Sự phát triển và tương lai của robot trong sản xuất

Công việc trong ngành công nghiệp thường đòi hỏi phải thực hiện đi thực hiện lại cùng một công việc chân tay, chẳng hạn như nâng và lắp ráp các bộ phận nặng. Những công việc chân tay này có thể tiềm ẩn nhiều rủi ro. Chỉ riêng tại Hoa Kỳ, năm 2023 đã có 5.283 trường hợp tử vong do tai nạn lao động được báo cáo.

Tuy nhiên, với việc sử dụng ngày càng nhiều robot công nghiệp thông minh và các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và thị giác máy tính , nhiều nhiệm vụ rủi ro cao này hiện đang được máy móc xử lý. Robot trong sản xuất hiện có thể nâng vật liệu nặng, kiểm tra thiết bị để phát hiện sự cố và làm việc cùng con người để cải thiện an toàn và hiệu quả trong nhà máy.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cách robot công nghiệp đang thay đổi cách thức hoạt động của nhà máy và góp phần tạo ra môi trường làm việc an toàn và năng suất hơn. Hãy cùng bắt đầu nhé!

Robot công nghiệp là gì?

Robot công nghiệp là những cỗ máy thông minh được thiết kế chuyên biệt để hỗ trợ các công việc sản xuất . Cụ thể, robot trong sản xuất thường được chế tạo để nâng các linh kiện sản phẩm nặng, chẳng hạn như phụ tùng ô tô hoặc máy bay, hoặc để xử lý các công việc nhỏ, chi tiết rất nhanh, như lắp ráp mạch điện tử hoặc đóng gói sản phẩm. 

Không giống như robot hình người mà chúng ta thường thấy trong các bộ phim khoa học viễn tưởng như Kẻ Hủy Diệt hay Tôi, Robot , robot công nghiệp thường đứng yên và được chế tạo với một cánh tay robot duy nhất. Thông thường, cánh tay robot này có thể di chuyển theo nhiều hướng và được lập trình cho các công việc khác nhau trong sản xuất, chẳng hạn như hàn, lắp ráp hoặc di chuyển vật liệu. 

Robot công nghiệp đặc biệt hiệu quả trong việc thực hiện các công việc lặp đi lặp lại một cách nhanh chóng và chính xác mà không cần nghỉ ngơi, điều này khiến chúng trở nên lý tưởng để sử dụng trong các nhà máy và kho bãi. Kết quả là, hơn 4 triệu robot đang được sử dụng trong các nhà máy trên toàn cầu. 

Các loại robot công nghiệp

Robot trong các nhà máy đang ngày càng phổ biến và đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ khác nhau. Dưới đây là một số loại robot công nghiệp khác nhau và cách chúng được sử dụng để giúp công việc nhà máy hiệu quả và an toàn hơn: 

• Robot Descartes: Còn được gọi là robot cổng trục, loại robot này di chuyển theo đường thẳng bằng ba khớp trượt dọc theo trục X, Y và Z. Thiết kế đơn giản của chúng cho phép đạt độ chính xác cao, lý tưởng cho các nhiệm vụ sản xuất và tự động hóa.

• Robot khớp nối: Những robot có cánh tay khớp nối này mô phỏng chuyển động của cánh tay người bằng cách sử dụng nhiều khớp quay. Chúng có tính linh hoạt, phạm vi chuyển động rộng và thường được sử dụng trong lắp ráp, sơn và đóng gói.

• Robot Delta: Với ba cánh tay nhẹ được kết nối với đế hình tam giác, robot Delta được thiết kế để đạt tốc độ và sự linh hoạt. Chúng rất phù hợp cho các hoạt động gắp và đặt tốc độ cao, đặc biệt là trong ngành đóng gói.

