mở đầu cho thế hệ thứ hai của robot, kéo đài từ năm 1968 đến năm 1977 [3]. Robot ở thế hệ này là những thiết bị có thể lập trình được với các chức năng hạn chế trong việc thích ứng với môi trường và khả năng cơ bản trong việc nhận thức về môi trường xung quanh. Sự dịch chuyên từ sử dụng bộ truyền động thủy lực sang bộ truyền động điện như servo va stepper diễn ra vào những năm 70 cho phép những chuyên động linh hoạt hơn của robot, cho phép chúng thực hiện các quỹ đạo cả từ điểm đến điểm và liên tục [7]. Một trong những phát minh nổi bật của giai đoạn này là PLC, một máy tính số có thé lập trình được dé điều khiển các output dựa trên các input, được thiết kế dé phù hợp với quy trình sản xuất trong nhà máy như dây chuyền lắp ráp hoặc dùng cho các thiết bị robot hoặc các hoạt động khác cần độ tin cậy cao.
Các hệ thống điều khiến ở giai đoạn này thường sử dụng các vi xử lý hoặc bộ PLC hoặc có thé lập trình qua các hộp dạy máy (teach box) [3]. Sự phổ biến của vi xử lý đã cho phép các nhà sản xuất robot cho ra các bộ điều khiển mạnh mẽ và kinh tế dé điều khiển robot thực hiện các tác vụ phức tạp và đòi hỏi tính toán cao. Tuy đã thực hiện được những công việc phức tạp hơn, tính linh hoạt của robot không cao do mỗi loại robot được thiết kế ra dé thực hiện trong một quy trình cụ thé trong chuỗi sản xuất và mỗi robot có một phần mềm riêng biệt dé thực hiện tác vụ đó [7]. Một số robot có thiết kế động học mới mẻ có thé kế đến robot Stanford gồm sáu bậc tự do được thiết kế bởi Victor Scheinman [8].
Cánh tay Stanford có năm khớp quay va một khớp trượt, được điều khién bởi vi xử lý PDP-6, chuỗi động học của robot được thiết kế bởi các hộp số điều hòa và bộ giảm tốc. Thêm nữa, robot được tích hợp nhiều cảm biến (potentionmeters và tachometers) dé do vi trí và tốc độ của từng khớp. Vài năm sau, Victor tiếp tục phát triển từ cánh tay Stanford để thiết kế ra Vicarm với thiết kế nhỏ và nhẹ hơn nhiều so với robot thời bay giờ, giúp nó phù hợp cho việc lắp ráp trong dây chuyên. Công ty Unimation đã đứng ra mua thiết kế của Vicarm dé từ đó thiết kế và sản xuất robot PUMA, robot được cho là nguyên mau của các cánh tay robot giống cánh tay người sau này.
Kế đó, hàng loạt mẫu robot được các nhà sản xuất cho ra đời, robot Famulus năm 1973, robot T3 năm 1974, chuỗi robot IRB năm vào cùng năm [7]. Tir năm 1977 đến năm 2000: Khoảng đầu những năm 80, hàng tỷ đô được đầu tư trên khắp thế giới để tự động hóa các tác vụ trong dây chuyền công nghiệp như sơn, hàn, đi chuyền và lắp ráp. Nhiều người tin rằng kỷ nguyên của robot bắt đầu từ năm 1980 [8]. Một số công nghệ chủ chốt vẫn còn tiếp tục thúc đây sự phát triển của robot cho tới hôm nay có thé kế đến sự mở rộng của việc truy cập Internet ở năm 1980 [9], Ethernet trở thành chuẩn truyền thông vào năm 1983 [10] và nhân Linux được công bố vào năm 1991 và sau đó là các phiên bản khác của Linux nhằm phục vụ cho các hệ thống thời gian thực [11].
