Nhiều kỹ sư quan tâm đến những cỗ máy thế hệ tiếp theo có thể điều khiển lực và làm việc an toàn cùng với con người trên dây chuyền lắp ráp mà không cần đến các thiết bị an toàn truyền thống.
Kể từ khi robot cộng tác xuất hiện lần đầu tiên cách đây một thập kỷ, chúng đã biến đổi nhiều tầng nhà máy và giúp các nhà sản xuất nhỏ tự động hóa dễ dàng hơn. Công nghệ này cũng cho phép nhiều công ty chuyển sản xuất sang Hoa Kỳ và thực hiện các chiến lược sản xuất đa dạng và khối lượng thấp.
Esben Østergaard, CTO của Universal Robots, công ty tiên phong về hợp tác vào năm 2008, cho biết: "Robot hợp tác ngày nay đặc biệt hấp dẫn vì nhiều lý do. Chúng làm việc cùng với con người thay vì thay thế chúng, điều này đặc biệt có giá trị khi công việc sản xuất bị mất." câu hỏi tế nhị.
Østergaard, người vừa nhận được Giải thưởng Engelberg năm 2018 từ Hiệp hội Công nghiệp Robot vì những đóng góp của ông cho tự động hóa công nghiệp, giải thích: “Chúng tôi muốn trao lại quyền kiểm soát tự động hóa nhà máy cho người vận hành”. “Chúng tôi không muốn thay thế con người mà thay vào đó cung cấp cho họ một công cụ cho phép họ thực hiện công việc hiệu quả hơn. Chúng tôi muốn trao quyền cho họ ngừng làm việc như robot mà thay vào đó trở thành lập trình viên robot và thực hiện nhiều nhiệm vụ có giá trị gia tăng hơn.
Ostergaard cho biết: “Đây có thể là kết quả lâu dài tốt nhất của robot hợp tác”. "Sự phân phối lại sức sáng tạo của con người này, kết hợp với khả năng lặp lại của robot, đáp ứng nhu cầu của cả thị trường và khách hàng. Yêu cầu cá nhân hóa sản phẩm ở mức độ cao. Những thay đổi về chất, cho cả sản phẩm được sản xuất và những người sản xuất ra chúng."
Chris Blanchette, giám đốc điều hành bán hàng tại FANUC America Corp., nơi cung cấp 5 mẫu cobot, cho biết thêm: “Cobots mở ra cơ hội cho các nhà sản xuất trước đây quan tâm đến việc tự động hóa dây chuyền lắp ráp”. “Điều này cuối cùng đã khiến nhiều công ty nhận ra giá trị của tự động hóa.”
Daniel Moore, U. Kỹ sư hỗ trợ kỹ thuật cho biết: “Người vận hành có thể thiết lập máy ghép chỉ với vài giờ đào tạo, nó đủ nhẹ để di chuyển xung quanh nhà máy nhiều lần trong ngày và có thể vận hành mà không cần người bảo vệ hoặc người bảo vệ”. . từ Ao Robotics America. “Về mặt chức năng, bất kỳ điểm yếu hoặc khó khăn nào ở robot truyền thống đều có thể được giải quyết bằng cách thay đổi trọng tâm.”
Matt Fitzgerald, phó chủ tịch sản phẩm của Rethink Robotics Inc., công ty đã phát hành robot cộng tác Baxter vào năm 2012, cho biết: “Trước đây, rất nhiều người sợ robot. Máy cộng tác rất linh hoạt, dễ sử dụng và an toàn khi sử dụng”. vận hành. "
Robot cộng tác dự kiến sẽ tiếp tục cải thiện chất lượng, tăng hiệu quả và giảm chi phí. Tuy nhiên, giống như bất kỳ công cụ tự động hóa nào, hiệu quả tổng thể của chúng phụ thuộc vào việc chọn đúng ứng dụng và lập kế hoạch trước.
