I. Bối cảnh phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ ROBOT được nhà viết kịch người Séc Karilo Chibek sử dụng lần đầu tiên vào năm 1920 trong vở kịch khoa học viễn tưởng Rossum's Universal Robots và từ đó trở thành đồng nghĩa với robot.
Vào tháng 3 năm 1938, Tạp chí Meccano đã đưa tin về mô hình robot xử lý, một trong những báo cáo sớm nhất về robot mô hình nhằm vào các ứng dụng công nghiệp. Được thiết kế bởi Griffith P. Taylor vào năm 1935, nó có khả năng chuyển động năm trục chỉ bằng một động cơ điện. Đến năm 1954, robot công nghiệp lập trình điện tử đầu tiên được thiết kế bởi GC Devol ở Hoa Kỳ. Và vào năm 1960, công ty AMF của Mỹ đã sản xuất rô-bốt Versatran tọa độ{10}}có khả năng điều khiển điểm và quỹ đạo. Đây là rô-bốt đầu tiên trên thế giới được sử dụng trong sản xuất công nghiệp.
Năm 1974, Cincinnati Milacron đã phát triển thành công robot nhiều{1}}khớp. Đến năm 1979, Unimation đã cho ra mắt rô-bốt PUMA, là rô-bốt đa{4}}khớp, tất cả-động cơ, điều khiển phụ nhiều-CPU của rô-bốt, sử dụng ngôn ngữ đặc biệt VAL, có thể được trang bị cảm biến thị giác, xúc giác, lực, vào thời điểm đó là rô-bốt công nghiệp có công nghệ tiên tiến nhất. Robot công nghiệp ngày nay chủ yếu dựa trên cấu trúc này. Giai đoạn này của robot thuộc loại robot "Teach{9}}in/Playback" (Dạy{10}}in/Playback), chỉ có bộ nhớ, dung lượng lưu trữ, theo chương trình tương ứng để lặp lại thao tác, môi trường xung quanh về cơ bản không có khả năng kiểm soát nhận thức và phản hồi.
Vào những năm 80, với sự phát triển của công nghệ cảm biến, bao gồm cảm biến hình ảnh, cảm biến không{1}}hình ảnh và công nghệ xử lý thông tin, thế hệ thứ hai của rô-bốt - rô-bốt cảm giác. Nó có thể lấy một phần thông tin liên quan về môi trường vận hành và đối tượng vận hành, thực hiện một số quá trình xử lý theo thời gian thực-thực nhất định và hướng dẫn rô-bốt thực hiện các thao tác. Thế hệ robot thứ hai đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.
Các quốc gia hiện đang nghiên cứu "robot thông minh", không chỉ có nhiều robot thế hệ thứ hai có nhận thức về môi trường tốt hơn mà còn có khả năng tư duy, phán đoán và ra quyết định-hợp lý, theo yêu cầu vận hành và thông tin môi trường để hoạt động tự chủ.
II. Kịch bản ứng dụng của robot công nghiệp
Từ đầu những năm 1960, nhân loại đã tạo ra những robot công nghiệp đầu tiên, robot cho thấy sức sống to lớn của mình, chỉ trong vòng hơn 50 năm, công nghệ robot đã phát triển nhanh chóng, trong nhiều lĩnh vực sản xuất, robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất linh kiện ô tô, phụ tùng ô tô và không ngừng mở rộng sang các lĩnh vực khác như công nghiệp gia công, điện tử, công nghiệp điện, công nghiệp cao su và nhựa, ô tô và phụ tùng ô tô và ngành sản xuất linh kiện. Công nghiệp điện, công nghiệp cao su và nhựa, công nghiệp thực phẩm, sản xuất gỗ và nội thất và các lĩnh vực khác. Trong sản xuất công nghiệp, robot hàn, robot gia công mài và đánh bóng, robot hàn, robot xử lý laser, robot phun nước, robot xử lý, robot chân không và các robot công nghiệp khác đã được áp dụng với số lượng lớn. Sau đây là phần giới thiệu về một số tình huống ứng dụng và đặc tính kỹ thuật của robot công nghiệp.
III. Thực trạng robot công nghiệp hiện nay
Cùng với sự phát triển ngày càng tăng của robot công nghiệp, “máy móc cho con người” sẽ trở thành xu hướng. Foxconn trước đó đã thông báo sẽ mua 1 triệu robot trong vòng 3 năm, dự kiến đến năm 2016 sẽ được xây dựng tại Sơn Tây Tấn Thành, "cơ sở sản xuất robot thông minh lớn nhất thế giới".
Ô tô, điện tử, thực phẩm, hóa chất, nhựa và cao su, sản phẩm kim loại, sáu ngành sản xuất, được coi là ứng dụng hiện tại của robot công nghiệp trong các lĩnh vực chính, cơ quan này dự đoán rằng sẽ có 1 triệu đến 2 triệu chiếc nhu cầu hàng năm, chiếm khoảng 70% nhu cầu thị trường robot công nghiệp của Trung Quốc.
Tính đến tháng 9 năm nay, tổng số doanh nghiệp chế tạo robot của Trung Quốc đã lên tới gần 420. Ngoài ra, hơn 30 khu công nghiệp chế tạo robot hiện đang được xây dựng trên khắp Trung Quốc.
Lý do khiến robot công nghiệp tăng vọt ở thị trường Trung Quốc, trước hết là vì xét về mặt chi phí, robot thường chỉ bằng-chi phí lao động; thứ hai, robot còn có thể mang lại nhiều giá trị gia tăng mới về chất lượng, hiệu quả và quản lý. Do đó, trước sự cải tiến nhanh chóng của công nghệ robot, giá cả giảm đáng kể, tình trạng thiếu lao động, chi phí lao động tăng cao và các yếu tố khác, ngành công nghiệp robot công nghiệp của Trung Quốc đang trong thời kỳ bùng nổ.
IV. Các công nghệ chủ chốt của robot công nghiệp
1. Thành phần hệ thống cơ bản của robot
Robot công nghiệp bao gồm 3 bộ phận chính và 6 hệ thống con là bộ phận cơ khí, bộ phận cảm biến và bộ phận điều khiển, 6 hệ thống con này có thể được chia thành hệ thống kết cấu cơ khí, hệ thống truyền động, hệ thống cảm biến, hệ thống tương tác môi trường robot, hệ thống tương tác con người và máy móc.
Thành phần hệ thống robot công nghiệp
(1) Hệ thống kết cấu cơ khí của robot công nghiệp bao gồm ba phần chính: đế, cánh tay và bộ điều khiển cuối và mỗi bộ phận chính này có một số hệ thống cơ khí với nhiều bậc tự do. Nếu phần đế có cơ chế đi bộ thì nó tạo thành một robot biết đi; nếu đế không có cơ cấu đi và uốn cong thì nó tạo thành một cánh tay robot duy nhất. Cánh tay thường bao gồm cánh tay trên, cánh tay dưới và cổ tay. Bộ điều khiển cuối là một bộ phận quan trọng được gắn trực tiếp trên cổ tay, nó có thể là bàn tay hai ngón hoặc nhiều{4}}ngón tay, cũng có thể là súng phun sơn, dụng cụ hàn và các dụng cụ vận hành khác.
