CHƯƠNG I.1 Giới thiệu Robot mảng dây cáp, còn được gọi là robot điều khiển bằng dây cáp, là những robot điều khiển một hiệu ứng cuối bằng cách sử dụng nhiều dây cáp có động cơ. Hệ thống này có nhiều ưu điểm hơn so với các cơ chế robot nối tiếp hoặc song song truyền thống, như khả năng hoạt động trên không gian làm việc lớn hơn, độ cứng và tốc độ tương đối cao, ít bộ phận chuyển động hơn và khả năng xử lý tải lớn so với trọng lượng của robot.1: Một số mô hình về Cable Robot [1] Trên thực tế, sự phát triển của cable robot không chỉ dừng lại ở việc nâng vật nặng mà còn mở ra một loạt các ứng dụng đa dạng. Hệ thống này có khả năng thích ứng linh hoạt với nhiều môi trường và nhiệm vụ khác nhau. Ở môi trường ứng dụng đặt thù, cable robot được tích hợp vào quy trình sản xuất để nâng, di chuyển và đặt vật vào vị trí cần đặt.
Điều này mang lại lợi ích về tối ưu hóa không gian lưu trữ, tăng cường năng suất và giảm thiểu thời gian chờ đợi, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của các nơi ứng dụng. Nhìn chung, sự tiến bộ của công nghệ cable robot đã mở ra nhiều cánh cửa cho ứng dụng của nó không chỉ trong việc nâng vật nặng mà còn trong các lĩnh vực khác, 1 từ sản xuất, y tế, đến xây dựng. Sự linh hoạt, chính xác và tính hiệu quả của chúng đang làm thay đổi cách chúng ta tiếp cận và thực hiện các công việc hàng ngày. Robot cable khá đa dạng về cấu hình, với từng cấu hình thì sẽ có nhiều ưu và nhược điểm khác nhau của mô hình, dẫn đến khả năng làm việc và ứng dụng của mỗ mô hình điều khác nhau.2 Tổng quan về Cable Robot 1.1 Lịch sử phát triển Tính đến thời điểm hiện tại, lịch sử phát triển của robot cable đã trải qua một hành trình đáng kinh ngạc, từ những bước đầu tiên trong thập kỷ 2000 đến sự hiện diện rộng rãi và ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Xuất phát từ các ý tưởng về tự động hóa quy trình sản xuất và việc ứng dụng robot trong các môi trường công nghiệp, robot cable đã được tạo ra với mục tiêu tối ưu hóa quá trình nâng và di chuyển vật liệu nặng. Sự kết hợp giữa công nghệ cảm biến tiên tiến, hệ thống điều khiển tự động và việc sử dụng cáp như một phương tiện chính để vận hành đã tạo ra những thiết bị robot có khả năng di chuyển ở không gian ba chiều một cách linh hoạt và hiệu quả. Trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển, các công ty công nghệ hàng đầu cùng các tổ chức nghiên cứu đã đóng góp vào việc cải thiện robot cable. Công nghệ điều khiển ngày càng thông minh và chính xác, vật liệu sử dụng trong việc sản xuất robot cũng ngày càng tiến bộ, giúp tăng cường sức mạnh nâng và độ chính xác của chúng.
Ứng dụng của robot cable không chỉ dừng lại ở việc nâng vật nặng mà còn mở ra hàng loạt các cơ hội mới. Từ việc sử dụng trong các nhà máy sản xuất để tối ưu hóa dòng chuyền sản xuất, đến việc áp dụng trong ngành y tế để di chuyển thiết bị y tế nặng, và thậm chí cả trong lĩnh vực xây dựng để vận chuyển vật liệu, robot cable đã trở thành một công cụ đa năng và không thể thiếu trong nhiều môi trường làm việc. Với sự tiếp tục của nghiên cứu và đổi mới, có thể kỳ vọng rằng robot cable sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng ứng dụng của mình vào những lĩnh vực mới, mang lại sự linh hoạt, hiệu quả và an toàn cao hơn cho quy trình làm việc trong tương lai.2 Tình hình phát triển trong và ngoài nước 1.1 Nghiên cứu Cable Robot ở ngoài nước - Không gian hoạt động của robot: Đầu tiên CDPR có thể thiết kế được không gian hoạt động lớn vì chiều dài của cáp có thể thu vào và thả ra nên rất đễ dàng để mở rộng không gian làm việc của robot. Vì vậy cap cho phép phạm vi hoạt động lớn hơn các liên kết cố định như thông thường Hình 1.2 là giới thiệu về cấu hình song song của Robot Cable được điều khiển bằng cáp có tên là IPAnema được thiết kế và ứng dụng vào các ngành công nghiệp ngày này.2 The IPAnema [2] - Tính năng động của robot: Vì cáp được sử dụng có khối lượng nhẹ hơn các loại cáp khác hoặc các liên kết cứng thông thường và có mức độ quán tính thấp vậy nên CDPR phù hợp dành cho các ứng dụng có tốc độ cao hoặc gia tốc cao vì dụ như : The IPAnema hình 1.2(tài liệu tham khảo [26]) và FALLCON hình 1.3 (tài liệu tham khảo [27]) có thể đạt tốc độ tối đa 13m/s và khả năng tăng tốc tối đa 43.3 The FALCON [3] - Chi phí thấp: Ngoài những ưu điểm trên cấu hình robot CDPR còn có chi phí thiết kế và chế tạo thấp vì giá linh kiện điện tử trene thị trường ngày càng giảm, trong khi đó giá của các vật liệu cơ khí có xu hướng tăng.
