Robot công nghiệp: Encoder cho độ chính xác của điểm trung tâm công cụ

Tốc độ, sức mạnh và độ bền là những tính năng quan trọng của robot công nghiệp. Các ứng dụng chủ yếu của chúng bao gồm hàn và việc nâng các bộ phận nặng để lắp ráp xe ô tô. Tuy nhiên, mặc dù đã có các phương pháp hiệu chuẩn tiên tiến, độ chính xác về vị trí của robot công nghiệp vẫn chưa đáp ứng đủ yêu cầu của một số nhiệm vụ cụ thể. Điều này đang thay đổi nhờ sự xuất hiện của các encoder đầu ra chính xác từ các thương hiệu như HEIDENHAIN và AMO.

Sự phát triển này có nguồn gốc chính từ ngành hàng không vũ trụ, nơi các yêu cầu về độ chính xác trong gia công các bộ phận vô cùng lớn. Máy công cụ có thể đạt được mức độ chính xác cần thiết, nhưng rất kén về linh hoạt và chi phí, đặc biệt đối với các ứng dụng đặc biệt và trong không gian làm việc hạn chế. Trái lại, robot có thể dễ dàng tiếp cận bất kỳ vị trí nào trên một bộ phận lớn, chẳng hạn như thân máy bay, và thực hiện các nhiệm vụ như khoan hoặc phay.

1. Độ chính xác bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố

Trong các ứng dụng như vậy, độ chính xác của điểm trung tâm của công cụ (tức là công cụ ở cuối cánh tay robot) là điều cần thiết để định vị và hướng dẫn với mức độ chính xác đủ. Đây là lúc mà robot công nghiệp cổ điển đang đối mặt với các hạn chế của mình. Những sai lệch này phát sinh từ nhiều yếu tố khác nhau:

• Để đạt được độ linh hoạt mong muốn, cần sử dụng các robot có kinemat học nối tiếp, chẳng hạn như robot có khớp nối với sáu trục.

• Mỗi trục này được điều khiển bởi động cơ servo với hệ truyền bánh răng. Lỗi vị trí không, độ trì của phản ứng và độ đàn hồi của các khớp là những nguyên nhân chính gây ra sự thiếu chính xác.

• Các lực tác động và hiệu ứng động trong quá trình gia công ảnh hưởng đến tính cứng của cơ học của robot và gây ra ảnh hưởng tiêu cực đến độ chính xác tuyệt đối của vị trí.

Nhờ các phương pháp hiệu chuẩn tiên tiến, hiện nay đã có khả năng di chuyển điểm trung tâm của công cụ đến một vị trí nhất định nhiều lần với độ chính xác trong phạm vi vài phần trăm milimet. Tùy thuộc vào nhà sản xuất, độ lặp lại của robot theo tiêu chuẩn ISO 9283 là ±0,1 mm hoặc tốt hơn.

Tuy nhiên, so với khả năng lặp lại, độ chính xác vị trí tuyệt đối trong hệ tọa độ của robot chỉ đạt được khoảng gấp 10 lần. Tùy thuộc vào thiết kế, phạm vi và khả năng chịu tải tối đa, robot hiện nay đạt được độ chính xác vị trí tuyệt đối là ±1 mm. Điều này không đủ để đáp ứng yêu cầu về độ chính xác của các ngành công nghiệp như lĩnh vực hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà sản xuất robot đã và đang nghiên cứu giải quyết vấn đề này.

1.1 Bước 1: Điều khiển động cơ cực động

Các encoder vòng quay cổ điển tiếp tục cung cấp phản hồi động cơ servo tại các trục của robot. Các encoder quay cảm ứng mạnh mẽ như ECI 1100 và 1300, hoặc các mẫu đa vòng của dòng EQI 1100 và 1300 từ HEIDENHAIN được coi là sự lựa chọn lý tưởng cho loại ứng dụng này, do yêu cầu động lực điều khiển cao từ động cơ servo. Chúng không chỉ mang lại chất lượng điều khiển cao và độ chính xác của hệ thống, mà còn có khả năng chống rung động mạnh.

Với giao diện EnDat nối tiếp thuần túy, các encoder này có khả năng chống nhiễu điện từ mạnh, đảm bảo tính an toàn và chất lượng truyền dữ liệu, ngay cả trong các ứng dụng tiếp xúc với nhiễu điện từ mạnh.

Các encoder vòng quay cảm ứng này hỗ trợ mức toàn vẹn an toàn SIL 2, loại 3 PL d và thậm chí có thể đạt được SIL 3, hoặc loại 4 PL e, nếu có các biện pháp kiểm soát bổ sung. Ngoài ra, chúng còn loại trừ lỗi cơ học khỏi hiện tượng lỏng kết nối trục và stato, mang lại lợi ích an toàn bổ sung. Nhờ gói an toàn này, các encoder vòng quay cảm ứng này có thể được sử dụng trong các hệ thống được thiết kế để cộng tác giữa người và robot.

1.2 Bước 2: Encoder thứ cấp để đo vị trí có độ chính xác cao

Encoder HEIDENHAIN và AMO với độ chính xác cao đã được sử dụng để đo vị trí tuyệt đối trên robot trong các ứng dụng công nghiệp.

