Công Nghệ Laser

Các robot hàn là các đơn vị thực thi cốt lõi trong các dây chuyền sản xuất hàn tự động hiện đại. Độ chính xác chuyển động, tốc độ phản hồi và khả năng chịu tải của chúng phần lớn phụ thuộc vào hiệu suất của hệ thống truyền động. Hệ thống truyền động có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành các chuyển động khớp của robot.

Các phương pháp truyền động của robot hàn chủ yếu được phân loại thành các dạng cơ bản sau:

1.Robot truyền động thủy lực:  Như tên gọi cho thấy, loại robot này sử dụng năng lượng thủy lực để thực hiện các chuyển động cơ học. Đặc điểm của nó bao gồm: khả năng kẹp vượt quá 100 kg, truyền động êm ái, cấu trúc gọn nhẹ và chuyển động nhạy bén. Tuy nhiên, nó đặt ra yêu cầu rất khắt khe đối với các thiết bị làm kín.

Ưu điểm:

Tỷ lệ công suất trên khối lượng cao:  Lực đầu ra lớn hơn nhiều so với các bộ truyền động khí nén và điện có cùng thể tích.

Chuyển động êm ái: Dầu thủy lực có đặc tính giảm chấn và khả năng chịu va đập mạnh.

Tự bôi trơn:  Dầu thủy lực bôi trơn các bộ phận chuyển động và có tuổi thọ dài.

Hạn Chế:

Dễ rò rỉ:  Mài mòn các phớt làm kín có thể dễ dàng dẫn đến rò rỉ dầu, gây nhiễm bẩn chi tiết hàn.

Nhạy cảm với sự gia tăng nhiệt độ: Sự thay đổi nhiệt độ dầu gây ra sự thay đổi độ nhớt, ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển.

Bảo dưỡng phức tạp:  Yêu cầu trạm thủy lực, hệ thống làm mát và lọc, đồng thời chiếm diện tích lớn.

2.Tay máy khí nén  là những tay máy sử dụng không khí nén để điều khiển cơ cấu chấp hành. Ưu điểm chính của chúng bao gồm: nguồn khí sẵn có, lực đầu ra thấp, phản ứng khí nén nhanh, cấu trúc tương đối đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng gồm: độ ổn định tốc độ vận hành kém do tính nén được của không khí, va đập mạnh và khả năng kẹp tải trọng giới hạn ở mức khoảng 30 kg do áp suất khí tương đối thấp. So với tay máy thủy lực, tay máy khí nén phù hợp hơn cho các môi trường yêu cầu vận hành tốc độ cao, tải nhẹ, nhiệt độ cao và nhiều bụi.

Ưu điểm:

Chi phí thấp:  Nguồn khí và cơ cấu chấp hành rẻ tiền, bảo trì đơn giản.

Không bị quá nhiệt: Tản nhiệt tốt, thích hợp cho các thao tác phụ trong môi trường hàn nhiệt độ cao.

Sạch sẽ:  Khí xả không gây ô nhiễm.

Hạn Chế:

Khả năng định vị kém:  Khó thực hiện định vị tại các điểm trung gian tùy ý; chỉ phù hợp cho các vị trí điểm cuối.

Di chuyển bò chậm:  Chuyển động không ổn định ở tốc độ thấp.

Độ ồn cao:  Độ ồn khí thải thường vượt quá 75 dB.

3. Cánh tay robot truyền động cơ khí: Loại cánh tay robot này được điều khiển bởi cơ chế truyền động cơ khí. Đây là một cánh tay robot chuyên dụng được gắn trên máy công cụ chính, với nguồn năng lượng chủ yếu được truyền từ cơ cấu làm việc. Đặc điểm chính của nó là chuyển động chính xác và đáng tin cậy, tần số hoạt động cao; tuy nhiên, kết cấu của nó tương đối lớn và chương trình chuyển động là cố định. Loại này thường được sử dụng để cấp/phôi và gắp phôi trên máy công cụ chính.

Ưu điểm:

Độ chính xác cao và tỷ số truyền chính xác: Truyền động cơ khí dựa trên sự ăn khớp cứng hoặc tiếp xúc trực tiếp (ví dụ như bánh răng hoặc trục vít me), không xảy ra hiện tượng trượt, do đó đảm bảo tỷ số truyền chính xác và khả năng lặp lại cao. Nó tránh được các vấn đề rò rỉ hoặc trễ đặc trưng trong hệ thống thủy lực.

Tốc độ phản hồi nhanh:  Các bộ phận cơ khí có độ cứng cao và thiếu khả năng nén của dầu thủy lực hoặc khí, dẫn đến việc truyền chuyển động trực tiếp và phản ứng nhanh khi khởi động, dừng và đảo chiều, phù hợp cho vận hành ở tốc độ cao.

Tải Trọng Chở Hàng Mạnh: Thông qua hộp số hoặc cơ cấu liên kết được thiết kế tốt, hệ thống có thể chịu được các tải tĩnh và tải động lớn, đồng thời đạt hiệu suất truyền động cao (đặc biệt là truyền động bánh răng, với hiệu suất lên tới trên 90%).

