Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, robot 6 trục là một trong những cấu hình robot công nghiệp được sử dụng phổ biến nhờ khả năng chuyển động linh hoạt, tiếp cận chi tiết từ nhiều hướng và thực hiện các thao tác phức tạp. Từ hàn, lắp ráp, gắp đặt đến sơn, palletizing hay gia công, robot 6 trục có thể đáp ứng nhiều yêu cầu tự động hóa khác nhau.

Vậy robot 6 trục là gì, cấu tạo gồm những bộ phận nào và loại robot này hoạt động như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Robot 6 trục là gì?

Robot 6 trục (6-axis robot) là một loại robot công nghiệp dạng cánh tay khớp nối (articulated robot) được thiết kế với 6 trục chuyển động độc lập, tương ứng với 6 bậc tự do (6 Degrees of Freedom – 6 DOF). Cấu hình này cho phép robot di chuyển trong không gian ba chiều và đồng thời thay đổi hướng của công cụ ở đầu cánh tay.

Có thể hình dung robot 6 trục tương tự một cánh tay con người. Ba trục đầu tiên chủ yếu đảm nhiệm việc đưa cánh tay đến vị trí cần thao tác, trong khi ba trục còn lại tập trung vào việc định hướng đầu công tác (EOAT).

Nhờ 6 bậc tự do, robot có thể thực hiện các chuyển động theo không gian X, Y, Z kết hợp với ba chuyển động quay Roll, Pitch và Yaw. Đây là yếu tố giúp robot 6 trục có khả năng tiếp cận sản phẩm ở nhiều góc độ và xử lý những quỹ đạo phức tạp.

Cấu tạo của robot 6 trục

Một hệ thống robot 6 trục hoàn chỉnh thường gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau, trong đó có các bộ phận chính:

1. Cánh tay robot và 6 trục chuyển động

Đây là phần cơ khí tạo nên khả năng chuyển động của robot. Sáu trục được bố trí từ phần đế robot đến cổ tay và đầu công tác.

Thông thường:

• Trục 1: xoay toàn bộ cánh tay quanh đế robot.
• Trục 2: nâng hoặc hạ phần cánh tay dưới.
• Trục 3: thay đổi tầm với và vị trí của cánh tay.
• Trục 4: xoay phần cổ tay.
• Trục 5: nghiêng cổ tay lên hoặc xuống.
• Trục 6: xoay đầu công tác để định hướng dụng cụ.

Cách phân chia cụ thể có thể khác nhau tùy thiết kế của từng hãng robot, nhưng về nguyên tắc, sáu trục phối hợp để tạo ra khả năng định vị và định hướng linh hoạt cho đầu công tác.

2. Động cơ servo và encoder

Mỗi khớp robot được điều khiển bởi hệ thống truyền động, thường sử dụng servo motor kết hợp encoder để kiểm soát vị trí, tốc độ và chuyển động của từng trục.

Encoder cung cấp thông tin phản hồi về vị trí thực tế của trục, giúp bộ điều khiển điều chỉnh chuyển động theo lệnh lập trình.

3. Bộ điều khiển robot

Robot controller là bộ phận xử lý chương trình và điều phối chuyển động của toàn bộ 6 trục. Bộ điều khiển tính toán quỹ đạo, tốc độ, vị trí và sự phối hợp giữa các trục để đầu công tác di chuyển đến đúng vị trí mong muốn.

4. EOAT – công cụ đầu cuối

EOAT (End-of-Arm Tooling) là thiết bị được gắn ở cuối cánh tay robot để thực hiện công việc thực tế.

Tùy ứng dụng, EOAT có thể là:

• Gripper gắp sản phẩm.
• Súng hàn.
• Đầu phun sơn.
• Đầu hút chân không.
• Dụng cụ mài, đánh bóng.
• Đầu bắt vít hoặc lắp ráp.

Chính khả năng thay đổi EOAT giúp một robot 6 trục có thể được sử dụng cho nhiều quy trình sản xuất khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của robot 6 trục

Về cơ bản, robot 6 trục hoạt động dựa trên sự phối hợp đồng thời của 6 khớp chuyển động.

Khi người vận hành hoặc chương trình tự động xác định một vị trí và hướng cần tiếp cận, bộ điều khiển sẽ tính toán cách để sáu trục phối hợp với nhau nhằm đưa TCP (Tool Center Point) đến tọa độ mục tiêu.

Quá trình có thể khái quát như sau:

Lệnh chương trình → Bộ điều khiển → Tính toán quỹ đạo → Servo motor → 6 trục phối hợp → EOAT thực hiện thao tác.

Robot có thể được lập trình theo nhiều hệ tọa độ khác nhau như hệ tọa độ khớp (Joint), tọa độ Descartes XYZ, hệ tọa độ Tool hoặc User Frame. Nhờ đó, robot có thể thực hiện những đường chuyển động phức tạp thay vì chỉ di chuyển theo các đường thẳng đơn giản.

