5 cách để lập trình robot

Một quan niệm sai lầm phổ biến về lập trình robot là bạn phải là một lập trình viên có tay nghề cao mới có thể vận hành được robot. Trong khi có kinh nghiệm tự động hóa là lợi thế để giảm thời gian lãng phí để lập trình lại. Bất kỳ ai cũng có thể tự học lập trình cho robot.

Nhờ sự phát triển của cách mạng công nghiệp 4.0 và các công nghệ thông minh, rất nhiều phần mềm mà bất cứ một lập trình viên mới vào nghề nào cũng phải biết. Không kể đến kinh nghiệm lập trình, hiện tại có nhiều phương pháp lập trình robot, tùy thuộc vào sở thích và độ phức tạp của ứng dụng mà các lập trình viên sẽ chọn ra phương pháp lập trình phù hợp với công việc. Các cách lập trình phổ biến bao gồm:

1. Lập trình robot bằng bộ điều khiển:

Đây là cách lập trình phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng để lập trình 90% robot công nghiệp đang sử dụng trong sản xuất. Hình thức lập trình này là sử dụng bộ điều khiển để điều khiển robot và các thiết bị khác đến các vị trí mong muốn. Sau đây là các tùy chọn phổ biến nhất hiện nay:

Chuyển động dựa vào các khớp:

Hệ tọa độ đặt tại các khớp là hệ tọa độ mặc định của robot công nghiệp Yaskawa, chuyển động bằng cách quay các động cơ servo tại các khớp hoặc quay động cơ điều khiển hướng của toàn bộ robot. Sử dụng cách này cho phép hệ thống dễ dàng di chuyển mỗi motor(link) theo hướng thuận hay ngược chiều kim đồng hồ.

Với Yaskawa robots, mỗi một bậc tự do đều được biểu diễn bằng một kí tự khác nhau: S(Xoay), L (Xuống), U (Lên), B (Uốn), R(Xoay), T (Xoắn). Trong các robot có độ linh hoạt cao như Yaskawa VS100, VA1400 II, SP100B hoặc GP110 sẽ có thêm một bậc tự do thứ 7 , được kí hiệu bằng chữ E (Khuỷu tay).

Hệ tọa độ X,Y,Z  của robot

Trong cách lập trình, điều khiển robot này, hệ thống điều khiển của robot  Tool Center Point (Một vị trí trong không gian để dễ xác định các điểm liên quan) sẽ tự động tính toán lượng di chuyển của mỗi khớp, cho phép người dùng điều khiển theo hệ tọa độ toàn cục X, Y, Z. Hệ tọa độ này tuân theo “quy tắc bàn tay phải” – Quy tắc cho các lập trình viên biết được hướng của họ đối với hệ trục tọa độ làm việc của robot – sử dụng robot làm gốc cho mỗi trục. Nhớ rằng dấu (+ hoặc -) cho biết hướng của điểm dọc theo mỗi trục, hai điểm khác nhau sẽ không cùng một tọa độ. Ngoài ra, chuyển động xoay quanh mỗi trục được kí hiệu là
Rx, Ry hoặc Rz phụ thuộc vào trục.

Hệ tọa độ X, Y, Z theo công cụ của robot.

Rất phù hợp cho việc ứng dụng robot vào công việc hàn, cắt, sơn và dán. Hệ tọa độ này chỉ điều khiển duy nhất những công cụ của robot hoặc hoạt động TCP của robot, nó di chuyển tương ứng với trục tọa độ X, Y, Z của công cụ. Hơn nữa, hệ tọa độ này không đứng yên, cho phép gốc tọa độ di chuyển theo chuyển động của công cụ. Thiết lập cho hệ thống thường thiết lập hướng tiếp cận/ Khởi hành, nhưng nó có liên quan đến ứng dụng.

