Làm sao để ứng dụng Robot trong công nghiệp cho hiệu quả cao nhất?

Định nghĩa của một hệ thống robot công nghiệp đã phát triển đáng kể trong thời gian gần đây. Các robot công nghiệp được xem là máy móc có khả năng thực hiện các chuyển động lặp đi lặp lại và động tĩnh. Chúng đã trở thành hình ảnh thông thường trong nhiều nhà máy, nhà kho và lĩnh vực khác trên toàn thế giới. Hãy cùng khám phá những ứng dụng robot trong công nghiệp hiện nay qua bài viết dưới đây. 

Robot công nghiệp là gì?

Robot công nghiệp là một thiết bị cơ điều khiển bằng chương trình để tự động thực hiện các công việc liên quan đến sản xuất trong môi trường công nghiệp. Chúng được coi là một loại tự động hóa linh hoạt vì khả năng có thể lập trình lại và sử dụng cho nhiều loại ứng dụng robot khác nhau.

Robot ngày càng trở thành lựa chọn ưu tiên của các nhà sản xuất trong việc tự động hóa, giúp tăng năng suất, sản xuất sản phẩm chất lượng cao và giảm chi phí.

Robot công nghiệp bao gồm năm thành phần chính, bao gồm bộ điều khiển, cảm biến, bộ điều khiển robot, hiệu ứng cuối cùng và ổ đĩa. Bộ điều khiển robot thực sự là “bộ não” của robot. Đặc điểm của robot công nghiệp sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất, nhu cầu và ngữ cảnh mà chúng được triển khai.

Ứng dụng robot trong công nghiệp

Ứng dụng robot trong công nghiệp được áp dụng nhằm tự động hóa nhiều ứng dụng khác nhau. Các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, hàng không vũ trụ, thực phẩm và y tế là một số trong những ngành sử dụng robot tự động hóa lớn nhất. 

Với tiến bộ trong công nghệ, robot công nghiệp có khả năng làm việc trên một loạt các quy trình từ đơn giản đến phức tạp và với khối lượng từ lớn đến nhỏ.

Lắp ráp & Pha chế

Robot lắp ráp

Lắp ráp các bộ phận nhỏ thành các đơn vị lớn hơn là một phần quan trọng của quy trình sản xuất. Trước đây, việc này chỉ có thể được thực hiện bằng sự khéo léo và trí thông minh của con người. 

Tuy nhiên, tiến bộ gần đây trong công nghệ đã cho phép robot thực hiện nhiều nhiệm vụ này. Với nhiều quy trình lắp ráp yêu cầu chất kết dính, robot có thể được sử dụng để phân phối chất kết dính.

Nhìn chung, các robot lắp ráp thường được gắn cố định trên sàn nhà hoặc giàn treo từ trên cao và không thể thay đổi vị trí. Nhiều robot lắp ráp và phân phối chất kết dính được cấu hình theo hệ tọa độ XYZ hoặc Descartes. 

Các hệ thống tiên tiến hơn có thể sử dụng robot sáu trục, cho phép chúng di chuyển tự do hơn so với robot XYZ.

Xử lý & Chọn

Ứng dụng Robot trong công nghiệp để xử lý hàng hóa trong nhà kho hoặc chọn lựa các mặt hàng ra khỏi xe và đặt chúng vào thùng vận chuyển. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh thương mại điện tử ngày càng phát triển, nơi nhu cầu về robot có khả năng nhận và thực hiện đơn đặt hàng ngày càng tăng cao.

Trong môi trường kho hàng và nhà máy, việc vận chuyển hàng hóa là một trong những nhiệm vụ phổ biến nhất. 

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều nhân viên công nghiệp dành phần lớn thời gian của họ trong ngày để đi lại, đẩy hoặc lái các phương tiện như xe nâng. Những hoạt động này không tạo ra nhiều giá trị gia tăng và do đó là một lựa chọn lý tưởng để áp dụng tự động hóa.

