Vì sao cánh tay robot đột ngột làm hỏng sản phẩm dù không có lỗi cơ khí?

Trong các dây chuyền lắp ráp tự động hóa đòi hỏi độ chính xác cao, hiện tượng cánh tay robot hoạt động thiếu ổn định là một cơn ác mộng đối với đội ngũ vận hành. Dù các khớp nối cơ khí được bảo dưỡng định kỳ, hệ thống bôi trơn hoạt động tốt và không có chi tiết nào bị lỏng lẻo, robot vẫn xuất hiện các rung chấn bất thường hoặc thả linh kiện không đúng vị trí lập trình. Những lỗi nhỏ này tích tụ lại sẽ gây ra tỷ lệ phế phẩm lớn, làm gián đoạn quy trình sản xuất liên tục của nhà máy.

Nguyên nhân gốc rễ của vấn đề thường không nằm ở phần cứng cơ học mà ẩn sâu trong chất lượng dòng điện điều khiển các động cơ servo bên trong. Các tín hiệu nhiễu loạn siêu nhỏ hoặc sự trễ pha trong quá trình cấp nguồn có thể khiến động cơ bị "giật" trong tích tắc, đủ để làm sai lệch quỹ đạo di chuyển. Tuy nhiên, các thiết bị giám sát thông thường lại không đủ tốc độ để bắt được những khoảnh khắc bất thường này, khiến việc chẩn đoán nguyên nhân trở nên bế tắc.

Để giải quyết triệt để bài toán này, các kỹ sư cần sử dụng đầu đo dòng điện chuyên dụng với băng thông rộng và độ nhạy cao. Công cụ này hoạt động như một kính hiển vi, cho phép nhìn thấu vào bên trong từng xung điện micro-giây, từ đó xác định chính xác thời điểm và lý do khiến dòng điện bị biến dạng, giúp đưa ra phương án khắc phục dứt điểm tình trạng rung lắc của robot.

Vì sao cánh tay robot đột ngột làm hỏng sản phẩm dù không có lỗi cơ khí?

I. MỐI LIÊN HỆ MẬT THIẾT GIỮA DÒNG ĐIỆN VÀ CHUYỂN ĐỘNG CƠ KHÍ

Để hiểu tại sao robot bị rung, chúng ta cần nhìn vào nguyên lý hoạt động cốt lõi của các động cơ Servo hoặc BLDC (động cơ một chiều không chổi than) được sử dụng tại các khớp nối. Về mặt vật lý, mô-men xoắn hay lực quay mà động cơ sinh ra tỷ lệ thuận hoàn toàn với dòng điện chạy qua cuộn dây stator. Điều này có nghĩa là chất lượng của dòng điện sẽ quyết định trực tiếp đến chất lượng chuyển động của cánh tay robot. Một dòng điện "sạch", ổn định sẽ tạo ra chuyển động êm ái, mượt mà.

Trong các thao tác đòi hỏi độ tinh xảo cao, bộ điều khiển sẽ gửi đi hàng loạt các chuỗi xung tín hiệu để điều tiết dòng điện liên tục. Nếu quá trình này gặp vấn đề,như bộ lọc nhiễu hoạt động kém hoặc thuật toán điều khiển bị sai lệch, các gai dòng điện ngoài ý muốn sẽ xuất hiện. Khi dòng điện tăng vọt đột ngột, động cơ sẽ bị giật mạnh, tạo ra lực quán tính dư thừa khiến cánh tay robot bị văng quá đà. Nếu dòng điện bị sụt áp hoặc đứt quãng, động cơ sẽ mất lực giữ tạm thời, khiến cánh tay bị chùng xuống. Như vậy, sự bất ổn về điện chính là thủ phạm gây ra sự bất ổn về cơ khí mà mắt thường chúng ta nhìn thấy.

II. TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC PHẢN HỒI CHẬM KHI THAY ĐỔI TẢI TRỌNG

Một trong những tình huống thử thách nhất đối với hệ thống điều khiển robot là thời điểm chuyển tiếp trạng thái tải trọng. Ví dụ điển hình là khi cánh tay robot đang di chuyển tự do trong không gian và đột ngột kẹp chặt một vật nặng để nâng lên. Lúc này, dòng điện cần thiết để duy trì vị trí và thắng lực cản quán tính sẽ phải tăng vọt trong thời gian tính bằng mili-giây. Đây là lúc độ trễ của hệ thống đo lường và phản hồi bộc lộ rõ nhất.

