Robot nâng hạ là gì? Ứng dụng và cách chọn phù hợp

Robot nâng hạ là giải pháp tự động hóa được sử dụng để nâng, di chuyển và đặt sản phẩm hoặc chi tiết giữa các vị trí trong dây chuyền sản xuất. Robot có thể kết hợp với tay gắp, cơ cấu kẹp, đầu hút hoặc thiết bị đầu cuối phù hợp để xử lý nhiều loại sản phẩm với tải trọng và kích thước khác nhau.

Cùng theo dõi bài viết sau đây của Weldcom để lựa chọn được thiết bị phù hợp với nhu cầu sản xuất của doanh nghiệp nhé!

1. Robot nâng hạ là gì?

Robot nâng hạ là cách gọi theo ứng dụng của robot công nghiệp được sử dụng để nâng, di chuyển và đặt vật từ vị trí này sang vị trí khác. Robot thường kết hợp với tay gắp hoặc cơ cấu hút phù hợp, đồng thời được lập trình để thực hiện các chu kỳ nâng chuyển tự động trong dây chuyền sản xuất.

Robot nâng hạ không phải một cấu trúc robot riêng biệt. Một hệ thống nâng hạ có thể sử dụng robot 4 trục, robot 6 trục hoặc cấu hình khác tùy tải trọng, vùng làm việc và yêu cầu thay đổi tư thế của sản phẩm.

Trong thực tế, robot nâng hạ thuộc nhóm ứng dụng xử lý và di chuyển vật liệu, bao gồm các công việc như gắp đặt, chuyển chi tiết giữa các công đoạn, cấp phôi, bốc xếp và xếp hàng lên pallet.

2. Robot nâng hạ hoạt động như thế nào?

Robot nâng hạ hoạt động bằng cách di chuyển đầu công tác đến vị trí lấy sản phẩm, giữ sản phẩm bằng cơ cấu kẹp hoặc hút, sau đó nâng và đưa tải đến vị trí đã lập trình. Bộ điều khiển phối hợp chuyển động của các trục và có thể nhận tín hiệu từ cảm biến, băng tải hoặc thiết bị khác trong dây chuyền.

Một chu kỳ robot nâng hạ cơ bản thường gồm:

1. Robot nhận tín hiệu bắt đầu chu kỳ.
2. Cánh tay di chuyển đến vị trí lấy sản phẩm.
3. Tay gắp hoặc đầu hút giữ sản phẩm.
4. Robot nâng sản phẩm khỏi vị trí ban đầu.
5. Cánh tay di chuyển theo quỹ đạo đã lập trình.
6. Sản phẩm được đặt vào vị trí yêu cầu.
7. Đầu gắp nhả sản phẩm và robot trở về vị trí tiếp theo.

Tùy hệ thống, robot có thể phối hợp với băng tải, máy CNC, cảm biến, hệ thống thị giác hoặc bộ gá để xác định vị trí và thực hiện chu kỳ tự động.

Bộ điều khiển QJAR sử dụng cấu trúc X86 và bus EtherCAT, đồng thời hỗ trợ các quy trình như xếp hàng và theo dõi băng tải. Đây là nền tảng để robot phối hợp với các thiết bị khác trong hệ thống tự động hóa.

3. Các loại robot nâng hạ phổ biến

Robot nâng hạ có thể sử dụng nhiều cấu hình khác nhau, trong đó robot 4 trục và 6 trục là hai lựa chọn phổ biến trong hệ thống công nghiệp. Robot 4 trục phù hợp với nhiều chuyển động nâng đặt tương đối đơn giản, còn robot 6 trục linh hoạt hơn khi sản phẩm cần thay đổi tư thế hoặc tiếp cận từ nhiều hướng.

3.1. Robot nâng hạ 6 trục

Robot 6 trục có sáu khớp chuyển động, cho phép đầu công tác thay đổi cả vị trí và tư thế trong không gian.

Loại này phù hợp khi:

• Vị trí lấy và đặt có nhiều góc tiếp cận.
• Sản phẩm cần xoay trong quá trình di chuyển.
• Không gian làm việc có vật cản.
• Robot phải thực hiện nhiều thao tác ngoài nâng đặt.
• Hệ thống cần kết hợp xử lý, lắp ráp hoặc cấp phôi phức tạp.

