Trong thế giới robot đang phát triển nhanh chóng như hiện nay, công nghệ khí nén mở ra những tiềm năng mới trong cách robot vận hành và thực hiện các tác vụ ngày càng phức tạp. Việc chuyển đổi khí nén thành chuyển động cơ học, giúp hệ thống khí nén mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, đặc biệt trong những trường hợp mà nguồn điện không đáp ứng được yêu cầu của bài toán.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các nguyên lý cơ bản của hệ thống khí nén, cách chúng được ứng dụng trong robot, phân tích ưu, nhược điểm, và giới thiệu một số ví dụ thực tế.

Bộ phận cấu thành một hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén sử dụng không khí được nén lại, để tạo ra lực cơ học, đây là một thành phần quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, đóng gói và lắp ráp, v.v. Các hệ thống này có chi phí thấp, trọng lượng nhẹ, hiệu suất cao và dễ điều khiển, giúp chúng trở thành lựa chọn phù hợp cho nhiều ứng dụng robot.

• Máy nén khí (Compressor): Có nhiệm vụ nén không khí để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống.
• Bình chứa khí (Air Tank): Lưu trữ không khí đã được nén, đảm bảo nguồn năng lượng ổn định và liên tục.
• Van (Valves): Điều khiển hướng và lưu lượng khí, giúp khí di chuyển đến đúng vị trí cần thiết.
• Cơ cấu chấp hành (Actuators): Biến áp suất khí nén thành chuyển động cơ học, thường thấy trong đầu gắp, cơ cấu hút chân không, hoặc thiết bị gá kẹp.
• Ống dẫn và đầu nối (Tubing and Fittings): Kết nối toàn bộ hệ thống, cho phép khí lưu thông từ máy nén đến bình chứa, van và cơ cấu chấp hành một cách trơn tru.

Hệ thống khí nén có nhiều ưu điểm như nhẹ, chi phí thấp và dễ bảo trì hơn so với các hệ thống điều khiển chuyển động khác. Tuy nhiên, chúng cũng có một số hạn chế nhất định.

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống khí nén trong robot

Ưu điểm:

- Trọng lượng nhẹ và thiết kế nhỏ gọn: Các linh kiện khí nén thường nhẹ và chiếm ít không gian, rất phù hợp cho những robot có thiết kế nhỏ gọn.

- Dễ vận hành, chi phí bảo trì thấp: Hệ thống khí nén dễ điều khiển, ít hỏng hóc và tiết kiệm chi phí vận hành lâu dài.

- Kiểm soát lực và vị trí chính xác: Áp suất khí có thể được điều chỉnh để kiểm soát lực tác động. Dù không đạt độ chính xác tuyệt đối về vị trí, nhưng khí nén vẫn phù hợp cho các chuyển động từ điểm này đến điểm khác (point-to-point) hoặc thao tác gắp và thả (pick-and-place) bằng chân không.

Hạn chế:

- Lực tác động thấp: Hệ thống khí nén tạo ra lực nhỏ hơn so với thủy lực, nên không phù hợp cho các ứng dụng nặng. Lực tạo ra phụ thuộc vào đường kính xy-lanh và áp suất, có thể bị giới hạn bởi không gian lắp đặt và việc bố trí ống dẫn trên cánh tay robot.

- Nhạy cảm với nhiệt độ: Hiệu suất của hệ thống khí nén giảm khi làm việc trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt. Khi đó, chất lượng khí và thiết kế hệ thống cần được đảm bảo để duy trì độ tin cậy.

Mặc dù có những hạn chế, hệ thống khí nén vẫn là lựa chọn hiệu quả cho nhiều ứng dụng robot nếu được thiết kế và sử dụng đúng cách.

Cơ cấu chấp hành khí nén dành cho robot trong sản xuất

Các cơ cấu khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển, kẹp giữ và di chuyển sản phẩm trong dây chuyền sản xuất. Dưới đây là các loại tay kẹp khí nén (Air Gripper) của SMC được dùng riêng cho từng loại robot trên thị trường hiện nay:

Ngoài ra, các model robot kể trên hoàn toàn có thể tích hợp với:

• RMHZ2, Bộ tay kẹp khí nén cho robot cộng tác, loại tiêu chuẩn, vận hành đơn giản chỉ với 1 đường cấp khí và 1 dây điện. 

