Ứng dụng và xu hướng sử dụng rô bốt bắt ốc vít

Thợ lắp ráp truyền thống thường sử dụng công cụ bán tự động hoặc thủ công để bắt ốc vít. Mặc dù công nghệ này vẫn được sử dụng cho một số ứng dụng, nhưng ngày nay, nhiều nhà sản xuất đang đầu tư vào việc bắt vít bằng rô bốt.

Bắt vít bằng rô bốt lý tưởng cho các ứng dụng lắp ráp yêu cầu mô men xoắn cao, nhiều ốc vít, thay đổi nhanh chóng và sản xuất hỗn hợp cao. Các nhà cung cấp thiết bị bắt vít tự động, như ASG, DEPRAG, Visumatic và Weber, có các thiết bị có thể lắp đặt trên cánh tay rô bốt truyền thống từ SCARA đến rô bốt 6 trục. Một số nhà cung cấp trên cũng đã phát triển các dụng cụ có thể sử dụng với rô bốt tương tác - cô bốt. “Rô bốt nâng cấp thao tác bắt vít nhất quán hơn so với thao tác bằng tay,” theo Brandt Ruszkiewicz, Ph.D., kỹ sư phát triển chính tại Semblex Corp., nhà sản xuất vít hàng đầu. Ruszkiewicz cho rằng: “Chúng luôn di chuyển vị trí và bắt vít với cùng thông số, dẫn đến khả năng lặp lại cao hơn con người làm”. “Rô bốt không biết mệt và không cần nghỉ ngơi.” “Điều này cho phép rô bốt bắt vít liên tục suốt ngày đêm. Ngoài ra, rô bốt có tính linh hoạt hơn so hệ thống bắt vít cố định; một rô bốt duy nhất có thể di chuyển đến nhiều vị trí để bắt vít.” Ruszkiewicz cho biết điều quan trọng đối với các kỹ sư cần nhớ rằng việc bắt vít bằng rô bốt khác với các ứng dụng truyền thống, như thiết bị cầm tay hoặc cố định. Ông chỉ ra: “Nó nhất quán hơn và có thể chạy nhanh hơn so với điều khiển cầm tay do sức mạnh và khả năng lặp lại của rô bốt. Ruszkiewicz cảnh báo: “Tuy nhiên, rô bốt bắt vít không làm việc tốt với các vật thể không định hướng hoặc thiết bị chất lượng kém”. Flo Acuna, Giám đốc tài khoản kỹ thuật của KUKA cho biết: "Các lợi ích khác bao gồm khả năng lặp lại và thống kê thông số các ốc vít được bắt”.

Lợi ích rô bốt bắt vít

Cho đến gần đây, việc bắt vít bằng rô bốt thường được kết hợp với các loại vít lớn được sử dụng để lắp ráp các cụm phụ ô tô, chẳng hạn như khung gầm và tàu điện. Tuy nhiên, công nghệ ngày càng được sử dụng nhiều hơn với các vít nhỏ trong nhiều loại ứng dụng lắp ráp khác. Samir Patel, Giám đốc kỹ thuật và ứng dụng của Kawasaki Robotics USA Inc., cho biết: “Ngày nay ngành công nghiệp điện tử đang thúc đẩy nhu cầu bắt vít do liên tục sản xuất các sản phẩm mới và cải tiến.” “Hầu hết thiết bị điện tử thông minh như điện thoại thông minh, thường yêu cầu một số ứng dụng để bắt các ốc vít nhỏ có kích thước từ 1, 2 đến 3 mm,” Patel giải thích. “Các công cụ mới được trang bị thiết bị phát hiện lỗi và chức năng truy xuất dữ liệu thu hút các nhà sản xuất.” Chris Blanchette, Giám đốc điều hành phụ trách tài khoản toàn cầu của FANUC America Corp cho biết: “Các nhà sản xuất sản phẩm tiêu dùng và theo yêu cầu đang tăng cường sử dụng rô bốt”, “Nhiều quy trình lắp ráp dựa theo ốc vít để nâng cao hiệu năng sử dụng.” Blanchette giải thích: “Tự động hóa là lý tưởng để xử lý các sản phẩm sử dụng vít và các cụm lắp ráp nhỏ.” “Tua vít bằng rô bốt mang lại độ tin cậy cao hơn trong quá trình lắp ráp và loại bỏ con người khỏi các hoạt động không an toàn hoặc khó khăn.” Stephen Rowell, giám đốc bán hàng tại Canada của Weber Screwdriving Systems Inc., cho biết: “Yếu tố số 1 đằng sau sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc bắt vít bằng rô bốt là chi phí lao động ngày càng tăng. Rô bốt an toàn hơn, dễ lập trình hơn và tích hợp dễ dàng hơn bao giờ hết.” Rowell lưu ý: “Mọi người có xu hướng thay đổi năng suất vào những thời điểm khác nhau trong ngày. Mặt khác, rô bốt chạy với hiệu suất 100% cả ngày. Chúng cũng có tỷ lệ chu kỳ nhất quán hơn nhiều. Tuy nhiên, con người thường dễ thích nghi và linh hoạt hơn; họ có thể dễ dàng điều chỉnh những thay đổi nhỏ của sản phẩm hoặc những bộ phận hơi không hoàn hảo. ” Chuyển đổi nhanh chóng là một lý do tại sao rô bốt thường linh hoạt hơn so với tự động hóa cố định truyền thống. Khi vòng đời của sản phẩm tiếp tục ngày càng ngắn, điều đó đang trở thành một yếu tố quan trọng mà các kỹ sư phải cân nhắc. Ryan Guthrie, Phó chủ tịch điều hành của TM Robotics (Americas) Inc., cho biết: “Tốc độ là lợi thế lớn nhất của việc vặn vít bằng rô bốt và độ chính xác là điều tiếp theo.” Guthrie lưu ý: “Chi phí của việc bắt vít bằng rô bốt đã giảm đáng kể trong những năm gần đây.” “Trong vòng 10 năm qua, chi phí của hầu hết các rô bốt đã giảm 20% đến 30%”. Nigel Smith, Giám đốc điều hành của TM Robotics cho biết thêm: “Do đó, chúng tôi đã thấy các nhà sản xuất nhỏ hơn thực hiện các dự án tự động hóa mà cách đây 5 năm sẽ không kinh tế.” Nicolas De Keijser, Giám đốc dây chuyền kinh doanh lắp ráp và thử nghiệm tại ABB Robotics cho biết: “Tua vít tiên tiến ngày nay có nhiều hơn, khả năng cao hơn và tiết kiệm chi phí hơn.”