• Robot cực: Trong số các loại robot công nghiệp đầu tiên, robot cực sử dụng kết hợp các khớp quay và khớp thẳng để tạo ra phạm vi chuyển động hình cầu. Chúng hữu ích cho các nhiệm vụ đòi hỏi phạm vi tiếp cận rộng, đa hướng.

• Robot SCARA: Viết tắt của Selective Compliance Assembly Robot Arm (Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ chọn lọc), robot SCARA sử dụng hai khớp quay và một khớp tuyến tính. Chúng lý tưởng cho các nhiệm vụ đòi hỏi chuyển động ngang và dọc nhanh chóng và chính xác, chẳng hạn như lắp ráp thiết bị điện tử và chế biến thực phẩm.

Lịch sử của robot trong sản xuất

Trước khi đi sâu vào các ví dụ cụ thể về cách robot công nghiệp tạo ra sự khác biệt, hãy cùng xem xét quá trình phát triển của robot trong sản xuất và hiểu rõ hơn về sự thay đổi của robot công nghiệp trong những năm qua:

• Sản xuất sơ khai (Thời kỳ tiền robot): Trước khi robot xuất hiện, sản xuất hoàn toàn dựa vào lao động thủ công và các công cụ cơ bản. Cách mạng Công nghiệp đã giới thiệu sức mạnh hơi nước, máy móc và dây chuyền lắp ráp, giúp tăng năng suất nhưng vẫn còn nhiều công việc lặp đi lặp lại, nguy hiểm hoặc đòi hỏi nhiều lao động.

• Giới thiệu robot công nghiệp (những năm 1950 - 1980): Năm 1954, George Devol phát minh ra Unimate, robot lập trình đầu tiên. Đến năm 1961, General Motors đã triển khai Unimate cho đúc khuôn và hàn, và nó trở thành robot công nghiệp đầu tiên được sử dụng. Sự kiện này đánh dấu một bước chuyển lớn, tự động hóa các nhiệm vụ nguy hiểm và lặp đi lặp lại, đặc biệt là trong sản xuất ô tô.

• Mở rộng và tinh chỉnh (những năm 1990 - 2000): Robot trở nên nhanh hơn, chính xác hơn và giá cả phải chăng hơn. Việc sử dụng chúng được mở rộng sang các ngành công nghiệp như điện tử, dược phẩm và chế biến thực phẩm. Tự động hóa linh hoạt cho phép robot xử lý nhiều nhiệm vụ với việc lập trình lại tối thiểu.

• Sự trỗi dậy của robot cộng tác (những năm 2010 - nay): Robot cộng tác, hay cobot, xuất hiện để làm việc an toàn cùng con người. Với cảm biến, AI và hệ thống camera tích hợp, chúng có thể thích nghi với môi trường và hỗ trợ các nhiệm vụ phức tạp hoặc tinh vi.

‍

Nhìn về tương lai, robot công nghiệp có khả năng sẽ ngày càng thông minh hơn và thích nghi hơn. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư đang tích cực nghiên cứu các công nghệ cho phép robot học hỏi, thích nghi với các tình huống mới và hợp tác chặt chẽ hơn với con người theo những cách hỗ trợ và năng động.

Ví dụ về robot công nghiệp

Tiếp theo, chúng ta sẽ khám phá các ví dụ thực tế về robot trong sản xuất và cách chúng được sử dụng tại nhà máy.

Robot công nghiệp trong sản xuất máy bay

Sản xuất máy bay đòi hỏi những quy trình phức tạp và tinh vi, đặc biệt là đối với những máy bay lớn như Boeing 777. Ví dụ, việc lắp ráp một chiếc 777 cần hơn 60.000 đinh tán. Theo truyền thống, công việc này cần hai công nhân: một người vận hành súng bắn đinh tán và một người khác giữ thanh thép phía sau tấm ốp để cố định chốt. 

Những công việc này có thể đòi hỏi thể lực và dễ dẫn đến chấn thương ở tay, lưng và vai. Hơn nữa, độ chính xác là yếu tố then chốt trong sản xuất máy bay, và không được phép có sai sót.

