Vai trò của encoder vòng quay HEIDENHAIN trong Thiết kế Robot công nghiệp

Công nghiệp robot được biết đến với tốc độ, sức mạnh và khả năng vận hành linh hoạt. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn đối với robot công nghiệp là khả năng cung cấp vị trí chính xác trong các nhiệm vụ cụ thể. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu kết hợp định vị chính xác và hướng điểm trung tâm công cụ với bậc linh hoạt đáng kể. Những ứng dụng như vậy yêu cầu sự điều khiển từ nhiều trục, với mỗi trục điều khiển bởi một động cơ servo độc lập. Mỗi động cơ servo có thể mắc phải các vấn đề như lỗi vị trí 0, phản ứng ngược và độ đàn hồi của khớp. Hơn nữa, quá trình gia công có thể ảnh hưởng đến độ cứng cơ học của robot, gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ chính xác của chúng.

Mặc dù đã tồn tại nhiều phương pháp hiệu chuẩn tiên tiến nhằm hỗ trợ khả năng lặp lại, nhưng chúng lại thiếu điểm yếu về độ chính xác tuyệt đối trong việc xác định vị trí, thường có độ sai số lớn hơn mười lần. Sự hạn chế này đã làm cho các robot thế hệ đầu tiên trở nên không phù hợp với nhiều ứng dụng, như trong ngành hàng không vũ trụ. Đó là lý do chính mà các encoder của HEIDENHAIN và AMO, bao gồm encoder góc ECA 4000 và AMO WMRA, trở thành lựa chọn ưu việt. Trong ngành robot công nghiệp, các encoder vòng quay đã nổi lên như một sự lựa chọn tối ưu.

1. Lợi ích của việc sử dụng encoder vòng quay cho các ứng dụng robot

Các encoder cao cấp đã cải thiện đáng kể độ chính xác của robot công nghiệp, mở ra khả năng thực hiện các tác vụ gia công và xử lý chính xác trên các bộ phận lớn. Bài viết sau sẽ trình bày chi tiết cụ thể về cách tiếp cận này.

1.1. Cảm biến vị trí và phản hồi

Càng thành thạo encoder trong việc xử lý và truyền phản hồi, càng có khả năng truyền tải chính xác số liệu về chuyển động và vị trí thực sự của điểm trung tâm công cụ của robot. Tuy nhiên, độ nhạy này cũng điều có thể gặp phải một số nhược điểm như rung động mạnh và nhiễu điện từ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Encoder vòng quay cảm ứng của HEIDENHAIN đáp ứng vấn đề này, có khả năng ứng phó với rung động mạnh và giao diện EnDat giúp chống lại nhiễu điện từ một cách hiệu quả.

Bên cạnh đó, các encoder vòng quay thứ cấp, lắp đặt sau mỗi bộ truyền bánh răng, ghi lại vị trí thực tế của khớp robot, bảo vệ chống lại lỗi vị trí bằng 0, phản ứng ngược và đo lực hồi tố. Kết quả là sự cải thiện đáng kể về độ chính xác tuyệt đối của vị trí, từ 70 đến 80%. Encoder vòng quay mô-đun sử dụng trống hoặc băng tỷ lệ và các bộ quét riêng biệt, khiến chúng rất phù hợp với những thách thức riêng biệt do đường kính trục rỗng và hạn chế về không gian mà nhiều robot đối mặt.

1.2. Điều khiển vận tốc và gia tốc

Encoder vòng quay đảm bảo giám sát chính xác chuyển động quay của khớp robot, cung cấp phản hồi vận tốc chất lượng cao. Phản hồi này theo thời gian thực cho phép người vận hành điều chỉnh gia tốc một cách tinh tế, từ đó kiểm soát tốt hơn các chuyển động của robot. Độ chính xác này đảm bảo rằng quá trình vẫn diễn ra chính xác, lặp lại và hiệu quả, từ đó tạo ra sản phẩm cuối cùng vượt trội.

1.3. Điều phối đa trục

Liên kết chính xác của các khớp robot yêu cầu sự kiểm soát cẩn thận từng trục để duy trì độ chính xác và khả năng lặp lại. Sự phản hồi liên tục từ encoder vòng quay đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự kiểm soát này trên nhiều trục, một yếu tố quan trọng đặc biệt trong các tình huống liên quan đến các bộ phận lớn.