Jarrod Neff, giám đốc tiếp thị của Visumatic Industrial Products Inc., cho biết ngày càng có nhiều người quan tâm đến việc bắt vít bằng robot trong vài năm qua. Ông tuyên bố: “Gần đây, nhu cầu về các thiết bị vận hành bằng tay truyền thống không còn nhiều. Neff nói: “Tua vít bằng rô bốt giúp bạn kiểm soát nhiều hơn quy trình của mình.” “Một rô bốt biết rằng nó đặt đúng vít vào đúng vị trí và nó có thể ghi lại rằng mỗi vít đã được lắp ở đúng mô men xoắn và độ sâu phù hợp. Không giống như thợ lắp ráp, một rô bốt sẽ tự mình nói mà không sợ hãi, bởi vì nó biết rằng nó sẽ không bị la mắng. " Olivier Cremoux, giám đốc phát triển kinh doanh rô bốt tại Stäubli Corp cho biết: “Rô bốt có thể điều khiển vít từ mọi hướng, đôi khi với các yêu cầu về mô men xoắn khác nhau,” Olivier Cremoux, gGám đốc phát triển kinh doanh rô bốt tại Stäubli Corp cho biết thêm. “Chúng cũng có khả năng bắt ốc vít kích cỡ khác nhau bằng cách sử dụng các bộ cấp liệu khác nhau. Các nhà sản xuất có thể đạt được cycle - time cao hơn trên mỗi tuốc nơ vít và thời gian chu kỳ nhanh hơn trên mỗi ốc vít, đồng thời cải thiện chất lượng”.

