Cánh tay robot 4 bậc tự do

Giới thiệu

Định nghĩa cánh tay robot 4 bậc tự do

Cánh tay robot 4 bậc tự do: Đây là robot có bốn trục hoặc khớp. Trục cuối cùng nằm gần đế robot và nó cung cấp chuyển động cũng như độ ổn định cần thiết để toàn bộ cánh tay robot hoạt động chính xác. Loại robot này được sử dụng trong việc xếp hàng, xếp hàng vào máy, gắp và đặt, đóng gói tự động, cùng nhiều vai trò khác. Thiết kế này hơi phức tạp so với cánh tay robot 3DOF, nhưng bù lại nó làm được nhiều việc hơn.

Tầm quan trọng của cánh tay robot 4 bậc tự do trong các ngành công nghiệp khác nhau

• Robot linh hoạt và có thể được tái sử dụng cho một số nhiệm vụ mà không cần phải thay đổi nhiều thứ.

• Có thể xử lý mọi loại công việc nặng nhọc mà không bị ảnh hưởng nhiều

• Chúng linh hoạt hơn, giúp tăng tốc độ và khiến chúng trở nên lý tưởng cho các nhiệm vụ phức tạp đòi hỏi độ chính xác và tốc độ.

• Chúng có phạm vi lớn hơn, có nghĩa là chúng có thể bao phủ nhiều mặt đất hơn mà không cần di chuyển một inch. Đây là lý do tại sao chúng được sử dụng nhiều trong các quy trình tự động như sản xuất ô tô.

Tổng quan về cánh tay robot 4 bậc tự do

Mô tả cấu tạo và thiết kế của cánh tay robot

Thông thường một cánh tay robot 4 bậc sẽ có cấu tạo bao gồm 3 phần chính:

Tay máy

Tay máy là bộ phận cơ khí được chế tạo với các khớp, có thể thực hiện các thao tác chuyển động cơ bản như cánh tay con người gồm cử động, trực tiếp thực hiện và hoàn thành chính xác các công việc được lập trình.

Ở các điểm nối thông thường sẽ có cả khớp trượt và khớp quay giúp thao tác linh hoạt và chắc chắn hơn.

Hệ thống điều khiển

Đây là bộ phận quan trọng với cấu trục phức tạp, có chức năng nhận lệnh và các tín hiệu để thực hiện theo yêu cầu.

Tùy theo độ khó của từng hoạt động, bộ phận này sẽ được yêu cầu thiết lập ở các mức khác nhau từ đơn giản nhất như là xác định vị trí, tọa độ, các điểm cần di chuyển cho đến khâu phức tạp hơn như tự động tính toán, xây dựng quỹ đạo, đọc lệnh, xử lý lỗi,…

Hiện nay để tối ưu chuyển động thông thường các dòng robot 4 bậc sẽ ứng dụng công nghệ động cơ servo. Động cơ này có chức năng tạo lực chuyển động đủ để cho các loại máy móc có thể vận hành ổn định.

Phần mềm

Đây là hệ thống lập trình dùng để truyền đạt các yêu cầu, nhiệm vụ và hướng dẫn robot thao tác để có thể hoàn thành được công việc cụ thể nào đó. Một phần mềm đạt chuẩn cần đáp ứng được các yêu cầu như là ngôn ngữ lập trình phù hợp, thân thiện và dễ dàng sử dụng.

Giải thích 4 bậc tự do và chức năng của chúng

4 bậc tự do cánh tay có thể di chuyển và xoay trong bốn hướng khác nhau mà không bị ràng buộc bởi các chuyển động khác. Các bậc tự do này thường được xác định là ba chuyển động dịch chuyển (di chuyển theo trục x, y và z) và một chuyển động quay (xoay quanh một trục). Điều này mang lại khả năng linh hoạt và đa dạng trong việc thực hiện các nhiệm vụ và tác vụ.

Các bậc tự do giúp cánh tay robot có khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian, thuận tiện cho việc thực hiện các nhiệm vụ như kiểm soát máy gia công, làm việc trong môi trường nguy hiểm, hoặc thậm chí trong lĩnh vực y tế để thực hiện phẫu thuật robot.

Các thành phần của cánh tay robot 4 bậc tự do

Thành phần cơ sở hoặc cố định

Đế: Là phần đặt cố định robot và giữ cho cả cánh tay robot ổn định trên bàn làm việc hoặc nền tảng khác.

Đế giúp robot có thể thực hiện chức năng xoay trái, phải một cách linh hoạt, do đó mà phạm vi làm việc của robot cũng được mở rộng sang cả 2 bên và phía sau. 