Danh mục QJAR có nhiều robot 6 trục được xác nhận cho các ứng dụng xếp dỡ, xử lý và lắp ráp. Ví dụ QJR6S-1 tải 3/6 kg, QJR6-3 tải 6 kg, QJR10-2 tải 10 kg và QJR210-1 tải 210 kg.

3.2. Robot nâng hạ 4 trục

Robot 4 trục có ít bậc tự do hơn nhưng phù hợp với các công việc nâng chuyển không yêu cầu thay đổi tư thế phức tạp.

Loại này thường đáng cân nhắc khi:

• Sản phẩm chủ yếu được nâng theo phương đứng.
• Quỹ đạo lấy và đặt tương đối cố định.
• Công việc tập trung vào xếp hàng hoặc palletizing.
• Cần xử lý tải trọng lớn nhưng không cần sáu trục chuyển động.

Danh mục QJAR có robot 4 trục từ 30 kg đến 800 kg, trong đó nhiều model được định hướng cho sắp xếp, đóng gói, xử lý và cấp dỡ hàng.

Không nên mặc định robot 6 trục luôn tốt hơn robot 4 trục. Cấu hình phù hợp là cấu hình đáp ứng đủ yêu cầu chuyển động với mức độ phức tạp hợp lý.

4. Ứng dụng của robot nâng hạ

Robot nâng hạ được sử dụng trong nhiều công đoạn cần tự động di chuyển sản phẩm, từ chuyển chi tiết giữa các vị trí, cấp phôi cho máy đến bốc xếp và palletizing. Khả năng ứng dụng phụ thuộc vào tải trọng, tầm với, số trục và thiết kế đầu gắp của từng hệ thống robot.

4.1. Nâng và chuyển chi tiết giữa các công đoạn

Đây là ứng dụng cơ bản của robot nâng hạ.

Robot có thể lấy sản phẩm tại một vị trí, nâng khỏi bàn gá hoặc băng tải và chuyển sang công đoạn tiếp theo. Quá trình được lặp lại theo chương trình, phù hợp với dây chuyền có chu kỳ sản xuất ổn định.

4.2. Cấp và lấy phôi cho máy

Robot có thể được tích hợp để:

• Lấy phôi từ khay hoặc băng tải;
• Đưa phôi vào máy;
• Lấy chi tiết sau gia công;
• Chuyển chi tiết đến vị trí kiểm tra hoặc công đoạn tiếp theo.

Ứng dụng này phù hợp với máy CNC, máy đúc, máy ép, máy cắt và các thiết bị gia công có chu kỳ lặp lại.

4.3. Bốc xếp hàng hóa

Robot nâng hạ có thể thực hiện các thao tác mang, xếp và dỡ sản phẩm trong dây chuyền.

Công việc thường gồm:

• Lấy hàng từ băng tải;
• Chuyển hàng giữa các vị trí;
• Xếp sản phẩm vào khay;
• Dỡ sản phẩm khỏi khu vực gia công;
• Chuyển sản phẩm đến công đoạn đóng gói.

Catalogue QJAR đề cập ứng dụng bốc xếp trong các ngành thực phẩm, đồ uống, hóa dầu, dược phẩm, 3C, điện tử, thiết bị gia dụng và ô tô.

4.4. Xếp sản phẩm lên pallet

Robot có thể lấy sản phẩm từ băng tải hoặc khu vực trung gian rồi đặt lên pallet theo vị trí và thứ tự đã lập trình.

Palletizing đặc biệt phù hợp với:

• Thùng carton
• Bao
• Hộp
• Sản phẩm có chu kỳ sản lượng lớn.

Robot 4 trục thường được sử dụng khi quỹ đạo xếp tương đối đơn giản, trong khi robot 6 trục phù hợp hơn nếu sản phẩm cần thay đổi tư thế khi xếp.

4.5. Nâng và xoay sản phẩm

Một số công việc không chỉ yêu cầu nâng tải mà còn phải xoay sản phẩm trước khi đặt.

