Ứng dụng của động cơ servo trong cánh tay robot công nghiệp

Ứng dụng của động cơ servo trong các cánh tay robot công nghiệp, giúp điều khiển được sự chuyển động chính xác, linh hoạt và ổn định trong từng thao tác như hàn, lắp ráp hay gắp đặt.Trong thời đại tự động hóa, robot công nghiệp ngày càng phổ biến trong dây chuyền sản xuất.

Dù trông như một cơ cấu cơ khí đơn giản, nhưng bên trong robot là cả một hệ thống phức tạp gồm động cơ servo, cảm biến và bộ điều khiển, phối hợp chặt chẽ để tạo nên những chuyển động mượt mà và chính xác.

1. Động cơ servo trong cánh tay robot là gì?

Động cơ servo bên trong cánh tay robot là một loại bộ truyền động điện có khả năng kiểm soát chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn. Khác với động cơ thông thường chỉ quay liên tục khi có điện, động cơ servo phản hồi theo tín hiệu điều khiển, giúp di chuyển đến đúng vị trí được lập trình và giữ nguyên tại đó cho đến khi nhận lệnh tiếp theo.

Ứng dụng của động cơ servo trong điều khiển vị trí chính xác đã giúp robot thực hiện được những chuyển động cực kỳ tinh vi và ổn định trong môi trường sản xuất.

2. Vai trò cốt lõi của động cơ servo trong cánh tay robot

Trong một cánh tay robot công nghiệp, mỗi khớp (joint) tương ứng với một động cơ servo riêng biệt. Các động cơ này phối hợp chặt chẽ để tạo ra các chuyển động đa trục, phức tạp như nâng, gập, xoay, nghiêng tất cả đều chính xác đến từng độ.

Ứng dụng của động cơ servo giúp các cánh tay robot không chỉ hoạt động linh hoạt mà còn đồng bộ hóa các trục chuyển động, đảm bảo hiệu suất cao trong dây chuyền sản xuất.

3. Bên trong một cánh tay robot sử dụng động cơ servo

Cánh tay robot công nghiệp, hay còn gọi là robot arm, không đơn giản chỉ là một cánh tay cơ khí cứng nhắc. Đó là một tổ hợp cơ điện tử tinh vi, được thiết kế mô phỏng theo cơ chế vận động của cánh tay con người, gồm các khớp chuyển động và liên kết. Ứng dụng của động cơ servo cho phép từng khớp robot hoạt động mượt mà như một khớp thật, với khả năng xoay, trượt, gập và duỗi chính xác.

Mỗi khớp là một điểm trượt hoặc xoay, giúp robot có thể thực hiện được các thao tác như gập, xoay, vươn dài, co rút hoặc quay tròn một cách chính xác và linh hoạt. Ứng dụng của động cơ servo chính là yếu tố cốt lõi giúp các chuyển động này diễn ra chính xác đến từng góc độ, thậm chí trong không gian ba chiều với tải trọng thay đổi liên tục.

Tại mỗi khớp đó, động cơ servo đóng vai trò điều khiển chính, cho phép cánh tay robot thực hiện chuyển động theo yêu cầu với độ chính xác gần như tuyệt đối. Ứng dụng của động cơ servo ở đây thể hiện qua khả năng phản hồi cực nhanh và kiểm soát vị trí chính xác dù trong điều kiện sản xuất khắc nghiệt.

Cấu trúc chính của một cánh tay robot công nghiệp bao gồm:

Servo motor (AC hoặc DC): Đây là phần quan trọng tạo chuyển động quay ứng dụng của động cơ servo trong phần motor này giúp cánh tay robot khởi động nhanh, dừng chính xác và giữ vị trí ổn định ngay cả khi có tải thay đổi. Tùy vào yêu cầu cụ thể, có thể dùng servo AC cho robot công suất lớn hoặc servo DC cho các robot nhẹ, di động. Ứng dụng của động cơ servo còn cho phép điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn cực kỳ linh hoạt trong các tác vụ như bắt vít, gắp hàng hay hàn điểm.

Bộ truyền động (gearbox): Vì động cơ servo quay với tốc độ cao nhưng mô-men xoắn không lớn, nên cần đến gearbox để hỗ trợ. Ứng dụng của động cơ servo kết hợp với hộp số (đặc biệt là loại harmonic drive) giúp tăng mô-men xoắn, giảm tốc độ, đồng thời loại bỏ độ rơ (backlash), từ đó đảm bảo chuyển động của cánh tay robot diễn ra mượt mà và chính xác hơn.

