Robot 3 trục: Giải pháp công nghệ cho ngành sản xuất

Robot 3 trục là thiết bị tự động hóa sử dụng ba trục chuyển động độc lập theo phương X, Y và Z để định vị đầu công tác trong không gian làm việc. Với cấu trúc chuyển động tuyến tính, robot có thể thực hiện các thao tác gắp, đặt, cấp phôi, lắp ráp, kiểm tra hoặc di chuyển sản phẩm theo chương trình được thiết lập. So với các cơ cấu robot có nhiều bậc tự do, robot 3 trục có cấu trúc tương đối đơn giản và phù hợp với những quy trình yêu cầu chuyển động lặp lại theo tọa độ xác định. Tùy yêu cầu về tải trọng, tốc độ, hành trình và loại sản phẩm, hệ thống có thể được thiết kế với kích thước và cơ cấu chấp hành phù hợp với từng dây chuyền. CNC VINA phát triển và tích hợp robot 3 trục theo yêu cầu thực tế của từng bài toán tự động hóa, đồng thời kết hợp với các thiết bị cấp phôi, băng tải, cảm biến và bộ công tác khi cần thiết. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng CNC VINA tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm, hạn chế và các ứng dụng phổ biến của robot 3 trục trong sản xuất.

Đặc điểm và khả năng của robot 3 trục

Robot 3 trục được thiết kế với ba trục chuyển động tuyến tính độc lập theo phương X, Y và Z. Ba trục phối hợp với nhau để xác định vị trí của đầu công tác trong không gian làm việc, cho phép robot thực hiện các thao tác theo tọa độ đã được lập trình. Với cấu trúc chuyển động này, robot có thể đáp ứng nhiều công đoạn như gắp đặt, cấp phôi, di chuyển sản phẩm, lắp ráp, kiểm tra hoặc loading/unloading máy. Hệ thống có thể được thiết kế với hành trình, tải trọng và bộ công tác phù hợp với yêu cầu của từng dây chuyền sản xuất.

Thành phần và tính năng của robot 3 trục

Robot 3 trục là loại robot công nghiệp có ba bậc tự do, cho phép đầu công tác di chuyển theo ba phương X, Y và Z trong không gian làm việc. Các chuyển động này được phối hợp thông qua hệ thống cơ khí, bộ truyền động và bộ điều khiển để robot thực hiện các thao tác theo chương trình đã thiết lập. Tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng, robot có thể được tích hợp các bộ phận và thiết bị ngoại vi phù hợp.

Cánh tay thao tác

Cánh tay thao tác là bộ phận cơ khí thực hiện chuyển động và đưa bộ công tác đến vị trí cần thiết trong không gian làm việc. Đối với robot 3 trục, cơ cấu này được thiết kế để tạo chuyển động theo các phương X, Y và Z thông qua hệ thống dẫn hướng và truyền động tương ứng. Tùy cấu hình, cánh tay thao tác có thể được thiết kế với kích thước, hành trình và tải trọng khác nhau để phù hợp với từng yêu cầu sản xuất.

Bộ tác động cuối

Bộ tác động cuối (end effector) là bộ phận được gắn tại đầu cánh tay thao tác và trực tiếp thực hiện công việc trên sản phẩm hoặc phôi. Tùy theo ứng dụng, robot 3 trục có thể được tích hợp các loại bộ tác động cuối như kẹp gắp, đầu hút chân không, đầu hàn, đầu khoan, đầu cắt hoặc các cơ cấu chuyên dụng khác. Việc lựa chọn bộ tác động cuối cần căn cứ vào hình dạng, kích thước, khối lượng và đặc tính của sản phẩm.

Bộ truyền động

Bộ truyền động có nhiệm vụ tạo và truyền chuyển động đến các trục của robot theo tín hiệu từ bộ điều khiển. Tùy cấu hình, hệ thống có thể sử dụng động cơ servo, động cơ bước và các cơ cấu truyền động phù hợp để đáp ứng yêu cầu về tốc độ, tải trọng và độ chính xác. Bộ truyền động được kết hợp với hệ thống dẫn hướng và các cơ cấu cơ khí để đảm bảo robot di chuyển ổn định theo quỹ đạo đã được lập trình.