Robot 6 trục có lợi thế trong các ứng dụng như:

• Thay đổi hướng của chi tiết
• Đưa sản phẩm vào đồ gá
• Lắp ráp
• Đảo mặt
• Đưa chi tiết vào vị trí có góc tiếp cận phức tạp.

4.6. Nâng và xử lý chi tiết tải trọng lớn

Robot nâng hàng có thể được lựa chọn cho các chi tiết nặng nếu tải trọng và vùng làm việc đáp ứng yêu cầu.

Ví dụ QJR210-1 có tải trọng 210 kg và sải tay tối đa 2.688 mm. Model này được catalogue QJAR liệt kê cho các ứng dụng xếp hàng, xếp dỡ, xử lý, đánh bóng và lắp ráp.

Điều đó không có nghĩa mọi hệ thống nâng tải 210 kg đều phù hợp với QJR210-1. Việc lựa chọn còn phải tính đầu gắp, tâm tải, tư thế làm việc và quỹ đạo thực tế.

5. Ưu điểm khi sử dụng robot nâng hạ

Robot nâng hạ giúp tự động hóa các thao tác nâng và di chuyển lặp lại, duy trì chu kỳ làm việc ổn định và giảm sự phụ thuộc vào thao tác thủ công. Hệ thống có thể lựa chọn theo nhiều mức tải trọng, tầm với và số trục, đồng thời tích hợp với các thiết bị khác trong dây chuyền sản xuất.

5.1. Tự động hóa thao tác nâng chuyển lặp lại

Robot công nghiệp có thể thực hiện cùng một chu kỳ nhiều lần theo chương trình đã thiết lập. Đây là lợi thế trong những dây chuyền có số lượng sản phẩm lớn hoặc thao tác nâng đặt lặp đi lặp lại.

5.2. Duy trì vị trí đặt ổn định

Robot công nghiệp có thông số độ lặp lại được xác định theo từng model.

Ví dụ trong danh mục QJAR:

• QJR6S-1: ±0,03 mm.
• QJR6-3: ±0,05 mm.
• QJR10-2: ±0,05 mm.
• QJR210-1: ±0,2 mm.

Giá trị cụ thể cần được lựa chọn theo yêu cầu của công đoạn, không nên áp dụng một mức độ lặp lại chung cho tất cả robot nâng hạ.

5.3. Xử lý nhiều mức tải trọng

Robot nâng hàng có thể phục vụ từ linh kiện nhỏ đến sản phẩm nặng.

Danh mục QJAR bao gồm robot 6 trục ở các mức 3 kg, 4 kg, 6 kg, 10 kg, 20 kg, 50 kg và 210 kg. Nhóm robot 4 trục còn có các cấu hình tải lớn đến 800 kg.

5.4. Có thể tích hợp với dây chuyền

Robot nâng hạ có thể kết nối với:

• Băng tải
• Máy CNC
• Cảm biến
• Hệ thống thị giác
• Đồ gá
• PLC
• Thiết bị kiểm tra
• Hệ thống đóng gói.

Khả năng tích hợp giúp robot không chỉ thực hiện một thao tác nâng độc lập mà trở thành một phần của quy trình sản xuất tự động.

5.5. Linh hoạt khi thay đổi sản phẩm

Khi sản phẩm thay đổi, hệ thống có thể được điều chỉnh về chương trình, điểm làm việc hoặc đầu gắp nếu thiết kế ban đầu cho phép.

Mức độ linh hoạt thực tế phụ thuộc vào sự khác biệt giữa các sản phẩm và thiết kế của cell robot.

6. Robot nâng hạ khác robot bốc xếp như thế nào?

Robot nâng hạ và robot bốc xếp có phạm vi ứng dụng giao nhau nhưng cách gọi nhấn mạnh các nhiệm vụ khác nhau.

Robot nâng hạ tập trung vào thao tác nâng, chuyển và đặt tải, trong khi robot bốc xếp thường nhấn mạnh quá trình lấy, di chuyển, xếp hoặc dỡ sản phẩm trong dây chuyền và logistics.

Trong thực tế, một robot bốc xếp cũng thực hiện chuyển động nâng hạ. Tuy nhiên, không phải mọi ứng dụng robot nâng hạ đều được gọi là bốc xếp.