2. Các loại encoder vòng quay phổ biến được sử dụng trong chế tạo robot

2.1. Encoder trục rắn

Encoder trục theo dõi vị trí và tốc độ quay của trục bằng cách kết hợp đĩa học bánh xe với trục cần giám sát và sử dụng cảm nố cố định để phát hiện vị trí của nó. Khi đĩa đi qua cảm biến, nó sẽ tạo ra tín hiệu điện cho biết vị trí và tốc độ của trục. Có các loại encoder trục ột định, mỗi vị trí trục được gán mã riêng và các bộ mã h trục tăng dần sử dụng xung điện tử để đo tốc và hướng.

2.2. Encoder trục rỗng

Các encoder trục rỗng loại bỏ nhu cầu về khớp nối hoặc bộ điều hợp riêng biệt, giúp hệ số dạng nhỏ hơn và giảm độ phức tạp của hệ thống. Thiết kế của chúng kết hợp một lỗ rỗng hoặc lỗ ở giữa, cho phép trục quay trong vỏ encoder. Đặc điểm này làm cho chúng đặc biệt phù hợp để sử dụng trong robot, nơi thường xuyên bị hạn chế về không gian. Ngoài ra, việc gắn trực tiếp encoder trên trục giúp loại bỏ hiện tượng trượt và phản ứng ngược, tạo ra lựa chọn ưu việt để điều khiển chuyển động chính xác.

2.3. Encoder kép

Các encoder kép như KCI 120 Dplus của HEIDENHAIN cung cấp độ chính xác vượt trội bằng cách đánh giá đồng thời vị trí và tốc độ quay của trục sử dụng. Trong đó, một encoder xác định vị trí tuyệt đối của trục, trong khi encoder còn lại đo vị trí tương đối hoặc chuyển đổi góc của trục. Việc theo dõi đồng thời hai trục quay riêng biệt này mang lại phản hồi cải thiện, từ đó nâng cao khả năng điều khiển tốc độ và định vị.

3. Tiêu chí chung cho Robotics

Khi lựa chọn encoder, quan điểm quan trọng nhất là xem xét tổng thể các yếu tố trước khi tiếp cận các khía cạnh liên quan đến hiệu suất.

3.1. Nhu cầu

Mục tiêu chính của robot này là gì? Cho dù nó được sử dụng để lắp ráp thân máy bay hay thực hiện các đường cắt chính xác trên các bộ phận lớn, quan điểm cụ thể của robot cũng là yếu tố quan trọng khi lựa chọn encoder.

3.2. Chi phí

Các nhà sản xuất cần thực hiện một đánh giá cẩn thận về chiếcác encoder và xác định tới liệu các đầu tư này có thể mang lại giá trị lâu dài hay không. Mặc dù đ, việc áp dụng encoder có thể đòi hỏi một mức đầu tư ban đầu cao hơn, những công nghệ này có thể tiết kiệm chi phí tổng thể trong quá trình thiết kế. Hơn nữa, việc đầu tư vào encoder công nghệ cao có thể mang lại lợi thế cạnh tranh vượt trội cho nhà sản xuất với tính an toàn cao hơn, độ chính xác tối đa và giảm chi phí dài hạn.

3.3. Môi trường vận hành

Môi trường hoạt động đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ bền cần thiết và loại cảm biến tối ưu cho robot. Ngoài việc phải chịu lực và rung động trong quá trình vận hành, các yếu tố như bụi, nhiệt độ và độ ẩm cũng mang tính quan trọng. Việc xem xét việc sử dụng encoder có cần vỏ bảo vệ phù hợp cũng cần được xem xét. Trong trường hợp độ rung vượt quá 30-40 Gs, việc sử dụng máy quét từ tính có thể cần thiết. Ngoài ra, trong môi trường sạch sẽ, việc ưu tiên sử dụng máy quét quang học chính xác hơn. Điều quan trọng là nhận ra rằng các giải pháp lý tưởng cho môi trường này có thể không phù hợp cho môi trường khác.

