Cảm biến thông minh cho robot công nghiệp thông minh hơn

long8564

Active Member
Moderator
Theo Statista, trong thập kỷ qua, doanh số bán robot công nghiệp trên toàn cầu đã tăng gấp ba lần. Robot không chỉ trở nên phổ biến hơn mà chức năng của chúng cũng tăng lên, cho phép tự động hóa các nhiệm vụ phức tạp hơn. Tại đây, Richard Mount, Giám đốc Kinh doanh tại Swindon Silicon Systems, giải thích cách Mạch tích hợp (IC) tùy chỉnh có thể kích hoạt rô-bốt thông minh hơn, điều khiển bằng cảm biến.
Rô-bốt từ lâu đã được sử dụng trong các nhà máy, nhưng trong nhiều năm, chúng bị giam giữ trong lồng an toàn để thực hiện lặp đi lặp lại một nhiệm vụ một cách hoàn hảo. Với sự ra đời của rô-bốt hợp tác hay còn gọi là cobot, quan điểm truyền thống về rô-bốt công nghiệp này không còn đúng nữa. Đến cuối năm 2025, cobot dự kiến sẽ chiếm 34% tổng doanh số bán robot, đại diện cho một kỷ nguyên mới của robot công nghiệp.

Để di chuyển xung quanh nhà máy một cách an toàn với độ chính xác, cobot phải thu thập và phân tích lượng dữ liệu khổng lồ về môi trường của chúng. Điều đó bao gồm dữ liệu vị trí liên quan đến vị trí của cobot và các đồng nghiệp con người của nó, cũng như các thông số vận hành chính để giúp đảm bảo robot hoạt động hiệu quả, năng suất và an toàn. Khi công nghệ robot và tự động hóa tiếp tục phát triển, các cảm biến sẽ là cơ sở cung cấp dữ liệu quan trọng cần thiết cho các hệ thống này.

kiểm soát tối đa
Những robot công nghiệp đầu tiên chủ yếu được sử dụng để di chuyển các vật thể từ vị trí này sang vị trí khác. Ngày nay, hầu như không có giới hạn nào đối với khả năng của robot, từ hàn và khoan đến lắp ráp và kiểm tra. Để hoàn thành từng quy trình này, điều quan trọng là rô-bốt phải kiểm soát chính xác các chuyển động của chúng.

Robot công nghiệp sử dụng một số lượng lớn các cảm biến để chọn đường đi, nhận biết những thay đổi trong môi trường và đưa ra phán đoán chính xác trong các tình huống phức tạp. Ví dụ: cảm biến mô-men xoắn mang lại cho rô bốt cảm giác 'chạm', cho phép chúng tương tác an toàn với môi trường của chúng. Hầu hết các cảm biến mô-men xoắn đều sử dụng đồng hồ đo biến dạng, giúp chuyển đổi áp suất tác dụng thành tín hiệu điện có thể đo được.

Bằng cách kết hợp nhiều đồng hồ đo, cảm biến mô-men xoắn có thể xác định cường độ và hướng của lực. Điều này cho phép rô-bốt công nghiệp xử lý và lắp ráp các vật dễ vỡ một cách tinh vi mà không gây hư hại.


Làm việc an toàn với con người
Ngay cả nhà máy tự động hóa cao nhất vẫn sẽ có nhiều nhân viên là con người, vì vậy rô-bốt công nghiệp phải có khả năng làm việc an toàn cùng với đồng nghiệp là con người. Môi trường sàn nhà máy có thể bận rộn và không khoan nhượng, vì vậy robot có thể gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa công nhân là con người và các thiết bị khác của nhà máy.

Cảm biến xúc giác được sử dụng trong cobot bao gồm các loại áp điện, áp điện, điện dung và đàn hồi. Công nghệ áp điện có thể thu thập dữ liệu từ các khớp của cobot và truyền thông tin đó đến bộ điều khiển. Cảm biến điện dung có thể hoạt động như cảm biến tiệm cận, cho phép cobot chạy chậm lại khi phát hiện thấy sự hiện diện của một vật thể trên đường đi của nó. Hầu hết các cảm biến phát hiện, như cảm biến khu vực, giúp nó giảm tốc độ hoặc dừng lại khi có người lao động ở gần bằng cách tránh va chạm.

tiếp tục di chuyển
Công nghệ cảm biến cũng có thể hỗ trợ bảo trì robot. Công nghệ cảm biến được kết nối cho phép các nhà sản xuất hiểu khi nào thiết bị robot cần sửa chữa và chủ động giải quyết các vấn đề về hiệu suất trước khi xảy ra bất kỳ hư hỏng nghiêm trọng nào.