Để cải thiện quy trình làm việc như vậy, Boeing đã áp dụng robot công nghiệp. Tại nhà máy 777 ở Everett, Washington, công ty đã giới thiệu hệ thống Lắp ráp Thân máy bay Tự động (FAUB) , một quy trình lắp ráp bằng robot được thiết kế để tự động hóa việc khoan và tán đinh các bộ phận thân máy bay.

‍

Sau khi được lập trình, những robot này có thể khoan hàng chục nghìn lỗ hoàn hảo để đóng đinh tán. Không giống như thiết kế cũ với giàn khoan cố định, robot FAUB có khả năng di động và có thể di chuyển dọc theo dây chuyền lắp ráp trên các phương tiện dẫn đường. Sau khi công nhân định vị các tấm thân máy bay, robot sẽ tiếp quản việc khoan và đóng đinh tán, giúp tăng cả tốc độ và độ chính xác. Phương pháp này phù hợp với những phát triển gần đây trong ngành công nghiệp robot, vốn đang không ngừng thúc đẩy các giải pháp thông minh hơn, an toàn hơn và hiệu quả hơn trong sản xuất.

Sản xuất thực phẩm được hỗ trợ bởi robot công nghiệp

Robot trong sản xuất cũng đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm . Ví dụ, tại nhà máy Nestlé ở Đức, quy trình sản xuất thức ăn trẻ em được quản lý thông qua một dây chuyền đóng gói hoàn toàn tự động. Robot đảm nhiệm các nhiệm vụ như di chuyển khay thức ăn đã được đóng gói và niêm phong vào thùng tiệt trùng, sau đó đóng gói để vận chuyển. Điều này giúp toàn bộ quy trình nhanh hơn, an toàn hơn và đáng tin cậy hơn.

Nestlé cũng sử dụng robot di động như Spot của Boston Dynamics để giám sát các vấn đề bảo trì trên toàn bộ cơ sở. Không giống như các cảm biến cố định truyền thống chỉ có thể phát hiện sự cố ở một số khu vực cụ thể, Spot có thể di chuyển tự do khắp nhà máy. Khái niệm tự động hóa di động, linh hoạt này đang là xu hướng phát triển trong ngành robot.

Spot có thể leo cầu thang, di chuyển trong không gian chật hẹp và xử lý sàn nhà không bằng phẳng. Nó được trang bị các cảm biến đặc biệt giúp kiểm tra các máy móc trong nhà máy như động cơ và máy nén để phát hiện nhiệt, tiếng ồn hoặc các dấu hiệu cảnh báo khác. Spot cũng có thể dễ dàng phát hiện sớm các vấn đề, giúp khắc phục sự cố trước khi chúng trở nên nghiêm trọng. 

‍

Sản xuất ô tô với sự trợ giúp của robot công nghiệp

Robot công nghiệp luôn là một phần quan trọng trong sản xuất ô tô. Trên thực tế, 33% tổng số robot công nghiệp được lắp đặt tại Hoa Kỳ thuộc về ngành công nghiệp ô tô. 

Một ví dụ thú vị về điều này là nhà máy Spartanburg của BMW vào năm 2013. Tại cơ sở này, con người và robot làm việc cạnh nhau trên dây chuyền lắp ráp cửa mà không có hàng rào an toàn, khiến đây trở thành cơ sở đầu tiên của BMW sử dụng hình thức cộng tác trực tiếp giữa con người và robot này trong sản xuất thông thường.

Bốn robot đã được sử dụng để lắp đặt lớp cách âm và cách ẩm bên trong cửa xe BMW X3. Đầu tiên, công nhân đặt và ấn nhẹ lớp keo vào vị trí, sau đó robot sẽ tiếp quản, sử dụng đầu lăn để hoàn thành công việc với độ chính xác cao.