Bất chấp sự cường điệu hóa, robot cộng tác có những ưu điểm và nhược điểm mà các kỹ sư sản xuất phải cân nhắc cẩn thận. Công nghệ này rất thú vị nhưng không lý tưởng cho một số loại ứng dụng nhất định. Ví dụ, hai nhược điểm là khả năng nâng hạn chế và tốc độ vận hành thấp hơn.
Theo Liên đoàn Robot Quốc tế, nhu cầu về robot hợp tác đang tăng 60% mỗi năm. Robot cộng tác dự kiến sẽ chiếm 34% tổng doanh số bán robot vào năm 2025, tăng từ mức dưới 5% hiện nay.
Khảo sát việc làm năm 2018 của ASSEMBLY xác nhận xu hướng này. Hơn một phần ba (38%) các nhà lắp ráp có kế hoạch triển khai robot cộng tác trong 12 tháng tới. Con số này cao hơn 7 điểm phần trăm so với năm 2017 và cao hơn 12 điểm phần trăm so với năm 2016.
Bởi vì thế hệ robot cộng tác tiếp theo rất linh hoạt và hầu như không có rào cản an toàn nên nhiều nhà sản xuất đang sử dụng chúng. Những máy này đặc biệt hấp dẫn đối với các công ty nhỏ. Ví dụ, trong số các nhà sản xuất có ít hơn 50 nhân viên, 21% dự định triển khai công nghệ này trong 12 tháng tới. Con số này cao hơn 8 điểm phần trăm so với năm 2017.
Ryan Whitton, nhà phân tích nghiên cứu tại ABI Research, cho biết: "Các nhà sản xuất vừa và nhỏ đang thúc đẩy nhu cầu về robot hợp tác. Điều này được thúc đẩy bởi nhu cầu về các giải pháp sản xuất không liên quan đến đầu tư quy mô lớn vào thiết bị vốn." cánh tay robot lớn. Chúng bao gồm các nhiệm vụ như bảo trì máy, kiểm soát chất lượng và lắp ráp đèn chiếu sáng. "
Whitton cho biết các nhà sản xuất nhỏ cần các giải pháp tự động hóa linh hoạt có thể thích ứng dễ dàng và nhanh chóng với nhu cầu thay đổi. Ông lưu ý: “Họ cần những hệ thống có thể được lập trình dễ dàng và nhanh chóng, đồng thời có thể hỗ trợ nhiều loại tác vụ tự động hóa”. "Robot hợp tác phù hợp với yêu cầu đó."
Whitton dự đoán rằng trong bảy năm tới, lô hàng robot hợp tác sẽ tăng 50%, trong khi lô hàng robot công nghiệp truyền thống sẽ tăng 12%. Và doanh thu toàn cầu từ những chiếc máy này sẽ tăng từ 292 triệu USD hiện nay lên hơn 1 tỷ USD vào năm 2025.
Nhu cầu ngày càng tăng này được thúc đẩy bởi vòng đời sản phẩm ngắn hơn và việc sử dụng ngày càng nhiều các chương trình sản xuất hàng loạt và hỗn hợp nhỏ thay vì sản xuất số lượng lớn và quy mô nhỏ.
Nicholas De Keyser, giám đốc lắp ráp và thử nghiệm robot tại ABB cho biết: “Các nhà sản xuất cần các giải pháp tự động hóa linh hoạt hơn để thích ứng với thị trường một cách nhanh chóng và hiệu quả”. "Hoạt động sản xuất ngày càng trở nên chuyên môn hóa và khó dự đoán hơn, khiến việc tự động hóa trở nên khó khăn hơn.
De Keyser giải thích: “Tự động hóa hợp tác cho phép con người và robot làm việc cùng nhau, giúp sản xuất linh hoạt hơn trong khi vẫn duy trì sự an toàn và năng suất”. “Điều này làm tăng tính linh hoạt trong sản xuất bằng cách cho phép con người và robot làm việc cùng nhau trong các nhiệm vụ mà trước đây cần có hàng rào và lồng bảo vệ.”