Cảm biến nhiệt độ là một phần quan trọng trong quá trình tự chẩn đoán của rô-bốt, vì các bộ phận quá nóng là một dấu hiệu tốt cho thấy có lỗi. Ngoài ra, các mẫu trục máy — được xác định bởi các cảm biến thông minh trong bộ mã hóa tuyến tính — có thể được sử dụng để dự đoán mức độ hao mòn của các bộ phận khác nhau và từ đó dự đoán thời điểm cần thay thế chúng.


Thông minh nhất có thể
Rô-bốt hoạt động chính xác và an toàn trong các nhiệm vụ phức tạp dựa vào các cảm biến hoạt động đáng tin cậy và chính xác như dự kiến. Cảm biến thông minh kết hợp một phần tử cảm biến, điều hòa tín hiệu, xử lý tín hiệu và liên kết truyền thông, có dây hoặc không dây. Biến được theo dõi bởi các cảm biến này thường là tín hiệu tương tự, nhưng phải được chuyển đổi thành tín hiệu số để dữ liệu được phân tích và sử dụng.

Điều này có thể được thực hiện với một số Mạch tích hợp (IC) có sẵn, nhưng để tối ưu hóa và phân biệt hiệu suất, các kỹ sư hệ thống nên xem xét Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC). ASIC được thiết kế có tính đến một chức năng cụ thể và cho phép đầu tư vào hiệu suất ở những nơi quan trọng nhất, giúp đáp ứng các yêu cầu chính xác của nhà sản xuất và tách biệt chúng khỏi đối thủ cạnh tranh.

Khi thiết kế ASIC cho một ứng dụng robot, công ty thiết kế ASIC sẽ tích hợp càng nhiều thành phần càng tốt vào một gói duy nhất. Điều này có thể bao gồm cảm biến khi thực tế hoặc dự án có thể yêu cầu cảm biến được đặt bên ngoài ASIC hoặc được đóng gói đồng thời trong cấu hình Hệ thống trong Gói (SiP).

Điều này cũng đúng đối với bộ vi điều khiển và phần tử giao tiếp, trong đó có thể áp dụng cách tiếp cận tối ưu hóa về việc tích hợp vào silicon hay đóng gói cùng với các khuôn trần khác. Cả hai cách tiếp cận đều làm giảm đáng kể số lượng thành phần hệ thống, do đó làm tăng độ bền và độ tin cậy của hệ thống.

ASIC cũng mang lại những lợi ích lớn khi xem xét sự lỗi thời. Trước khi bắt đầu giai đoạn thiết kế ASIC, một quy trình silicon được xác định không chỉ cung cấp các thuộc tính hiệu suất cần thiết mà còn mang lại tuổi thọ cần thiết cho vòng đời dự kiến của sản phẩm.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp hiếm gặp, nhà cung cấp ASIC sẽ hợp tác chặt chẽ với khách hàng để tạo ra một kế hoạch không lỗi thời, sử dụng các kỹ thuật như lưu trữ các tấm wafer trong tủ chứa nitơ khô trong tối đa 30 năm, điều này sẽ cung cấp một ngân hàng khuôn cho các yêu cầu trong tương lai, như một ví dụ. Điều này dẫn đến việc khách hàng loại bỏ nhu cầu thiết kế lại hệ thống tốn kém và đánh giá lại. Swindon có chính sách không lỗi thời, nghĩa là ASIC của họ được sản xuất với mục tiêu không lỗi thời, vì vậy chúng có thể được cung cấp trong suốt vòng đời của sản phẩm.

Bảo vệ Sở hữu Trí tuệ (IP) là một thế mạnh quan trọng của ASIC và Swindon cung cấp cho khách hàng của mình toàn quyền sở hữu thiết kế hệ thống hoàn chỉnh, để đảm bảo IP hệ thống của họ mang lại lợi ích cho họ và chỉ riêng họ. Việc chọn một đối tác ASIC không bán các bộ phận tiêu chuẩn, chẳng hạn như Swindon, cũng sẽ giảm bớt nguy cơ IP của bạn có khả năng được sử dụng vào một ngày trong tương lai trong một sản phẩm nội bộ.

Nhìn về tương lai, chúng ta có thể mong đợi sự phổ biến của robot công nghiệp sẽ tiếp tục theo xu hướng tăng lên. Có vẻ như các robot của tương lai sẽ có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn với độ chính xác và khả năng kiểm soát ngày càng cao. Cảm biến thông minh sẽ là nền tảng cho sự tiến bộ này và các nhà sản xuất chọn tuyến đường ASIC có thể chắc chắn rằng cảm biến của họ sẽ là duy nhất, đáng tin cậy, mạnh mẽ và hoạt động theo yêu cầu chính xác của họ trong suốt vòng đời của sản phẩm

Nguồn : https://www.themanufacturer.com/articles/smart-sensors-for-smarter-industrial-robotics/
 
Last edited:
Top