Nhìn một xưởng có nhiều robot, điều đầu tiên đập vào mắt là chúng không giống nhau. Có cái như cánh tay người, có cái treo ngược trên trần với ba càng nhện, có cái chạy trên khung như máy in khổ lớn. Khác biệt hình dáng đó không phải ngẫu nhiên — mỗi cấu hình là một bộ đánh đổi đã được chốt từ khâu thiết kế.
Robot khớp nối: linh hoạt nhất, cũng mềm nhất
Đây là kiểu quen thuộc nhất: một chuỗi các đoạn nối với nhau bằng khớp quay, thường sáu khớp. Chúng vươn tới gần như mọi tư thế trong tầm với, luồn được vào chỗ khuất, và đổi việc chỉ bằng cách viết lại chương trình.
Cái giá là độ cứng vững. Vì các khớp nối tiếp nhau, sai số của khớp gốc được nhân lên theo chiều dài cánh tay. Tải treo ở đầu tạo mô men lớn lên khớp gần thân nhất. Muốn cứng thì phải nặng, mà nặng thì chậm.
Chọn cấu hình này khi tư thế đầu công tác thay đổi nhiều: hàn theo đường cong, phun sơn quanh vật thể, lắp ráp từ nhiều hướng.
SCARA: cứng theo phương đứng, nhanh theo phương ngang
SCARA có hai khớp quay quanh trục đứng, một chuyển động lên xuống và một khớp xoay ở đầu. Nó mềm dẻo trong mặt phẳng ngang nhưng rất cứng theo phương thẳng đứng.
Đặc tính đó sinh ra đúng cho một việc: đưa vật xuống theo phương đứng và ấn vào. Lắp linh kiện lên bo mạch, ấn chốt vào lỗ, bắt vít. Lực ấn đi thẳng vào kết cấu cứng thay vì làm cánh tay võng.
SCARA cũng nhanh hơn robot khớp nối cùng tầm với, vì ít khối lượng phải gia tốc hơn. Đổi lại nó không nghiêng đầu công tác được, nên vật phải luôn tiếp cận từ trên xuống.
Delta: cấu trúc song song cho tốc độ cực cao
Robot Delta treo ngược, ba càng nối từ ba động cơ cố định trên đế xuống một mâm chung. Vì cả ba động cơ đều nằm yên trên khung, phần chuyển động chỉ là mấy thanh nhẹ.
Khối lượng chuyển động thấp cho phép gia tốc rất lớn, nên Delta thống trị các dây chuyền gắp thả nhịp nhanh: chia bánh kẹo vào khay, xếp gói hàng nhỏ theo băng chuyền chạy.
Giới hạn cũng rõ. Tải trọng thấp, thường chỉ vài kilôgam. Không gian làm việc là một khối hình chuông úp, hẹp dần về phía dưới. Và vì càng nối theo cấu trúc song song, việc tính toán và hiệu chỉnh phức tạp hơn robot nối tiếp.
Descartes và trụ toạ độ: đơn giản, dự đoán được
Robot Descartes di chuyển theo ba trục vuông góc, giống một máy in ba chiều phóng to. Robot trụ toạ độ thay một trục thẳng bằng một trục quay.
Ưu điểm lớn nhất là tính dự đoán. Mỗi trục độc lập, nên độ chính xác đồng đều khắp không gian làm việc, không có điểm dị thường, và người mới đọc toạ độ cũng hiểu ngay robot đang ở đâu.
Cấu hình này thắng khi vùng làm việc là một khối hộp lớn: kho tự động, cắt tấm, xếp hàng trên diện rộng. Nó thua khi cần luồn vào chỗ khuất hoặc cần nghiêng đầu công tác, vì khung chiếm chỗ và các trục vuông góc không xoay được.
Bảng đối chiếu nhanh khi khảo sát
Đọc theo cột nhu cầu chính của bạn.
- Cần đổi hướng đầu công tác nhiều → robot khớp nối, không có lựa chọn nào khác thực sự cạnh tranh.
- Ấn theo phương đứng, nhịp trung bình → SCARA, cứng hơn và rẻ hơn robot sáu trục.
- Nhịp rất nhanh, vật nhẹ, di chuyển trong mặt phẳng → Delta.
- Vùng làm việc rất lớn, đường đi đơn giản → Descartes dạng khung.
- Không gian chật, cần luồn → robot khớp nối, cân nhắc thêm bậc tự do thứ bảy.
Một lưu ý dễ bỏ qua: cấu hình quyết định luôn cả cách bố trí mặt bằng. Delta cần khung treo phía trên, Descartes cần dựng khung bao quanh vùng làm việc, robot khớp nối cần chừa vùng quét cho khuỷu tay phía sau. Ba yêu cầu này khác nhau hoàn toàn về không gian nhà xưởng.
Câu hỏi thường gặp
Robot sáu trục có làm được việc của SCARA không?
Làm được, nhưng thường chậm hơn và kém cứng vững hơn khi phải ấn theo phương đứng. Nếu toàn bộ công việc là gắp thả trong một mặt phẳng và ấn xuống, SCARA cho nhịp cao hơn ở cùng mức đầu tư. Robot sáu trục chỉ đáng chọn nếu bạn dự kiến sẽ cần đổi hướng đầu công tác trong tương lai.
Robot Delta gắp được vật nặng bao nhiêu?
Phần lớn mẫu thương mại nằm trong khoảng vài trăm gam đến vài kilôgam, vì cấu trúc càng mảnh chính là thứ tạo ra tốc độ. Có mẫu tải nặng hơn nhưng khi đó lợi thế gia tốc giảm đi và cấu hình khác thường hợp lý hơn.
Vì sao robot Descartes ít gặp trong nhà máy hơn robot khớp nối?
Vì nó chiếm diện tích lớn và kém linh hoạt khi đổi nhiệm vụ. Khung phải bao quanh vùng làm việc, nên mở rộng hay dịch chuyển trạm rất tốn kém. Nó vẫn phổ biến ở kho tự động và các ứng dụng khổ lớn, nơi ưu điểm về vùng làm việc thắng thế.
Cấu hình song song và nối tiếp khác nhau về bản chất ở chỗ nào?
Robot nối tiếp có các khớp xếp thành một chuỗi, mỗi khớp mang toàn bộ phần phía sau nó. Robot song song có nhiều nhánh cùng nối vào một mâm chung, nên tải chia đều và phần chuyển động nhẹ hơn. Đổi lại, robot song song có không gian làm việc nhỏ hơn và bài toán động học phức tạp hơn.
Đọc thêm trong Tiêu chuẩn & an toàn và Thuật ngữ robotics.