CDPR có cấu trúc phần cơ khí đơn gian nhưng phần điện tương đối phức tạp. Do đó chi phí thiết kế robot chấp nhận được: Ví dụ như Skycam (hình 1.4) và kính thiên văn hình cầu (hình 1.4 tài liệu tham khảo [25].4 là cấu hình robot cable song song được ứng dụng trong lĩnh lực quay phim trên cao và di chuyển với tốc độ nhanh, được ứng dụng nhiều trong các sân bóng đá.4 CDPRs for lifting and handling [4] - Cấu hình đơn gian dễ thiết kế: chúng có thể dễ dàng tháo rời và có thể lắp ráp lại và vận chuyển di đến nhiều nơi khác nhau: đặc điểm này làm cho CDPR phù 4 hợp với việc tìm kiếm cứu nạn trong các khu vực địa hình phức tạp: Ví dụ như hình 1.5 Robot Cable Driven được ứng trong việc đưa người bị thương di chuyển nhanh hơn việc sử dụng cán để đưa người bị thương.5 The MARIONET-CRANE for emergency rescue [5] - Khả năng chịu tải trọng lớn: cấu hình CDPR có khả năng nâng vật với tải trọng lớn. Đối với câu hình robot nối tiếp mức tiêu thụ năng lượng cao và khả năng tải trọng của nó thấp vì mỗi bộ truyền động không chỉ mang tải trọng của đầu công tác mà còn phải chịu tải trọng của các cơ cấu chấp hành. CDPR sử dụng cáp nhẹ thày vì liên kết cứng tương đối nặng.
Tải trọng của đầu công tác được chia đều cho các cơ cấu chấp hành nên cùng 1 loại động cơ đó mà cấu hình robot song song có thể nâng được các vật nặng hơn: Ví dụ như hình 1.6 là Robot Parallels Cable (RPC) ứng dụng trong lĩnh vực vận chuyển hàng hóa trong các xưởng, nhà máy, … có không gian làm việc lớn.6 The ROBOCRANE [6] Hình 1.7 Máy in xốp [7] Hình 1.8 là một robot song song điều khiển bằng cáp dành cho in 3D được phát triển để có được không gian làm việc lớn hơn thay vì các thiết bị in 3D truyền thống.9 này đề cập đến việc thiết kế, triển khai và đánh giá thử nghiệm một robot song song điều khiển bằng cáp mới dành cho lĩnh vực in 3D Hình 1.9 CaRo Printer [9] 7 Hình 1.10 JASO CableCrane [10] Tình hình phát triển robot cable trong và ngoài nước đã chứng kiến sự tăng trưởng đáng kể trong thập kỷ gần đây. Nhiều quốc gia đang đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển công nghệ robot cable để cải thiện sản xuất và tối ưu hóa các quy trình làm việc. Ở nhiều quốc gia, các doanh nghiệp công nghệ lớn và các tổ chức nghiên cứu đang đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển robot cable. Trung Quốc, với việc tập trung vào ngành công nghiệp và sự tăng trưởng nhanh chóng, đã đầu tư lớn vào việc phát triển robot cable để cải thiện năng suất và hiệu quả sản xuất.
Tại Nhật Bản, một quốc gia tiên tiến trong công nghệ, robot cable được xem xét và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ôtô, điện tử và y tế. Sự tiên tiến trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và sử dụng robot cable đã giúp tăng cường sức cạnh tranh của các doanh nghiệp Nhật Bản trên thị trường quốc tế. Cùng với đó, các quốc gia châu Âu như Đức, Pháp, và Ý cũng đã chú trọng vào nghiên cứu và áp dụng robot cable trong các ngành công nghiệp khác nhau. Mục tiêu của họ là cải thiện năng suất, đồng thời giảm thiểu rủi ro lao động và tăng cường an toàn trong quy trình sản xuất.2 Nghiên cứu Cable Robot ở trong nước Hình 1.11 Cấu hình đã được thiết kế của robot CDPRs [11] Tại Việt Nam, việc áp dụng robot cable trong công nghiệp đang dần trở nên phổ biến hơn, nhất là trong các ngành sản xuất, xây dựng và logictics.
Mặc dù vẫn đang ở giai đoạn đầu của việc tiếp nhận và áp dụng công nghệ này, nhưng sự quan tâm và đầu tư vào robot cable đang ngày càng tăng lên. Các doanh nghiệp công nghệ, cũng như các nhà sản xuất lớn, đang chú trọng vào việc nghiên cứu và ứng dụng robot cable để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc sử dụng robot cable giúp cải thiện hiệu suất, giảm thiểu thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong lĩnh vực xây dựng, việc sử dụng robot cable để vận chuyển và nâng vật liệu xây dựng cũng đang trở nên phổ biến hơn.
Điều này giúp tăng cường năng suất và an toàn lao động trên các công trình xây dựng. Các ứng dụng khác của robot cable tại Việt Nam cũng có thể bao gồm trong lĩnh vực logistics và y tế, nơi mà việc di chuyển và vận chuyển hàng hóa hay thiết bị nặng có thể được tối ưu hóa bằng công nghệ này. Mặc dù robot cable vẫn còn mới mẻ và chưa được áp dụng rộng rãi như ở một số quốc gia khác, nhưng tiềm năng của nó tại Việt Nam là rất lớn. Sự tiếp 9 nhận và ứng dụng của công nghệ này đang ngày càng được khuyến khích và có thể sẽ phát triển mạnh mẽ hơn trong tương lai, đặc biệt khi các doanh nghiệp và ngành công nghiệp đang chuyển từ mô hình truyền thống sang tự động hóa và sử dụng công nghệ tiên tiến hơn để cải thiện hiệu suất và cạnh tranh.