Là thiết bị chủ chốt trong tự động hóa công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí lao động. Tuy nhiên, chi phí mua sắm cao thường trở thành rào cản lớn đối với các doanh nghiệp muốn áp dụng robot công nghiệp. Nhiều người có thể cho rằng cấu trúc thân máy phức tạp của robot công nghiệp dẫn đến chi phí sản xuất cao. Trong thực tế, cấu trúc cơ thể chỉ chiếm khoảng 10%-28% trong tổng chi phí. Điều thực sự quyết định giá của robot công nghiệp là các thành phần cốt lõi: bộ giảm tốc, động cơ servo và bộ điều khiển. Cùng với nhau, ba thành phần cốt lõi này chiếm khoảng 70% tổng chi phí, đóng vai trò là yếu tố chính trong hiệu suất của robot và các khía cạnh thách thức về mặt công nghệ nhất.
Bộ điều khiển là hệ thống điều khiển cốt lõi của robot công nghiệp, hoạt động giống như bộ não con người. Nó nhận và xử lý dữ liệu cảm biến, thực hiện lập kế hoạch chuyển động và điều phối chuyển động của từng khớp. Một bộ điều khiển xuất sắc phải có những đặc điểm chính sau:
• Khả năng tính toán cao:
Robot công nghiệp cần xử lý lượng lớn dữ liệu cảm biến trong thời gian thực và thực hiện các phép tính động học và động học phức tạp, đòi hỏi khả năng tính toán mạnh mẽ.
• Hiệu suất thời gian thực:
Bộ điều khiển phải phản hồi nhanh chóng với các lệnh bên ngoài và phản hồi của cảm biến để đảm bảo điều khiển chuyển động chính xác và theo thời gian thực.
• Tính ổn định và tin cậy:
Hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, bộ điều khiển phải duy trì độ tin cậy và ổn định cao để hoạt động liên tục.
• Hỗ trợ các thuật toán điều khiển chuyển động nâng cao:
Robot công nghiệp hiện đại thực hiện các quỹ đạo chuyển động phức tạp (ví dụ: nội suy tuyến tính, nội suy vòng tròn), cần có bộ điều khiển hỗ trợ các thuật toán phức tạp.
Sự phức tạp của công nghệ điều khiển nằm ở thiết kế phần cứng, phát triển phần mềm và tối ưu hóa thuật toán. Bộ xử lý hiệu suất cao, giao diện cảm biến chính xác và thuật toán điều khiển tiên tiến đều góp phần làm tăng chi phí. Ngoài ra, bộ kiểm soát liên quan đến sở hữu trí tuệ và phí cấp phép, làm tăng thêm cơ cấu chi phí.
Bộ giảm tốc là thành phần cốt lõi trong các khớp nối của robot công nghiệp, có nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ quay cao của động cơ thành tốc độ thấp, đầu ra mô-men xoắn cao đồng thời đảm bảo độ chính xác và ổn định của chuyển động. Nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tải, tốc độ và độ chính xác định vị của robot.
Chi phí cao của bộ giảm tốc bắt nguồn từ:
• Độ chính xác sản xuất cực cao:
Đặc biệt đối với ổ đĩa điều hòa và hộp giảm tốc RV, gia công bánh răng bên trong đòi hỏi độ chính xác ở mức micron, đòi hỏi thiết bị đắt tiền và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.
• Quy trình sản xuất phức tạp:
Quá trình sản xuất hộp giảm tốc bao gồm nhiều bước—nghiền, xử lý nhiệt, lắp ráp—mỗi bước đều đòi hỏi trình độ tay nghề và chuyên môn lành nghề.
• Tiêu chuẩn vật liệu cao:
Bộ giảm tốc phải chịu mô-men xoắn và lực va đập cao, đòi hỏi vật liệu có độ bền cao, chống mài mòn và đắt tiền.
Trong số các loại bộ giảm tốc khác nhau, bộ truyền động điều hòa và bộ giảm tốc RV được sử dụng rộng rãi trong các khớp nối robot do độ chính xác, độ cứng và mật độ mô-men xoắn cao. Tuy nhiên, khó khăn trong sản xuất cũng khiến chúng trở nên đắt nhất.
Động cơ servo đóng vai trò là "nguồn năng lượng" của robot công nghiệp, cung cấp khả năng điều khiển chuyển động với các điều chỉnh định vị, tốc độ và mô-men xoắn chính xác. Không giống như động cơ tiêu chuẩn, động cơ servo cho phép thực hiện chuyển động chính xác dựa trên tín hiệu điều khiển, đảm bảo robot đi theo quỹ đạo được xác định trước.
Chi phí cao của động cơ servo là do:
• Khả năng phản hồi cao:
Phải nhanh chóng điều chỉnh để điều khiển tín hiệu cho các chuyển động tốc độ cao và chính xác.
• Độ chính xác vượt trội:
Yêu cầu điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn có độ chính xác cao để robot chuyển động trơn tru.
• Độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt:
Phải chịu được nhiệt độ cao, độ rung và bụi trong môi trường công nghiệp.
Để đáp ứng những nhu cầu này, động cơ servo sử dụng vật liệu từ tính hiệu suất cao, cảm biến chính xác và thuật toán điều khiển phức tạp, tất cả đều góp phần làm tăng chi phí.
Giá thành cao của robot công nghiệp không xuất phát từ cấu trúc cơ thể của chúng mà là do chúng các thành phần cốt lõi—bộ giảm tốc, động cơ servo, và bộ điều khiển. Ba yếu tố này không chỉ quan trọng đối với hiệu suất của robot mà còn đại diện cho những rào cản công nghệ cao nhất trong ngành.