Robot Xử lý và chọn

Robot di động tự động (AMR) không chỉ bao gồm các phương tiện tự hành lớn như xe nâng mà còn có thể là các thiết bị nhỏ hơn như xe đẩy. Một ứng dụng phổ biến của AMR trong nhà kho là vận chuyển hàng hóa từ vị trí nhận đơn đến khu vực đóng gói.

Trong quá khứ, hệ thống băng tải đã được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, tuy nhiên chúng có tính linh hoạt hạn chế và việc cấu hình lại chúng có thể đòi hỏi nhiều chi phí và thời gian. 

AMR cung cấp tính linh hoạt cao vì sau khi được lập bản đồ, chúng có thể tự động di chuyển từ điểm này đến điểm khác, tránh các chướng ngại vật trên đường đi.

Robot chọn và đặt

Robot Chọn và đặt

Đây là một trong những cách ứng dụng robot trong công nghiệp phổ biến nhất. Các robot này có khả năng tải và dỡ các máy chế biến, rút ra các bộ phận từ dây chuyền và đặt chúng vào thùng hoặc thùng vận chuyển, cũng như sắp xếp các bộ phận từ trạng thái không có trật tự sang trạng thái có trật tự.

Loại robot này thường được sử dụng khi có số lượng biến thể ít. Ví dụ, cùng một loại bộ phận được chuyển xuống từ dây chuyền lắp ráp và cần được đặt vào khay, xếp chồng hoặc sắp xếp theo thứ tự nhất định.

Vì các đối tượng được xử lý thường có kích thước nhỏ, Công cụ Cuối Cánh Tay (End-of-Arm Tooling – EOAT) đơn giản hơn. Trong môi trường sản xuất, các đối tượng cần chọn và đặt thường được xác định trước về kích thước, hình dạng, cấu trúc và trọng lượng. 

Do đó, loại công cụ nắm mà robot cần sử dụng có thể được tối ưu hóa cho một đối tượng cụ thể và lực kẹp của robot có thể dễ dàng được xác định hơn.

Robot hái

Robot hái công nghiệp

Trong các kho hàng và trung tâm phân phối, việc chọn lựa các mặt hàng từ các kệ và đặt chúng vào các thùng vận chuyển để hoàn thành đơn đặt hàng là một công việc cần thiết. Cho đến gần đây, công việc này thường phải được thực hiện bằng tay, tuy nhiên, với sự tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo (AI) và thị giác máy tính cùng với sự xuất hiện của các loại máy gắp mới, việc chọn lựa hàng hóa hoàn toàn tự động đã trở thành hiện thực.

Gia công và cắt

Robot cắt laser

Trong môi trường sản xuất hoặc cửa hàng máy công cụ, có nhiều hoạt động lặp lại và có thể được tự động hóa thông qua việc sử dụng robot.

• Robot chăm sóc và tải máy: Robot chăm sóc máy móc bằng cách lắp phôi vào máy công cụ và tháo bộ phận sau khi hoàn thành thao tác. Một chu trình tiêu biểu bao gồm việc một cánh tay robot lấy một phần trống từ khay, đưa vào máy, chờ cho quá trình hoàn tất, sau đó tháo bộ phận đã hoàn thành và đặt nó vào cùng một khay hoặc có thể là một khay khác.
• Robot phay: Cắt vật liệu ra khỏi mảnh “trống” và tạo hình thành một bộ phận hoàn thiện bằng máy phay là một trong những hoạt động công nghiệp thiết yếu và phổ biến nhất. Máy phay ngày càng trở nên tự động hóa hơn với sự ra đời của CNC (điều khiển số bằng máy tính) vào những năm 1960.
• Robot khoan: Sử dụng robot để khoan mang lại độ chính xác và khả năng lặp lại lớn hơn so với việc khoan thủ công. Sự thông lượng được nâng cao và người lao động được giải phóng để tập trung vào công việc mang lại giá trị hơn.
• Robot cắt laser: Trong nhiều ứng dụng, cắt laser có thể là lựa chọn ưu việt hơn so với cắt cơ khí. Cắt bằng tia laser giảm thiểu việc cong vênh của vật liệu và cải thiện độ chính xác do tia laser duy trì sự sắc nét trong quá trình cắt.