(2) Hệ thống truyền động, để robot hoạt động cần phải được đặt trong các khớp, tức là từng bậc tự do chuyển động trên thiết bị truyền động, chính là hệ thống truyền động. Hệ thống truyền động có thể là thủy lực, khí nén, điện hoặc kết hợp chúng để áp dụng hệ thống tích hợp, có thể là truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua dây đai đồng bộ, xích, hệ thống bánh xe, bánh răng điều hòa và cơ cấu truyền động cơ khí khác.
(3) Hệ thống cảm biến bao gồm một mô-đun cảm biến bên trong và một mô-đun cảm biến bên ngoài để thu được thông tin có ý nghĩa về trạng thái của môi trường bên trong và bên ngoài. Việc sử dụng các cảm biến thông minh giúp cải thiện mức độ di chuyển, khả năng thích ứng và trí thông minh của robot. Hệ thống giác quan của con người cực kỳ khéo léo trong việc cảm nhận thông tin về thế giới bên ngoài, tuy nhiên, các cảm biến có hiệu quả hơn hệ thống giác quan của con người đối với một số thông tin cụ thể.
(4) Hệ thống trao đổi môi trường robot là một robot công nghiệp hiện đại và môi trường bên ngoài của thiết bị có hệ thống liên lạc và phối hợp có thể hoán đổi cho nhau. Robot công nghiệp và thiết bị bên ngoài được đặt thành một đơn vị chức năng, chẳng hạn như bộ phận xử lý, bộ phận hàn, bộ phận lắp ráp, v.v. Tất nhiên, đó cũng có thể là nhiều robot, nhiều máy công cụ hoặc thiết bị, thiết bị lưu trữ nhiều bộ phận, v.v. thành một đơn vị chức năng để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp.
(5) hệ thống trao đổi máy-con người là người vận hành và robot điều khiển cũng như tiếp xúc với thiết bị robot, ví dụ: thiết bị đầu cuối tiêu chuẩn của máy tính, bảng điều khiển lệnh, bảng hiển thị thông tin, cảnh báo tín hiệu nguy hiểm, v.v.. Hệ thống được tóm tắt thành hai loại chính: thiết bị-ra lệnh và thiết bị hiển thị thông tin.
6) Hệ thống điều khiển robot là bộ não của robot và là yếu tố chính quyết định chức năng, hiệu suất hoạt động của robot.
Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là điều khiển cơ cấu chấp hành của robot hoàn thành chuyển động, chức năng quy định theo chương trình hướng dẫn vận hành của robot và tín hiệu phản hồi từ cảm biến. Nếu rô-bốt công nghiệp không có đặc điểm phản hồi thông tin thì đó là hệ thống điều khiển vòng-mở; nếu nó có đặc điểm phản hồi thông tin thì đó là một hệ thống điều khiển vòng-đóng. Theo nguyên lý điều khiển, hệ thống điều khiển có thể được chia thành hệ thống điều khiển chương trình, hệ thống điều khiển thích ứng và hệ thống điều khiển trí tuệ nhân tạo. Theo hình thức hoạt động điều khiển, hệ thống điều khiển có thể được chia thành điều khiển điểm và điều khiển quỹ đạo. Loại vị trí điểm chỉ điều khiển vị trí chính xác của bộ truyền động từ điểm này đến điểm khác và phù hợp cho các hoạt động như tải và dỡ tải máy công cụ, hàn điểm và xử lý chung, tải và dỡ tải, v.v. Loại quỹ đạo liên tục điều khiển chuyển động của bộ truyền động theo một quỹ đạo nhất định và phù hợp cho các hoạt động như hàn và sơn liên tục.
Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là điều khiển cơ cấu chấp hành của robot hoàn thành chuyển động, chức năng quy định theo chương trình hướng dẫn vận hành của robot và tín hiệu phản hồi từ cảm biến. Nếu rô-bốt công nghiệp không có đặc điểm phản hồi thông tin thì đó là hệ thống điều khiển vòng-mở; nếu nó có đặc điểm phản hồi thông tin thì đó là một hệ thống điều khiển vòng-đóng. Theo nguyên lý điều khiển, hệ thống điều khiển có thể được chia thành hệ thống điều khiển chương trình, hệ thống điều khiển thích ứng và hệ thống điều khiển trí tuệ nhân tạo. Theo hình thức hoạt động điều khiển, hệ thống điều khiển có thể được chia thành điều khiển điểm và điều khiển quỹ đạo. Một bộ rô-bốt công nghiệp hoàn chỉnh bao gồm thân rô-bốt, phần mềm hệ thống, tủ điều khiển, thiết bị cơ khí ngoại vi, tầm nhìn CCD, bộ gá kẹp, tủ điều khiển PLC cho thiết bị ngoại vi và hộp trình diễn/trình diễn.
Phần sau đây tập trung vào hệ thống truyền động và hệ thống cảm biến của robot.
2. Hệ thống truyền động robot
Hệ thống truyền động của robot công nghiệp được chia thành ba loại chính là thủy lực, khí nén và điện, tùy theo nguồn điện. Theo nhu cầu của ba loại cơ bản này cũng có thể được kết hợp thành một hệ thống truyền động tổng hợp. Ba loại hệ thống truyền động cơ bản này có những đặc điểm riêng.
Hệ thống truyền động thủy lực: Vì công nghệ thủy lực là một công nghệ trưởng thành hơn. Nó có tỷ lệ công suất, lực (hoặc mô men) và quán tính lớn, phản ứng nhanh, dễ dàng nhận ra các đặc tính của truyền động trực tiếp. Thích hợp để sử dụng trong những robot có khả năng chịu tải lớn, quán tính lớn và làm việc trong môi trường-không bị hàn. Tuy nhiên, hệ thống thủy lực yêu cầu chuyển đổi năng lượng (năng lượng điện thành năng lượng thủy lực), điều khiển tốc độ trong hầu hết các trường hợp sử dụng điều chỉnh tốc độ tiết lưu, hiệu suất thấp hơn hệ thống truyền động điện. Việc xả bùn lỏng của hệ thống thủy lực có thể gây ô nhiễm môi trường, tiếng ồn khi vận hành cũng cao hơn. Chính vì những điểm yếu này nên trong những năm gần đây chúng thường được thay thế bằng hệ thống điện trong robot có tải trọng từ 100kg trở xuống.
Robot hạng nặng hoàn toàn bằng thủy lực-
Truyền động khí nén có ưu điểm là tốc độ nhanh, cấu trúc hệ thống đơn giản, bảo trì dễ dàng và giá thành thấp. Tuy nhiên, do áp suất làm việc của thiết bị khí nén thấp nên không dễ dàng định vị chính xác, thường chỉ được sử dụng cho bộ truyền động-đầu cuối của robot công nghiệp. Có thể sử dụng tay nắm bằng khí nén, xi lanh quay và mút khí nén làm cơ cấu tác động-cuối để kẹp và lắp ráp phôi có tải trọng trung bình và nhỏ. Cốc hút khí nén và bộ kẹp robot khí nén được thể hiện trong hình.