Khớp đầu tiên - khớp vai

Khớp đầu tiên là khớp cơ sở và nó còn được gọi là “vai” vì chức năng của nó trông giống như vai con người. Ở khớp này sẽ đảm bảo chuyển động quay của liên kết bên trong và cột. Khớp có chuyển động tối đa khoảng 3000 , có thể tách 1500 về bên trái và 1500 về bên phải

Khớp thứ hai - khớp khuỷu

Khớp thứ hai được gọi là “khuỷu tay” vì chức năng của nó trông giống như khuỷu tay của con người. Trong khớp này, cả liên kết bên ngoài và liên kết bên trong đều được liên kết. Hơn nữa khớp này cũng tương tự như khớp 1 , chuyển động tối đa của khớp cũng khoảng 3000

Khớp thứ ba - khớp cổ tay

Khớp thứ ba còn được gọi là "cổ tay". Khớp có thể di chuyển trong phạm vi 5400. Chức năng của nó tương tự như cổ tay con người và nó có thể xoay như bàn tay con người để siết bu lông hoặc tháo vít.

Bộ phận tác động cuối hoặc bộ kẹp

Bộ phận tác động cuối là bộ phận của robot tương tác với các bộ phận hoặc bộ phận trong môi trường. Bộ phận tác động cuối được tìm thấy ở cuối cánh tay của robot. Có nhiều loại tác động cuối cùng cho các loại ứng dụng khác nhau. Một số ví dụ về tác động cuối cùng bao gồm:

• Dụng cụ kẹp cơ khí

• Dụng cụ kẹp khí nén

• Dụng cụ hút hút

• Bộ phận hàn

• Kẹp từ

Chức năng và khả năng của cánh tay robot 4 bậc tự do

Tầm với và phạm vi chuyển động

Cánh tay robot có 4 bậc tự do, nó có thể di chuyển theo bốn hướng khác nhau độc lập. Điều này thường xuyên đặc trưng cho các cánh tay robot cần có khả năng di chuyển trong không gian ba chiều và thậm chí thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn như lấy và di chuyển đối tượng, hoặc thậm chí thực hiện các nhiệm vụ công việc chính xác trong môi trường sản xuất.

Khả năng thực hiện các nhiệm vụ khác nhau và thao tác với đồ vật

• Thực hiện Công Việc: Cánh tay robot có khả năng di chuyển một cách linh hoạt, giúp chúng thực hiện các công việc tinh tế và phức tạp như lắp ráp sản phẩm, đóng gói hàng hóa, hoặc thậm chí thực hiện phẫu thuật trong lĩnh vực y tế.

• Kiểm Soát Môi Trường Nguy Hiểm: Cánh tay robot có thể được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm, như làm việc trong khu vực độc hại, xâm lấn, hoặc nơi mà con người không thể tiếp cận an toàn.

• Sản Xuất và Duy Trì Tự Động: Trong ngành công nghiệp sản xuất, cánh tay robot có thể được tích hợp vào quy trình tự động hóa để thực hiện nhiều công việc, từ làm chuyển động đơn giản đến các nhiệm vụ phức tạp hơn như hàn, cắt, và sơn.

Độ chính xác và chính xác trong chuyển động

Cánh tay robot được trang bị các bộ  phân như cảm biến, động cơ, hệ thống kiểm soát nên độ chính xác đạt được với mức độ cao.Với các cánh tay robot công nghiệp lớn độ chính xác có thể kém hơn so với các cánh tay robot nhỏ

Ứng dụng của cánh tay robot 4 bậc tự do

Công nghiệp sản xuất - tự động hóa dây chuyền lắp ráp, gắp và đặt đồ vật, hàn, v.v.

Những cánh tay robot công nghiệp là thiết bị cơ khí, được lập trình sẵn với các chức năng tương tự như cánh tay người. Với khả năng linh hoạt cao, thiết bị này được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau, từ: hàn, sơn, lắp ráp các bảng mạch in, dán nhãn, hỗ trợ xử lý vật liệu, kiểm tra sản phẩm và thử nghiệm,…

• Robot sử dụng cho đóng gói, phân loại sản phẩm, thường sẽ dùng Robot song song.

• Robot được dùng để phun sơn trong xưởng sản xuất vỏ ô tô, máy bay….

• Robot dùng trong công nghệ ép nhựa.

• Được ứng dụng cho việc xếp dỡ, gắp hàng hóa.

• Sử dụng trong vận chuyển, di dời sản phẩm.

• Robot hàn tự động.

• Robot được ứng dụng trong nghành công nghiệp đúc để rót kim loại nóng chảy.

Lĩnh vực chăm sóc sức khỏe - thiết bị hỗ trợ, robot phẫu thuật

Cánh tay robot có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng chăm sóc sức khỏe để cải thiện chất lượng cuộc sống của bệnh nhân và hỗ trợ ngành y tế.