Ví dụ robot lấy phôi kim loại và đưa vào máy CNC là một ứng dụng nâng chuyển và machine tending, nhưng không nhất thiết được mô tả là bốc xếp hàng hóa.

7. Những thông số cần quan tâm khi chọn robot nâng hạ

7.1. Tải trọng robot

Tải trọng là thông số cần xác định đầu tiên.

Payload của robot không chỉ là khối lượng sản phẩm. Khi lựa chọn phải tính cả:

Tải thực tế = khối lượng sản phẩm + khối lượng tay gắp + các thiết bị gắn trên cổ tay robot.

ABB cũng xác định payload phải bao gồm trọng lượng End of Arm Tooling và vật được robot nâng hoặc gắp.

Ví dụ sản phẩm nặng 40 kg nhưng tay gắp nặng thêm 12 kg thì robot tải 50 kg sẽ không đủ nếu toàn bộ tải tác động lên cổ tay vượt khả năng cho phép.

Ngoài tổng khối lượng, các bài toán thực tế còn cần kiểm tra tâm tải và dữ liệu tải của model cụ thể.

7.2. Tầm với

Tầm với phải bao phủ được toàn bộ khu vực làm việc, gồm:

• Vị trí lấy sản phẩm;
• Điểm cao nhất của chuyển động;
• Vị trí đặt;
• Vùng tránh vật cản.

Không nên chọn robot chỉ vì tầm với tối đa lớn hơn khoảng cách giữa hai điểm. Tư thế cánh tay và giới hạn từng trục cũng ảnh hưởng khả năng tiếp cận thực tế.

7.3. Số trục

Robot 4 trục phù hợp với nhiều thao tác nâng đặt đơn giản.

Robot 6 trục nên được xem xét khi:

• Sản phẩm cần xoay
• Đầu gắp phải nghiêng
• Điểm lấy và đặt có góc khác nhau
• Không gian có vật cản
• Robot đảm nhiệm thêm các thao tác khác.

7.4. Độ lặp lại

Nếu robot phải đặt sản phẩm vào:

• JIG
• Đồ gá
• Máy gia công
• Vị trí lắp ráp
• Khay định vị

thì độ lặp lại là thông số quan trọng.

Giá trị phù hợp phụ thuộc dung sai và yêu cầu của từng công đoạn.

7.5. Tốc độ và thời gian chu kỳ

Robot cần đáp ứng thời gian chu kỳ yêu cầu của dây chuyền.

Robot có tốc độ trục cao chưa chắc tạo ra chu kỳ ngắn nhất, vì thời gian thực tế còn phụ thuộc:

• Quãng đường di chuyển tải
• Gia tốc
• Thời gian gắp và nhả
• Thiết bị ngoại vi
• Quy trình an toàn.

7.6. Loại tay gắp

Đầu công tác cần phù hợp với hình dạng và bề mặt sản phẩm.

Một số dạng thường gặp gồm:

• Tay kẹp cơ khí
• Đầu hút chân không
• Kẹp nhiều ngón
• Cơ cấu được thiết kế riêng theo chi tiết.

Đầu gắp cũng là một phần của tải mà robot phải mang, vì vậy cần được tính ngay từ giai đoạn lựa chọn robot.

7.7. Cấp bảo vệ và môi trường làm việc

Điều kiện môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn model.

Robot QJAR trong catalogue có cấp bảo vệ khác nhau như:

• QJR6S-1: IP67.
• QJR6-2000H: IP54.
• QJR6-3: IP30.
• QJR10-2: IP67.

Do đó không nên mặc định tất cả robot đều phù hợp với môi trường bụi, ẩm hoặc điều kiện sản xuất giống nhau.

8. Một số robot QJAR có thể ứng dụng cho nâng hạ

QJAR cũng có nhóm robot 4 trục phục vụ sắp xếp, đóng gói, xử lý và cấp dỡ hàng với tải trọng cao hơn. Điều này cho phép hệ thống robot nâng hạ được lựa chọn theo nhiều mức tải và độ phức tạp chuyển động khác nhau.