Robot ở giai đoạn này được đặc trưng qua việc mở rộng trong sự tương tác của chúng với người vận hành và môi trường, qua các phương tương khá phức tạp như giọng nói và thị giác. Chúng có bộ điều khiển riêng (máy tính) tập trung vào việc điều khiển, chúng có thể được cài đặt bởi người vận hành qua các teach box, hoặc lập trình qua các bộ PLC hay PC và một số được kết nối với phần mềm hỗ trợ thiết kế (CAD) và có cơ sở dữ liệu đi kèm. Ngoài ra, chúng cũng trở nên thông minh hơn và đáp ứng với môi trường tốt hơn, một phần nhờ sự phát triển của trí tuệ nhận tạo. Ví dụ như chúng có thé phân tích dữ liệu từ camera hoặc các hệ thống cảm nhận để xác định vật thể và thay đổi cách di chuyên của khớp theo tác vụ và đối tượng.
Ở giai đoạn này, nhiều cấu trúc động học robot được ra đời như SCARA, robot tương thích với việc hoạt động theo phương ngang và có cấu trúc động học nhẹ gọn, phù hợp với việc lắp ráp các vật nhẹ trong dây chuyền [12]. Thiết kế direct drive cho cánh tay robot, robot có các động cơ nối trực tiếp vào cánh tay mà không thông qua bộ truyền động, cũng được áp dụng cho một số robot, cho phép robot di chuyên chính xác hơn với tốc độ cao hơn. Mẫu đầu tiên của kiểu thiết kế này là CMU Direct Drive Arm, được thiết kế bởi Kanade và Asaka tại Trường đại học Carneige Mellon của Mỹ vào năm 1981. Vào năm 1983, nhà khoa học Reymond Clavel đã cho ra mô hình robot Delta, gồm 3 khớp trượt và 1 khớp quay trong luận văn tiến sĩ của ông [13].
Với ý tưởng sử dụng cánh tay robot có chuỗi động học song song, gồm nhiều cánh tay có chuỗi động học kín, có cấu trúc gọn nhẹ dé thực hiện các tác vụ gắp và thả các vật nhẹ với tốc độ cao, thay vì sử dụng chuỗi động học nối tiếp như các robot trước đây. Kiến trúc động học của Delta tiếp tục được ứng dụng trong các robot song song khác. Cũng trong thập kỉ này, công ty Motoman thực hiện đồng bộ các robot với nhau trong quy trình sản xuất và cho ra bộ điều khiển MRC cho phép điều khiển 2 robot một cách đồng bộ (lên tới 21 trục) [7]. Tir năm 2000 trở đi: Từ cuối những năm 90, các công ty bắt đầu nghĩ cách đưa robot ra khỏi môi trường công nghiệp và ứng dụng vào các mảng khác như y tế, nông nghiệp, dịch vụ,.
Những robot này có bộ điều khiển có khả năng tính toán mạnh mẽ, không chỉ dừng lại ở việc phân tính dữ liệu mà còn có thé học và và tự đưa ra quyết định. Trí tuệ nhân tạo đã được ứng dụng mạnh mẽ đối với robot ở giai đoạn nay cùng với các cảm biến tinh vi và thuật toán điều khiển phức tạp. Tuy nhiên, trừ sự xuất hiện của cobot vào năm 2015, robot công nghiệp không có bước phát triển đáng ké nào như các thập kỉ trước dù robot công nghiệp đã phát triển một cách đáng kê về độ chính xác, tốc độ và độ chịu tải. Robot công nghiệp được sử dung trong quá trình vận chuyển wafer Ké từ sự ra đời của con chip máy tính đầu tiên, ngành công nghiệp bán dẫn đã phát triển mạnh mẽ theo mức số mũ.
Suốt năm thập kỉ qua, transistor trên từng miếng wafer càng ngày càng nhỏ dan và với sự ra đời của quy trình sản xuất wafer 300mm và sắp tới là 450mm, yêu cầu về độ sạch trong môi trường sản xuất wafer ngày càng được thắt chặt. Vì vậy, sự hiện diện của con người bên trong khu vực sản xuất wafer càng được hạn chế và việc tự động hóa các bước và quy trình trong khâu sản xuất được thực hiện triệt để. Các bước xử lý wafer đều được xử lý trong môi trường sạch. Để di chuyên tấm wafer từ buồng sạch này sang buồng sạch khác cho các quy trình khác nhau, việc bốc dỡ các tắm wafer khỏi buồng sạch và đưa vào các hộp chứa chuyên dụng đã trở thành quy chuẩn [15].