Cốc hút khí nén và dụng cụ gắp robot khí nén
Truyền động động cơ là chế độ truyền động chủ đạo của robot công nghiệp hiện đại, được chia thành 4 loại động cơ: Động cơ servo DC, động cơ servo AC, động cơ bước và động cơ tuyến tính. Động cơ servo DC và động cơ servo AC có điều khiển vòng-đóng, thường được sử dụng để điều khiển robot tốc độ-có độ chính xác cao,-cao; động cơ bước không đòi hỏi độ chính xác và tốc độ cao nên việc sử dụng điều khiển vòng-mở; động cơ tuyến tính và hệ thống điều khiển truyền động của chúng đã trở nên hoàn thiện về mặt kỹ thuật, có một thiết bị truyền động truyền thống không thể so sánh được với hiệu suất vượt trội, chẳng hạn như thích ứng với các ứng dụng tốc độ-rất cao và tốc độ-rất thấp, khả năng tăng tốc cao, độ chính xác cao, không hồi trống, độ mài mòn thấp, cấu trúc và cấu trúc của bộ kẹp rô-bốt. Không có mặt sau trống, độ mòn thấp, cấu trúc đơn giản, không có hộp giảm tốc và khớp nối vít bánh răng. Do có nhiều yêu cầu về truyền động tuyến tính trong robot song song, động cơ tuyến tính đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực robot song song.
3. Hệ thống cảm biến robot
Hệ thống nhận thức robot chuyển đổi các thông tin trạng thái bên trong và thông tin môi trường khác nhau của robot từ tín hiệu thành dữ liệu và thông tin mà chính robot hoặc giữa các robot có thể hiểu và áp dụng. Ngoài nhu cầu nhận biết các đại lượng cơ học liên quan đến trạng thái làm việc của chính nó, chẳng hạn như độ dịch chuyển, vận tốc, gia tốc, lực và mô-men xoắn, công nghệ nhận thức trực quan là một khía cạnh quan trọng trong nhận thức của robot công nghiệp.
Hệ thống servo trực quan sử dụng thông tin trực quan làm tín hiệu phản hồi để điều khiển nhằm điều chỉnh vị trí và thái độ của robot. Các ứng dụng trong lĩnh vực này chủ yếu là trong ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử. Hệ thống thị giác máy cũng được sử dụng rộng rãi trong các khía cạnh khác nhau của kiểm tra chất lượng, nhận dạng phôi, phân loại thực phẩm và đóng gói.
Thông thường, điều khiển servo trực quan của robot là servo trực quan dựa trên vị trí-hoặc servo trực quan dựa trên hình ảnh-, còn được gọi là servo trực quan 3D và servo trực quan 2D, tương ứng và mỗi phương pháp trong số hai phương pháp này đều có những ưu điểm và khả năng ứng dụng riêng cũng như một số thiếu sót, vì vậy các phương pháp servo trực quan 2,5 chiều đã được đề xuất.
Hệ thống trợ động trực quan-dựa trên vị trí sử dụng các thông số của máy ảnh để thiết lập mối quan hệ ánh xạ giữa thông tin hình ảnh và thông tin vị trí/thái độ của bộ tác động-cuối rô-bốt để thực hiện điều khiển-vòng kín của vị trí bộ tác động-cuối rô-bốt. Các lỗi về vị trí và thái độ của bộ tác động-cuối được ước tính từ thông tin vị trí của bộ tác động cuối-được trích xuất từ các hình ảnh được chụp theo thời gian thực-và mô hình hình học của mục tiêu đã bản địa hóa, sau đó dựa trên các lỗi về vị trí và thái độ, các thông số vị trí và thái độ mới của mỗi khớp sẽ thu được. Điều khiển trực quan dựa trên vị trí-yêu cầu bộ tác động cuối{10}}phải luôn có thể quan sát được trong cảnh trực quan và thông tin thái độ vị trí 3D của nó được tính toán. Việc loại bỏ nhiễu và nhiễu trong ảnh là chìa khóa để đảm bảo tính toán chính xác các lỗi về vị trí và thái độ.
Hỗ trợ thị giác 2D lấy tín hiệu lỗi bằng cách so sánh các đặc điểm của hình ảnh được máy ảnh chụp với một hình ảnh nhất định (không phải thông tin hình học 3D). Sau đó, robot được điều chỉnh bởi bộ điều khiển chung và bộ điều khiển tầm nhìn cũng như trạng thái hoạt động hiện tại của robot, cho phép robot hoàn thành việc điều khiển servo. So với điều khiển trợ động trực quan 3D, điều khiển trợ động trực quan 2D có khả năng xử lý tốt hơn các lỗi hiệu chuẩn của máy ảnh và rô-bốt, nhưng các vấn đề như điểm kỳ dị của ma trận Jacobi hình ảnh và cực tiểu cục bộ chắc chắn gặp phải trong thiết kế bộ điều khiển trợ động trực quan.
Để giải quyết các hạn chế của phương pháp servo trực quan 3D và 2D, F. Chaumette et al. đã đề xuất phương pháp trợ động trực quan 2,5{6}}chiều. Nó tách rời điều khiển vòng lặp khép kín đối với dịch chuyển và xoay của máy ảnh, đồng thời tái tạo lại hướng và tỷ lệ độ sâu hình ảnh của đối tượng trong không gian 3D dựa trên các điểm đặc trưng của hình ảnh, với phần dịch được biểu thị bằng tọa độ của các điểm đặc trưng trên mặt phẳng hình ảnh. Phương pháp này có thể kết hợp thành công các tín hiệu hình ảnh và tín hiệu vị trí được trích xuất dựa trên hình ảnh một cách hữu cơ và tổng hợp các tín hiệu lỗi do chúng tạo ra để phản hồi, điều này giải quyết phần lớn các vấn đề về độ bền, điểm kỳ dị và cực tiểu cục bộ. Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề cần giải quyết trong phương pháp này, chẳng hạn như làm thế nào để đảm bảo rằng đối tượng tham chiếu luôn nằm trong tầm nhìn của camera trong quá trình điều khiển phụ và sự tồn tại của các giải pháp không duy nhất khi phân tách ma trận kỳ dị.
Khi lập mô hình bộ điều khiển tầm nhìn, cần tìm một mô hình phù hợp để mô tả mối quan hệ ánh xạ giữa bộ phận tác động cuối{0}}của robot và máy ảnh. Phương pháp ma trận hình ảnh Jacobi là một lớp phương pháp được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu trợ động thị giác robot. Ma trận Jacobi của một hình ảnh thay đổi theo thời gian-, do đó, ma trận này cần được tính toán hoặc ước tính trực tuyến.
4. Các thành phần Robot cơ bản chính
Robot có 4 thành phần chính, 22% giá thành phần thân, 24% hệ thống servo, 36% bộ giảm tốc và 12% bộ điều khiển. Các thành phần cơ bản chính của rô-bốt đề cập đến thành phần của hệ thống truyền động rô-bốt, hệ thống điều khiển và hệ thống tương tác giữa-con người với máy, đóng vai trò then chốt trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất của rô-bốt và có tính tổng quát cũng như tính mô-đun của đơn vị thành phần. Các thành phần chính của rô-bốt chủ yếu được chia thành ba phần sau: bộ giảm tốc rô-bốt có độ chính xác-cao, động cơ và bộ truyền động servo AC và DC-hiệu suất cao, bộ điều khiển rô-bốt{10}hiệu suất cao.
