Trước khi robot được đưa vào sử dụng, nó cần được trang bị đầy đủ các linh kiện và thiết bị robot cần thiết để hình thành một hệ thống hoàn chỉnh. Các bộ phận như pin robot, giá đỡ, hay hệ thống thị giác là những thành phần không thể thiếu giúp robot thực hiện chính xác các chức năng của mình. Tuy nhiên, mỗi loại linh kiện thường được thiết kế dành riêng cho từng dòng robot, với các yêu cầu và kích thước khác nhau.
Dưới đây là 8 linh kiện và thiết bị robot cơ bản và đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của hệ robot công nghiệp tự động hóa.
1. Bộ phận tác động cuối cánh tay robot
Bộ phận tác động cuối (End-of-arm Tooling – EoAT) là một thiết bị ngoại vi được gắn vào cổ tay robot cho phép robot thực hiện nhiệm vụ của mình. Bộ phận này đóng vai trò là “đầu vận hành” của robot vì nếu không có bộ phận này, hầu hết robot đều không thể thực hiện công việc dưới sự điều khiển của phần mềm lập trình.
Tùy theo yêu cầu của quy trình sản xuất, EoAT có thể mang nhiều hình thái khác nhau, từ dụng cụ cơ khí (như tua vít, khoan, mài, hàn hồ quang) đến thiết bị hút chân không hoặc kẹp cơ học phục vụ cho các thao tác nâng, di chuyển vật thể. Ngày nay, nhiều doanh nghiệp chuyên biệt hóa trong thiết kế và sản xuất EoAT, tập trung phát triển các dòng sản phẩm tối ưu cho từng loại cụ thể nhằm tăng hiệu suất và độ linh hoạt cho robot. Có nhiều loại đầu tác động cuối nhưng về cơ bản có 3 loại được sử dụng phổ biến nhất là: Công cụ xử lí, kẹp và bộ thay đổi dụng cụ,…
1.1 Công cụ xử lý
Công cụ xử lý là các thiết bị gắn ở đầu cánh tay robot, có chức năng tác động trực tiếp lên vật liệu hoặc phôi để thay đổi hình dạng, tính chất hoặc bề mặt của chúng. Loại công cụ này rất đa dạng, bao gồm các dụng cụ hàn robot, dụng cụ gia công cơ khí, dụng cụ sơn, dụng cụ in 3D, và nhiều loại khác tùy theo ứng dụng.
1.2 Tay kẹp hoặc tay gắp
Tay kẹp là dạng EoAT phổ biến nhất trong robot công nghiệp vì nó có thể điều khiển robot thực hiện hành động gắp, đặt, lắp ráp hoặc bảo trì máy móc. Có rất nhiều loại kẹp khác nhưng ưa chuộng nhất vẫn là loại kẹp ngón tay, tiếp đến là kẹp chân không, kẹp từ, kẹp kìm và các loại khác.
1.3 Bộ thay đổi dụng cụ tự động
Một trong những xu hướng nổi bật là cơ chế thay đổi dụng cụ tự động (Automatic Tool Changer – ATC). Hệ thống này cho phép robot tự động hoán đổi giữa các công cụ được gắn trên bộ gá chuyên dụng mà không cần can thiệp thủ công. Nhờ đó, một robot có thể đảm nhận nhiều công đoạn khác nhau trên cùng một sản phẩm. Giải pháp này không chỉ tối ưu thời gian chu kỳ mà còn nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất linh kiện đa dạng.
2. Hệ thống cảm biến trong robot công nghiệp
Cảm biến đóng vai trò như các “giác quan” của robot, cho phép chúng nhận biết và phản ứng với môi trường xung quanh. Tương tự con người, robot có thể được trang bị khả năng “nhìn”, “nghe”, “chạm”,… Trong các ứng dụng công nghiệp, cảm biến giúp robot thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác, an toàn và linh hoạt hơn. Chẳng hạn, robot có thể “ngửi” để phát hiện khí độc trong hầm mỏ, “nếm” để kiểm tra chất lượng thực phẩm, hoặc “nhìn” để điều hướng và nhận diện vật thể.