Nếu cảm biến dòng điện nội bộ hoặc thiết bị đo bên ngoài có tốc độ phản hồi chậm, hệ thống điều khiển sẽ nhận được thông tin trễ hơn so với thực tế đang diễn ra:

Khi bộ não của robot nhận ra "cần thêm lực" thì cánh tay thực tế đã bị tụt xuống một đoạn do thiếu dòng điện tức thời.
Ngay sau đó, hệ thống lại bù lực quá mức cần thiết để kéo robot lên lại vị trí cũ, tạo ra một dao động hình sin tắt dần (rung lắc).
Sự lệch pha này làm giảm băng thông của vòng điều khiển, khiến các thuật toán hiện đại bị mất phương hướng vì dữ liệu đầu vào không đồng bộ.

Kết quả là robot thực hiện thao tác gắp - thả với vẻ "lúng túng", thiếu dứt khoát và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn mức cần thiết. Việc ghi lại chính xác biên dạng dòng điện tại đúng thời điểm tải thay đổi là chìa khóa để kỹ sư tinh chỉnh lại các tham số, giúp robot phản ứng nhanh nhạy và chính xác hơn.

III. VẤN ĐỀ NHIỄU TÍN HIỆU Ở CÁC ĐỘNG CƠ TỐC ĐỘ CAO

Xu hướng công nghệ hiện nay là sử dụng các động cơ có tốc độ quay cực cao kết hợp với hộp số để đạt được cả tốc độ làm việc nhanh và sức mạnh lớn. Để điều khiển các loại động cơ này, tần số đóng cắt của bộ biến tần thường được đẩy lên mức rất cao, sử dụng các linh kiện bán dẫn thế hệ mới. Tần số cao luôn đi kèm với một tác dụng phụ không mong muốn là nhiễu điện từ và sự méo dạng tín hiệu. Dòng điện thực tế chạy vào động cơ lúc này chứa đầy các thành phần sóng hài bậc cao, hình dáng của nó trông rất khác so với hình sin lý tưởng trên lý thuyết.

Những thành phần sóng hài này hoàn toàn vô dụng vì chúng không sinh ra công hữu ích giúp robot quay, mà chỉ sinh ra nhiệt lượng dư thừa và các rung động tần số cao. Các rung động này truyền dọc theo cánh tay robot, cộng hưởng với các chi tiết cơ khí khác, gây ra tiếng rít chói tai và có thể làm lỏng các ốc vít theo thời gian. Đáng lo ngại là các thiết bị đo thông thường với băng thông thấp sẽ tự động "làm mịn" các gai nhiễu này, hiển thị một kết quả có vẻ rất đẹp và ổn định, đánh lừa kỹ sư rằng mọi thứ vẫn ổn trong khi hệ thống đang chịu áp lực lớn.

IV. HIỆN TƯỢNG NHIỄU XUYÊN ÂM LÀM SAI LỆCH VỊ TRÍ

Một khía cạnh kỹ thuật ít người để ý nhưng lại gây hậu quả nghiêm trọng là sự tương tác giữa cáp động lực (dây to dẫn dòng điện lớn) và cáp tín hiệu (dây nhỏ nối với cảm biến vị trí). Trên cánh tay robot, để tiết kiệm không gian và đảm bảo tính linh hoạt khi chuyển động xoay, hai loại dây này thường được bó sát vào nhau và chạy song song trong cùng một ống dẫn.

Khi dòng điện động lực biến thiên với tốc độ cực nhanh, nó sinh ra điện dung ký sinh và phóng điện sang dây tín hiệu bên cạnh, tạo nên hiện tượng nhiễu xuyên âm:

Bộ mã hóa vị trí (Encoder) liên tục gửi các xung tín hiệu về bộ điều khiển để báo cáo tọa độ hiện tại của robot.
Khi bị nhiễu từ dòng động lực xâm nhập, đường truyền sẽ xuất hiện các xung giả (ghost pulses) không có thực.
Bộ điều khiển sẽ hiểu nhầm rằng robot đã di chuyển quá đà nên ra lệnh giật ngược lại để sửa lỗi, trong khi thực tế robot đang đứng yên đúng vị trí.