Ngoài ra, còn có các robot cắt plasma, cắt tia nước, và nhiều loại khác.

Robot hàn

Robot hàn

Robot hàn hồ quang

Hàn hồ quang nối các mảnh kim loại lại với nhau bằng cách sử dụng điện để đốt nóng kim loại đến điểm nóng chảy. Khi kim loại nguội lại, chúng liên kết vĩnh viễn và tạo ra mối hàn kín khí. Quá trình này cho phép nối các tấm phẳng, ống và thanh với nhau và mối hàn có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào dọc theo bề mặt của vật liệu.

Ngoài ra, quá trình này cũng có thể được áp dụng cho nhiều loại kim loại khác nhau như đồng, nhôm và hợp kim đồng. Hàn hồ quang có thể thực hiện cả trong nhà và ngoài trời, không giống như hàn MIG. 

Vì đây là quá trình liên quan đến nhiệt độ cao, các thợ hàn phải đeo kính bảo vệ mắt, găng tay chống nhiệt và các trang bị bảo hộ khác.

Robot hàn điểm

Hàn điểm nối các miếng kim loại tương đối mỏng với nhau bằng cách sử dụng các điện cực để kẹp và truyền điện qua chúng. Quá trình này nhanh chóng và tạo ra mối hàn đồng nhất và hiệu quả giữa hai miếng kim loại.

Hàn điểm thường được sử dụng trong quá trình sản xuất lắp ráp vì nó tiết kiệm chi phí, năng lượng và thời gian. Tuy nhiên, nó không thích hợp cho các miếng kim loại dày hơn vì không thể thẩm thấu đủ để tạo ra mối hàn đảm bảo.

Hoàn thiện và chà nhám

Robot đánh bóng, mài nhẵn

Nhiều quy trình công nghiệp như khoan, đúc, đúc khuôn và hàn có thể tạo ra các vật liệu không mong muốn phía sau hoặc tạo ra các cạnh thô hoặc sắc nhọn. Các vật liệu không mong muốn này cần phải được loại bỏ để đạt được sản phẩm cuối cùng mong muốn. 

Đây là công việc hoàn thiện và chà nhám. Các robot được áp dụng trong giai đoạn này bao gồm: robot mài, robot đánh bóng, robot sơn và phủ.

Dọn dẹp & Vệ sinh

Robot dọn vệ sinh

Bảo dưỡng các cơ sở công nghiệp sạch sẽ là rất quan trọng đối với chất lượng sản phẩm, cũng như sự an toàn và vệ sinh của những người làm việc tại đó. Quá trình làm sạch thường là một công việc lặp đi lặp lại và không mấy thú vị. Do đó, robot ngày càng được sử dụng nhiều hơn cho các ứng dụng làm sạch. Các loại robot được sử dụng bao gồm: robot làm sạch, robot khử trùng, máy hút bụi, và nhiều loại khác.

Hậu cần & Lưu trữ

Robot kho

Robot kho hàng

Trong những nhà kho và trung tâm phân phối, các robot có thể thực hiện tự động hóa nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm chọn hàng, đóng gói, phân loại, dán nhãn và vận chuyển. Đến năm 2021, ước tính có hơn 80% các kho hàng chưa sử dụng tự động hóa hoặc robot.

Dự kiến ​​tình hình này sẽ thay đổi nhanh chóng. Xe dẫn đường tự động (AGV) và Robot di động tự động (AMR) là hai dạng robot phát triển nhanh chóng nhất để vận chuyển hàng hóa trong nhà kho hoặc trung tâm phân phối.

Robot giao hàng

Robot giao hàng là 1 phương pháp ứng dụng robot trong công nghiệp có sẵn trên thị trường, với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau và phục vụ các chức năng khác nhau. Một số robot giao hàng được thiết kế để giao thức ăn trong môi trường thành phố và có vẻ ngoài giống như các xe đẩy có bánh xe.

Các robot giao hàng khác có hình dáng giống con người với hai chân và tay, thay vì đầu là một mái vòm đầy cảm biến. Còn các robot giao hàng bằng máy bay không người lái (UAV) có thể vận chuyển các gói hàng cho khách hàng và thả chúng xuống. Ngoài ra, còn có các robot giao hàng bốn chân với hình dáng tương tự như chó.