1) Giảm tốc
Bộ giảm tốc là thành phần chính của robot và hiện nay, hai loại bộ giảm tốc chủ yếu được sử dụng: bộ giảm tốc điều hòa và bộ giảm tốc RV.
Phương pháp truyền sóng hài được phát minh bởi nhà phát minh người Mỹ C. WaltMusser vào giữa-những năm 1950. Bộ giảm tốc bánh răng điều hòa chủ yếu bao gồm bộ tạo sóng, bánh răng linh hoạt và bánh răng cứng 3 thành phần cơ bản, dựa vào bộ tạo sóng để tạo ra bánh răng linh hoạt để tạo ra biến dạng đàn hồi có kiểm soát và với việc chia lưới bánh răng cứng để truyền chuyển động và công suất, tỷ lệ tốc độ truyền một cấp{12}}lên tới 70 ~ 1000, với sự trợ giúp của biến dạng bánh xe linh hoạt có thể được thực hiện theo chiều ngược lại mà không cần chia lưới phản ứng dữ dội. So với bộ giảm tốc thông thường, khi mô-men đầu ra bằng nhau, âm lượng của bộ giảm tốc điều hòa có thể giảm 2/3, trọng lượng có thể giảm 1/2. Bánh xe linh hoạt có thể chịu được tải trọng xen kẽ lớn, do đó độ bền mỏi của vật liệu, yêu cầu xử lý và xử lý nhiệt cao, quy trình sản xuất phức tạp, hiệu suất của bánh xe linh hoạt là chìa khóa cho bộ giảm tốc hài hòa chất lượng cao.
LorenzBaraen của Đức đã đề xuất nguyên lý truyền bánh răng hành tinh cycloid vào năm 1926, và TEIJINSEIKICo., Ltd. của Nhật Bản đã đi đầu trong việc phát triển bộ giảm tốc RV vào những năm 1980. Bộ giảm tốc RV bao gồm giai đoạn phía trước của hộp số hành tinh và giai đoạn phía sau của bộ giảm tốc cycloid. So với các hộp số điều hòa, các hộp số RV mang lại độ chính xác khi xoay và khả năng duy trì độ chính xác tốt hơn.
Chen Shixian đã phát minh ra công nghệ truyền bánh răng trực tiếp. Thế hệ thứ tư của truyền động con lăn dao động (ORT) đã được áp dụng thành công cho nhiều sản phẩm công nghiệp. Truyền con lăn dao động hỗn hợp (CORT) được đề xuất trên cơ sở ORT không chỉ có những ưu điểm tương tự của truyền RV mà còn khắc phục những khuyết điểm về lực chịu lực trục trục khuỷu của hộp số RV, tuổi thọ thấp và cải thiện hơn nữa tuổi thọ sử dụng và khả năng chịu tải; Cấu trúc của CORT cho phép nó giống nhau. Cấu trúc của CORT làm cho chênh lệch hoàn trả nhỏ hơn trong cùng một chỉ số chính xác, đồng thời độ chính xác và độ cứng của chuyển động cao hơn, giúp giảm bớt các khiếm khuyết của truyền RV đòi hỏi độ chính xác sản xuất cao và có thể giảm tương đối các yêu cầu xử lý và chi phí sản xuất.CORT được phát triển độc lập ở Trung Quốc và sở hữu quyền sở hữu trí tuệ độc lập. Viện nghiên cứu hợp kim chống mài mòn Anshan- và Công ty TNHH sản xuất bộ giảm tốc Hengfengtai Chiết Giang đều đã phát triển thành công bộ giảm tốc CORT cho rô-bốt.
Bộ giảm tốc ORT Bộ giảm tốc CORT
Hiện tại, về mặt bộ giảm tốc rô-bốt có độ chính xác cao-, 75% thị phần lần lượt được độc quyền bởi hai công ty bộ giảm tốc Nhật Bản để cung cấp bộ giảm tốc cycloid RV Nhật Bản Nabtesco và cung cấp bộ giảm tốc hài hòa hiệu suất cao- Japan Harmonic Drive. bao gồm ABB, FANUC, KUKA, MOTOMAN, bao gồm cả các nhà sản xuất robot chính thống quốc tế, bộ giảm tốc của hai công ty trên để cung cấp cho các nhà sản xuất robot trong nước và quốc tế, bộ giảm tốc của hai công ty trên. Hộp số của các nhà sản xuất robot chính thống quốc tế bao gồm ABB, FANUC, KUKA và MOTOMAN đều được cung cấp bởi hai công ty trên. Điều khác biệt so với các mẫu chung được các công ty robot trong nước lựa chọn là các nhà sản xuất robot chính thống quốc tế đã ký mối quan hệ hợp tác chiến lược với hai công ty trên và hầu hết các sản phẩm được cung cấp đều là các mẫu chuyên dụng được cải tiến theo yêu cầu đặc biệt của nhà sản xuất trên cơ sở các mẫu chung. Nghiên cứu trong nước về-bộ giảm cycloid có độ chính xác cao bắt đầu muộn, chỉ ở một số trường cao đẳng và đại học, viện nghiên cứu mới có nghiên cứu liên quan. Hiện tại, không có sản phẩm trưởng thành nào được sử dụng trong robot công nghiệp. Trong những năm gần đây, một số nhà sản xuất và tổ chức trong nước đã bắt đầu dành cho việc nội địa hóa và công nghiệp hóa nghiên cứu về bộ giảm tốc cycloid có độ chính xác cao{10}}, chẳng hạn như Chiết Giang Hengfengtai, Phòng thí nghiệm trọng điểm về truyền động cơ học của Đại học Trùng Khánh, Nhà máy giảm tốc Thiên Tân, Nhà máy máy công cụ Qinchuan, Viện Đường sắt Đại Liên, v.v. Về bộ giảm sóng hài, ở Trung Quốc có các sản phẩm thay thế, chẳng hạn như Beijing Sinotech Kemi, Beijing Harmonic Drive, nhưng các sản phẩm tương ứng về tốc độ đầu vào, chiều cao xoắn, độ chính xác và hiệu suất truyền với các sản phẩm của Nhật Bản vẫn còn một khoảng cách nhỏ, ứng dụng trưởng thành của robot công nghiệp mới bắt đầu.
2) Động cơ servo
Trong động cơ servo và bộ truyền động, bộ phận truyền động robot châu Âu hiện nay chủ yếu được cung cấp bởi Lenze, Lust, Bosch Rexroth và các công ty khác, các động cơ và bộ phận truyền động châu Âu này có khả năng quá tải, phản ứng động tốt, độ mở của ổ đĩa mạnh và có giao diện bus, nhưng giá thành đắt. Các linh kiện chính của robot công nghiệp thương hiệu Nhật Bản chủ yếu được cung cấp bởi Yaskawa, Panasonic, Mitsubishi và các công ty khác, giá tương đối thấp nhưng phản hồi động kém, độ mở kém và hầu hết chỉ có chế độ điều khiển analog và xung. Trong những năm gần đây, Trung Quốc cũng đã tiến hành nghiên cứu cơ bản và công nghiệp hóa động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu AC và các bộ phận dẫn động-công suất cao, chẳng hạn như Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân, Bắc Kinh và Lisi, Quảng Châu CNC và các đơn vị khác, đồng thời có một chút năng lực sản xuất nhưng hiệu suất động, tính mở và độ tin cậy của nó cần được xác minh bằng các ứng dụng dự án robot thực tế hơn.