Hình 1: Robot bắt ốc vít điện thoại – Nguồn: Kuka.com

Rô bốt cộng tác – Cô bốt

Rô bốt cộng tác ngày càng phổ biến vì chúng cho phép con người và máy móc làm việc gần nhau. Chúng hấp dẫn nhiều nhà sản xuất khác nhau, vì chúng linh hoạt, dễ sử dụng và yêu cầu ít hoặc không cần rào cản an toàn. FANUC’s Blanchette cho biết: “Ngày nay, chúng tôi thấy nhiều ứng dụng hơn dành cho rô bốt cộng tác. “Chúng rất phù hợp cho các công việc vặn vít mà dây cáp hoặc các bộ phận khác cần được xem xét hoặc định vị. Cô bốt cho phép người vận hành hỗ trợ trong quá trình lắp ráp, chẳng hạn như di chuyển cáp bo mạch chủ ra khỏi đường đi." Weber’s Rowell cho biết thêm: “Có rất nhiều hiểu lầm về lắp ráp rô bốt công tác là gì.” “Ví dụ: có sự khác biệt lớn giữa hợp tác và quy trình hợp tác. Rowell cho rằng: “Một môi trường hợp tác thực sự là nơi người vận hành làm việc trên một bộ phận lắp ráp cùng lúc với rô bốt. “Con người có thể đang nắm giữ một bộ phận hoặc hoạt động cố định. Hoặc, con người có thể đang cắm chốt trong khi rô bốt đang vặn vít. Rowell nói: “Hầu hết những người nghĩ rằng một quy trình mang tính cộng tác là không chính xác. “Đó thường là một quá trình tuần tự hoặc song song, trong đó con người không làm điều gì đó với rô bốt trên cùng một tổ hợp. Rowell giải thích: “Rất nhiều công cụ hoạt động ở giai đoạn cuối của một rô bốt hợp tác không mang tính cộng tác. “Bản thân rô bốt có tính hợp tác; nó được trang bị các thiết bị cảm biến cho phép máy dừng lại khi cảm thấy một lực nhất định đè lên nó. Tuy nhiên, nếu rô bốt đang mang thứ gì đó có cạnh sắc và bất kỳ thứ gì khác ngoài bề mặt nhẵn, tròn, thì rô-bốt không còn hợp tác nữa ”. Nhiều nhà sản xuất ngày nay phát triển các dụng cụ bắt vít gắn trên tay cô bốt. Chúng thường bao gồm một trục quay vít, nguồn cấp vít tự động và một bộ điều khiển thông minh. Chúng có lớp vỏ bảo vệ mịn không có cạnh sắc nhọn có thể gây thương tích cho người va vào nó. Ngoài ra, đầu tuốc nơ vít có một lớp vỏ bọc bảo vệ. Một cảm biến tích hợp trong ống nghe sẽ dừng rô bốt nếu nó phát hiện ra thứ gì đó cản đường, chẳng hạn như bàn tay hoặc vật cố định. Rowell giải thích: “Nó được thiết kế cho sự hợp tác không có rào cản giữa con người và rô bốt. "Các quy trình bắt vít được hoàn thành cùng một lúc và trong cùng một không gian." Tất cả các ống mềm, hệ thống cấp liệu và cảm biến được lắp ráp trong một gói cáp kín. Các dải đèn LED có thể nhìn thấy rõ ràng được lắp đặt trên các bề mặt bên của vỏ bảo vệ, cho biết trạng thái của hệ thống và cung cấp các chức năng cảnh báo trực quan. Visumatic’s Neff cho biết: “Rô bốt cộng tác dễ triển khai, bảo trì và hỗ trợ hơn các máy truyền thống. “Điều đó đã loại bỏ rất nhiều rào cản đe dọa các nhà sản xuất nhỏ trong quá khứ. Ví dụ: yêu cầu ít phần cứng hơn rất nhiều, chẳng hạn như bảo vệ an toàn. Neff giải thích: “Tuy nhiên, cô bôt có những hạn chế khác ngoài tốc độ chậm hơn. “Ví dụ, chúng ta có xu hướng thấy các ứng dụng mô men xoắn nhỏ hơn với các rô bốt hợp tác, vì trọng tải hạn chế của cô bốt. Neff chỉ ra: “Bạn phải xem xét không chỉ trọng lượng của dụng cụ vặn vít mà còn cả lực tác dụng lên các khớp nối. “Nếu không, bạn sẽ thường xuyên làm quá tải các khớp nối, điều này sẽ làm hỏng các cảm biến an toàn tích hợp.” Ngoài ra Neff cho rằng: “Hệ thống thường có thể được thiết lập trong vòng chưa đầy bốn giờ so với bốn ngày hoặc hơn đối với SCARA truyền thống hoặc rô bốt sáu trục”. “Cho đến nay, hệ thống đã được khách hàng của chúng tôi đón nhận nồng nhiệt và nó đang được sử dụng bởi cả các nhà sản xuất lớn và nhỏ. Neff cho biết: “Một trong những mô đun gần đây nhất mà chúng tôi đã xây dựng là cho một nhà sản xuất thiết bị lớn đang sử dụng máy để lắp ráp các bộ điều khiển điện tử cho máy rửa bát,” Neff nói. “Chúng tôi cũng đã vận chuyển hệ thống bắt vít cho một nhà sản xuất máy bơm bể phốt và một nhà cung cấp ô tô nhỏ để sản xuất các tấm nội thất”. “Hai ưu điểm chính của rô bốt cộng tác là an toàn và dễ lập trình”, ASG's Wright cho biết thêm “Tuy nhiên, chúng kém chính xác và chậm hơn so với các loại rô bốt khác thường được sử dụng cho các ứng dụng vặn vít, chẳng hạn như SCARA hoặc 6 trục.”

Hình 2: Cobot cộng tác – Nguồn: Kuka.com

Với những ưu điểm rõ rệt, rô bốt công nghiệp và robot cộng tác đang được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đặc biệt là trong công đoạn lắp ráp. Giúp các nhà máy nâng cao hệ thống tự động hóa, nâng cao hiệu quả sản xuất, tăng cường lợi thế cạnh tranh.