De Keyser cho biết: “Trước đây, việc lắp ráp số lượng lớn các sản phẩm tùy chỉnh thường có nghĩa là công việc tẻ nhạt, tinh tế và lặp đi lặp lại”. "Với các robot cộng tác như YuMi của chúng tôi, mọi người có thể tập trung vào các nhiệm vụ nhận thức có ý nghĩa hơn, trong khi robot mang lại độ chính xác và độ bền không mệt mỏi.
De Keyser cho biết: “YuMi có thể được cài đặt trên bất kỳ máy trạm nào trong nhà máy và được phân phối lại khi cần thiết mà không bị giới hạn bởi các rào cản bảo mật truyền thống”. “Điều này làm tăng tính linh hoạt và linh hoạt trong sản xuất, cho phép thay đổi thường xuyên hơn.”
Robot cộng tác đang nổi lên trong các ngành công nghiệp và ứng dụng trước đây dựa vào dây chuyền lắp ráp thủ công.
Blanchette cho biết: “Nhiều công ty đang cố gắng cải thiện một số dây chuyền sản xuất của họ thông qua tự động hóa”. "Họ muốn giải quyết một số lĩnh vực có thể có vấn đề về công thái học hoặc chất lượng. Họ có thể bổ sung cobot mà không cần thay đổi cấu hình của dây chuyền lắp ráp."
Các ứng dụng gia công các bộ phận chung là lý tưởng cho rô-bốt cộng tác. Những công việc nhỏ như sắp xếp các bộ phận hoặc tải máy ép là một khởi đầu tuyệt vời.
Blanchett giải thích: “Bất kỳ nhiệm vụ lắp ráp nào cũng cần đến ba tay, với cobot đóng vai trò là trợ lý của con người”. “Ví dụ, một chiếc máy có thể đỡ được những bộ phận nặng hơn trong khi con người sử dụng tua vít để kết nối các bộ phận.
Blanchette cho biết: “Trong các ứng dụng có vòng đời ngắn, robot cộng tác cho phép các nhà sản xuất chuyển sang sản phẩm mới rất nhanh chóng”. “Chúng tôi cũng nhận thấy nhu cầu về robot cộng tác ngày càng tăng ở những công ty có tỷ lệ luân chuyển nhân viên cao hơn và ở những khu vực đang thiếu hụt lao động nghiêm trọng.”
Samir Patel, giám đốc phát triển sản phẩm và ứng dụng của Kawasaki Robot America, công ty phân phối lại máy móc cho các nhà máy ở nơi khác, cho biết: “Chúng tôi nhận thấy nhu cầu ngày càng tăng từ các nhà sản xuất theo hợp đồng, đặc biệt là các công ty có trụ sở tại Trung Quốc và Mexico”.
Patel giải thích: “Ví dụ: một công ty muốn thay đổi từ loại hoặc kích thước PCB này sang loại khác chỉ cần tháo robot DuAro của chúng tôi và gửi nó đến dây chuyền lắp ráp tiếp theo”. "Họ có thể sử dụng cùng một robot trên dây chuyền lắp ráp và sau đó dễ dàng tái sử dụng nó sau này trên dây chuyền kiểm tra, nơi robot tải và dỡ các bảng mạch vào máy kiểm tra.
Patel cho biết thêm: “Chúng tôi cũng đã thấy cobot của chúng tôi được sử dụng để lắp ráp các bánh răng cho máy in máy tính và các bộ phận quạt nhỏ dùng để làm mát các thiết bị điện tử”. "Robot làm việc bên cạnh con người, giúp con người thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại khó hoàn thành.
Patel cho biết: “Khả năng lặp lại của cỗ máy khớp hai cánh tay của chúng tôi gần bằng khả năng lặp lại của robot sáu trục”. "Chúng tôi quyết định giải quyết vấn đề này khi thiết kế robot. Điều này khiến cho máy đặc biệt phù hợp với các công việc siết chặt như lắp ráp máy tính bảng.