Phục hồi và làm dụng cụ hỗ trợ

• Vận động học: Cánh tay robot có thể được lập trình để hỗ trợ bài tập phục hồi cho những người mất chức năng cơ bản do tai nạn hoặc bệnh tật.

• Dụng cụ hỗ trợ hàng ngày: Robot có thể được tích hợp với các dụng cụ hỗ trợ như đũa, chén, dụng cụ tưới nước để giúp người khuyết tật hoặc người già thực hiện các hoạt động hàng ngày.

Phẫu thuật và can thiệp y tế

• Phẫu thuật tay hỗ trợ: Cánh tay robot có thể được sử dụng để thực hiện các phẫu thuật chính xác và nhỏ, giảm đau và thời gian hồi phục.

• Can thiệp y tế: Robot có thể được lập trình để thực hiện các can thiệp y tế như đặt ống dẫn, tiêm chích, hoặc thu mẫu máu.

Chăm sóc người già

• Hỗ trợ di động: Robot có thể giúp người già di chuyển trong nhà hoặc bên ngoài, giảm gánh nặng cho người chăm sóc.

• Nhắc nhở và giám sát: Cánh tay robot có thể được lập trình để nhắc nhở người già về việc uống thuốc, thực hiện bài tập, hoặc gọi điện thoại cho người thân khi cần.

Dịch vụ chăm sóc từ xa

• Giao tiếp từ xa: Robot có thể được sử dụng để thực hiện cuộc họp video giữa bác sĩ và bệnh nhân, giúp theo dõi tình trạng sức khỏe và cung cấp tư vấn từ xa.

• Phát thuốc tự động: Cánh tay robot có thể phát thuốc cho bệnh nhân theo lịch trình và liên tục thông báo cho bác sĩ về tình trạng của họ.

Chăm sóc tại nhà

• Hỗ trợ dọn dẹp: Robot có thể giúp làm sạch và dọn dẹp trong nhà cho những người không thể tự làm.

• Giao tiếp và giải trí: Cánh tay robot có thể được sử dụng để giúp người già kết nối với thế giới bên ngoài và giải trí.

Nông nghiệp - phân loại và thu hoạch cây trồng, xử lý vật nuôi

Cánh tay robot có thể mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp như

• Gieo hạt tự động

• Thu hoặc tự động

• Quản lý cỏ dại

• Phun thuốc trừ sâu và phân bón

• Kiểm soát sâu bệnh tự động

• Đo lường và đảm bảo không gian sống cho cây chồng và vật nuôi

• Xây dựng và bảo trì cơ sở hạ tầng

Công nghiệp hàng không vũ trụ - bảo trì và phục vụ, xử lý tải trọng

Cánh tay robot trong công nghiệp hàng không vũ trụ có nhiều ứng dụng quan trọng để hỗ trợ và cải thiện các quy trình làm việc.

• Lắp đặt và bảo trì

• Xây dựng và lắp ráp nâng cao hiệu suất và an toàn

• Thu thập dữ liệu và kiểm tra

• Xử lý vật liệu

• Sửa chữa và duy trì trạm vũ trụ

• Chuyển động và di chuyển các vật thể lớn

Ưu điểm của việc sử dụng cánh tay robot 4 bậc tự do

Tăng năng suất và hiệu quả trong nhiệm vụ

• Khả năng làm việc liên tục mà không mệt mỏi hay lười biếng, điều này giúp tăng cường năng suất và giảm thời gian cần thiết để hoàn thành công việc. 

• Độ chính xác của công việc luôn được duy trì một cách chính xác nhất

Giảm sai sót và rủi ro của con người

Cánh tay robot cũng giúp giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động và chấn thương, nhờ khả năng thực hiện công việc một cách chính xác và không có sai sót. Điều này đặc biệt quan trọng trong các môi trường công nghiệp nguy hiểm và yêu cầu tính chính xác cao.

Linh hoạt trong việc thích ứng với các môi trường làm việc khác nhau

Các cài đặt sản phẩm cánh tay robot gắp sản phẩm linh hoạt và nhanh chóng để đáp ứng các nhu cầu không ngừng thay đổi và mang tính cạnh tranh cao. Những cánh tay robot gọn nhẹ dễ dàng di chuyển và tái triển khai sang các quy trình mới, cho phép tự động hóa hầu như bất kỳ công việc thủ công nào, kể cả công việc với phạm vi hoạt động rất nhỏ hoặc thay đổi liên tục

Giải pháp tiết kiệm chi phí về lâu dài

Các cánh tay có thời gian hoàn vốn trung bình là 1.5 năm. Đó là thời gian hoàn vốn nhanh nhất trong ngành công nghiệp bởi khi áp dụng các cánh tay robot vào sản xuất sẽ không tốn các chi phí phụ trợ phát sinh như nhân lực và phí lập trình thuê ngoài, khu làm việc đặc dụng trong nhà máy được bảo hộ chặt chẽ để đảm bảo an toàn lao động.