Xu hướng hiện nay trong phát triển robot là hợp nhất cảm biến (sensor fusion) với sự kết hợp dữ liệu từ nhiều loại cảm biến khác nhau như quang học, LiDAR, siêu âm, và cảm biến lực. Mỗi loại cảm biến có ưu và nhược điểm riêng, nhưng khi tích hợp, chúng tạo nên một hệ thống nhận thức toàn diện hơn, giúp robot hoạt động ổn định, chính xác và an toàn trong môi trường phức tạp.
2.1 Cảm biến quang học
Cảm biến quang học là một trong những công nghệ nền tảng trong lĩnh vực cảm biến robot. Chúng hoạt động dựa trên việc phân tích sự tương tác giữa ánh sáng và vật thể để thu thập dữ liệu về vị trí, hình dạng, màu sắc, hoặc độ nhám bề mặt. Các loại cảm biến quang học có thể đo độ dày màng phim, độ nhám bề mặt, màu sắc vật thể, hoặc tốc độ dòng chảy của chất lỏng. Một số hệ thống tiên tiến còn tích hợp kính hiển vi quang học, mở ra khả năng đo đạc ở cấp độ vi mô.
Ngoài ra, cảm biến quang học còn có thể đo vận tốc và vị trí thông qua các tín hiệu ánh sáng phản xạ mà không cần sử dụng camera truyền thống. Đây là nền tảng kỹ thuật cho các hệ thống định vị và kiểm soát chuyển động trong dây chuyền sản xuất tự động.
2.2 Máy quét laser và công nghệ LiDAR
Sự ra đời của laser đã cách mạng hóa lĩnh vực cảm biến công nghiệp. Các máy quét laser hiện nay được sử dụng rộng rãi để đo khoảng cách, nhận dạng vật thể và theo dõi hàng hóa. Trong các nhà kho tự động, robot hoặc máy bay không người lái được trang bị máy quét laser hoặc RFID để quét mã vạch, kiểm kê hàng tồn kho nhanh chóng và chính xác hơn so với con người.
Một trong những ứng dụng nổi bật nhất của laser là LiDAR (Light Detection and Ranging) – công nghệ đo khoảng cách bằng ánh sáng. Nguyên lý hoạt động của LiDAR tương tự radar, nhưng thay vì sử dụng sóng vô tuyến, LiDAR phát ra các xung laser và đo thời gian phản hồi để xác định khoảng cách đến vật thể.
LiDAR có thể hoạt động ở nhiều cấu hình:
- 1D: Đo khoảng cách đơn (ví dụ: thước laser cầm tay).
- 2D: Quét laser theo mặt phẳng, thường dùng trong robot di động để phát hiện chướng ngại vật trên mặt đất.
- 3D: Quét toàn bộ không gian ba chiều, cho phép nhận dạng vật thể phức tạp và lập bản đồ môi trường.
Mặc dù LiDAR 3D cung cấp dữ liệu chi tiết hơn nhưng nó yêu cầu năng lực xử lý tính toán lớn và chi phí cao hơn. Ngoài ra, các yếu tố môi trường như ánh sáng mạnh, bụi hoặc vật liệu phản xạ kém có thể làm giảm độ chính xác. Tuy nhiên, nhờ độ tin cậy và độ chính xác cao, LiDAR vẫn là lựa chọn hàng đầu trong các ứng dụng thị giác robot công nghiệp và xe tự hành (AMR, AGV).
2.3 Hệ thống thị giác robot
Thị giác máy tính là bước tiến quan trọng giúp robot “nhìn thấy” và “hiểu” thế giới xung quanh. Nhờ sự phát triển của camera độ phân giải cao và thuật toán xử lý hình ảnh, các hệ thống thị giác ngày nay có thể nhận dạng khuôn mặt, phân biệt con người với vật thể vô tri và thậm chí dự đoán chuyển động của chúng.
Một hệ thống thị giác robot hiệu quả không chỉ dừng lại ở việc ghi lại hình ảnh, mà còn phân tích ngữ nghĩa của dữ liệu khi hiểu được vật thể nào là người, xe nâng, hay chi tiết cơ khí. Khả năng hiểu ngữ cảnh này giúp robot tương tác an toàn hơn trong môi trường làm việc chung với con người.
3. Bộ điều khiển và lập trình robot
Bộ điều khiển robot được xem là “bộ não” giúp robot có thể hoạt động chính xác và linh hoạt theo yêu cầu. Thiết bị này tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển cho các bộ phận như động cơ, tay gắp hay các khớp chuyển động. Nhờ đó, robot có thể thực hiện các thao tác một cách trơn tru, đúng trình tự và đạt hiệu quả cao.