Patel cho biết: “Trong một trường hợp, một cánh tay của máy được sử dụng làm vật cố định trong khi cánh tay còn lại chèn và siết chặt các vít nhỏ 3 mm phải được định vị chính xác”. "Robot của chúng tôi cũng được sử dụng để cố định bảng mạch bên trong thùng máy. Một tay di chuyển bảng mạch lên khung máy trong khi tay kia lắp từng con vít và siết chặt nó bằng tuốc nơ vít tự động."
Robot cộng tác cũng được sử dụng làm hệ thống robot di động có thể điều hướng dây chuyền lắp ráp và thực hiện các hoạt động chiết rót ở bất kỳ đâu và bất kỳ lúc nào. Chiến lược này gần đây đã được triển khai tại nhà máy kết nối điện Stäubli ở Allschwil, Thụy Sĩ, nơi dây chuyền lắp ráp được trang bị các trạm làm việc hoàn toàn tự động và thủ công.
Nền tảng di động HelMo được trang bị robot cộng tác Stäubli TX2 với khả năng chịu tải tối đa 15 kg và phạm vi di chuyển 1200 mm. Các bề mặt cảm ứng sẽ ngay lập tức ngừng chuyển động nếu chúng tiếp xúc trực tiếp với một người. Robot tự động điều hướng một cách tự động đến các trạm làm việc được chỉ định, giảm tốc độ hoặc dừng lại khi mọi người đến quá gần.
HelMo tự định vị với độ chính xác 0,1 mm, hiệu chỉnh vị trí của nó bằng cách sử dụng ba điểm đo được lắp cố định trên máy trạm. Nó kết nối với nguồn điện cố định và ổ cắm khí nén thông qua đầu nối đa chiều và sau đó bắt đầu chuyển động.
Olivier Cremoux, Giám đốc Phát triển Kinh doanh tại Stäubli AG cho biết: “Ngày nay, máy có thể lắp đặt vỏ đầu nối và chân tiếp xúc; ngày mai nó có thể được sử dụng trong các giai đoạn khác của quy trình lắp ráp”. "HelMo không còn được coi là một robot nữa mà là một trợ lý đủ linh hoạt để giúp đỡ khi cần thiết.
Cremu giải thích: “Mục tiêu là…sử dụng robot như một giải pháp thay thế linh hoạt để tăng tính khả dụng của các dây chuyền lắp ráp hỗn hợp hoặc để đáp ứng nhu cầu cao điểm”.
Một trong những lý do khiến robot cộng tác hấp dẫn nhiều nhà sản xuất là vì chúng thường có giá thành thấp hơn robot truyền thống. Chúng cũng có xu hướng có thời gian hoàn vốn và lợi tức đầu tư nhanh hơn vì chúng linh hoạt hơn và có thể dễ dàng tích hợp vào dây chuyền lắp ráp hiện có.
Moore của Universal Robots cho biết: “Chúng tôi thường mong đợi lợi tức đầu tư dưới chín tháng”. "Với tất cả các chi phí tiềm ẩn liên quan đến chế tạo robot truyền thống, cũng như thời gian hoạt động có thể cao hơn của các robot cộng tác được triển khai lại, chúng tôi nhận thấy rằng lợi tức đầu tư thường rất nhanh. Trong ví dụ hấp dẫn nhất của chúng tôi (thường liên quan đến ép phun), khách hàng cho biết ROI ba tháng.
Moore cho biết: “Đối với hầu hết các quy trình lặp lại, tự động hóa sẽ nhất quán và đáng tin cậy hơn con người. "Trong khi hầu hết người dùng cobot đo lường ROI thông qua chi phí lao động và tăng năng suất, nhiều nhà sản xuất cũng nhận thấy sự cải thiện về chất lượng sau khi lắp đặt cobot. Điều này giải phóng lao động để đánh giá và cải tiến các khu vực khác của nhà máy, sau đó tạo thêm tự động hóa và giảm lãng phí."