Bộ điều khiển

Bộ điều khiển là thành phần tiếp nhận chương trình vận hành và điều phối chuyển động của robot theo các tọa độ được thiết lập. Bộ điều khiển có thể tiếp nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến, xử lý các điều kiện vận hành và gửi lệnh đến hệ thống truyền động để robot thực hiện chu trình tự động. Tùy thiết kế, hệ thống điều khiển có thể kết nối với máy móc, băng tải, thiết bị cấp phôi và các thiết bị ngoại vi khác trong dây chuyền sản xuất.

Cảm biến

Cảm biến cung cấp tín hiệu phản hồi giúp hệ thống xác định vị trí, trạng thái của robot và tình trạng của sản phẩm trong quá trình vận hành. Tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng, robot 3 trục có thể được tích hợp cảm biến giới hạn hành trình, cảm biến vị trí, cảm biến phát hiện sản phẩm hoặc các thiết bị đo và kiểm tra khác. Khi kết hợp với hệ thống camera hoặc thiết bị kiểm tra phù hợp, robot có thể thực hiện các thao tác định vị, kiểm tra và xử lý sản phẩm theo yêu cầu của dây chuyền.

Nguyên lý hoạt động

Robot 3 trục là robot tọa độ Cartesian sử dụng ba trục chuyển động tuyến tính X, Y và Z để đưa đầu công tác đến các vị trí được xác định trong không gian làm việc. Khi nhận chương trình vận hành, bộ điều khiển sẽ xử lý các tọa độ và trình tự chuyển động, sau đó gửi tín hiệu đến hệ thống truyền động của từng trục. Các cơ cấu truyền động phối hợp với hệ thống dẫn hướng để tạo chuyển động tuyến tính theo từng phương, đưa đầu công tác đến vị trí yêu cầu. Trong quá trình vận hành, tín hiệu từ cảm biến có thể được sử dụng để giám sát vị trí, trạng thái chuyển động và điều kiện làm việc của hệ thống.

Trục X

Trục X tạo chuyển động tuyến tính theo phương X và đảm nhiệm việc dịch chuyển đầu công tác trong phạm vi hành trình được thiết kế. Tùy cách bố trí robot, chuyển động theo trục X có thể tương ứng với phương ngang hoặc phương dọc của máy. Trục này phối hợp với các trục còn lại để đưa đầu công tác đến đúng tọa độ trong không gian làm việc.

Trục Y

Trục Y tạo chuyển động tuyến tính theo phương Y, giúp đầu công tác dịch chuyển theo chiều còn lại trên mặt phẳng làm việc. Khi kết hợp với trục X, robot có thể tiếp cận nhiều vị trí khác nhau trên khu vực thao tác theo tọa độ đã được lập trình.

Trục Z

Trục Z tạo chuyển động tuyến tính theo phương Z, thường được sử dụng để đưa đầu công tác lên hoặc xuống theo cấu hình của robot. Chuyển động của trục Z kết hợp với X và Y cho phép robot thực hiện các thao tác như gắp đặt, cấp phôi, lắp ráp hoặc di chuyển sản phẩm giữa các vị trí có độ cao khác nhau.

Sự phối hợp của ba trục

Ba trục X, Y và Z hoạt động theo chương trình điều khiển để xác định vị trí và quỹ đạo chuyển động của đầu công tác. Khi cần di chuyển đến một vị trí cụ thể, bộ điều khiển sẽ phối hợp chuyển động của các trục theo trình tự hoặc đồng thời tùy theo chương trình và yêu cầu công nghệ. Nhờ đó, robot có thể thực hiện các chu trình lặp lại như gắp và đặt sản phẩm, cấp phôi cho máy, di chuyển vật liệu, lắp ráp hoặc kiểm tra trong phạm vi làm việc được thiết kế.

Đặc điểm nổi bật của robot 3 trục XYZ do CNC VINA chế tạo

Robot 3 trục XYZ do CNC VINA chế tạo được thiết kế theo yêu cầu của từng công đoạn và dây chuyền sản xuất, với chương trình điều khiển có thể thiết lập phù hợp với quy trình vận hành thực tế. Hệ thống hỗ trợ nhiều chế độ vận hành, cho phép kỹ sư thiết lập và kiểm tra chương trình trước khi đưa robot vào chu trình sản xuất chính thức. Đối với các hệ thống được cấu hình hỗ trợ G-code, người vận hành có thể nhập mã lệnh, kiểm tra từng lệnh trên máy tính và chạy thử chương trình trước khi vận hành robot. Chương trình sau khi hoàn thiện có thể được lưu vào bộ nhớ của hệ thống để sử dụng cho các chu trình sản xuất tiếp theo. Cách thức này giúp thuận tiện hơn trong việc kiểm tra, hiệu chỉnh và quản lý chương trình khi thay đổi sản phẩm hoặc yêu cầu công nghệ.

