và cho ra kết quả đạt chất lượng tốt hơn. 

Ngoài ra, robot công nghiệp còn được định nghĩa dựa trên tiêu chuẩn của từng quốc gia như sau:

• Tiêu chuẩn RIA của Mỹ: Được hiểu là một cánh tay robot công nghiệp giúp thực hiện các công việc vận chuyển vật liệu, chi tiết,… đến vị trí được lập trình sẵn.
• Tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: Một cơ cấu chuyển động tự động có thể được lập trình từ trước để thực hiện các công việc có tính tuần hoàn. Ngoài ra, robot công nghiệp còn có thể tổng hợp chương trình trên hệ trục tọa độ, định vị, định hướng và di chuyển các đối tượng vật chất cụ thể.  
• Tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga: Robot công nghiệp là một tay máy có thể hoạt động tự do. Tuy nhiên, các thiết bị bị điều khiển thông qua một chương trình được thiết lập sẵn. 

Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

Một robot công nghiệp hoàn chỉnh thường là một dạng cấu trúc liên kết của nhiều kết cấu khác nhau. Các cấu trúc cơ bản nhất có thể kể đến như sau: khớp nối (articulated), tỉ lệ (SCARA), hệ tọa độ Descartes (cartesian), song song (parallel)/delta và hình trụ (cylindrical).

Để có thể hoàn thành một thao tác, các cấu trúc liên kết với nhau và thực hiện chuyển động quay hoặc tuyến tính hoặc đồng thời cả hai (đôi khi là chuyển động khớp nối). Mỗi chi tiết tham gia chuyển động có thể định hình chung cấu trúc robot công nghiệp hoặc cánh tay robot. Để robot có thể định vị hàng được gắn vào cánh tay cấn có 6 khớp (6 bậc tự do) – thường được gọi là 6 trục.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống robot công nghiệp

Robot công nghiệp thực hiện nhiều nhiệm vụ sản xuất với sự trợ giúp của các cảm biến, bộ điều khiển và cơ cấu liên kết. Chúng thực hiện chu kỳ chuyển động lặp đi lặp lại thông qua các lập trình sẵn của nhà sản xuất. Ngày nay, con người đã phát triển robot đến mức có thể giảm bớt sự can thiệp mà vẫn hoạt động hiệu quả. Chúng có thể được sử dụng cho các quy trình sản xuất khác nhau hoặc những nơi con người không thể tiếp cận như: không gian ngoài vũ trụ, nơi có nhiệt độ cao, dưới đáy đại dương,…

Ngoài ra, robot công nghiệp được tạo ra để hoạt động trong một môi trường nguy hiểm bao gồm kiểm tra chất phóng xạ, hủy kích hoạt bom,… Sau khi được lập trình, chúng có thể di chuyển trên ba trục trở lên. Do đó, chúng có một số ứng dụng điển hình như hàn, lắp ráp sơn,…

Lợi ích của robot công nghiệp

Hiện nay, việc sử dụng hệ thống robot công nghiệp không còn quá xa lạ đối với nhiều doanh nghiệp sản xuất trên khắp thế giới. Đây được xem là giải pháp tự động hóa tối ưu nhất thời điểm hiện tại, giúp doanh nghiệp có thể tăng lợi thế cạnh tranh trong lĩnh vực sản xuất. Một số lợi ích khi sử dụng robot công nghiệp như sau:

• Tính linh hoạt: Một phần không thể thiếu trong mô hình sản xuất linh hoạt, đặc biệt những dây chuyền sản xuất đòi hỏi tính lặp đi lặp lại của các thao tác.

• Độ chính xác cao: Robot công nghiệp hoạt động dựa trên một chương trình được thiết lập sẵn, giúp hạn chế sai sót. Thiết bị này cũng có thể thay thế con người trong các công việc đòi hỏi độ chính xác cao như hàn, cắt,…
• Tính an toàn: Điểm đặc biệt của robot công nghiệp là có thể làm việc trong điều kiện môi trường không đảm bảo an toàn như: nhiệt độ cao, hóa chất,… Đây được xem là giải pháp tăng tính an toàn cho người lao động.