Ưu điểm của robot 6 trục

Linh hoạt trong không gian 3D

Đây là ưu điểm nổi bật nhất của robot 6 trục. Robot có thể tiếp cận sản phẩm từ nhiều hướng và thay đổi góc của đầu công tác, phù hợp với các quy trình yêu cầu thao tác đa chiều.

Thực hiện được nhiều ứng dụng

Một robot có thể đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ khác nhau khi thay đổi EOAT và chương trình điều khiển. Đây là lý do robot 6 trục được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền tự động hóa.

Độ chính xác và khả năng lặp lại cao

Hệ thống servo, encoder và bộ điều khiển giúp robot thực hiện các chuyển động theo quỹ đạo được lập trình với độ chính xác và khả năng lặp lại cao, phù hợp với những công đoạn yêu cầu tính ổn định.

Tiết kiệm nhân công

Robot có thể thực hiện các công việc lặp đi lặp lại trong thời gian dài, giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công, đặc biệt ở những công đoạn nặng nhọc, nguy hiểm hoặc có môi trường làm việc không thuận lợi.

Ứng dụng của robot 6 trục trong thực tế

Nhờ tính linh hoạt cao, robot 6 trục được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất:

• Gắp đặt và vận chuyển: Robot thực hiện pick & place, phân loại, cấp phôi hoặc di chuyển sản phẩm giữa các công đoạn.
• Hàn tự động: Robot MIG/TIG có thể điều khiển súng hàn theo những quỹ đạo phức tạp, duy trì hướng và vị trí phù hợp với đường hàn.
• Palletizing: Robot lấy sản phẩm từ băng tải và xếp lên pallet theo nhiều kiểu bố trí khác nhau.
• Lắp ráp: Sáu bậc tự do cho phép robot tiếp cận linh kiện từ nhiều hướng, phù hợp với các công đoạn assembly.
• Sơn và phủ bề mặt: Robot có thể duy trì hướng đầu phun theo bề mặt sản phẩm, giúp quá trình sơn hoặc phủ được đồng đều.
• Machine tending: Robot cấp phôi cho máy CNC, lấy sản phẩm sau gia công và đưa sang công đoạn tiếp theo.
• Mài và đánh bóng: Khả năng điều chỉnh góc của đầu công tác giúp robot xử lý các bề mặt, cạnh hoặc hình dạng phức tạp.

Robot 6 trục khác gì robot 4 trục?

Điểm khác biệt chính nằm ở số bậc tự do và khả năng định hướng đầu công tác.

Robot 4 trục thường phù hợp với các tác vụ tốc độ cao, chuyển động tương đối đơn giản như gắp đặt hoặc palletizing trong những điều kiện nhất định. Trong khi đó, robot 6 trục có thêm các trục ở phần cổ tay, cho phép xoay và nghiêng đầu công tác linh hoạt hơn.

Theo ASME, robot 6 trục có khả năng chuyển động theo X, Y, Z đồng thời thực hiện các chuyển động Roll, Pitch và Yaw, nhờ đó phù hợp với những công việc phức tạp hơn như hàn, palletizing và machine tending.

Khi nào nên sử dụng robot 6 trục?

Robot 6 trục là lựa chọn phù hợp khi ứng dụng có một hoặc nhiều yêu cầu sau:

• Cần tiếp cận sản phẩm từ nhiều hướng.
• Đầu công tác phải thay đổi góc liên tục.
• Quỹ đạo chuyển động phức tạp.
• Một robot cần đảm nhiệm nhiều công đoạn.
• Ứng dụng yêu cầu độ chính xác và khả năng lặp lại cao.
• Cần tự động hóa các công việc như hàn, sơn, lắp ráp, machine tending, gắp đặt hoặc xử lý bề mặt.

Ngược lại, nếu ứng dụng chỉ yêu cầu chuyển động đơn giản trên một mặt phẳng hoặc cần tốc độ cực cao cho các sản phẩm nhẹ, những cấu hình như SCARA hoặc Delta có thể phù hợp hơn. Việc lựa chọn robot nên dựa trên tải trọng, tầm với, tốc độ, độ chính xác, không gian lắp đặt và đặc điểm của từng công đoạn.

Với 6 bậc tự do, robot 6 trục mang lại khả năng chuyển động và định hướng linh hoạt, đáp ứng từ những tác vụ gắp đặt đơn giản đến các quy trình phức tạp như hàn, sơn, lắp ráp, gia công và xử lý bề mặt. Đây cũng là một trong những cấu hình robot công nghiệp phổ biến nhờ sự cân bằng giữa tính linh hoạt, độ chính xác và khả năng ứng dụng đa dạng.

Đối với doanh nghiệp đang triển khai tự động hóa, việc lựa chọn robot 6 trục không chỉ phụ thuộc vào số trục mà cần đánh giá tổng thể tải trọng, tầm với, tốc độ, độ chính xác, EOAT, controller và khả năng tích hợp với các thiết bị khác trong dây chuyền. Đây là cơ sở để xây dựng một giải pháp robot phù hợp với yêu cầu sản xuất thực tế.