Có ba loại bộ điều khiển robot chính:
- PLC (Bộ điều khiển logic lập trình): là công nghệ điều khiển robot lâu đời nhất và có mức chi phí thấp nhất. PLC được sử dụng cho các ứng dụng đơn giản, không cần điều khiển chuyển động phức tạp. Khả năng ghi dữ liệu của PLC cũng kém hơn so với các loại bộ điều khiển robot khác.
- PAC (Bộ điều khiển tự động hóa lập trình): là phiên bản nâng cấp của PLC. PAC có sức mạnh tính toán và khả năng xử lý mạnh mẽ hơn. PAC phù hợp với rất nhiều ứng dụng.
- IPC (Máy tính cá nhân công nghiệp): có sức mạnh tính toán lớn nhất và cũng là loại bộ điều khiển robot đắt nhất. IPC có thể xử lý các chuyển động phức tạp và giao tiếp qua nhiều loại giao diện khác nhau. Ngoài ra, IPC còn có thể xử lý và lưu trữ lượng dữ liệu rất lớn.
Ngày nay, sự khác biệt giữa các loại bộ điều khiển robot truyền thống ngày càng mờ nhạt. Thực tế, không còn tồn tại ba loại bộ điều khiển riêng biệt, mà chúng hình thành một chuỗi kết hợp các tính năng với nhau.
Khi lựa chọn bộ điều khiển robot, một yếu tố quan trọng cần cân nhắc là phần mềm đi kèm. Một gói phần mềm phù hợp sẽ giúp việc cài đặt và vận hành robot trở nên dễ dàng hơn, đồng thời đảm bảo bạn nhận được sự hỗ trợ cần thiết cho các nhu cầu chuyên biệt của mình. Việc lựa chọn phần mềm thích hợp cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động và khả năng khai thác tối đa các chức năng của robot.
4. Các loại pin sử dụng cho robot
Sự phát triển liên tục của công nghệ pin đã tác động đáng kể đến hiệu suất của các thiết bị điện và điện tử. Pin cải tiến mang lại thời gian hoạt động lâu hơn và giảm thời gian sạc, giúp thiết bị vận hành hiệu quả hơn. Đặc biệt, những tiến bộ này đã làm cho các robot di động tự động (AMR) trở nên thực tế và tiết kiệm chi phí hơn trong ứng dụng công nghiệp.
Khi lựa chọn pin phù hợp cho robot, cần xem xét một số yếu tố cơ bản như loại pin, dung lượng lưu trữ năng lượng, khả năng sạc lại, cũng như thời gian sử dụng liên tục và tuổi thọ của pin. Những yếu tố này quyết định trực tiếp hiệu quả hoạt động và chi phí vận hành của robot.
Tùy thuộc vào kích thước, mục đích và mức độ tiêu thụ năng lượng, robot có thể sử dụng các loại pin khác nhau, bao gồm Nickel-Metal Hydride (NiMH), Lithium và Chì-Axit. Mỗi loại pin có những đặc tính riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
4.1 Pin Nickel-Metal Hydride (NiMH)
Pin NiMH thường được sử dụng cho các robot nhỏ, như robot đồ chơi hoặc các thiết bị di động nhỏ. Ưu điểm của pin NiMH là chi phí thấp, an toàn, dung lượng vừa phải và không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn trong thời gian ngắn. Do đó, chúng phù hợp cho các robot hoạt động nhẹ, không yêu cầu hiệu suất cao và thường được sử dụng trong môi trường an toàn cho trẻ em.
4.2 Pin Lithium
Pin lithium cung cấp mật độ năng lượng cao và khả năng hoạt động lâu dài, thích hợp cho các robot cần hiệu suất cao hoặc vận hành liên tục. Có hai loại pin lithium phổ biến:
- Pin lithium polymer (LiPo): Cho phép giải phóng lượng điện lớn trong thời gian ngắn, thích hợp cho robot tham gia các nhiệm vụ đòi hỏi tốc độ cao hoặc tải năng lượng lớn.
- Pin lithium sắt phosphate (LiFePO₄): Có tuổi thọ cao, ổn định và an toàn, phù hợp cho các robot thực hiện các nhiệm vụ liên tục trong môi trường dịch vụ hoặc công nghiệp, nơi yêu cầu hoạt động lâu dài nhưng không cần công suất cực đại.