>> Tìm hiểu thêm: Các loại cảm biến thông dụng hiện nay

Ứng dụng của robot công nghiệp trong các lĩnh vực

Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau bởi sự đa dụng và độ hiệu quả cao. Thiết bị này còn giúp tiết kiệm chi phí và có thể làm việc trong một số môi trường đặc thù, nguy hiểm. 

Bảo mật

Bảo vệ là công việc khá nguy hiểm nên sẽ rất phù hợp nếu sử dụng robot công nghiệp. Hiện tại, các công ty chế tạo robot đang tiến hành ghép nối các vệ sĩ robot với các chuyên gia tư vấn an ninh cho con người. Một công ty rất nổi tiếng trong lĩnh vực này là Knightscope ở Hoa Kỳ có robot an ninh tự động có khả năng hỗ trợ nhân viên an ninh với trí thông minh hành động theo thời gian thực. Những robot này có thể giúp chống lại các tội phạm như cướp có vũ trang, trộm cắp, bạo lực gia đình,…

Khám phá không gian

Trong không gian có rất nhiều thứ nguy hiểm đối với các phi hành gia. Do đó, rô bốt là một lựa chọn tuyệt vời để giúp chúng ta có thể làm các công việc như: thu thập mẫu vật trên sao Hỏa, sửa chữa con tàu ngoài không gian,… Các tổ chức vũ trụ như NASA thường sử dụng robot và các phương tiện tự hành để làm những việc mà con người không thể. 

Giải trí

Robot cũng là một phần quan trọng của ngành công nghiệp giải trí. Mặc dù robot công nghiệp không thể trở thành diễn viên hay nghệ sĩ, nhưng chúng có thể được sử dụng đằng sau bối cảnh trong phim, cung cấp các hiệu ứng đặc biệt,… Các công viên giải trí như Disney World cũng đang sử dụng robot công nghiệp để nâng cao trải nghiệm cho khách hàng của họ.

Chăm sóc sức khỏe

Robot đã thay đổi rất nhiều việc chăm sóc sức khỏe. Chúng có thể giúp bác sĩ thực hiện các thao tác chính xác hơn, được sử dụng làm chân tay giả, cung cấp liệu pháp cho bệnh nhân,… Một ví dụ về điều này là robot da Vinci có thể giúp bác sĩ phẫu thuật thực hiện các ca phẫu thuật phức tạp liên quan đến tim, đầu, cổ và các khu vực nhạy cảm khác. 

Thăm dò dưới nước

Robot là một lựa chọn tuyệt vời để khám phá những nơi mà con người không thể tiếp cận dễ dàng, đặc biệt đại dương. Càng xuống sâu áp lực nước acfng lớn, có nghĩa là con người không thể đi xuống được và các máy móc như tàu ngầm cũng chỉ có thể xuống một độ sâu nhất định. 

Do đó, các robot được thiết kế đặc biệt nhằm đáp ứng mục đích khám phá đáy đại dương ra đời. Những robot này được điều khiển từ xa và chúng có thể đi sâu vào lòng đại dương để thu thập dữ liệu và hình ảnh về đời sống động thực vật dưới đáy đại dương.

Sản xuất

Có rất nhiều công việc lặp đi lặp lại và phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất mà không đòi hỏi phải sử dụng trí óc như hàn, lắp ráp, đóng gói,… Do đó, các robot công nghiệp có thể được đào tạo để thực hiện các nhiệm vụ này, với độ chính xác cao. Tùy chọn này cũng tối ưu cho các quy trình sản xuất nguy hiểm, có thể gây hại cho con người.

Quân đội

Robot cũng có nhiều ứng dụng trong quân sự như máy bay không người lái, hệ thống vũ trang, đặc vụ Medicare,… Một số robot phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực quân sự bao gồm MAARS, DOGO,…

Dịch vụ khách hàng

Có những robot được phát triển để trông giống hệt con người với mục đích sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ khách hàng. Một ví dụ như Nadine, một robot hình người ở Singapore có thể nhận ra người từ những lần trước, giao tiếp bằng mắt, bắt tay, trò chuyện,… 

Các loại robot công nghiệp phổ biến

Hiện nay, robot là một phần không thể thiếu tại hầu hết các khu công nghiệp lớn trên toàn thế giới. Nhờ những lợi ích mang lại mà đây được xem là giải pháp hỗ trợ, thay thế con người trong nhiều công đoạn. Dưới đây là một số robot công nghiệp phổ biến hiện nay.