Hệ tọa độ của người dùng

Hệ tọa độ này được thiết lập bởi người dùng thông qua một ứng dụng và cho phép vị trí đó có thể sử dụng lại một cách hiệu quả. Khi làm việc, người dùng có thể đặt trước một vị trí dựa trên vị trí của người dùng gắn vào pallet, trước khi di chuyển sang pallet khác ở vị trí khác một cách dễ dàng. Điều này cũng hữu ích khi robot dùng máy ảnh để định vị các chi tiết vì robot có thể nâng nhiều chi tiết tại nhiều vị trí khác, sử dụng cùng một chuyển động đã được lập trình dựa trên hệ tọa độ của bộ phận.

Hệ tọa độ của người dùng được xác định bởi 3 điểm cho trước. Đối với robot Yaskawa, ba điểm xác định này là ORG (vị trí gốc), XX (một điểm trên trục X) và XY (một điểm trên trục Y). Lưu ý, hướng của trục Y và Z dựa trên phía của trục X mà các điểm XY cho trước.

2. Cách lập trình “Cầm tay chỉ việc” (Hand-Guiding)

Đây là một chế độ cộng tác, cho phép lập trình thực tế không cần bộ điều khiển và không cần quan tâm đến vị trí ban đầu của robot. Rất thích hợp cho người mới rẽ sang lĩnh vực robot, phương pháp này sử dụng cảm biến mô-men xoắn tích hợp để cho phép lập trình viên hướng dẫn vật lý chuyển động của robot, thân thiện với người dùng. Hơn nữa, phương pháp này cho phép người dùng sửa lỗi nhanh chóng và hiệu quả, giúp mọi thứ trở lại như bình thường.

Trong khi hướng dẫn bằng tay, người dùng có thể hạn chế chuyển động của robot sao cho phù hợp nhất với sở thích và ứng dụng của họ. Yaskawa cho phép lập trình viên chọn giữa một số kiểu chuyển động:

All joints (Tất cả các khớp): Hướng dẫn bằng tay khi tất cả các khớp có thể chuyển động cho phép người dùng xoay tự do cả sáu khớp bằng cách ấn vào bất kỳ thanh nào của robot. Tùy chọn này lý tưởng cho những ai muốn di chuyển robot đến nhiều góc độ khác nhau hoặc biểu diễn các thay đổi vị trí của robot một cách ấn tượng.

Tool Joints (Khớp tại khâu cuối cùng): Khi sử dụng hướng dẫn bằng tay chỉ với Khớp Công cụ, người dùng robot có thể định hướng lại dụng cụ một cách cẩn thận bằng cách xoay bất kỳ liên kết nào trong ba liên kết cuối cùng của robot. Điều này giúp người dùng không gây ra chuyển động không mong muốn khi chỉ muốn điều chỉnh lại vị trí công cụ.

XYZ+ TOOL: Loại chuyển động phổ biến nhất để hướng dẫn bằng tay cho rô bốt Yaskawa là chọn Công cụ XYZ + cho phép người dùng không chỉ di chuyển công cụ một cách tuyến tính dọc theo XYZ mà còn xoay trục cuối cùng để xoay công cụ. Tùy chọn này lý tưởng để giữ cho công cụ không vô tình nghiêng sang bên.

3. Bộ điều khiển động lực học:

Để hiểu được chuyển động của cánh tay robot rất phức tạp, đặc biệt với những người mới làm quen với “Quy tắc bàn tay phải”. Vì thế, các chuyển gia ở Yaskawa đã tạo ra một bộ điều khiển thông minh dựa trên máy tính bảng để hỗ trợ làm quen với robot.

Với các tính năng và giao diện hiện đại, Bộ điều khiển được tích hợp các công cụ giúp việc lập trình robot trực quan hơn và dễ sử dụng. Từ việc “nhấp chuột và lập trình”, hướng dẫ robot thông qua các lệnh lập trình quen thuộc đến “Hệ tọa độ thông minh” giúp người lập trình là hệ quy chiếu và loại bỏ các hệ tọa độ (XYZ) thông thường. Hơn nữa, việc chạy thủ công các hệ thống robot phức tạp cũng được hướng dẫn.