Không nên coi các model trên là một dòng sản phẩm mang tên "robot nâng hạ". Đây là các robot công nghiệp có khả năng được tích hợp cho ứng dụng nâng, chuyển và xếp dỡ khi thông số đáp ứng bài toán thực tế.

9. Quy trình lựa chọn giải pháp robot nâng hạ tại Weldcom

Một quy trình lựa chọn có thể gồm:

Bước 1: Xác định sản phẩm cần nâng

Cần thu thập:

• Khối lượng
• Kích thước
• Hình dạng
• Vật liệu
• Vị trí có thể kẹp hoặc hút
• Yêu cầu tránh làm biến dạng bề mặt.

Bước 2: Xác định vị trí lấy và đặt

Khoảng cách và cao độ giữa các vị trí giúp xác định tầm với và vùng làm việc cần thiết.

Bước 3: Lựa chọn cơ cấu gắp

Đầu gắp cần giữ chắc sản phẩm nhưng không gây hư hỏng trong quá trình tăng tốc, di chuyển và đặt.

Bước 4: Tính tải trọng thực tế

Cần cộng khối lượng của:

• Sản phẩm
• Tay gắp
• Cảm biến và các phụ kiện gắn trên cổ tay nếu có.

Bước 5: Chọn số trục và tầm với

Nếu công việc chỉ cần chuyển động nâng đặt đơn giản, robot 4 trục có thể đáp ứng.

Nếu sản phẩm phải xoay, nghiêng hoặc tiếp cận nhiều góc, robot 6 trục thường phù hợp hơn.

Bước 6: Kiểm tra vùng làm việc và chu kỳ

Cần đánh giá robot có:

• Chạm vật cản hay không
• Đạt đủ các điểm làm việc hay không
• Tạo được tư thế gắp cần thiết hay không
• Đáp ứng cycle time hay không.

Bước 7: Thiết kế tích hợp

Hệ thống hoàn chỉnh có thể cần kết nối thêm băng tải, máy CNC, cảm biến, vision, đồ gá hoặc thiết bị an toàn.

Khi có đầy đủ dữ liệu sản phẩm và quy trình, Weldcom có thể tư vấn lựa chọn robot QJAR, đầu công tác và cấu hình hệ thống phù hợp với yêu cầu sản xuất thực tế.

10. Câu hỏi thường gặp về robot nâng hạ

10.1. Robot nâng hạ nên dùng 4 trục hay 6 trục?

Robot 4 trục phù hợp với nhiều tác vụ nâng đặt có quỹ đạo đơn giản. Robot 6 trục phù hợp hơn khi sản phẩm cần xoay, thay đổi tư thế hoặc robot phải tiếp cận vị trí từ nhiều hướng.

10.2. Robot nâng hạ khác robot bốc xếp như thế nào?

Robot nâng hạ nhấn mạnh thao tác nâng, chuyển và đặt tải. Robot bốc xếp tập trung nhiều hơn vào việc lấy, xếp và dỡ hàng hóa. Hai nhóm ứng dụng có thể giao nhau trong thực tế.

10.3. Robot nâng hạ có thể cấp phôi cho máy CNC không?

Có. Robot có thể lấy phôi, đưa vào máy CNC và lấy chi tiết sau gia công nếu tải trọng, tầm với, đầu gắp và hệ thống điều khiển được thiết kế phù hợp.

Robot nâng hạ là giải pháp phù hợp để tự động hóa các công việc nâng, di chuyển và đặt sản phẩm trong dây chuyền sản xuất. Tùy tải trọng và độ phức tạp của chuyển động, doanh nghiệp có thể lựa chọn robot 4 trục hoặc 6 trục kết hợp với đầu gắp và hệ thống điều khiển phù hợp.

Nếu doanh nghiệp đang có nhu cầu tự động hóa một công đoạn nâng chuyển cụ thể, có thể liên hệ Weldcom để nhân viên tư vấn lựa chọn cấu hình robot nâng hạ phù hợp với doanh nghiệp.

Công ty Cổ phần Công Nghiệp Weldcom

• Địa chỉ: 285 Ngô Gia Tự, Phường Việt Hưng, Hà Nội
• Hotline: 1900 9410
• Website: weldcom.vn
• Email: sales@weldcom.vn