1. Robot palletizing – Bốc xếp hàng hóa

Robot palletizing còn được gọi là robot xếp hàng lên pallet. Cánh tay robot công nghiệp này giúp bốc/dỡ hàng hóa và xếp chúng lên các tấm pallet được đặt tại vị trí cố định. Robot xếp hàng lên pallet thường được sử dụng tại các nhà xưởng sản xuất linh kiện, hàng hóa nặng như: ô tô, máy bay,…

Điểm đặc biệt của robot palletizing là khả năng làm việc độc lập và linh hoạt trong một không gian nhất định. Robot này có thể làm việc ổn định, vận hành liên tục trong thời gian dài và cho năng suất cao. Do đó, khách hàng có thể dễ dàng kiểm soát sản lượng, hạn chế tai nạn lao động.

2. Robot Arc Welding – Hàn gia công cơ khí

Hệ thống hàn hồ quang bằng robot được tạo thành từ thiết bị hàn và một robot dùng để cung cấp vị trí nguồn nhiệt và phôi. Robot arc welding là sự kết hợp tối ưu của công nghệ cảm biến, hệ thống điều khiển và trí tuệ nhân tạo. Các robot này có thể hoạt động trong điều kiện môi trường không đảm bảo và vận hành trong thời gian dài. 

Thông thường, nhà sản xuất sẽ trang bị một máy làm sạch mỏ hàn (torch cleaner) để loại bỏ tia lửa bắn ra trong quá trình vận hành. Trong suốt quá trình hàn, robot arc welding sử dụng súng hàn hồ quang (arc welding gun) hoặc mỏ hàn (torch) để truyền dòng điện từ cáp hàn đến điện cực.    

3. Pick and place robot – Chọn và sắp xếp sản phẩm

Đây là robot công nghiệp được sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất hiện đại. pick and place robot giúp tự động chọn và sắp xếp sản phẩm tại vị trí phù hợp. Robot này thường được lắp đặt một giá đỡ ổn định và hệ thống định vị giúp tiếp cận các khu vực khác nhau để hoàn thành công việc.  

Robot tự động xếp và dỡ hàng có thể đáp ứng các yêu cầu sản xuất nhất định, thay thế con người trong một số việc có tính lục tục. Hầu hết các loại robot công nghiệp này có kích thước nhỏ, nhẹ giúp di chuyển thuận tiện trong các không gian hạn chế. pick and place robot có thể vận hành liên tục, hỗ trợ nhu cầu đóng gói đơn hàng hiệu quả. 

4. Robot foundry and forging – Đúc và rèn

Robot foundry and forging là giải pháp tự động hóa quy trình đúc và rèn truyền thống. Từ đó, doanh nghiệp có thể gia tăng khả năng cạnh tranh đối với các đối thủ trong cùng lĩnh vực. 

Ngoài ra, robot đúc và rèn còn thực hiện công việc rót kim loại nóng chảy vào khuôn. Đây là việc làm hết sức nguy hiểm và có thể gây tai nạn lao động cho người lao động thực hiện. Một số công việc nguy hiểm khác mà robot này có thể thay thế con người như: cắt rìa kim loại, phun cát,…

5. Robot milling – Robot phay

Robot này được biết đến với việc gia công nguyên liệu thô trong các ngành cơ khí. Nhiệm vụ chính của Robot phay là cắt vật liệu dư ra khỏi nguyên mẫu hoặc khuôn đã được thiết lập sẵn để tạo thành một cấu trúc có giá trị. 

Điểm nổi bật của robot này là khả năng loại bỏ các phần tử dư thừa với độ chính xác cao. Hầu hết robot milling được được trang bị bộ cảm biến lực tốt để thực hiện gia công các bộ phận phức tạp. Ngoài ra, cơ cấu truyền động của robot này khá linh hoạt, hạn chế nguy cơ cắt sai thiết kế ban đầu.

6. Robot waterjet cutting – Cắt bằng tia nước

Robot cắt bằng tia nước là quá trình sử dụng tia nước dưới áp suất cao để tiếp xúc với bề mặt của bộ phận, phá vỡ kết cấu của vật liệu và tạo thành một vết cắt. Thông thường, robot này được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt hoặc một hệ thống máy móc công nghiệp chung. 