3.4. Dấu chân

Trong hầu hết trường hợp, robot thường đối diện với không gian hạn chế, đặc biệt khi yêu cầu encoder thứ cấp. Những giải pháp ban đầu có vẻ phù hợp nhưng lại quá lớn cho các ứng dụng cụ thể. Đó là lúc các encoder vòng quay như dòng KCI/KBI 1300, với cấu hình nhỏ gọn và không có ổ trục, trở thành phương án quan trọng.

3.5. Tính linh hoạt

Bên cạnh đó, việc cân nhắc các lần lặp khác nhau được cung cấp cũng rất quan trọng. Mỗi thành phần trong robot có thể đặt ra hạn chế về mặt hình học. Do đó, sử dụng encoder vòng quay linh hoạt hoặc có các biến thể có thể tùy chỉnh sẽ thuận lợi hơn để đáp ứng những hạn chế này. Ngoài ra, việc xem xét các mô hình mô-đun hoặc bộ dụng cụ tự lắp ráp cũng là một phương án. Mặc dù các tùy chọn này có thể yêu cầu kiến thức chuyên môn cao trong quá trình thiết lập, nhưng chúng có thể đem lại những lợi ích lớn trong việc tùy chỉnh rô-bốt theo các thông số kỹ thuật chính xác.

3.6. Lắp ráp

Khoảng 70% chi phí sản xuất phát sinh trong giai đoạn thiết kế, trước khi robot đi vào hoạt động. Việc điều chỉnh thiết kế hoặc quy trình sau khi hoạt động đã bắt đầu thậm chí còn gây ra chi phí lớn hơn. Vì vậy, việc sử dụng các encoder dễ lắp đặt có thể giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí. Quá trình thiết lập đơn giản giúp giảm số bước làm việc và số giờ đào tạo cần thiết để xây dựng và lắp đặt từng rô-bốt.

3.7. An toàn

Trong mọi nhiệm vụ, việc ưu tiên giảm thiểu rủi ro cho người vận hành và robot rất quan trọng. Tìm kiếm encoder kép được chứng nhận theo Cấp độ Toàn vẹn An toàn (Safety Integrity Level - SIL) và Cấp độ Hiệu suất (Performance Level - PL) là lựa chọn hàng đầu. Sử dụng giao diện như EnDat giúp đơn giản hóa triển khai hệ thống toàn diện, giảm thời gian thiết kế và làm giảm thiểu độ trễ do lỗi gây ra.

4. Các đặc tính hiệu suất cần xem xét

Các thuộc tính hiệu suất và cơ học vật lý của encoder chính là những yếu tố cần chú tâm và xem xét

4.1. Đảm bảo chất lượng

Đảm bảo chất lượng thường đòi hỏi quy trình kỷ luật và thời gian, tuy nhiên, một số encoder cụ thể có khả năng tăng tốc quá trình này đáng kể. Một số encoder không yêu cầu hiệu chỉnh và có thể bắt đầu hoạt động ngay sau khi lắp đặt - tương tự như chức năng "cắm và chạy". Các encoder không cần ổ bi thường được trang bị tính năng chẩn đoán lắp đặt điện tử, giúp kiểm tra an toàn ngay lập tức để xác minh việc lắp đặt chính xác. Ngoài ra, một số loại máy tích hợp nhãn ID điện tử có thể truy cập qua giao diện và có khả năng lưu trữ dữ liệu của riêng chúng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập tự động.

4.2. Tư thế bảo trì

Các nhà sản xuất đang ngày càng đòi hỏi máy móc có khả năng cung cấp dữ liệu thời gian thực một cách rộng rãi thông qua giao diện đáng tin cậy. Mỗi encoder cần thỏa mãn yêu cầu cung cấp các phép đo nhất quán và chính xác, đồng thời cung cấp dữ liệu tình trạng toàn diện, bao gồm cả thông báo lỗi hoặc cảnh báo dựa trên các giá trị đánh giá. Thông tin chẩn đoán này sau đó có thể được phân tích để dự đoán việc bảo trì cần thiết hoặc nhanh chóng khắc phục sự cố. Để đạt hiệu suất vượt trội, việc sử dụng encoder được trang bị giao diện EnDat 3 là một lựa chọn đáng cân nhắc, giúp truyền dữ liệu nhanh hơn, giảm yêu cầu về cáp và theo dõi nhiệt độ trên nhiều bộ phận khác nhau, từ cánh tay robot đến bên trong tủ.

