chương 1, nhóm đã đặt ra vấn đề về tự động hóa phân loại sản phẩm trong công nghiệp, ưu điểm của phân loại sản phẩm bằng máy móc, thị giác máy và cánh tay robot. Từ đó, lựa chọn đề tài và giải pháp thiết kế cho mô hình hệ thống phân loại 5 sản phẩm ứng dụng thị giác máy và cánh tay robot. Chương tiếp theo sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết của các công nghệ sử dụng trong hệ thống. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong thế giới công nghiệp hiện đại, việc kết hợp giữa thị giác máy và cánh tay robot đã mở ra những tiềm năng đáng kinh ngạc.
Chương này tập trung vào cung cấp những kiến thức cơ bản và nguyên lý lý thuyết để hiểu rõ hơn về việc sử dụng các công nghệ này trong hệ thống phân loại sản phẩm. Áp dụng các phương pháp và công nghệ thích hợp sẽ tạo ra những hệ thống tự động hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sản xuất một cách linh hoạt và chính xác.1 Tổng quan về cánh tay robot 2.1 Cánh tay robot là gì ? Cánh tay robot, thường được biết đến với tên gọi là robot công nghiệp, đóng một vai trò không thể phủ nhận trong ngành sản xuất, lắp ráp và các lĩnh vực công nghiệp khác, với khả năng thực hiện đa dạng nhiệm vụ với độ chính xác cao trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Chúng không chỉ được áp dụng trong việc tự động hóa các công việc lặp đi lặp lại tại các nhà máy, như sơn các bộ phận hoặc thiết bị, mà còn trong việc xử lý hàng hóa trong các kho hàng, từ việc lựa chọn, chế biến đến sắp xếp để đáp ứng nhu cầu đặt hàng từ người tiêu dùng. Ngoài ra, chúng cũng đang được ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, từ việc thu hoạch và sắp xếp sản phẩm vào khay lưu trữ hoặc phân loại nông sản.
Với sự tiến bộ của công nghệ robot và mức độ kết nối ngày càng cao trong môi trường công nghiệp, khả năng của cánh tay robot không ngừng mở rộng, tạo điều kiện cho việc áp dụng trong các tình huống mới và mô hình hoạt động kinh doanh sáng tạo hơn. Cánh tay robot trong lắp ráp ô tô 7 Cánh tay bao gồm một loạt các liên kết cứng được kết nối bằng các khớp hoặc trục, có thể được điều khiển bằng động cơ, thủy lực hoặc khí nén. Số lượng khớp xoay càng nhiều mà một cánh tay robot có, thì nó có càng nhiều tự do di chuyển. Hầu hết các cánh tay robot công nghiệp sử dụng từ bốn đến sáu khớp, cung cấp cùng số lượng trục quay để di chuyển.
Cấu trúc cánh tay robot Ngoài các khớp quay, các thành phần cánh tay robot bao gồm bộ điều khiển robot, công cụ cuối cánh tay (EOAT), bộ truyền động, cảm biến, hệ thống thị giác, hệ thống điện và các thành phần phần mềm. Phần quan trọng nhất của robot là công cụ cuối cánh tay hay bộ phận hiệu ứng cuối (EOAT - End Of Arm Tool). Đây là các bộ phận hoặc công cụ được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, như kẹp, giác hút, mỏ hàn, máy cắt, hoặc bất kỳ công cụ nào phù hợp với mục đích cụ thể của việc sử dụng cánh tay robot. Trước đây, cánh tay robot chỉ có khả năng thực hiện các công việc cố định, như lựa chọn một vật thể duy nhất từ một vị trí cụ thể và hướng định sẵn.
Tuy nhiên, chúng không thể phân biệt các vật thể khác nhau, xác định vị trí chính xác của chúng hoặc điều chỉnh hành động dựa trên hướng của chúng. Ngày nay, với sự tiến bộ của công nghệ như camera có độ phân giải cao, hệ thống phần cứng mạnh mẽ và trí tuệ nhân tạo, cánh tay robot đã được nâng cấp với cảm biến và trí tuệ, cho phép chúng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn. Bây giờ chúng có khả năng phát hiện các vật thể trong môi trường xung quanh, nhận dạng chúng theo loại và điều chỉnh hành động để phù hợp. Điều này đã làm tăng đáng kể độ chính xác, tính an toàn và tốc độ của cánh tay robot, mở ra nhiều khả năng mới trong việc thực hiện các nhiệm vụ.
8 Cánh tay robot được thiết kế với nhiều tính năng và khả năng khác nhau để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Có loại được thiết kế để di chuyển chỉ trong một mặt phẳng, trong khi các loại khác có thể di chuyển đa hướng. Một số có nhiều công cụ cuối cánh tay khác nhau, cho phép chúng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau. Các mẫu khác lại được thiết kế nhỏ gọn và nhẹ, phù hợp cho việc sử dụng trong không gian hạn chế hoặc các ứng dụng yêu cầu cánh tay nhỏ gọn.
Cánh tay robot đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử và y tế. Trong ngành ô tô, chúng được áp dụng trong các công đoạn như hàn, sơn và lắp ráp. Trong hàng không vũ trụ, chúng tham gia vào việc lắp ráp và bảo trì các phương tiện. Trong ngành điện tử, chúng hỗ trợ trong việc lắp ráp bo mạch và các thành phần khác.