Robot có thể được thiết kế với kích thước, hành trình, tải trọng và bộ công tác phù hợp với từng ứng dụng. Tùy yêu cầu của dây chuyền, CNC VINA có thể tích hợp robot với máy gia công, băng tải, thiết bị cấp phôi, hệ thống kiểm tra hoặc các thiết bị tự động hóa khác. Bên cạnh robot 3 trục, CNC VINA còn phát triển và tích hợp nhiều giải pháp tự động hóa như robot hàn, Robocar – xe tự hành AGV và dây chuyền tích hợp robot tự động. Việc lựa chọn cấu hình robot và thiết bị tự động hóa được thực hiện dựa trên yêu cầu về sản phẩm, năng suất, không gian lắp đặt và quy trình công nghệ của từng nhà máy.

Ứng dụng của robot 3 trục

Dây chuyền lắp ráp, xử lý vật liệu

Robot 3 trục có thể được sử dụng để gắp, di chuyển và đặt sản phẩm hoặc phôi giữa các vị trí trong dây chuyền. Robot cũng có thể thực hiện các thao tác cấp phôi, lấy sản phẩm ra khỏi máy, đưa chi tiết đến công đoạn tiếp theo hoặc lắp ráp các bộ phận có yêu cầu chuyển động theo tọa độ.

Trong các ứng dụng xử lý vật liệu, bộ công tác có thể được lựa chọn theo đặc điểm của sản phẩm, chẳng hạn như kẹp cơ khí, đầu hút chân không hoặc cơ cấu gắp chuyên dụng. Với những sản phẩm có kích thước hoặc khối lượng lớn, cấu hình robot cần được tính toán phù hợp về tải trọng, hành trình và kết cấu cơ khí.

Hàn và gia công theo quỹ đạo cố định

Robot 3 trục có thể được tích hợp với đầu hàn hoặc thiết bị gia công trong các ứng dụng có quỹ đạo chuyển động tương đối đơn giản và không yêu cầu thay đổi nhiều về hướng của dụng cụ. Robot có thể di chuyển đầu công tác theo quỹ đạo được lập trình để thực hiện các thao tác lặp lại với vị trí đã xác định. Đối với các công đoạn hàn hoặc gia công yêu cầu điều khiển đồng thời vị trí và góc của đầu công tác, có thể cần sử dụng robot có nhiều bậc tự do hơn tùy theo yêu cầu công nghệ.

Sơn

Robot 3 trục có thể được ứng dụng trong một số hệ thống phun phủ hoặc sơn có quỹ đạo và vị trí đầu phun được xác định trước. Chuyển động theo ba trục giúp đầu phun di chuyển theo khu vực cần xử lý với chương trình được thiết lập. Với các sản phẩm có hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu thay đổi liên tục góc phun, hệ thống có thể cần thêm cơ cấu xoay hoặc robot có nhiều bậc tự do hơn để đáp ứng yêu cầu công nghệ.

Xếp/dỡ pallet

Robot 3 trục có thể thực hiện các thao tác lấy và đặt sản phẩm theo tọa độ, chẳng hạn như chuyển sản phẩm giữa băng tải, khay, pallet hoặc khu vực sản xuất. Khi được kết hợp với bộ gắp phù hợp, robot có thể thực hiện chu trình xếp hoặc dỡ sản phẩm theo trình tự đã lập trình. Khả năng ứng dụng thực tế phụ thuộc vào tải trọng, kích thước sản phẩm, tốc độ chu kỳ, hành trình của robot và yêu cầu về cách sắp xếp sản phẩm.

Kiểm tra/thử nghiệm

Robot 3 trục có thể được tích hợp với camera, cảm biến hoặc thiết bị đo để đưa sản phẩm đến vị trí kiểm tra hoặc di chuyển đầu đo theo các tọa độ đã thiết lập. Tùy hệ thống, robot có thể hỗ trợ các công đoạn như kiểm tra kích thước, xác định vị trí, phát hiện lỗi ngoại quan hoặc kiểm tra một số thông số của sản phẩm.