• MHR, Bộ tay kẹp khí nén cho robot cộng tác, loại 3 ngón sử dụng cơ cấu đóng, mở song song, được trang bị dẫn hướng con lăn chéo (cross roller guide) giúp chuyển động mượt mà, không rung động, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và ít phải bảo trì.

• MHS, Bộ tay kẹp khí nén cho robot cộng tác, loại 4 ngón phù hợp gắp phôi vuông cũng như gắp các vật tròn. Thiết kế cam hình nêm (wedge cam) có kích thước nhỏ gọn nhưng vẫn duy trì lực kẹp cao, phù hợp cho các ứng dụng trong không gian hạn chế.

• RMHF2, Bộ tay kẹp khí nén cho robot cộng tác, loại hành trình dài.

• Cốc hút chân không dòng ZXP (Vacuum Gripper for Collaborative Robots ZXP) của SMC, với đa dạng phiên bản tương thích cho từng thương hiệu robot. 

Temas là nhà phân phối chính hãng của SMC tại Việt Nam, nếu  bạn cần hỗ trợ lựa chọn cơ cấu chấp hành khí nén phù hợp cho robot, hãy liên hệ với chúng tôi. Đội ngũ kỹ thuật sẽ đề xuất giải pháp tối ưu nhất cho ứng dụng của bạn.

Bảng so sánh hệ thống khí nén với hệ thống điện

Nếu bạn chưa lựa chọn được giải pháp phù hợp, hãy liên hệ với chuyên gia của chúng tôi để được tư vấn ứng dụng chi tiết.

Ứng dụng của hệ thống khí nén trong robot

Hệ thống khí nén đóng vai trò quan trọng trong robot, giúp điều khiển chuyển động hiệu quả cho các tác vụ như nâng, gắp, di chuyển sản phẩm. Nhờ ưu điểm gọn, nhẹ và tiết kiệm năng lượng, hệ thống khí nén đặc biệt lý tưởng cho các thiết kế robot cần tối ưu không gian và trọng lượng.

Ví dụ thực tế về ứng dụng khí nén:

Khí nén được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như:

• Dây chuyền lắp ráp tự động: Cơ cấu chấp hành khí nén giúp điều khiển tay robot dễ dàng và chính xác trong quá trình xử lý sản phẩm.
• Robot gắp–đặt (Pick-and-Place): Đầu gắp khí nén giúp robot thao tác nhanh, chính xác trong phân loại, đóng gói hoặc lắp ráp linh kiện.
• Robot đóng gói và xử lý vật liệu: Robot gắp, di chuyển và đóng gói sản phẩm an toàn, hiệu quả, từ ngành thực phẩm đến logistics, palletizing hay phân loại sản phẩm.

6 lưu ý khi bắt đầu sử dụng khí nén trong robot

1. Hiểu rõ nguyên lý cơ bản: Nắm vững các thành phần chính như máy nén, bình chứa, van và cơ cấu chấp hành.

2. Xác định đúng nhu cầu ứng dụng: Cân nhắc tác vụ robot cần thực hiện (nâng, gắp, định vị, v.v.) để xem khí nén có phù hợp không.

3. Đảm bảo tính tương thích của linh kiện: Chọn đúng kích thước van, ống dẫn và cơ cấu chấp hành để hệ thống hoạt động trơn tru.

4. Tối ưu không gian và trọng lượng: Tận dụng ưu điểm nhẹ và nhỏ gọn của khí nén cho những thiết kế robot bị giới hạn không gian.

5. Theo dõi ảnh hưởng của nhiệt độ: Xem xét điều kiện môi trường làm việc vì khí nén dễ bị ảnh hưởng bởi thay đổi nhiệt độ.

6. Bảo trì định kỳ: Lên kế hoạch bôi trơn và kiểm tra hệ thống thường xuyên để tránh hư hỏng hoặc suy giảm hiệu suất.

Tuân thủ các lưu ý trên sẽ giúp bạn triển khai hệ thống khí nén hiệu quả, phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng robot.

Hệ thống khí nén đóng vai trò quan trọng trong robot hiện đại, mang lại giải pháp nhẹ, hiệu quả và chính xác cho các tác vụ như nâng, gắp, và di chuyển vật liệu. Chúng đặc biệt phù hợp trong những ứng dụng yêu cầu tiết kiệm năng lượng, tối ưu trọng lượng và không gian lắp đặt.

Tham khảo: Sản phẩm SMC