Các hộp chứa thường có nhiều khe ngăn được thiết kế song song với nhau có thiết kế khá tương tự với hộp đựng các sét (Hình 1-2). Hiện nay, chúng sẽ được van chuyền bởi máy móc theo các đường ray được lắp đặt trên tran nhà máy hoặc dưới sàn (Hình 1-3) thay vì vận chuyên bởi người như trước đây. Sau khi các hộp cassette này đã được di chuyên đến khâu làm việc kế tiếp như cây ghép ion, các khâu ăn mòn, CVD, in thạch bản,. các tam wafer được bốc dỡ ra khỏi hộp cassette và đưa vào buồng xử lý chân không trước khi được đưa vào buồng chính thực hiện tiếp công đoạn.
Sau khi thực hiện xong, robot wafer sẽ thực hiện nhiệm vụ bốc dỡ các tam wafer từ buồng sạch ra các hộp cassette và các hộp cassette chứa wafer tiếp tục được vận chuyên tới khâu tiếp theo. Robot wafer có đối tượng thao tác là các tam wafer có kích thước cực kì mỏng (dao động từ 279um+25um đến 775um+20um tùy vào đường kích wafer [16]), nhạy cảm với dao động và dễ bị biến dạng đòi hỏi robot khi di chuyển các tắm wafer cần di chuyền mượt mà và hạn chế việc tăng giảm tốc đột ngột để hạn chế rung lắc. Ngoài ra, về mặt vật liệu, thiết kế và việc dẫn động của robot cũng phải đáp ứng những yêu cầu riêng do hoạt động trong môi trường có yêu cầu khắt khe về độ sạch trong không khí hoặc môi trường chân không. Quan trọng không kém, nhằm tăng năng suất, tốc độ, độ chính xác, và độ 6n định cũng là yếu tố quyết định đến chất lượng của robot wafer.
Hình 1-3 Các thùng dung wafer được di chuyền đi bởi máy móc [16] 1. Phân loại wafer robot trên thị trường 1. Môi trường hoạt động của robot wafer >* Robot sử dung trong môi trường không khí Robot hoạt động trong môi trường không khí có yêu cầu cao về độ sạch cần được quan tâm về vật liệu thiết kế, việc truyền động không gây bụi ban và độ nhẫn bề mặt [18]. Những vật liệu thích hợp gồm có thép không ghỉ, nhôm, một vài loại nhựa và hợp chất và ceramic.
Thép không gỉ thường được sử dụng được sử dụng rộng rải cho các chi tiết máy di chuyền trong quá trình hoạt động như6 trục, trục vit me. và các chỉ tiết nhỏ như ốc, đai ốc,. Đối với các vật liệu cần phải co dan và phần sẽ tiếp xúc với wafer thường được làm từ các loại nhựa (PEEK, PFA, PTFE, Vespel, Viton và nhựa sillicon) [18]. Ngoài ra, bộ khung của robot thường được làm bằng nhôm.
Đối với khâu chấp hành cuối, các vật liệu phi kim loại cũng thường được sử dụng. Đặc biệt với ceremic tuy có giá thành cao nhưng có những đặc tính phù hop như độ sạch, độ cứng tốt, độ bền cao và chịu nhiệt, chịu mòn tốt. Các robot này được sử dụng các chất bôi trơn phù hợp trong môi trường sạch, là những chất có tính chất hóa học ồn định, không độc, vật liệu tổng hợp với áp suất bay hơi thấp và rat ít thoát khí [19]. Trong khi truyền động, các thành phan bên trong robot dùng đề truyền động sẽ sinh ra các hạt bụi.