Các nhà sản xuất robot có thể cải thiện độ chính xác vị trí tuyệt đối của robot một cách đáng kể bằng cách sử dụng encoder góc hoặc encoder vòng quay bổ sung với độ chính xác cao trên mỗi trục robot. Những thiết bị thứ cấp này được gắn sau mỗi bộ truyền bánh răng, từ đó nắm bắt vị trí thực tế của mỗi khớp robot và đồng thời ước tính lực phản kháng tạo ra bởi nguyên công gia công. Điều này đem lại sự cải thiện lên đến 70 đến 80 phần trăm đối với độ chính xác vị trí tuyệt đối tại điểm trung tâm của công cụ.

Encoder góc mô-đun như HEIDENHAIN ECA 4000, encoder vòng quay HEIDENHAIN ECI 4000 và encoder góc AMO WMR có chức năng quét quang học và quét cảm ứng, rất phù hợp cho các ứng dụng này. Thiết kế mô-đun với trống cân hoặc thước đo tỷ lệ và bộ quét riêng biệt của các encoder này làm cho chúng rất linh hoạt trong việc đáp ứng yêu cầu lắp đặt phức tạp và hạn chế về không gian thường gặp ở rô-bốt công nghiệp. Chất lượng tín hiệu của các encoder thứ cấp này được đánh giá cao hơn đáng kể so với các encoder vòng quay trên mô tơ servo, giúp đảm bảo việc trả về các giá trị vị trí chính xác, ngay cả trong các chuyển động có tính động cao.

1.3 Bước 3: Đo vị trí chính xác cho robot di động

Để đảm bảo định vị chính xác trong các quy trình gia công trên các bộ phận lớn hoặc dài như thân máy bay hoặc trong sản xuất các bộ phận bằng sợi composite lớn, việc di chuyển robot theo chiều dài của bộ phận trên trục tuyến tính là cần thiết. Để đáp ứng nhu cầu này, các nhà sản xuất robot sử dụng bộ truyền động tuyến tính kèm theo encoder tuyến tính của HEIDENHAIN với chiều dài lên đến 30 m. Việc đo vị trí từ encoder tuyến tính này cung cấp thông tin được điều chỉnh để bù các lỗi nhiệt và các yếu tố khác ảnh hưởng đến cơ chế cấp liệu, những yếu tố mà các phương pháp đo vị trí thông thường dựa trên bước của vít bi tuần hoàn và vị trí góc của encoder vòng quay trên động cơ không thể nắm bắt được.

2. Phép đo vị trí có độ chính xác cao giúp cải thiện độ chính xác tại điểm trung tâm của dụng cụ

Việc áp dụng encoder thứ cấp trên mọi trục của rô-bốt, cùng việc sử dụng encoder tuyến tính để xác định vị trí rô-bốt so với phôi, đem đến mức độ chính xác cần thiết tại điểm trung tâm của dụng cụ, giúp rô-bốt công nghiệp trang bị đầy đủ để thực hiện gia công chính xác và thực hiện các tác vụ trên các thành phần. Encoder góc và tuyến tính của HEIDENHAIN và AMO không chỉ đảm bảo độ chính xác cho hệ thống mà còn cung cấp tính linh hoạt cần thiết cho việc lắp đặt trong các cơ chế rô-bốt phức tạp và nhỏ gọn. Tính phù hợp của các encoder này đối với các ứng dụng an toàn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai các hệ thống cộng tác giữa con người và robot.

Cần trợ giúp chọn encoder cho dự án tự động hóa? Liên hệ AMS ngay hôm nay.

3. HEIDENHAIN: Dẫn đầu các giải pháp chính xác tiên tiến

HEIDENHAIN luôn dẫn đầu trong việc cung cấp các giải pháp về đo lường và điều khiển chính xác, mang đến công nghệ tiên tiến và kiến thức chuyên môn độc đáo trong lĩnh vực này. Với lịch sử đáng kể trong việc cung cấp thiết bị đo lường và điều khiển có độ chính xác cao, HEIDENHAIN đã liên tục thiết lập những tiêu chuẩn mới cho ngành công nghiệp và xây dựng được danh tiếng về chất lượng và độ tin cậy không đâu sánh kịp.

HEIDENHAIN, được thành lập vào năm 1889, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy đổi mới và sự xuất sắc trong lĩnh vực đo lường chính xác và điều khiển chuyển động. Danh mục sản phẩm của họ bao gồm các bộ mã hóa góc và tuyến tính tiên tiến, thiết bị đọc kỹ thuật số và điều khiển số, tất cả đều được thiết kế để đem lại độ chính xác và hiệu quả vượt trội trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Tại Việt Nam, Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật AMS tự hào là nhà phân phối độc quyền các sản phẩm của HEIDENHAIN. Là một đối tác đáng tin cậy, AMS mang đến cho các doanh nghiệp nhiều giải pháp HEIDENHAIN toàn diện, đảm bảo khách hàng tại Việt Nam có quyền truy cập thuận tiện và đáng tin cậy vào các sản phẩm và dịch vụ tốt nhất. Để có mức giá cạnh tranh nhất và sự hỗ trợ tuyệt vời, việc liên hệ với AMS ngay hôm nay là bước đầu tiên để tận dụng các giải pháp chính xác đặc biệt của HEIDENHAIN.