4.3 Pin chì – Axit
Pin Chì-Axit thường được sử dụng cho các robot lớn, cố định, yêu cầu năng lượng ổn định trong thời gian dài nhưng không di chuyển nhiều. Chúng có khối lượng lớn, chi phí thấp và đáng tin cậy, nhưng không phù hợp cho các robot di động. Do tác động môi trường của pin Chì-Axit, nhiều ứng dụng hiện nay đang dần chuyển sang sử dụng pin lithium sắt phosphate như một lựa chọn thay thế sạch hơn.
5. Hệ thống cố định robot
Đối với các robot cố định, việc lắp ráp cánh tay robot cần được thực hiện chắc chắn để đảm bảo hoạt động an toàn và độ chính xác trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Để duy trì sự ổn định lâu dài, người ta thường sử dụng các công cụ hỗ trợ, trong đó phổ biến nhất là giá đỡ và hệ thống lắp đặt mô đun.
Giá đỡ được sử dụng khi cần nâng cao vị trí cánh tay robot, giúp thao tác với băng tải hoặc bề mặt làm việc trở nên thuận tiện hơn. Chúng có thể được cố định bằng vít xuống sàn hoặc gắn bánh xe để dễ dàng di chuyển giữa các khu vực sản xuất. Ngoài ra, có nhiều loại giá đỡ khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Một số giá đỡ cho phép lắp robot ở tư thế đảo ngược nhằm tối đa hóa không gian làm việc, trong khi những giá đỡ khác yêu cầu lắp robot theo phương thẳng đứng, ví dụ bên hông máy.
Bên cạnh đó, các hệ thống lắp đặt mô-đun được sử dụng để cố định cảm biến, camera, cáp và ống mềm đi kèm robot. Một số hệ thống được thiết kế ưu tiên độ cứng vững và độ bền cao, trong khi những hệ thống khác tập trung vào tính linh hoạt và trọng lượng nhẹ, giúp dễ dàng điều chỉnh vị trí và bảo trì. Các cần gạt hoặc khớp điều chỉnh cho phép định vị chính xác cảm biến, cáp và các phụ kiện trong quá trình vận hành.
6. Thiết bị an toàn của robot
Các thiết bị an toàn của robot bao gồm nhiều linh kiện và phụ kiện robot kết hợp với hệ thống được thiết kế để bảo vệ người vận hành khỏi những mối nguy hiểm tiềm ẩn. Sự kết hợp của các linh kiện này tạo môi trường làm việc an toàn. Các biện pháp bảo vệ có thể được chia thành hai loại chính: rào chắn vật lý và hệ thống cảm biến/điện tử.
6.1 Rào chắn vật lý
Rào chắn vật lý là biện pháp an toàn quan trọng giúp ngăn con người tiếp cận khu vực làm việc của robot. Chúng bao gồm hàng rào cố định, chuồng kim loại hoặc cửa có khóa liên động, đảm bảo người vận hành không tiếp xúc với các bộ phận chuyển động.
Khi cửa liên động được mở, hệ thống sẽ tự động dừng robot, tránh nguy cơ tai nạn. Các hàng rào này có thể được chế tạo từ dây kim loại, tấm đục lỗ hoặc tấm Plexiglas, với chiều cao, kích thước lỗ và độ bền khác nhau tùy theo yêu cầu ứng dụng. Việc tách biệt rõ ràng giữa khu vực robot và con người bằng rào chắn vật lý được xem là giải pháp an toàn hiệu quả nhất trong môi trường sản xuất tự động.
6.2 Hệ thống cảm biến / điện tử
Bên cạnh rào chắn vật lý, các thiết bị cảm biến và giám sát đóng vai trò là lớp bảo vệ thứ hai, giúp phát hiện sự hiện diện của con người trong khu vực nguy hiểm và kích hoạt các biện pháp dừng khẩn cấp khi cần thiết.
- Máy quét laser sử dụng tia laser để theo dõi không gian xung quanh robot, phát hiện xâm nhập và điều chỉnh hoạt động của robot theo mức độ nguy hiểm. Khi có người tiến vào vùng cảnh báo, robot tự động giảm tốc, và nếu đi sâu hơn, robot sẽ dừng hoàn toàn. Các vùng an toàn này có thể được tùy chỉnh linh hoạt theo từng ứng dụng.