Hệ thống được tự động hóa hoàn toàn và có thể đo chính xác áp suất được áp dụng trong quá trình, cho phép giám sát chất lượng liên tục. Nếu công việc của robot bị gián đoạn, một công nhân có thể dễ dàng can thiệp và hoàn thành nhiệm vụ thủ công, giúp duy trì hoạt động sản xuất mà không bị chậm trễ.

‍

Lợi ích của robot trong sản xuất

Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số lợi ích chính của việc sử dụng robot trong sản xuất.

• Độ chính xác và độ chuẩn xác : Robot công nghiệp cung cấp độ chính xác và tốc độ cao. Một số có khả năng thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác đến từng micron.
  ‍
• Độ tin cậy: Với tuổi thọ lên tới 100.000 giờ mà không gặp sự cố, robot công nghiệp có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị gián đoạn.
  ‍
• Nâng cao an toàn tại nơi làm việc : Robot cũng xử lý các nhiệm vụ nguy hiểm, chẳng hạn như làm việc trong không gian hạn chế hoặc xung quanh vật liệu nguy hiểm, giúp giảm 35% số ngày làm việc bị mất do chấn thương.

• Tăng năng suất: Không giống như con người, robot không cần nghỉ ngơi, ngày nghỉ hay giờ giải lao. Chúng có thể làm việc suốt ngày đêm, điều này có thể tăng năng suất đáng kể. 

• Tiết kiệm chi phí: Mặc dù ban đầu việc mua và lắp đặt robot có thể tốn kém, nhưng về lâu dài, chúng sẽ mang lại khoản tiết kiệm đáng kể. Chúng giúp giảm chi phí nhân công, giảm thiểu sai sót tiềm ẩn và giảm thiểu chi phí liên quan đến thương tích.

• Khả năng mở rộng: Khi robot được lắp đặt, các nhà sản xuất có thể dễ dàng tăng sản lượng mà không cần thuê thêm nhân công hay thực hiện những thay đổi lớn. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng tăng và duy trì tính linh hoạt trong một thị trường luôn biến động.

Những thách thức và hạn chế của robot trong sản xuất

Mặc dù robot công nghiệp mang lại nhiều lợi thế, chúng cũng đi kèm một vài thách thức, đặc biệt là về chuyên môn và bảo trì. Những robot này trong nhà máy đòi hỏi các chuyên gia lành nghề để lập trình, vận hành và bảo trì. 

Mặc dù nhiều robot trong các ứng dụng công nghiệp hiện nay sử dụng trí tuệ nhân tạo và máy học, chúng vẫn cần được bảo dưỡng thường xuyên để tránh hỏng hóc. Nếu đội ngũ nhà sản xuất chưa có những kiến thức này, việc đào tạo nhân viên có thể vừa tốn kém vừa mất thời gian.

Điều thú vị là giải pháp cho những thách thức này cũng đến từ Vision AI, cụ thể hơn là thị giác máy tính, một nhánh của AI tập trung vào việc hiểu dữ liệu trực quan. Ví dụ, các mô hình thị giác máy tính như Ultralytics YOLO11 có thể được đào tạo để phát hiện và theo dõi robot công nghiệp. Thông tin chi tiết từ việc theo dõi những robot này bằng YOLO11 có thể được sử dụng để phát hiện sớm các vấn đề (được gọi là bảo trì dự đoán). Điều này giúp giảm nhu cầu giám sát chuyên môn và giảm thiểu sự cố bất ngờ.

Ngoài ra, thị giác máy tính còn có thể hỗ trợ việc tạo ra các bản sao kỹ thuật số thời gian thực. Bản sao kỹ thuật số là các mô hình ảo của máy móc và robot vật lý, được xây dựng bằng dữ liệu trực quan thu thập được từ môi trường sản xuất. 