Các công nghệ hợp tác cũng có thể tối ưu hóa dây chuyền sản xuất, cho phép bố trí mặt bằng cửa hàng thông minh hơn, nhiều chức năng hơn. Robot cộng tác có thể dễ dàng triển khai vào dây chuyền lắp ráp hiện có mà không cần phải cấu hình lại đáng kể.
Fitzgerald của Rethink Robotics cho biết: “Dấu chân nhỏ hơn vì bạn không cần tất cả các biện pháp bảo vệ an toàn và rào cản thường liên quan đến tự động hóa cố định”. "Không giống như các trạm làm việc robot truyền thống cỡ lớn, robot cộng tác không yêu cầu lập kế hoạch trước rộng rãi.
“Nó giúp bạn tiến về phía trước nhanh hơn,” Fitzgerald nói. “Nếu bạn không tính đến điều gì đó trong giai đoạn lập kế hoạch, bạn có thể bù đắp điều đó bằng tính linh hoạt của robot.”
Robot cộng tác cho phép các kỹ sư triển khai tự động hóa nhanh chóng và dễ dàng trong các ứng dụng lắp ráp đòi hỏi mức độ tương tác cao giữa người và máy. Tuy nhiên, vấn đề bảo mật không thể bỏ qua.
Corey Ryan, giám đốc robot y tế Bắc Mỹ tại KUKA Robotics cho biết: “Nhược điểm thực sự duy nhất của robot cộng tác là nhiều người nghĩ rằng chúng 'an toàn' ngay từ đầu.
Ryan cảnh báo: “Thực tế là robot chỉ là một phần của hệ thống và toàn bộ hệ thống cần được đánh giá rủi ro kỹ lưỡng trước khi triển khai”. "Ví dụ, một robot cộng tác có mũi khoan ở đầu vốn dĩ không an toàn nếu không có hệ thống an toàn bổ sung có thể dừng mũi khoan trước khi con người đến quá gần."
Rick Brookshire, giám đốc sản phẩm nhóm của Epson Robotics, cho biết thêm: “Nhiều công ty mua robot hợp tác vì nghĩ rằng chúng có thể loại bỏ các biện pháp phòng ngừa an toàn thông thường”. "Tuy nhiên, nếu đánh giá rủi ro là chính xác, do tính chất của ứng dụng, robot thường sẽ phải sử dụng các biện pháp bảo vệ truyền thống như rèm chắn sáng. Robot an toàn không có nghĩa là ứng dụng an toàn".
Ed Roney, giám đốc tài khoản quốc gia, nhà tích hợp hệ thống được ủy quyền tại FANUC America Corp, cho biết thêm: "Đừng cho rằng bạn có thể loại bỏ tất cả các nhân viên bảo vệ và các biện pháp an ninh khác bằng cobot". cobot. Tuy nhiên, không phải vậy.
Roney nói: “Khi mọi người làm việc trong lĩnh vực tự động hóa, họ cần nhận thức được những mối nguy hiểm mà họ có thể gặp phải”. "Ví dụ: các bộ phận có sắc nhọn hoặc có cạnh sắc có thể gây nguy hiểm về an toàn không?"
Một trong những lập luận chính chống lại robot cộng tác là máy móc hy sinh tốc độ để đảm bảo an toàn. Để hạn chế lực và động lượng, cobot phải hoạt động ở tốc độ thấp hơn các loại robot khác.
Khi nói đến robot cộng tác, các kỹ sư cần xem xét một số hạn chế về hiệu suất. Đến một lúc nào đó, các máy móc truyền thống như robot delta, robot sáu trục hay robot SCARA sẽ trở thành những lựa chọn tự động hóa tốt nhất.