- Hàng rào ánh sáng tạo ra một lớp chùm sáng vô hình bao quanh khu vực làm việc. Khi chùm sáng bị gián đoạn, hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt hoạt động robot, ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp với bộ phận chuyển động.
Ngoài ra, thảm an toàn nhạy áp và cảm biến va chạm trên tay robot cũng được tích hợp để phát hiện tác động bất thường, giúp hệ thống phản ứng kịp thời và đảm bảo an toàn cho người vận hành.
7. Băng tải
Hệ thống băng tải đóng vai trò trung gian vận chuyển vật liệu và sản phẩm giữa các công đoạn trong dây chuyền sản xuất. Robot có thể lấy sản phẩm trực tiếp từ băng tải để bắt đầu chu trình làm việc, hoặc đặt sản phẩm hoàn thiện lên băng tải ở giai đoạn cuối. Có nhiều loại băng tải được sử dụng tùy theo tính chất của vật liệu và yêu cầu sản xuất, như băng tải đai, băng tải con lăn, băng tải xích,…
Hệ thống băng tải hiện nay có thể được tùy chỉnh và điều khiển linh hoạt, từ vận hành thủ công đến điều khiển tự động hoàn toàn. Việc tích hợp thêm cảm biến, bộ điều khiển lập trình giúp quy trình được đồng bộ hóa, đảm bảo hoạt động nhịp nhàng, an toàn và hiệu quả. Nhờ đó, băng tải không chỉ là phương tiện vận chuyển, mà còn là mắt xích quan trọng trong hệ thống tự động hóa sản xuất.
8. Máy cấp liệu rung (Vibrating Feeder)
Loại linh kiện và thiết bị robot cuối cùng trong danh sách này là máy cấp liệu rung hay còn gọi là phễu rung. Đây là thiết bị hoạt động dựa trên dao động cơ học có kiểm soát, giúp di chuyển, sắp xếp và đưa các chi tiết nhỏ như bu lông, đai ốc, nắp chai hoặc linh kiện điện tử đến vị trí xác định. Nhờ cơ chế này, robot có thể dễ dàng gắp chi tiết đúng hướng, đúng vị trí mà không cần sự can thiệp thủ công.
So với phương pháp cấp liệu thủ công, máy cấp liệu rung mang lại độ ổn định và tính tự động hóa cao hơn, đảm bảo tốc độ sản xuất liên tục, giảm sai sót và tăng độ chính xác cho robot. Khi kết hợp với hệ thống băng tải, nó giúp duy trì dòng vật liệu đều đặn, tạo nên một quy trình khép kín và hiệu quả cao.
Kết luận
Việc lựa chọn và tích hợp đúng các linh kiện và thiết bị robot là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống robot công nghiệp vận hành hiệu quả, an toàn và ổn định. Mỗi bộ phận đều đóng vai trò riêng nhưng có mối liên hệ chặt chẽ, cùng nhau tạo nên một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh.
Sự phát triển của công nghệ cảm biến, pin và trí tuệ nhân tạo đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành robot công nghiệp, giúp các hệ thống ngày càng thông minh và tiết kiệm năng lượng hơn. Trong tương lai, việc tối ưu hóa sự tương thích giữa các linh kiện và phần mềm điều khiển sẽ trở thành yếu tố quan trọng giúp robot hoạt động hiệu quả hơn.
Đọc thêm: Tìm hiểu về các chi tiết linh kiện cánh tay robot công nghiệp
Thiết Bị Robot là kênh phân phối trực tuyến các bộ phận, thiết bị robot mới hoặc đã qua sử dụng, các cảm biến robot, dầu mỡ robot và các linh kiện cơ khí. Tại đây, chúng tôi tự hào cung cấp khối lượng lớn vật tư từ các thương hiệu và nhà cung cấp lớn, bao gồm: FANUC, ABB, Kuka, Yaskawa, Mitsubishi, Staubli, Hyundai, CKD, v.v.
Liên hệ ngay để được Thiết bị robot tư vấn trực tiếp:
Hotline: 091 9225 197
Địa chỉ: 97/2 Kha Vạn Cân, phường Hiệp Bình, TP.HCM
=============
Facebook: Linh kiện robot.
Điện thoại
Email