Khi sử dụng robot waterjet cutting các lỗi trong quá trình cắt sản phẩm được giảm thiểu. Ngoài ra, cũng giúp ngăn chặn các tai nạn lao động cho người lao động. Robot này được điều khiển bằng hệ thống phần mềm, mang đến sự bảo mật tốt hơn. 

7. Robot đánh bóng, phun sơn

Như tên gọi, robot này thường được sử dụng trong giai đoạn đánh bóng và phun sơn hoàn thiện sản phẩm. Một số dây chuyền sản xuất sử dụng robot đánh bóng, phun sơn phổ biến như: luyện kim, chế tạo ô tô, xe máy,…

Các hãng sản xuất robot hàng đầu trên thế giới

Mặc dù robot công nghiệp còn kha non trẻ, nhưng đang là lĩnh vực được chú trọng hàng đầu hiện nay. Một số công ty nổi tiếng đang nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực này có thể kể đến như:

• Fanuc: Hãng chuyên sản xuất ô tô hàng không đến từ Nhật Bản.
• Yaskawa: Hãng sản xuất robot công nghiệp đa ngành nghề tại Nhật Bản, với hơn 100 năm hình thành và phát triển.
• Robot Epson: Một hãng sản xuất robot có độ chính xác cao đến từ Nhật Bản.
• Robot ABB: Hãng chuyển sản xuất robot phục vụ lĩnh vực chế tạo linh kiện ô tô hàng đầu tại Thụy Sĩ.

• Nachi-Fujikoshi: hãng sản xuất đi đầu trong ngành chế tạo robot công nghiệp tại Nhật Bản. Đặc biệt, sản phẩm của hãng được nhiều doanh nghiệp sản xuất lớn ưa chuộng, ví dụ: Samsung.
• Robot Panasonic: Một hãng sản xuất đa ngành (tủ lạnh, điều hòa,…) đến từ Nhật Bản. Hãng còn tự phát triển thêm robot để giảm thiểu chi phí vận hành.
• Kuka: Một thương hiệu của Đức được tập đoàn Midea (Trung Quốc) mua lại vào năm 2016. Hãng sản xuất robot này có lực lượng kỹ sư chất lượng, trình độ chuyên môn cao.
• Robot Adept Technology Inc: Từng là thương hiệu hàng đầu tại Mỹ, được OMRON (Nhật Bản) mua lại vào năm 2015. Hãng vẫn giữ được cốt lõi của sản phẩm và được nhiều doanh nghiệp sản xuất tín nhiệm.

Một số thuật ngữ thường thấy đối với robot công nghiệp

Hầu hết hệ thống robot công nghiệp đều có thông tin tiếng Anh nên sẽ gây khó khăn trong việc nắm được đặc điểm của máy. Do đó, VTECH sẽ giải thích một số thuật ngữ thường gặp như sau:

• Số lượng trục (Number of axes): Hoạt động được điều khiển thông qua 2 trục. 
• Động học (Kinematic): Chuyển động ở các dạng như khớp, đề các, song song, Scarao…
• Tầm hoạt động (Working Envelope): Khoảng cách mà cánh tay robot có thể với đến được. 
• Tải trọng tiêu chuẩn (Carrying Capacity): Khối lượng thích hợp để cánh tay robot công nghiệp có thể hoạt động hiệu quả, đảm bảo độ bền và tuổi thọ.
• Tốc độ (Speed): Chỉ tốc độ để hoàn thành 1 chuyển động cụ thể. 
• Độ chính xác (Accuracy): Đánh giá khả năng hoàn thành 1 chuyển động mà không có sai sót. 
• Kiểm soát di chuyển (Motion Control): Khả năng di chuyển linh hoạt, vượt chướng ngại vật.

Trên đây là những thông tin hữu ích về robot công nghiệp – một phần không thể thiếu của ngành công nghiệp 4.0. Để có thể phát triển bền vững, doanh nghiệp nên cập nhật thị trường, không ngừng đổi mới và ứng dụng khoa học kỹ thuật. Nếu khách hàng quan tâm đến thiết bị, máy đo quang học – ứng dụng công nghệ tiên tiến thì có thể liên hệ với VTECH để được hỗ trợ.