3) Bộ điều khiển
Về bộ điều khiển rô-bốt, các nhà sản xuất rô-bốt nước ngoài chính thống hiện nay đều sử dụng nền tảng bộ điều khiển chuyển động đa{0}}trục chung dựa trên nghiên cứu và phát triển độc lập. Hiện tại, nền tảng bộ điều khiển đa{2}}trục chung chủ yếu được chia thành các bộ xử lý nhúng (DSP, POWER PC) làm lõi của thẻ điều khiển chuyển động và máy tính công nghiệp cùng với hệ thống-thời gian thực làm lõi của hệ thống PLC, được thể hiện bằng thẻ PMAC của Delta Tau và hệ thống TwinCAT của Beckhoff. Trong nước về thẻ điều khiển chuyển động, công ty Solid High đã phát triển các sản phẩm trưởng thành tương ứng, nhưng ứng dụng của robot tương đối nhỏ.
5. Hệ điều hành robot
Hệ điều hành robot thông thường (hệ điều hành robot, ROS) là một nền tảng xây dựng tiêu chuẩn được thiết kế cho robot, cho phép mọi nhà thiết kế robot sử dụng cùng một hệ điều hành để phát triển phần mềm robot. ROS sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp robot theo hướng độc lập về phần cứng và phần mềm. Mô hình phát triển độc lập phần cứng{2}}phần mềm đã góp phần to lớn vào sự phát triển và tiến bộ nhanh chóng của công nghệ PC, máy tính xách tay và điện thoại thông minh.
ROS khó phát triển hơn hệ điều hành máy tính. Máy tính chỉ cần xử lý một số phép toán-được xác định rõ ràng, trong khi robot cần xử lý các phép toán chuyển động thực tế phức tạp hơn.
ROS cung cấp các dịch vụ hệ điều hành tiêu chuẩn, bao gồm tính năng trừu tượng hóa phần cứng, khả năng kiểm soát thiết bị cơ bản, triển khai các chức năng phổ biến, thông báo liên quá trình và quản lý gói.
ROS được chia thành hai lớp, lớp dưới là lớp hệ điều hành và lớp trên là các gói phần mềm khác nhau do cộng đồng người dùng đóng góp để hiện thực hóa các chức năng khác nhau của robot.
Kiến trúc hệ điều hành robot chính hiện có là hệ điều hành nguồn mở Ubuntu dựa trên linux{0}}. Ngoài ra, nhiều loại hệ thống ROS khác nhau đã được phát triển tại Đại học Stanford, Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Munich ở Đức. Nhóm phát triển robot của Microsoft cũng đã phát hành "phiên bản robot Windows" vào năm 2007.
6. Lập kế hoạch chuyển động của robot
Để nâng cao hiệu quả công việc và để robot có thể hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể trong thời gian ngắn nhất thì phải có kế hoạch chuyển động hợp lý. Lập kế hoạch chuyển động ngoại tuyến được chia thành lập kế hoạch đường đi và lập kế hoạch quỹ đạo.
Mục tiêu của việc quy hoạch đường đi là làm cho khoảng cách giữa đường đi và chướng ngại vật càng xa càng tốt trong khi chiều dài của đường đi càng ngắn càng tốt; Mục đích của việc lập kế hoạch quỹ đạo chủ yếu là làm cho các khớp của robot trong chuyển động không gian trong thời gian chạy của robot càng ngắn càng tốt hoặc năng lượng càng nhỏ càng tốt. Lập kế hoạch quỹ đạo trong quy hoạch đường đi dựa trên việc bổ sung thông tin chuỗi thời gian, robot thực hiện nhiệm vụ lập kế hoạch tốc độ và gia tốc, nhằm đáp ứng các yêu cầu về độ êm ái và khả năng kiểm soát tốc độ.
Tái tạo trình diễn là một trong những phương pháp hiện thực hóa quy hoạch đường đi, thông qua không gian vận hành để trình diễn và ghi lại kết quả trình diễn và được tái tạo trong quá trình làm việc,-trình diễn tại chỗ tương ứng trực tiếp với nhu cầu của robot để hoàn thành hành động, đường dẫn trực quan và rõ ràng. Nhược điểm là nó đòi hỏi người vận hành có kinh nghiệm và tiêu tốn nhiều thời gian, đường dẫn có thể không được tối ưu hóa. Để giải quyết các vấn đề trên, một mô hình ảo của robot có thể được xây dựng và việc lập kế hoạch đường đi của nhiệm vụ vận hành có thể được thực hiện thông qua trực quan hóa ảo.
Việc lập kế hoạch đường dẫn có thể được thực hiện trong không gian khớp. Gasparetto sử dụng các đường trục B-năm lần làm hàm nội suy cho các quỹ đạo khớp và tích phân bình phương của gia tốc tăng thêm đối với thời gian chuyển động được sử dụng làm hàm mục tiêu để tối ưu hóa nhằm đảm bảo rằng chuyển động của mỗi khớp nối đủ mượt. Songguo Liu tính toán nội suy quỹ đạo khớp của robot bằng cách sử dụng đường trục B gấp 5 lần, đồng thời các giá trị điểm cuối vận tốc và gia tốc của các khớp riêng lẻ của robot có thể được cấu hình tùy ý theo yêu cầu về độ êm ái. Ngoài ra, việc lập kế hoạch quỹ đạo trong không gian khớp có thể tránh được vấn đề kỳ dị trong không gian vận hành.Huo et al. đã thiết kế một thuật toán tối ưu hóa quỹ đạo khớp để tránh điểm kỳ dị trong không gian khớp bằng cách sử dụng sự dư thừa trong chức năng của một khớp nhất định của rô-bốt hàn hồ quang 6-bậc tự do-trong một nhiệm vụ và lấy điểm kỳ dị và các giới hạn khớp của rô-bốt làm ràng buộc để tối ưu hóa tính toán bằng cách sử dụng phương pháp TWA.
Việc quy hoạch đường dẫn không gian chung có những ưu điểm sau so với quy hoạch đường dẫn không gian hoạt động:
① Tránh vấn đề kỳ dị của robot trong không gian vận hành;
② Do chuyển động của robot được điều khiển bằng cách điều khiển chuyển động của động cơ khớp nên tránh được một số lượng lớn các phép tính động học thuận và nghịch trong không gian khớp;
③Các quỹ đạo khớp riêng lẻ trong không gian khớp giúp tối ưu hóa việc điều khiển.
V. Phân loại robot công nghiệp
1. Từ quan điểm của cấu trúc cơ khí, nó được chia thành các robot nối tiếp và song song.
(1) Robot nối tiếp có đặc điểm là chuyển động của một trục sẽ làm thay đổi gốc tọa độ của trục kia, trong lời giải vị trí, robot nối tiếp dễ dàng giải được lời giải dương, nhưng lời giải ngược lại rất khó;
(2) Robot song song sử dụng cơ chế song song và chuyển động của một trục không làm thay đổi gốc tọa độ của trục kia. Robot song song có ưu điểm là độ cứng lớn, cấu trúc ổn định, khả năng chịu tải lớn, độ chính xác cao của chuyển động-vi mô và tải trọng chuyển động nhỏ. Giải pháp tích cực của nó là khó, giải pháp nghịch đảo là rất dễ dàng. Robot nối tiếp và song song được thể hiện trong hình.