4.3. Dung sai rộng

Trong lĩnh vực tự động hóa, robot tiềm ẩn nhiều rủi ro như lỗi đo hộp số, lỗi điểm 0 trong khớp hoặc vấn đề về khả năng chịu tải do độ đàn hồi của vật liệu, được gọi chung là hiện tượng trễ. Những yếu tố này có thể gây ra những vấn đề lớn trong quá trình sản xuất, đồng thời chịu ảnh hưởng từ dao động nhiệt độ và sự lão hóa của các bộ phận. Một encoder phù hợp có thể hiệu quả chống lại những tác động này.

Trong bối cảnh sự tự động hóa và robot mở rộng sự hiện diện trong nhiều ngành công nghiệp, việc chọn lựa encoder có thể đem lại sự cải thiện đáng kể cho chất lượng thiết kế robot trong thị trường tự động hóa ngày càng phát triển và yêu cầu cao hơn. Việc xem xét kỹ lưỡng các lựa chọn và có kiến thức chuyên môn sẽ giúp bạn lựa chọn được phương án thích hợp nhất. Việc này sẽ mang lại lợi ích rõ rệt cho hoạt động kinh doanh và lợi nhuận của bạn.

5. Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật AMS - Nhà phân phối độc quyền của HEIDENHAIN tại Việt Nam

Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật AMS tự hào là đối tác phân phối độc quyền sản phẩm HEIDENHAIN tại thị trường Việt Nam. Với danh tiếng là nhà cung cấp hàng đầu các thiết bị đo lường và điều khiển chính xác, HEIDENHAIN đã ghi nhận được sự đánh giá cao về tính đồng nhất và đáng tin cậy của sản phẩm. Việc hợp tác với chúng tôi sẽ mở ra cơ hội tiếp cận một loạt các encoder HEIDENHAIN đa dạng, phù hợp với nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp.

Hãy tìm đến AMS ngay hôm nay để được sự tư vấn chuyên nghiệp trong việc lựa chọn encoder HEIDENHAIN phù hợp nhất, nhằm đáp ứng đúng nhu cầu kinh doanh của quý vị. Đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm của chúng tôi cam kết hiểu rõ yêu cầu của quý vị và đề xuất các giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu suất hoạt động. Cho dù quý vị hoạt động trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ, y tế hay sản xuất tổng hợp, chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ quý vị lựa chọn encoder HEIDENHAIN phù hợp nhất cho ứng dụng của quý vị.

Khi mua sản phẩm HEIDENHAIN thông qua AMS, quý vị cũng sẽ được hưởng chính sách bảo hành và bảo trì toàn diện của HEIDENHAIN. Điều này đảm bảo rằng sản phẩm được cung cấp bởi chúng tôi đều được bảo hành theo quy định của HEIDENHAIN, tạo niềm tin về tuổi thọ và hiệu quả của quý vị. Ngược lại, sản phẩm từ nguồn khác có thể thiếu sự đảm bảo về phạm vi bảo hành theo chính sách của HEIDENHAIN. Trong tình huống xảy ra sự cố, sự chênh lệch này có thể gây ra chi phí và gián đoạn không mong muốn đến hoạt động kinh doanh của quý vị.

AMS là đối tác độc quyền của quý vị tại Việt Nam để đảm bảo sự an tâm về việc sử dụng sản phẩm HEIDENHAIN chính hãng, được hỗ trợ bảo hành và bảo trì đáng tin cậy. Đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để khám phá những giải pháp cụ thể về encoder HEIDENHAIN và hưởng lợi từ sự tin tưởng khi hợp tác với đối tác phân phối hàng đầu trong khu vực.

Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật A.M.S
243/9/10D Tô Hiến Thành, phường 13, quận 10
Hot line: 028.3868 3738/3903 - Fax: 028.3868 3797