Hạn chế và thách thức của cánh tay robot 4 bậc tự do

Yêu cầu lập trình và điều khiển phức tạp

• Các cánh tay robot càng hiện đại, yêu cầu về độ chính xác và quy mô hoạt động tăng lên yêu cầu về lập trình và điều khiển cũng tăng lên

• Các cánh tay robot có thể làm mọi công việc có thể tự động hóa vì thế yêu cầu về lập trình càng lớn

Khả năng tải trọng hạn chế

Các cánh tay robot tập trung vào khả năng linh hoạt , gọn nhẹ, độ linh hoạt và tùy biến trong các công việc cao nên tải trong của cánh tay robot còn hạn chế

Thiếu sự khéo léo như con người

Cánh tay robot có thể hỗ trợ con người chứ chưa thể thay thế con người trong nhiều các công việc yêu cầu độ chính xác cao và khả năng tùy biến linh hoạt phức tạp trong sản xuất

Những tiến bộ gần đây và xu hướng tương lai của cánh tay robot 4 bậc tự do

Tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy

Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning) vào cánh tay robot là một phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng hoạt động và tương tác của robot trong môi trường thực tế . Nó giúp cho cánh tay robot nâng cấp và cải thiện:

• Điều khiển và vận động một cách linh hoạt với môi trường xung quanh

• Nhận diện và phân loại sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả

• Dự đoán và tương tác các đối tượng

• Tối ưu hóa sản xuất

• Tương tác với các người máy khác tốt hơn và kết hợp lại với nhau

Khả năng cảm giác được nâng cao để cải thiện khả năng phát hiện và thao tác đối tượng

Sử dụng các cảm biến hình ảnh và video để thu thập thông tin về môi trường xung quanh. Cảm biến camera có thể được tích hợp để nhận diện đối tượng, theo dõi vị trí của chúng, và phát hiện các thay đổi trong môi trường.

Các cảm biến tiếp xúc có thể giúp robot cảm nhận áp lực, nhiệt độ, và cấu trúc bề mặt. Điều này hữu ích khi robot cần thực hiện các nhiệm vụ thao tác như nâng, đặt, hoặc chạm vào đối tượng.

Cảm biến âm thanh có thể giúp robot cảm nhận âm thanh trong môi trường xung quanh, như tiếng nói, âm thanh của đối tượng di động, hoặc âm thanh môi trường. Điều này có thể hữu ích trong việc tương tác với con người hoặc phát hiện sự xuất hiện của đối tượng.

Phần kết luận

Tóm tắt tầm quan trọng và chức năng của cánh tay robot 4 bậc tự do

• Sự linh hoạt và chính xác: Cánh tay robot thường có khả năng linh hoạt và chính xác cao, giúp chúng thực hiện các nhiệm vụ cần độ chính xác cao như thao tác trong phẫu thuật, lắp ráp sản phẩm điện tử, và các công việc khác đòi hỏi độ chính xác cao.

• Tăng năng suất: Robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách liên tục mà không cần nghỉ ngơi. Điều này giúp tăng năng suất trong quy trình sản xuất và lắp ráp.

• An toàn và khả năng làm việc trong môi trường nguy hiểm: Cánh tay robot có thể được sử dụng để thực hiện công việc trong môi trường nguy hiểm, như xử lý chất độc hại, làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao hoặc thấp, giảm rủi ro cho con người.

• Chăm sóc y tế: Trong lĩnh vực y tế, robot có thể được sử dụng để thực hiện các ca phẫu thuật phức tạp, giúp giảm thiểu nguy cơ sai sót và cải thiện kết quả điều trị.

• Khả năng thực hiện công việc lặp lại: Robot có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp lại một cách chính xác, giúp giảm sự mệt mỏi và nguy cơ lỗi do sự thiếu chú ý.

• Quy trình sản xuất tự động: Trong các nhà máy và dây chuyền sản xuất, cánh tay robot có thể thực hiện các công việc lặp lại, giảm chi phí lao động và tăng hiệu suất.

• Nghiên cứu và phát triển: Cánh tay robot được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển để thử nghiệm các ý tưởng mới và kiểm tra tính khả thi của các ứng dụng công nghệ mới.

Khuyến khích khám phá khả năng sử dụng cánh tay robot 4 bậc tự do trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Các cánh tay robot hầu như có thể sử dụng vào tất cả các lĩnh vực có sự xuất hiện của con người. Tùy vào khả năng của công việc mà có thể áp dụng cánh tay robot vào cho hợp lý.