Robot song song, robot song song
2. Robot công nghiệp được chia thành các loại sau theo dạng tọa độ của người điều khiển: (Dạng tọa độ là dạng hệ tọa độ quy chiếu được lấy bởi cánh tay của người điều khiển khi chuyển động.)
(1) Robot công nghiệp kiểu tọa độ Descartes
Phần chuyển động của nó bao gồm ba chuyển động tuyến tính vuông góc lẫn nhau (tức là PPP) và hình không gian làm việc của nó là hình chữ nhật. Khoảng cách di chuyển của nó theo mỗi hướng trục có thể được đọc trực tiếp trên từng trục tọa độ, trực quan, dễ lập trình và tính toán vị trí cũng như tư thế, độ chính xác định vị cao, điều khiển-tự do khớp nối, cấu trúc đơn giản nhưng không gian chiếm dụng của cơ thể có thể tích lớn, phạm vi hoạt động nhỏ, tính linh hoạt kém và khó làm việc phối hợp với các rô-bốt công nghiệp khác.
(2) Robot công nghiệp loại tọa độ trụ
Hình thức chuyển động được thực hiện bằng hệ thống chuyển động quay và hai chuyển động di động, biểu đồ không gian làm việc cho hình trụ, so với Robot công nghiệp tọa độ Descartes, trong cùng điều kiện của không gian làm việc, cơ thể chiếm một thể tích nhỏ, nhưng phạm vi chuyển động lớn, độ chính xác vị trí của nó chỉ đứng sau Robot tọa độ Descartes, khó phối hợp với các robot công nghiệp khác.
(3) Robot công nghiệp tọa độ bóng
Robot công nghiệp tọa độ bi-, còn được gọi là rô bốt công nghiệp tọa độ cực{1}}, cánh tay của nó chuyển động bằng hai chuyển động quay và chuyển động tuyến tính (tức là RRP, chuyển động quay, chuyển động nghiêng và chuyển động có thể thu vào) bao gồm một quả cầu trong không gian làm việc, nó có thể thực hiện hành động chuyển động lên xuống và có thể nắm lấy mặt đất hoặc dạy cách phối hợp vị trí thấp của phôi, vị trí của nó độ chính xác cao, sai số vị trí và chiều dài cánh tay tỷ lệ thuận với chiều dài cánh tay.
4)Robot công nghiệp có nhiều{1}}khớp nối
Còn được gọi là rô-bốt công nghiệp tọa độ quay, cánh tay rô-bốt công nghiệp này và chi trên của con người tương tự như ba khớp đầu tiên là phó quay (tức là RRR), rô-bốt công nghiệp thường bao gồm các cột và cánh tay lớn và nhỏ, cột và cánh tay lớn nhìn thấy sự hình thành của các khớp vai, cánh tay lớn và khớp khuỷu tay giữa cánh tay nhỏ, để cánh tay lớn thực hiện chuyển động quay và xoay cao độ, cánh tay nhỏ thực hiện chuyển động xoay cao độ. Cấu trúc của nó nhỏ gọn nhất, linh hoạt nhất, dấu chân nhỏ nhất, có thể phối hợp hoạt động với các robot công nghiệp khác, nhưng độ chính xác vị trí dạy thấp, có vấn đề về cân bằng, khớp nối điều khiển, robot công nghiệp này ngày càng được sử dụng rộng rãi.
(5) Robot công nghiệp kiểu khớp nối phẳng
Nó sử dụng một khớp di động và hai khớp quay (tức là PRR), các khớp di động để đạt được chuyển động lên xuống, trong khi hai khớp quay điều khiển các chuyển động trước sau, trái và phải. Dạng robot công nghiệp này còn được gọi là robot lắp ráp (SCARA (Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ chọn lọc). Theo chiều ngang, nó có tính linh hoạt, trong khi theo hướng thẳng đứng, nó có độ cứng cao. Nó có cấu trúc đơn giản, hoạt động linh hoạt, chủ yếu được sử dụng trong các hoạt động lắp ráp, đặc biệt thích hợp cho việc lắp ráp các bộ phận có kích thước nhỏ-, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp điện tử, chèn, lắp ráp trong nhiều loại ứng dụng.
3. Robot công nghiệp theo phương thức nhập chương trình để phân biệt hai loại loại đầu vào lập trình và loại đầu vào dạy học:
(1) Loại đầu vào lập trình là máy tính đã được lập trình trên file chương trình vận hành, thông qua cổng nối tiếp RS232 hoặc Ethernet và các phương thức giao tiếp khác đến tủ điều khiển robot.
(2) Có hai loại phương pháp giảng dạy dành cho loại Teach{1}}In: Giảng dạy trong hộp giảng dạy và giảng dạy bộ truyền động do người vận hành trực tiếp-dẫn dắt.
Hộp dạy do người vận hành giảng dạy bằng bộ điều khiển bằng tay (hộp dạy), truyền tín hiệu lệnh đến hệ thống truyền động, để bộ truyền động thực hiện đúng trình tự hành động yêu cầu và quỹ đạo của bài tập một lần. Việc sử dụng hộp giảng dạy để dạy robot công nghiệp là tương đối phổ biến, các robot công nghiệp nói chung đều được trang bị chức năng dạy hộp dạy, nhưng đối với quỹ đạo phức tạp của tình huống, việc dạy hộp dạy không thể đạt được kết quả mong muốn, chẳng hạn như đối với các bề mặt phức tạp của công việc phun sơn của robot vẽ tranh.
Hộp dạy robot
Khi người vận hành trực tiếp điều khiển bộ truyền động, robot sẽ được dạy cách thực hiện chuỗi chuyển động và quỹ đạo cần thiết. Trong quá trình giảng dạy cùng lúc, thông tin chương trình làm việc được lưu tự động trong bộ nhớ chương trình trong robot tự động làm việc, hệ thống điều khiển từ bộ nhớ chương trình để phát hiện thông tin tương ứng, tín hiệu lệnh đến cơ cấu truyền động, để bộ truyền động tái tạo việc giảng dạy nhiều hành động khác nhau.
Ⅵ. chỉ số đánh giá hiệu suất robot công nghiệp
Các thông số cơ bản và chỉ số hoạt động của đặc tính robot chủ yếu bao gồm không gian làm việc, bậc tự do, tải trọng, độ chính xác chuyển động, đặc tính chuyển động, đặc tính động.
Chỉ số đánh giá hiệu suất robot công nghiệp
1. Không gian làm việc (Work space) dùng để chỉ phần cụ thể của cánh tay robot trong những điều kiện nhất định có thể tiếp cận bộ sưu tập vị trí không gian. Đặc điểm và kích thước của không gian làm việc phản ánh quy mô công suất làm việc của robot. Khi tìm hiểu không gian làm việc của robot cần lưu ý những điểm sau:
(1) Thông thường, không gian làm việc được chỉ ra trong hướng dẫn sử dụng robot công nghiệp đề cập đến phạm vi mà điểm gốc của hệ tọa độ của giao diện cơ học trên cổ tay có thể đạt tới trong không gian, tức là phạm vi mà điểm trung tâm của mặt bích ở cuối cổ tay có thể đạt tới trong không gian, chứ không phải là phạm vi mà điểm cuối của bộ tác động cuối-có thể đạt tới. Do đó, khi thiết kế và lựa chọn rô-bốt, điều quan trọng là phải chú ý đến không gian làm việc mà rô-bốt thực sự có thể tiếp cận sau khi lắp đặt-bộ tác động cuối.