Để chẩn đoán được lỗi này, người kỹ thuật bắt buộc phải đo đồng thời dòng điện trên dây động lực và tín hiệu trên dây Encoder bằng thiết bị chuyên dụng có khả năng cách ly cao. Chỉ khi nhìn thấy sự trùng khớp thời gian giữa một gai dòng điện và một lỗi tín hiệu vị trí, ta mới có thể khẳng định nguyên nhân và tiến hành bọc giáp chống nhiễu hoặc đi lại dây dẫn.

V. CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN HIỆN ĐẠI GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ĐO LƯỜNG

Trước những yêu cầu khắt khe về độ chính xác đến từng micromet của robot công nghiệp, công nghệ cảm biến đo lường đã có những bước tiến vượt bậc để trở thành "đôi mắt thần" hỗ trợ đắc lực cho các kỹ sư. Công nghệ Zero Flux kết hợp với các phần tử cảm biến độ nhạy cao đang là tiêu chuẩn mới để giải quyết các bài toán hóc búa kể trên. Khác với các phương pháp đo lường thụ động cũ kỹ, công nghệ này chủ động tạo ra một trường điện từ đối nghịch để triệt tiêu từ trường của dòng điện cần đo, đưa lõi từ về trạng thái cân bằng hoàn hảo.

Cơ chế hoạt động đặc biệt này mang lại khả năng "bắt dính" các tín hiệu thoáng qua mà các thiết bị khác thường bỏ lỡ. Nó đảm bảo biên độ tín hiệu đo được là chính xác tuyệt đối từ dòng một chiều (DC) giữ tải cho đến các sóng hài tần số rất cao. Không có sự suy giảm tín hiệu giúp các kỹ sư nhìn rõ các cạnh sắc nhọn của xung điều khiển, từ đó phân tích được chất lượng của bộ biến tần. Hơn nữa, khả năng loại bỏ nhiễu đồng pha cực tốt cho phép đo chính xác dòng điện nhỏ nằm trên nền điện áp cao biến thiên liên tục, giúp tách biệt tín hiệu thật ra khỏi các tạp nhiễu môi trường, mang lại dữ liệu trung thực nhất để tối ưu hóa hệ thống robot.

VI. MUA SẮM THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG CHÍNH HÃNG TẠI HIOKI VIETNAM

Việc chẩn đoán các lỗi "vô hình" trong hệ thống tự động hóa đòi hỏi những công cụ có độ tin cậy và chính xác tuyệt đối. Hioki Vietnam tự hào là đơn vị phân phối chính thức các thiết bị đo lường điện năng hàng đầu từ Nhật Bản, mang đến cho các nhà máy và trung tâm R&D những giải pháp công nghệ tiên tiến nhất.

Khi lựa chọn mua sắm tại Hioki Vietnam, khách hàng sẽ nhận được sự hỗ trợ toàn diện và chuyên nghiệp:

Tư vấn kỹ thuật chuyên sâu: Đội ngũ am hiểu tường tận về các ứng dụng trong ngành robotics sẽ giúp bạn chọn đúng loại cảm biến phù hợp với dải đo và băng thông yêu cầu.
Sản phẩm chính hãng 100%: Cam kết đầy đủ giấy tờ chứng nhận xuất xứ (CO/CQ), giúp doanh nghiệp an tâm tuyệt đối về chất lượng và độ bền thiết bị.
Chính sách bảo hành uy tín: Dịch vụ hiệu chuẩn định kỳ và hỗ trợ kỹ thuật nhanh chóng theo tiêu chuẩn toàn cầu, đảm bảo thiết bị luôn hoạt động ở trạng thái tốt nhất.
Hỗ trợ trải nghiệm thực tế: Cung cấp cơ hội dùng thử và demo sản phẩm ngay tại nhà máy để khách hàng đánh giá hiệu quả trước khi đầu tư.

Sự rung lắc và sai số của cánh tay robot không phải lúc nào cũng đến từ hao mòn cơ khí, mà phần lớn ẩn giấu trong những biến động dòng điện vô hình mà mắt thường không thể thấy. Việc trang bị công nghệ đo lường tiên tiến là bước đi tiên quyết để làm chủ hoàn toàn hệ thống tự động hóa hiện đại.

Sản phẩm liên quan