Các phương tiện tự lái đang được sử dụng hạn chế ở một số khu vực được triển khai dưới dạng robot giao hàng. Trong mọi trường hợp, robot giao hàng mang lại nhiều lợi ích như tốc độ giao hàng, chi phí lao động thấp hơn và độ tin cậy cao.

Kiểm tra & Kiểm soát Chất lượng

Robot kiểm tra chất lượng sản phẩm trong nhà máy

Một số vấn đề liên quan đến kiểm soát chất lượng có thể mang tính đến tính mạng, vì một bộ phận lỗi hoặc lắp đặt không chính xác có thể gây ra các tình huống nguy hiểm. Sự kiểm tra của con người thường chỉ đạt đến mức độ chính xác khoảng 80%. Trong khi đó, kiểm tra bằng robot có thể đạt đến mức độ chính xác 100%.

Khi kết hợp ứng dụng robot trong công nghiệp, một hệ thống camera có thể được sử dụng để quan sát các bộ phận từ bất kỳ góc độ nào mong muốn. Việc kiểm tra bằng robot thị giác có thể bao gồm việc phát hiện các vết nứt, đo kích thước và kiểm tra tính đồng nhất của lớp phủ.

Có các loại robot kiểm tra có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như đường ống cho ngành dầu khí và dưới nước để kiểm tra các giàn khoan dầu cũng như các hoạt động cứu hộ. Ngoài ra, còn có các máy bay không người lái để kiểm tra các mái nhà và các vị trí cao khác.

Một số loại robot kiểm tra không sử dụng thị giác. Thay vào đó, chúng có thể sử dụng các Dụng cụ cuối cánh tay (EoAT) đặc biệt để đo kích thước hoặc điện trở, chỉ là một số trong rất nhiều khả năng.

Thu hoạch

Robot thu hoạch trái cây

Việc thu hoạch trái cây và rau quả kịp thời là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm chất lượng cao đến tay khách hàng và giảm thiểu hư hỏng và lãng phí. Thu hoạch các loại ngũ cốc và cây trồng khác cũng đòi hỏi nhiều thời gian và công sức.

Robot thu hoạch được trang bị các bộ kẹp mềm đặc biệt giúp chúng có thể xử lý các loại cây trồng dễ vỡ mà không gây hư hại. Hệ thống thị giác đặc biệt được sử dụng để xác định xem một phần cây cụ thể đã chín hay chưa. 

Các robot thu hoạch không chỉ giúp giảm bớt vấn đề về đau lưng và làm tăng hiệu suất của quá trình, mà còn giảm chi phí lao động.

Kết luận

Bất kỳ ngành công nghiệp nào tạo ra hoặc di chuyển hàng hóa ở quy mô lớn đều có tiềm năng sử dụng robot công nghiệp.

Trong ngành công nghiệp sản xuất, robot thường được sử dụng để chế tạo, hoàn thiện, vận chuyển và lắp ráp các bộ phận. Trong các ngành công nghiệp xử lý vật liệu, nơi các sản phẩm hoàn thiện được chuẩn bị cho việc phân phối, robot được sử dụng để chọn lựa, phân loại, đóng gói và xếp dỡ sản phẩm. 

Các ngành công nghiệp khác cũng thường sử dụng robot, bao gồm cả các phòng thí nghiệm lâm sàng, nông nghiệp và giáo dục. Thậm chí, một số ngành bán lẻ và dịch vụ đang bắt đầu áp dụng robot cộng tác trong các môi trường khác nhau.

Các ứng dụng robot trong công nghiệp điển hình thường liên quan đến các tác vụ đơn giản và lặp đi lặp lại, đòi hỏi nguồn lực chuyên dụng để thực hiện. Nhưng với những tiến bộ gần đây trong thị giác máy, trí tuệ nhân tạo, rô bốt hợp tác và các công nghệ khác, robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn, đòi hỏi khả năng nhận biết, phán đoán và khéo léo, tương tự như con người.