Tải trọng, mô men và quán tính: ba giới hạn của đầu công tác

Một tình huống quen thuộc: tay kẹp nặng ba kilôgam, phôi nặng hai, robot ghi tải trọng mười. Lắp vào thì robot chạy chậm bất thường hoặc báo lỗi khi tăng tốc. Con số cộng lại vẫn dưới giới hạn, vậy vấn đề ở đâu.

Tải trọng chỉ là con số đầu tiên trong ba con số

Tải trọng ghi trên tờ thông số là khối lượng tối đa robot mang được, với một giả định ngầm: trọng tâm của tải nằm cách mặt bích một khoảng nhất định, thường rất ngắn.

Nhà sản xuất luôn kèm theo một biểu đồ tải, thể hiện khối lượng cho phép giảm dần khi trọng tâm dịch xa mặt bích. Biểu đồ này quan trọng hơn con số đơn lẻ nhưng lại hay bị bỏ qua.

Lý do rất cơ học: cổ tay robot chịu mô men, tức là tích của lực và cánh tay đòn. Cùng một khối lượng, đặt xa gấp đôi thì mô men gấp đôi.

Mô men quán tính: con số hay bị quên nhất

Mô men quán tính đo mức khó khi muốn thay đổi tốc độ quay của một vật. Nó phụ thuộc vào khối lượng và bình phương khoảng cách tới trục quay.

Chính chữ bình phương làm mọi thứ khác đi. Một tay kẹp dài, nhẹ, có thể có mô men quán tính lớn hơn một tay kẹp ngắn và nặng hơn. Robot giữ được nó ở trạng thái tĩnh, nhưng khi cần quay nhanh thì động cơ cổ tay không đủ mô men.

Đó là lý do lỗi thường xuất hiện lúc tăng tốc hoặc đảo chiều, không phải lúc robot đang giữ tải đứng yên.

Vì sao phải khai báo tải cho bộ điều khiển

Mọi robot công nghiệp đều có chức năng khai báo tải: khối lượng, vị trí trọng tâm và mô men quán tính của thứ gắn ở mặt bích.

Bộ điều khiển dùng thông tin này cho ba việc. Nó tính trước lực cần thiết để bù trọng lực, giúp chuyển động mượt hơn. Nó điều chỉnh giới hạn gia tốc để không vượt khả năng động cơ. Và nó dùng để phát hiện va chạm — robot so lực thực tế với lực dự kiến, chênh lệch lớn nghĩa là đã đụng vào gì đó.

Khai báo sai gây hai hậu quả trái ngược. Khai thấp hơn thực tế thì robot rung, bám quỹ đạo kém, và chức năng phát hiện va chạm báo giả liên tục. Khai cao hơn thực tế thì robot chạy chậm không cần thiết, và va chạm thật có thể không được phát hiện kịp.

Cách ước lượng ba con số trong thực tế

Không phải lúc nào cũng có mô hình ba chiều để tính chính xác. Vài cách làm được ngay.

• Khối lượng: cân trực tiếp cả cụm tay kẹp kèm cáp và ống khí, đừng chỉ lấy số trong catalogue của tay kẹp.
• Trọng tâm: treo cụm tay kẹp bằng dây ở hai điểm khác nhau, giao của hai đường thẳng đứng là trọng tâm. Thô nhưng đủ dùng.
• Mô men quán tính: nhiều bộ điều khiển hiện đại có chức năng tự nhận dạng — robot chạy một chuỗi chuyển động thử rồi tự tính. Nếu không có, dùng công thức gần đúng coi tay kẹp như một khối hộp.

Quan trọng nhất là khai báo lại mỗi khi phôi đổi. Nhiều trạm khai một lần khi lắp máy rồi quên, dù phôi nặng nhẹ khác nhau theo từng mã hàng.

Ảnh hưởng tới nhịp sản xuất

Tải nặng và quán tính lớn không chỉ giới hạn khả năng, chúng còn ăn vào thời gian chu kỳ theo cách khó thấy.

Gia tốc cho phép giảm khi tải tăng, nên robot mất nhiều thời gian hơn để đạt tốc độ tối đa. Với các đoạn di chuyển ngắn, robot có khi không kịp đạt tốc độ tối đa lần nào, và toàn bộ thời gian là tăng giảm tốc.

Thêm vào đó là thời gian ổn định sau khi dừng. Tải lớn làm cánh tay rung lâu hơn, và nếu thao tác tiếp theo cần độ chính xác, robot phải chờ.

Vì vậy khi tối ưu nhịp, giảm khối lượng tay kẹp thường hiệu quả hơn tăng tốc độ lập trình. Một tay kẹp nhẹ hơn một kilôgam đôi khi rút ngắn chu kỳ nhiều hơn mọi nỗ lực chỉnh tham số.

Câu hỏi thường gặp

Đọc thêm trong Tiêu chuẩn & an toàn và Đầu tư & tổng chi phí sở hữu.