Trên tờ thông số của gần như mọi robot công nghiệp có một con số rất nhỏ, thường vài phần trăm milimét, đứng cạnh chữ độ lặp lại. Nhiều người đọc thành độ chính xác. Hai khái niệm này khác nhau đủ nhiều để làm hỏng cả một dự án lập trình ngoại tuyến.
Hai định nghĩa, một hình ảnh dễ nhớ
Hãy tưởng tượng bắn cung. Độ lặp lại là các mũi tên chụm vào nhau; độ chính xác là các mũi tên nằm đúng hồng tâm. Một xạ thủ có thể bắn rất chụm nhưng lệch hẳn sang một bên.
Robot công nghiệp giống hệt xạ thủ đó. Nếu bạn dạy nó một điểm bằng cách lái tay tới nơi rồi ghi lại, nó sẽ quay về đúng chỗ đó rất tốt. Nhưng nếu bạn gõ một toạ độ tính từ bản vẽ, đầu công tác có thể tới một chỗ lệch vài milimét.
Sự chênh lệch này không phải lỗi sản xuất. Nó là hệ quả tự nhiên của cách robot được chế tạo và hiệu chỉnh.
Vì sao độ chính xác tuyệt đối kém hơn
Bộ điều khiển tính vị trí đầu công tác từ góc các khớp bằng một mô hình toán học. Mô hình đó dùng các kích thước danh nghĩa: chiều dài mỗi đoạn, góc lệch giữa các trục, vị trí gốc của từng khớp.
Máy thật lệch khỏi các kích thước danh nghĩa vì dung sai gia công và lắp ráp. Một sai lệch nhỏ ở gốc khớp thứ nhất được khuếch đại theo toàn bộ chiều dài cánh tay.
Cộng thêm biến dạng đàn hồi khi mang tải, giãn nở nhiệt khi máy chạy ấm lên, và độ rơ trong bộ truyền. Tổng lại, sai số tuyệt đối thường lớn hơn độ lặp lại một bậc, đôi khi hơn.
Khi dạy điểm bằng tay, toàn bộ sai lệch này biến mất khỏi bài toán, vì bạn không nhờ mô hình tính hộ — bạn chỉ bảo robot ghi lại đúng bộ góc khớp hiện tại.
Khi nào sự khác biệt này gây rắc rối thật
Ba tình huống dưới đây là nơi sai số tuyệt đối lộ ra.
- Lập trình ngoại tuyến. Bạn dựng chương trình trong phần mềm mô phỏng từ mô hình ba chiều, rồi nạp vào máy thật. Máy thật không khớp mô hình, nên chương trình chạy lệch.
- Đổi robot cùng model. Chương trình đã dạy trên máy này chép sang máy kia thường không chạy được ngay, vì mỗi máy lệch một kiểu.
- Phối hợp với hệ thị giác. Camera báo toạ độ theo hệ của nó; robot phải chuyển sang hệ của mình bằng mô hình. Mô hình sai thì toạ độ chuyển sang cũng sai.
Ngược lại, các ứng dụng dạy điểm rồi lặp lại — hàn điểm, gắp thả từ đồ gá cố định — hầu như không bị ảnh hưởng.
Cách thu hẹp khoảng cách
Có ba hướng, tăng dần về chi phí.
Dạy lại các điểm quan trọng trên máy thật. Rẻ nhất, và vẫn là cách phổ biến nhất. Chương trình sinh ngoại tuyến chỉ dùng làm khung, các điểm then chốt được chỉnh tay khi chạy thử.
Hiệu chỉnh mô hình động học. Dùng thiết bị đo ngoài để đo vị trí thật của đầu công tác ở nhiều tư thế, rồi giải ngược ra các tham số kích thước thật của máy này. Sau hiệu chỉnh, sai số tuyệt đối có thể giảm đáng kể. Cần thiết bị đo chuyên dụng và thời gian dừng máy.
Đo lại tại chỗ mỗi chu kỳ. Gắn camera hoặc đầu dò lên tay robot, tìm mốc trên phôi rồi tính bù trừ ngay trước khi thao tác. Cách này bỏ hẳn nhu cầu về độ chính xác tuyệt đối, đổi lấy thời gian chu kỳ dài hơn.
Đọc thông số cho đúng
Khi so sánh các mẫu robot, ba lưu ý sau tránh được hiểu nhầm.
- Con số ghi trên tờ thông số gần như luôn là độ lặp lại, đo theo điều kiện chuẩn: tải nhất định, tốc độ nhất định, nhiệt độ đã ổn định.
- Độ lặp lại đo ở một điểm, không phải trên toàn bộ quỹ đạo. Sai số khi robot đang chuyển động theo đường thường lớn hơn.
- Rất ít nhà sản xuất công bố độ chính xác tuyệt đối. Nếu ứng dụng của bạn cần con số đó, phải hỏi riêng hoặc tự đo.
Một cách kiểm tra nhanh khi nghiệm thu: dạy một điểm, cho robot chạy đi làm việc khác rồi quay lại điểm đó nhiều lần từ các hướng khác nhau, đo độ tản của các lần chạm. Kết quả này sát thực tế hơn con số trong tờ thông số.
Câu hỏi thường gặp
Độ lặp lại có thay đổi theo thời gian không?
Có. Bộ truyền mòn dần làm độ rơ tăng, và độ lặp lại xấu đi theo. Nhiều nhà máy đo lại chỉ số này định kỳ như một chỉ báo tình trạng máy, vì nó xấu đi trước khi máy hỏng hẳn.
Robot nào có độ chính xác tuyệt đối tốt hơn?
Nói chung, robot có kết cấu cứng vững, ít bậc tự do và tầm với ngắn thường có sai số tuyệt đối nhỏ hơn, vì ít khâu để sai số tích luỹ. Ngoài ra một số dòng được hiệu chỉnh động học từ nhà máy và có công bố kèm chứng chỉ đo.
Nhiệt độ ảnh hưởng bao nhiêu đến vị trí?
Đủ để thấy được trong ứng dụng dung sai chặt. Khi máy chạy, động cơ và hộp số nóng lên làm kết cấu giãn nở. Nhiều nhà máy khắc phục bằng cách chạy làm nóng máy trước ca, để mọi phép đo và mọi chu kỳ đều diễn ra ở trạng thái nhiệt tương đương.
Có nên chọn robot theo con số độ lặp lại nhỏ nhất không?
Chỉ khi ứng dụng thật sự cần. Độ lặp lại rất nhỏ thường đi kèm kết cấu nặng hơn, tốc độ thấp hơn và giá cao hơn. Nếu dung sai của sản phẩm rộng hơn nhiều so với con số đó, tiền nên đầu tư vào chỗ khác.
Đọc thêm trong Tiêu chuẩn & an toàn và Phân loại robot.