Encoder (Cảm biến hồi tiếp vị trí): Đóng vai trò là “đôi mắt” của servo motor, encoder giúp ghi nhận thông tin vị trí, góc quay và tốc độ thực tế. Ứng dụng của động cơ servo thông qua hệ thống encoder cho phép robot tự giám sát và hiệu chỉnh hành vi chuyển động theo thời gian thực, đảm bảo đúng quỹ đạo và không bị sai lệch.

Servo drive (Bộ điều khiển động cơ): Bộ drive nhận tín hiệu điều khiển từ PLC hoặc máy tính công nghiệp, xử lý và khuếch đại để điều khiển động cơ. Ứng dụng của động cơ servo thể hiện rõ ràng trong vai trò của servo drive khi nó điều phối các thuật toán PID, fuzzy logic, vector control,… để tạo ra sự ổn định và chính xác cao trong vận hành.

4. Quá trình chuyển động trong thực tế của cánh tay robot dùng động cơ servo

Đằng sau mỗi chuyển động linh hoạt và chính xác của cánh tay robot là cả một quá trình điều khiển tinh vi giữa bộ điều khiển trung tâm, bộ truyền động và cảm biến phản hồi. Trong hệ thống sử dụng động cơ servo, các thao tác như xoay, nâng, gập hay lắp ráp linh kiện được thực hiện thông qua chuỗi tác vụ đồng bộ và liên tục.

• Bộ điều khiển: trung tâm (robot controller) gửi tín hiệu điều khiển tới từng khớp servo tương ứng với lộ trình đã lập trình trước.
• Servo drive: xử lý tín hiệu, tính toán các thông số như tốc độ quay cần thiết, hướng quay và mô-men xoắn phù hợp, rồi truyền lệnh đến động cơ.
• Servo motor: thực hiện quay trục, chuyển động thông qua bộ truyền động để tạo ra chuyển động cơ học tại khớp.
• Servo drive: so sánh dữ liệu nhận về với giá trị đặt ban đầu. Nếu có sai số (dù rất nhỏ), nó lập tức điều chỉnh dòng điện/tốc độ để khớp quay trở lại đúng lộ trình.
• Quá trình diễn ra liên tục: hàng nghìn lần mỗi giây, đảm bảo mọi chuyển động của cánh tay robot luôn mượt mà, chính xác và không bị lệch quỹ đạo.

• Encoder: liên tục ghi nhận và phản hồi vị trí thực tế, gửi ngược lại cho servo drive.

5. Ưu thế khi sử dụng servo ở tùng khớp robot

• Chuyển động mượt mà, độ phân giải cao: Cho phép điều khiển di chuyển siêu mịn, thích hợp trong sản xuất điện tử hoặc ngành có yêu cầu cao về vi sai vị trí.
• Phản ứng nhanh, thời gian trễ cực thấp: Lý tưởng cho robot hoạt động trong dây chuyền tốc độ cao.
• Khả năng giữ vị trí khi mất tín hiệu hoặc khi có tải thay đổi: Giúp đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình sản xuất.

• Tùy chỉnh linh hoạt theo từng trục: Mỗi trục có thể cài đặt mô-men xoắn, giới hạn tốc độ, gia tốc và giảm tốc riêng biệt.

6. Tùy chọn kết cấu cánh tay robot với servo

Tùy vào loại robot và ứng dụng cụ thể, cấu trúc khớp có thể được thiết kế khác nhau:

• Robot 3 trục (SCARA): Dùng servo ở trục X, Y, Z và trục quay.
• Robot 6 trục (Robot tay người): Mỗi trục đều sử dụng một servo riêng, phối hợp đồng thời để tạo chuyển động 3D linh hoạt.
• Cánh tay robot cộng tác (Cobot): Tích hợp thêm cảm biến lực (torque sensors) trên servo để đảm bảo an toàn khi làm việc gần con người.
• Việc lựa chọn động cơ servo phù hợp cho cánh tay robot công nghiệp không đơn giản mà nó đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tải trọng, tốc độ, độ chính xác và môi trường hoạt động thực tế. Nếu doanh nghiệp của bạn đang bối rối từ khâu thiết kế đến lắp đặt và vận hành, Robotnext chính là đối tác kỹ thuật mà bạn đang tìm kiếm.
• Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm cùng các chuyên gia có hơn 10 năm trong ngành robot công nghiệp, chúng tôi am hiểu sâu sắc về các dòng robot như ABB, FANUC, YASKAWA, cũng như cấu trúc và cách vận hành của từng loại động cơ servo trong các hệ thống cánh tay robot. Hãy liên hệ ngay với Robotnext ngay qua số Hotline: 0909 914 837 để chúng tôi có thể tư vấn cho bạn chi tiết nhất.