(2) Không gian làm việc được cung cấp trong sổ tay hướng dẫn robot thường nhỏ hơn không gian tối đa theo nghĩa động học. Điều này là do trong không gian có thể tiếp cận, vị trí cánh tay khác nhau trong khi tải trọng, tốc độ tối đa và gia tốc tối đa không giống nhau, ở vị trí tối đa của cột tay cho phép giá trị giới hạn thường nhỏ hơn các vị trí khác. Ngoài ra, có thể có sự suy giảm mức độ tự do ở ranh giới không gian có thể tiếp cận tối đa của robot, được gọi là mẫu bit đơn và sự thay đổi mức độ tự do xảy ra trong một phạm vi đáng kể xung quanh mẫu bit đơn và phần này của không gian làm việc không thể được sử dụng khi robot đang làm việc.
(3) Ngoài rìa của không gian làm việc, robot công nghiệp trong các ứng dụng thực tế cũng có thể bị hạn chế bởi cấu trúc cơ học của không gian làm việc, còn tồn tại một khu vực bên trong không gian làm việc mà đầu cánh tay không thể chạm tới, thường được gọi là phần rỗng hoặc khoang. Khoang là một không gian hoàn toàn khép kín trong không gian làm việc mà đầu cánh tay không thể chạm tới được. Và khoang dọc theo trục dọc theo toàn bộ chiều dài của cánh tay không thể chạm tới khoảng trống.
2.Bậc tự do chuyển động đề cập đến số lượng biến cần thiết để người điều khiển robot di chuyển trong không gian, dùng để biểu thị mức độ linh hoạt của tham số hành động của robot, nói chung là di chuyển dọc theo trục và quay quanh trục của số chuyển động độc lập để biểu thị.
Một vật tự do có sáu bậc tự do trong không gian (ba bậc tự do quay và ba bậc tự do chuyển động). Robot công nghiệp thường là hệ thống liên kết mở chỉ có một bậc tự do cho mỗi khớp động học, do đó thông thường số bậc tự do của robot bằng số lượng khớp của nó. Robot càng có nhiều bậc tự do thì càng mạnh. Cách đây vài ngày, robot công nghiệp thường có 4-6 bậc tự do. Bậc tự do dư thừa xảy ra khi số lượng khớp (bậc tự do) của robot tăng đến mức không còn hữu ích cho việc định hướng và định vị cơ quan tác động cuối. Sự hiện diện của bậc tự do dư thừa làm tăng tính linh hoạt trong công việc của robot nhưng cũng khiến việc điều khiển trở nên phức tạp hơn.
Robot công nghiệp luôn có thể được chia thành hai loại chuyển động tuyến tính (viết tắt là P) và chuyển động quay (viết tắt là R) về mặt chuyển động và việc áp dụng các ký hiệu tốc ký P và R có thể biểu thị đặc điểm về mức độ tự do chuyển động của người thao tác, ví dụ RPRR chỉ ra rằng người điều khiển robot có bốn bậc tự do và các khớp chuyển động theo thứ tự quay-tuyến tính-quay{2}}quay, bắt đầu từ chân đế đến cuối cánh tay. Ngoài ra, mức độ tự do chuyển động của robot công nghiệp còn có những hạn chế về phạm vi chuyển động.
3. Tải trọng
Tải trọng đề cập đến trọng lượng của vật thể mà người điều khiển robot có thể mang ở cuối cánh tay hoặc lực hoặc mômen mà nó có thể chịu được trong quá trình vận hành và được dùng để biểu thị khả năng chịu tải của người điều khiển.
Robot ở các vị trí khác nhau thì khối lượng tối đa cho phép là khác nhau, do đó khối lượng định mức của robot là cánh tay ở vị trí bất kỳ trong không gian làm việc của đầu khớp cổ tay có thể chịu được khối lượng tối đa.
4. Độ chính xác chuyển động
Độ chính xác của hệ thống cơ khí robot chủ yếu liên quan đến độ chính xác của vị trí, độ chính xác của vị trí lặp lại, độ chính xác của quỹ đạo, độ chính xác của quỹ đạo lặp lại, v.v.
Độ chính xác của vị trí đề cập đến độ lệch giữa vị trí được lệnh và tâm vị trí thực tế khi tiếp cận vị trí được lệnh từ cùng một hướng. Độ chính xác của vị trí lặp lại đề cập đến mức độ không nhất quán của vị trí thực tế sau khi phản hồi cùng một vị trí lệnh từ cùng một hướng trong n lần.
Độ chính xác của quỹ đạo là mức độ gần nhau của giao diện cơ khí robot với quỹ đạo được điều khiển từ cùng một hướng n lần. Độ lặp lại của quỹ đạo đề cập đến mức độ không nhất quán giữa một quỹ đạo nhất định và quỹ đạo thực tế sau khi đi theo nó n lần theo cùng một hướng.
5. Đặc tính chuyển động (Sped)
Tốc độ và gia tốc là những chỉ số chính phản ánh đặc tính chuyển động của robot. Trong hướng dẫn sử dụng robot, thường cung cấp tốc độ ổn định tối đa của các mức độ tự do chuyển động chính, nhưng trong thực tế, chỉ cần coi tốc độ ổn định tối đa là không đủ, bạn cũng nên chú ý đến gia tốc tối đa cho phép của nó.
6. Đặc tính động của các thông số động của kết cấu chủ yếu bao gồm khối lượng, mômen quán tính, độ cứng, hệ số giảm chấn, tần số nội tại và các dạng dao động.
Thiết kế nên giảm thiểu khối lượng và quán tính. Đối với độ cứng của robot, nếu độ cứng kém thì độ chính xác về vị trí của robot và tần số nội tại của hệ thống sẽ giảm, dẫn đến mất ổn định động của hệ thống; tuy nhiên, đối với một số thao tác (ví dụ: thao tác lắp ráp), sẽ có lợi nếu tăng tính linh hoạt một cách thích hợp và lý tưởng nhất là độ cứng của thanh cánh tay của robot có thể điều chỉnh được. Việc tăng hệ số tắt dần của hệ thống là có lợi cho việc giảm thời gian suy giảm của các dao động và cải thiện độ ổn định động của hệ thống. Việc tăng tần số nội tại của hệ thống để tránh dải tần hoạt động cũng có lợi cho việc cải thiện tính ổn định của hệ thống.
Ⅶ. robot công nghiệp đối mặt với thách thức kỹ thuật
1, thị trường robot chiếm 90% vốn nước ngoài
Thị trường robot đang phát triển mạnh nhưng ngành công nghiệp robot của Trung Quốc không mấy lạc quan. Theo thống kê thị trường, thị trường robot công nghiệp Trung Quốc đại lục bị độc quyền bởi các nhà sản xuất nước ngoài, các nhà sản xuất thương hiệu Nhật Bản chiếm 52%, các nhà sản xuất châu Âu chiếm 30%, còn lại khoảng 10% là các nhà sản xuất Trung Quốc đại lục.