Bản sao kỹ thuật số cho phép nhà sản xuất giám sát thiết bị theo thời gian thực, xác định sự cố trước khi chúng gây gián đoạn và kiểm tra cải tiến quy trình mà không làm gián đoạn sản xuất thực tế. Công nghệ này thúc đẩy hiệu suất ổn định hơn, cải thiện khả năng ra quyết định và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động tốn kém.

Trí tuệ nhân tạo và công nghệ máy học

Khi thảo luận về những thách thức của việc sử dụng robot công nghiệp, chúng ta thấy rằng nhiều robot hiện nay được hỗ trợ bởi AI và máy học. Nhưng điều này thực sự hoạt động như thế nào và vai trò của AI trong ngành robot là gì?

Robot công nghiệp truyền thống bị giới hạn trong các nhiệm vụ cố định, lặp đi lặp lại. Chúng tuân theo các hướng dẫn được lập trình sẵn và không dễ dàng thích ứng với những thay đổi trên dây chuyền sản xuất. Điều này khiến chúng kém hiệu quả hơn trong những môi trường đòi hỏi tính linh hoạt, tốc độ và độ chính xác cao. 

Nếu không có AI, robot không thể phát hiện lỗi sản phẩm theo thời gian thực hoặc điều chỉnh theo những thay đổi nhỏ về vật liệu hoặc vị trí, thường dẫn đến quy trình chậm hơn, nhiều lỗi hơn và thời gian chết tăng lên. AI trong sản xuất đang cho phép robot thực hiện nhiều nhiệm vụ hơn là chỉ đơn giản được lập trình sẵn. 

Cụ thể, với công nghệ học máy trong sản xuất, robot có thể phân tích dữ liệu từ môi trường, nhận dạng các mẫu hình và cải thiện hiệu suất theo thời gian. Ví dụ, một robot được trang bị thị giác có thể nhận dạng các vật thể khác nhau trên dây chuyền lắp ráp, điều chỉnh chuyển động dựa trên những gì nó nhìn thấy, và thậm chí phát hiện các khiếm khuyết hoặc bất thường theo thời gian thực. Đằng sau sự đổi mới này, thị giác máy tính chính là động lực thúc đẩy.

Thông thường, một robot hỗ trợ thị giác được trang bị cơ sở hạ tầng phần cứng cần thiết để chạy các mô hình thị giác máy tính như Ultralytics YOLO11. Khi được tích hợp với camera và công nghệ thị giác máy tính, robot sẽ có được khả năng của mô hình nền tảng. Trong trường hợp của YOLO11, điều này có nghĩa là robot có thể thực hiện các tác vụ thị giác máy tính như phát hiện, theo dõi và phân đoạn đối tượng.

Tác động của Internet vạn vật (IoT) 

Một vài khái niệm khác liên quan đến robot công nghiệp là IoT trong sản xuất và điện toán biên . IoT đề cập đến một mạng lưới các thiết bị được kết nối để thu thập và chia sẻ dữ liệu (chủ yếu qua internet). Mặt khác, điện toán biên xử lý dữ liệu ngay tại nguồn, giống như robot hoặc cảm biến, mà không cần phải gửi dữ liệu đến máy chủ trung tâm trước. 

Khi các thiết bị IoT công nghiệp (IIoT) thu thập một lượng lớn dữ liệu, việc gửi dữ liệu đến hệ thống trung tâm trên đám mây để phân tích có thể gây ra sự chậm trễ (được gọi là độ trễ) và làm chậm mọi thứ. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng điện toán biên kết hợp với IoT, các nhà sản xuất có thể xử lý dữ liệu ngay lập tức, giúp nhận được phản hồi theo thời gian thực và tăng cường khả năng tự động hóa. 

Một ví dụ rõ ràng về sự kết hợp giữa AI và IoT trong sản xuất là bảo trì dự đoán. Trong các nhà máy thông minh , một trong những mục tiêu chính của Công nghiệp 4.0 là dự đoán các sự cố thiết bị trước khi chúng xảy ra. 