4. Lập trình ngoại tuyến.

Những công cụ có thể giúp người lập trình mô phỏng áp dụng quy trình robot  và lập trình ngoại tuyến (OLP) dễ dàng. Phổ biến hơn, OLP sử dụng biểu diễn 3D của một phần tử robot hoặc trên dây chuyền sản xuất có thể trực quan thấy cách robot di chuyển theo đường được lập trình. Cách lập trình này thường được sử dụng để điều phối sự tương tác phức tạp giữa nhiều robot và dây chuyền sản xuất. Công cụ này hữu ích trong việc chứng minh ý tưởng, phân tích giới hạn khớp, phát hiện va chạm có thể xảy ra,…

Các nhà sản xuất không có khả năng  gián đoạn quá trình sản xuất cũng có thể khai thác từ các phần mềm lập trình ngoại tuyến mạnh mẽ như MotoSim®. Xa hơn nữa, phần mềm này có thể sử dụng để đào lạo người vận hành, lập trình robot và tối ưu hóa từ bất kì đâu trên thế giới. Cho phép người vận hành  ở bất kì công ty nào cũng có thể tạo, điều chỉnh và kiểm tra các chương trình robot trước khi được triển khai trong nhà máy. Cách lập trình này cực kì thích hợp cho việc  lập kế hoạch dây chuyền sản xuất phức tạp, đòi hỏi nhiều nguyên công như mài, cắt, sơn,… . OLP giúp tránh lỗi khi lập trình robot, tiết kiệm thời gian và giảm chi phí.

Để thuận tiện cho người dùng, phong cách lập trình linh hoạt này cho phép cúng ta kết hợp nhiều công việc hơn với sự chuyển đổi đơn giản từ việc này sang việc khác. Tương tự, các công ty lớn với nhiều địa điểm và khu vực làm việc, có thể giảm thiểu thời gian lập trình và sự mâu thuẫn phần mềm bằng cách phân phối trực tiếp công việc từ một nguồn trung tâm đã được kiểm soát.

5. Lập trình PLC:

Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa, các nền tảng điều khiển chung cung cấp sự thống nhất  trong việc lập trình các thiết bị trung tâm (tức là robot) trong một sơ đồ. Các tùy chọn giao diện robot độc đáo như bộ điều khiển logic lập trình (PLC) MLX của Yaskawa cho phép toàn bộ robot được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình PLC đã chọn, thay vì ngôn ngữ robot thông thường. Sự đơn giản hóa này giúp loại bỏ sự trùng lặp trong một hệ thống, giúp giảm chi phí hữu hình trong một số lĩnh vực. Nó đồng thời cũng tăng cường nhân sự có khả năng lập trình hoặc bảo trì các hệ thống robot.

• Hướng đi cho tương lai :

Mặc dù trí tuệ nhân tạo và máy học đã được áp dụng trong việc tự động hóa robot nhưng thực tế vẫn chưa đạt được đầy đủ. Từ tầm nhìn đến khả năng nắm bắt và từ kiểm soát chuyển động đến giám sát dữ liệu, AI và học máy đang tạo ra tác động biến đổi đối với chuỗi cung ứng và các ứng dụng hậu cần.

Trong tương lai, các giao diện thực tế trực quan (AR) hoặc thực tế bán trực quan để điều khiển robot sẽ được áp dụng, giúp người dùng lập trình đường đi của robot liền mạch dựa trên cử chỉ của người dùng và bắt chước. Các phương pháp tương tự với máy học trên cho thấy nhiều hứa hẹn với nhiều lĩnh vực sản xuất, công nghiệp. Hiên nay, các doanh nghiệp từ nhà sản xuất ô tô đến các công ty mới thành lập đang đẩy mạnh đầu tư vào mảng công nghệ để đưa chúng thành công nghệ đứng đầu.