Do ngưỡng gia nhập ngành robot khá cao nên thứ hạng thị trường robot toàn cầu của bốn nhà cung cấp hàng đầu là Japan Fanuc, Yaskawa Electric, ABB và KUKA, chiếm tổng cộng 50% thị phần.
Mặt khác, trong 30 năm tới, thị trường robot công nghiệp của Trung Quốc đại lục sẽ duy trì mức tăng trưởng nhanh chóng ít nhất 30%. Để đạt được mục tiêu này, các nhà sản xuất robot có thương hiệu toàn cầu đang tích cực mở rộng quy mô kinh doanh robot tại thị trường Trung Quốc đại lục, bao gồm FANUC, YASKAWA Electric, ABB và KUKA, v.v. đang tích cực thành lập nhà máy ở Trung Quốc đại lục.
Hiện tại, robot công nghiệp của Trung Quốc đại lục, mặc dù quá trình công nghiệp hóa có một số tiến bộ ban đầu, nhưng do độ chính xác, tốc độ và các khía cạnh khác của các nhà sản xuất nước ngoài so với các sản phẩm tương tự, dẫn đến việc công nghiệp hóa các sản phẩm này ở mức độ ứng dụng thấp, thị phần rất nhỏ; một số sản phẩm trình độ công nghệ của nước ngoài chỉ tương đương với trình độ giữa những năm 90 của thế kỷ trước.
Li Xiaojia, giám đốc Trung tâm Thống kê Dữ liệu Liên minh Công nghiệp Robot Trung Quốc, cho biết năm 2013, Trung Quốc đã mua và lắp ráp gần 37.000 robot công nghiệp, trong đó các robot-được tài trợ từ nước ngoài thường là các robot công nghiệp cao cấp-6-trục trở lên, gần như độc quyền trong ngành sản xuất ô tô, hàn và các ngành công nghiệp-cao cấp khác ngành, chiếm 96%. Ứng dụng chính của robot gia đình vẫn chủ yếu là robot xử lý và xếp dỡ, ở các khu vực cấp thấp của ngành.
Điều đáng chú ý là sự phát triển hiện nay của ngành công nghiệp robot Trung Quốc với nước ngoài, khoảng cách giữa nguy cơ ngày càng được nới rộng. Hiện nay, ngành công nghiệp robot của Trung Quốc nói chung vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, robot công nghiệp chưa được nhận diện thương hiệu, các công ty robot lớn nhất sản xuất robot hàng năm chỉ vài nghìn chiếc. Với việc các công ty robot nước ngoài lấy Trung Quốc làm cơ sở sản xuất, việc phát triển các thương hiệu robot công nghiệp độc lập sẽ bị hạn chế hơn nữa.
Đồng thời, do các thành phần cốt lõi chủ chốt phụ thuộc vào các thành phần khác nên nguy cơ rỗng hàng trong công nghiệp ngày càng gia tăng. Ba thành phần chính của robot công nghiệp (động cơ và máy chủ, hộp số, hệ thống điều khiển) chủ yếu có nguồn gốc từ nước ngoài và các nhà sản xuất Trung Quốc đại lục tương đối thiếu năng lực R&D và sản xuất cạnh tranh, đồng thời từ lâu phải phụ thuộc vào nhập khẩu. Vì khâu thượng nguồn của chuỗi công nghiệp không được các nhà sản xuất linh kiện cốt lõi hỗ trợ nên chuỗi này sẽ phải chịu những hạn chế-lâu dài.
2, robot công nghiệp phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật
Chúng ta cần tỉnh táo nhìn nhận những thách thức to lớn mà sự phát triển của ngành công nghiệp robot công nghiệp Trung Quốc đang phải đối mặt.
Trước hết,-thiết kế kiến trúc và công nghệ cơ bản cấp cao nhất của rô-bốt do các nước phát triển kiểm soát, trong cơ cấu chi phí rô-bốt có tỷ trọng lớn hơn là bộ giảm tốc, động cơ servo, bộ điều khiển, hệ thống CNC phụ thuộc nhiều vào nhập khẩu, rô-bốt trong nước không có lợi thế đáng kể về chi phí.
Thứ hai, có nguy cơ bị khóa cấp thấp. Một mặt, các nước phát triển sẽ không dễ dàng sang Trung Quốc để chuyển giao hoặc ủy quyền các công nghệ robot cốt lõi, bằng sáng chế, các doanh nghiệp chế tạo robot của Trung Quốc thông qua việc tham gia phát triển các tiêu chuẩn quốc tế, hợp tác công nghệ và nghiên cứu phát triển để thâm nhập-các trở ngại của thị trường trung và cao cấp; mặt khác, sự đầu tư mù quáng của chính quyền địa phương vào ngành này có thể tạo ra tình trạng dư thừa năng lực sản xuất, dẫn đến tình trạng xây dựng trùng lặp và-cạnh tranh về giá thấp.
Một lần nữa, thiếu sự kết nối hiệu quả giữa hoạt động R&D, sản xuất và ứng dụng robot. Robot-nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan đến robot của các trường đại học và viện nghiên cứu hàng đầu không có khả năng phát triển thị trường và các doanh nghiệp đầu tư vào R&D cơ bản vẫn còn rất thấp, sự kết hợp trong nước giữa công nghiệp, học viện và nghiên cứu cũng như sự tồn tại của một số rào cản thể chế, dẫn đến mất kết nối R&D và liên kết sản xuất.
Các chuyên gia cho rằng hiện trạng độc quyền thị trường trong nước bằng nhiều cách khác nhau để tìm kiếm sự “đột phá” và bắt kịp: trước hết, chúng ta phải tăng cường theo dõi nghiên cứu robot quốc tế, phát triển và giới thiệu sự phát triển thực tế của “Lộ trình robot” của Trung Quốc, các bước phát triển công nghệ rõ ràng, tập trung vào những bước đột phá và phát triển lộ trình robot, phát triển lộ trình robot. Rõ ràng các bước phát triển công nghệ, những đột phá quan trọng về công nghệ, quy trình, linh kiện cốt lõi cũng như con đường công nghiệp hóa.
Thứ hai, chúng ta cần thiết lập mô hình phát triển robot phù hợp với thực tế phát triển của Trung Quốc. Tăng cường ứng dụng tích hợp các phân khúc ngành, tăng cường sự kết hợp giữa công nghiệp, học viện, nghiên cứu và sử dụng nghiên cứu tập thể, tập trung vào những đột phá trong các thành phần cốt lõi chính, để hình thành cơ thể robot, các thành phần chính, bộ tích hợp hệ thống và chuỗi công nghiệp robot khác càng sớm càng tốt để thúc đẩy tổng thể.
Ngoài ra, cần đẩy nhanh việc phát triển các doanh nghiệp, thương hiệu robot công nghiệp hàng đầu. Trung Quốc nên trau dồi và phát triển thương hiệu robot công nghiệp của riêng mình như một nhiệm vụ quan trọng nhằm tạo ra một phiên bản nâng cấp của nền kinh tế Trung Quốc. Giới thiệu danh mục ngành công nghiệp robot công nghiệp, thúc đẩy hợp tác thực hiện nội địa hóa robot công nghiệp.