Để đạt được điều này, các thiết bị IIoT phải hoạt động hoàn toàn ổn định và đáng tin cậy. Bằng cách kết hợp điện toán biên, AI và thị giác máy tính, các thiết bị này có thể liên tục theo dõi tình trạng hoạt động, phát hiện khi nào cần bảo trì hoặc sạc lại và tự động kích hoạt các hành động cần thiết. Điều này giúp máy móc hoạt động trơn tru, giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến và cải thiện hiệu suất tổng thể.

Tự động hóa và robot cải thiện hiệu quả sản xuất như thế nào

Bây giờ chúng ta đã hiểu rõ hơn về các công nghệ như AI, thị giác máy tính, IoT và điện toán biên, hãy cùng khám phá cách chúng có thể phối hợp với nhau để giúp tự động hóa sản xuất hiệu quả hơn. 

Mục tiêu chính của tự động hóa là hợp lý hóa quy trình, giúp chúng nhanh hơn, đáng tin cậy hơn và ít xảy ra sai sót do con người. Ví dụ, một nhà máy lắp ráp thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh. Cánh tay robot hỗ trợ thị giác có thể xử lý nhiệm vụ tinh vi là đặt các linh kiện nhỏ lên bảng mạch một cách chính xác. 

Đồng thời, các hệ thống thị giác được hỗ trợ bởi AI có thể kiểm tra từng bước lắp ráp, xác định các lỗi như các bộ phận không thẳng hàng hoặc mối hàn bị lỗi theo thời gian thực. Trong khi đó, các cảm biến IoT có thể theo dõi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, bụi và độ rung, những yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng của các linh kiện nhạy cảm. 

Với điện toán biên, hệ thống có thể xử lý dữ liệu này ngay lập tức và thực hiện các điều chỉnh tại chỗ, chẳng hạn như tạm dừng dây chuyền hoặc hiệu chỉnh lại robot, mà không cần chờ phản hồi từ đám mây. Cùng với nhau, sản xuất tự động có thể tạo ra một dây chuyền sản xuất nhanh hơn, chính xác hơn và có khả năng thích ứng cao, mang lại chất lượng sản phẩm cao hơn và chi phí vận hành thấp hơn.

Robot đang thay đổi tương lai của ngành sản xuất như thế nào

Tương lai của robot công nghiệp đang phát triển nhanh chóng, với các công nghệ như Vision AI trong sản xuất và IoT đóng vai trò quan trọng. Với những công cụ này, robot có thể quan sát những gì chúng đang làm, phát hiện lỗi, kiểm tra chất lượng sản phẩm và dự đoán các vấn đề khi chúng xảy ra. Nhiều nhà sản xuất đã và đang sử dụng các hệ thống này để tăng hiệu quả và tính nhất quán trong hoạt động.

Thị trường robot công nghiệp đang tăng trưởng đều đặn, và sự tăng trưởng này đến từ những cải tiến liên tục trong lĩnh vực robot, khả năng tiếp cận dễ dàng hơn với các kỹ sư lành nghề, và việc sử dụng mô phỏng và thử nghiệm ảo. Những phát triển này giúp việc thiết kế và tinh chỉnh robot để sử dụng trong thực tế trở nên nhanh chóng hơn. Khi ngày càng nhiều nhà máy áp dụng các công cụ kỹ thuật số và tự động hóa, chúng trở nên linh hoạt hơn, đáng tin cậy hơn và sẵn sàng ứng phó với những thách thức trong tương lai.

Tham gia cộng đồng và kho lưu trữ GitHub của chúng tôi để khám phá thêm về AI. Xem các trang giải pháp của chúng tôi để tìm hiểu về AI trong bán lẻ và thị giác máy tính trong nông nghiệp . Khám phá các tùy chọn cấp phép của chúng tôi và bắt đầu xây dựng với thị giác máy tính ngay hôm nay!