Việc kết hợp robot với hệ thống thị giác máy hoặc thiết bị đo chuyên dụng giúp quá trình kiểm tra có thể được thực hiện theo chu trình tự động và lặp lại. Nhìn chung, robot 3 trục phù hợp với các công đoạn cần chuyển động tuyến tính và định vị theo tọa độ, đặc biệt là gắp đặt, cấp phôi, xử lý vật liệu, loading/unloading máy, lắp ráp và kiểm tra. Đối với những ứng dụng yêu cầu thay đổi phức tạp về hướng của bộ công tác hoặc thao tác trong nhiều tư thế, cần xem xét cấu hình robot có số bậc tự do phù hợp hơn.

So sánh robot 3 trục với các loại robot công nghiệp khác

Robot 3 trục không phải là lựa chọn thay thế trực tiếp cho mọi loại robot công nghiệp. Tùy yêu cầu về quỹ đạo, tốc độ, tải trọng, không gian làm việc và khả năng định hướng của bộ công tác, doanh nghiệp có thể cân nhắc các cấu hình robot khác nhau.

Robot 6 trục

Robot 6 trục có sáu bậc tự do, cho phép vừa thay đổi vị trí của đầu công tác trong không gian vừa điều chỉnh hướng của đầu công tác theo nhiều tư thế khác nhau. Khác với robot 3 trục chủ yếu tạo chuyển động tuyến tính theo X, Y và Z, robot 6 trục có thêm các chuyển động quay để thực hiện những thao tác phức tạp về quỹ đạo và định hướng. Robot 6 trục thường được sử dụng trong các ứng dụng như hàn, gắp đặt, lắp ráp, gia công, sơn hoặc xử lý sản phẩm có hình dạng phức tạp. Việc lựa chọn robot 6 trục thay cho robot 3 trục phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể về số bậc tự do và khả năng định hướng của bộ công tác.

Robot SCARA

Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) thường có bốn bậc tự do, bao gồm các chuyển động trong mặt phẳng X-Y, chuyển động theo trục Z và một chuyển động quay quanh trục Z. Cấu trúc này phù hợp với các công đoạn gắp đặt, lắp ráp, cấp linh kiện và định vị sản phẩm trong những ứng dụng có quỹ đạo tương đối cố định. So với robot 3 trục Cartesian, SCARA có khả năng tạo chuyển động quay của đầu công tác, trong khi robot 3 trục có ưu thế về chuyển động tuyến tính trực tiếp theo các phương X, Y và Z. Việc lựa chọn hai loại robot cần dựa trên yêu cầu về quỹ đạo, không gian làm việc và thao tác của từng công đoạn.

Robot Delta

Robot Delta sử dụng cơ cấu động học song song với các tay liên kết được bố trí theo cấu trúc đối xứng để tạo chuyển động cho bộ công tác. Cấu hình phổ biến của robot Delta có ba bậc tự do tịnh tiến, trong khi một số phiên bản có thể được bổ sung thêm khả năng xoay tùy theo thiết kế.

Robot Delta thường được ứng dụng trong các công đoạn gắp và đặt sản phẩm với yêu cầu chu kỳ ngắn, đặc biệt trong ngành thực phẩm, dược phẩm, điện tử và đóng gói. Khác với robot 3 trục Cartesian, robot Delta sử dụng cơ cấu song song thay vì các trục tuyến tính bố trí theo từng phương X, Y và Z. Việc lựa chọn robot 3 trục, SCARA, Delta hay robot 6 trục cần căn cứ vào yêu cầu thực tế của dây chuyền, bao gồm quỹ đạo chuyển động, tải trọng, tốc độ chu kỳ, phạm vi làm việc, độ chính xác và khả năng định hướng của bộ công tác.

CÔNG TY CỔ PHẦN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ & CNC VIỆT NAM

Nhà máy: Điểm công nghiệp Sông Cùng, xã Đồng Tháp, Huyện Đan Phượng, Tp. Hà Nội, Việt Nam

Văn phòng: Tòa nhà Rox Tower (Rox Center Goldmark City) số 136 Hồ Tùng Mậu, Bắc Từ Liêm, Hà Nội.

Điện thoại: +84.916 63 9355 / +84.915 74 4664

Website: https://cncvina.com.vn; https://cncvina.net; https://cncviname.com.vn

Email: Sales01@cncvina.com.vn | Sales03@cncvina.com.vn