Độ tin cậy cao và tuổi thọ dài:  Trong điều kiện bôi trơn tốt và vận hành bình thường, các bộ phận cơ khí có tuổi thọ mỏi dài, các dạng hỏng rõ ràng, dễ dự báo và bảo trì.

Ưu điểm:  Khả năng thích nghi mạnh với môi trường: Khác với động cơ điện—dễ bị nhiễu điện từ—và khác với truyền động thủy lực—dễ bị nhiễm bẩn do dầu—truyền động cơ khí thuần túy có khả năng chịu đựng nhất định trong các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, bụi bẩn và bức xạ.

Hạn Chế:  

Cấu trúc phức tạp và kích thước/trọng lượng lớn:  Việc đạt được các chuyển động đa bậc tự do đòi hỏi sự kết hợp phức tạp giữa các khâu, khớp nối và bánh răng, dẫn đến robot có kích thước cồng kềnh với mô-men quán tính lớn, từ đó hạn chế hiệu năng động học tốc độ cao.

Độ linh hoạt kém: Khi thiết kế và chế tạo các hệ truyền động cơ khí thuần túy (ví dụ như cơ cấu cam và cơ cấu liên kết) đã hoàn tất, quỹ đạo chuyển động và hành trình sẽ bị cố định, khiến việc thích ứng với nhu cầu sản xuất linh hoạt trong các dây chuyền đa chủng loại, sản xuất số lượng nhỏ trở nên khó khăn. Việc thay đổi chuyển động thường yêu cầu thay thế cam hoặc điều chỉnh cơ cấu liên kết — một quy trình tốn nhiều thời gian và công sức.

Tồn tại khe hở lưng (backlash):  Sự ăn khớp giữa các bánh răng và các mối nối bản lề không tránh khỏi tồn tại khe hở lưng. Mài mòn lâu dài làm trầm trọng thêm khe hở này, dẫn đến giảm độ chính xác về hành trình truyền động và vị trí, ảnh hưởng đến chất lượng quỹ đạo hàn.

Chi phí chế tạo cao và yêu cầu bảo trì nghiêm ngặt:  Các bánh răng chính xác, các trục vít dẫn hướng độ chính xác cao và các chi tiết khác rất khó và tốn kém để sản xuất. Đồng thời, các khớp cơ khí yêu cầu bôi trơn định kỳ, chống bụi và giám sát mài mòn, dẫn đến khối lượng bảo trì lớn.

Ưu điểm:  Độ ồn và rung động: Trong quá trình vận hành tốc độ cao, va chạm khi ăn khớp bánh răng và quán tính của cơ cấu liên động sẽ tạo ra độ ồn và rung động cơ học đáng kể, có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của hồ quang hàn.

4. Cánh tay robot truyền động điện: Loại cánh tay robot này sử dụng động cơ cảm ứng có cấu trúc đặc biệt, hệ thống điện-cơ tuyến tính hoặc động cơ bước có công suất cao để điều khiển trực tiếp bộ chấp hành. Vì không cần cơ cấu chuyển đổi trung gian nên cấu trúc cơ khí tương đối đơn giản. Đặc biệt, các cánh tay robot sử dụng động cơ tuyến tính có tốc độ cao và hành trình dài, đồng thời rất tiện lợi trong bảo trì và vận hành.

Ưu điểm:

Độ chính xác cao nhất: Có khả năng hàn các đường cong không gian phức tạp (ví dụ như cung tròn và đường cong spline).

Điều khiển linh hoạt:  Dễ số hóa, kết nối mạng và triển khai lập trình dạy học.

Hiệu suất năng lượng cao: Hiệu suất chuyển đổi năng lượng có thể đạt trên 90%, với mức tiêu thụ điện ở chế độ chờ thấp.

Bảo trì thấp:  Không cần dầu thủy lực hoặc ống dẫn khí nén, đảm bảo độ sạch.

Hạn Chế:

Chi phí cao: Động cơ servo và bộ giảm tốc độ chính xác có giá thành cao.

Bảo vệ quá nhiệt: Cần giám sát làm mát động cơ trong quá trình hàn tốc độ cao liên tục dưới tải đầy.

Nhạy cảm với nhiễu điện từ:  Yêu cầu phải được che chắn và nối đất đúng cách.

Nhìn chung, các robot hàn hiện đại đang phát triển theo hướng điện khí hóa toàn bộ, độ chính xác cao, kết nối mạng và hợp tác. Việc tích hợp sâu giữa hệ thống truyền động và truyền dẫn (ví dụ như loại bỏ bộ giảm tốc trong động cơ mô-men xoắn điều khiển trực tiếp và tích hợp các mô-đun truyền động bên trong các khớp nối) giúp nâng cao hơn nữa độ tin cậy cũng như hiệu suất theo dõi quỹ đạo. Trong tương lai, nhờ sự kết hợp giữa các thuật toán điều khiển servo (như điều khiển lực và điều khiển servo thị giác) cùng công nghệ trí tuệ nhân tạo, các robot hàn sẽ tiến hóa theo hướng thông minh và linh hoạt hơn để đáp ứng các quy trình hàn ngày càng phức tạp cũng như yêu cầu của môi trường sản xuất.