Trong lĩnh vực y tế, cánh tay robot được sử dụng trong phẫu thuật với độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Những ưu điểm của cánh tay robot có thể kể đến như: • Cải thiện an toàn: Cánh tay robot giúp giữ cho các công nhân an toàn bằng cách hoạt động trong môi trường nguy hiểm và thực hiện các nhiệm vụ mà nguy cơ bị thương tích cho con người là cao. • Tăng cường hiệu suất và năng suất: Cánh tay robot có thể hoạt động 24 giờ mỗi ngày, bảy ngày mỗi tuần mà không mệt mỏi, cho phép doanh nghiệp duy trì sản xuất, kiểm tra hoặc các nhiệm vụ khác liên tục để tăng sản lượng. • Độ chính xác cao hơn: Theo bản chất của chúng, các cánh tay robot thực hiện một cách nhất quán và chính xác hơn so với con người cho các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác hoặc tính nhất quán cực độ.
• Độ linh hoạt lớn hơn: Khi các ưu tiên kinh doanh thay đổi, các cánh tay robot có thể dễ dàng được tái sử dụng cho các hoạt động mới hoặc gắn lên các nền tảng khác nhau tùy theo nhu cầu. Tóm lại, cánh tay robot là một công cụ linh hoạt và hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, mang lại nhiều lợi ích như tăng độ chính xác và tính nhất quán trong sản xuất và vận hành trong môi trường nguy hiểm.2 Phân loại cánh tay robot [2] Trên thị trường ngày nay, có một loạt các loại cánh tay robot được cung cấp, mỗi loại đều được thiết kế với những tính năng và chức năng đặc biệt, tạo nên sự đa dạng và linh hoạt cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Sự đa dạng này phản ánh sự tiến bộ của công nghệ và sự phát triển ngày càng phức tạp của nhu cầu sản xuất. Mỗi loại cánh tay robot đều có ưu điểm riêng, đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng ngành công nghiệp và môi trường làm việc.1 Cánh tay robot khớp nối (Articulated Robots ) Cánh tay robot khớp nối là một loại robot công nghiệp được thiết kế giống như cánh tay người và có các phân đoạn được liên kết với nhau.
Các liên kết này thường 9 được kết nối bằng các khớp giúp cánh tay robot này linh hoạt và chính xác hơn. Chúng có thể là khớp quay (thu hồi) hoặc tuyến tính (khớp lăng trụ). Cánh tay robot khớp nối 6 bậc tự do Các cánh tay robot công nghiệp này có khoảng hai đến sáu liên kết và mang lại cho chúng một mức độ tự do nhất định (DOF) để di chuyển. Số DOF của cánh tay robot là số lượng các bậc tự do mà cánh tay có thể xoay hoặc di chuyển và chúng tương ứng với số khớp hoặc trục của cánh tay robot có thể điều khiển.
Cấu hình phổ biến nhất là 4-DOF và 6-DOF, với cấu hình có 6-DOF có tính linh hoạt cao hơn so với các cấu hình khác.2 Robot cộng tác ( Collaborative Robots ) Robot cộng tác hay viết tắt là Cobot là một cánh tay robot được thiết kế nhằm mục đích phục vụ công việc kết hợp. Điều này có nghĩa là nó được thiết kế để hoạt động gần con người. Một số tính năng an toàn nhất định cho phép giảm thiểu rủi ro đáng kể trong môi trường làm việc kết hợp. Đây là loại robot tương đối mới và công dụng của nó vẫn đang được khám phá.
Robot cộng tác đang trở nên nổi bật hơn trong ngành khi ngày càng nhiều nhà sản xuất được hưởng lợi ích từ chúng. Robot cộng tác 6 bậc tự do của ReBel 2.3 Robot SCARA Robot SCARA là một trong những cánh tay robot công nghiệp phổ biến và dễ sử dụng nhất. Chúng được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các ứng dụng sản xuất và lắp ráp. Tên SCARA là viết tắt của "Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ chọn lọc" (Selective Compliance Assembly Robot Arm), nhấn mạnh vào khả năng của robot di chuyển tự do và duy trì độ cứng theo ba trục, trong khi vẫn tuân thủ trục cuối cùng.
Tính linh hoạt này làm cho chúng rất phù hợp với các nhiệm vụ như chọn và đặt, phân loại và lắp ráp. Robot SCARA Epson T3-B 11 Robot SCARA thường có 4 trục, với 2 cánh tay song song có thể di chuyển trên một mặt phẳng. Khả năng lập trình dễ dàng hơn so với các cánh tay robot công nghiệp 6 bậc tự do nhờ vào động học nghịch đảo đơn giản hơn và vị trí cố định của các khớp. Robot SCARA mang lại nhiều ưu điểm, đặc biệt là trong các ứng dụng sản xuất quy mô lớn.
Thiết kế đơn giản của chúng giúp tăng hiệu suất với thời gian chu kỳ nhanh hơn, độ chính xác định vị cao và khả năng lặp lại tốt hơn so với các loại robot khác. Chúng hoạt động hiệu quả trong không gian làm việc hẹp, nơi độ chính xác là yếu tố đặt lên hàng đầu.4 Robot tọa độ Descartes ( Cartesian Robots ) Robot tọa độ Descartes còn được gọi là robot tuyến tính hoặc robot giàn là một công nghệ robot rất phổ biến và đơn giản mà các nhà sản xuất đã sử dụng trong nhiều thập kỷ. Robot tọa độ Descartes có đặc tính vật lý độc đáo nhất so với các loại robot công nghiệp khác. Chúng không có cánh tay dài hoặc chuyển động quét mà thay vào đó hoạt động trên ba trục tuyến tính sử dụng hệ tọa độ Descartes (X, Y và Z).