Robot Scara là gì? Cấu tạo, lợi ích & ứng dụng trong công nghiệp

Trong thế giới đa dạng của robot công nghiệp, nếu cánh tay robot 6 trục được ví như một vận động viên đa năng có thể thực hiện mọi động tác phức tạp, thì Robot SCARA chính là một “chiến binh chuyên biệt” – bậc thầy của tốc độ và độ chính xác trong mặt phẳng ngang.

Được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tự động hóa ngày càng cao về sự tinh gọn, hiệu quả và đáng tin cậy, Robot SCARA đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều ngành sản xuất đòi hỏi sự tỉ mỉ, nhanh chóng và hiệu quả.

Nội dung bài viết

1 Robot SCARA là gì?
2 Điểm nổi bật của robot SCARA
3 Cấu tạo cơ bản của robot SCARA
4 Nguyên lý hoạt động của Robot SCARA
5 Ưu nhược điểm của robot SCARA
6 Các ứng dụng của robot SCARA
7 So sánh các loại cánh tay robot
8 Các hãng sản xuất robot SCARA

Robot SCARA là gì?

Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là một loại robot công nghiệp đặc biệt, nổi bật với khả năng di chuyển nhanh chóng và chính xác trong mặt phẳng ngang, đồng thời duy trì độ cứng vững đáng kinh ngạc theo chiều dọc.

Robot SCARA có:

– Độ cứng cao khi chịu lực theo phương thẳng đứng (trục Z), rất lý tưởng cho các tác vụ như: ép, nhấn, hoặc vặn vít mà không bị rung lắc hay biến dạng.

– Nó lại cực kỳ linh hoạt và dễ dàng di chuyển theo phương ngang (trục X-Y).

Về cấu tạo, robot SCARA thường có 4 bậc tự do (4 trục):

– Hai khớp quay song song trong mặt phẳng ngang.

– Một trục tịnh tiến theo chiều dọc (trục Z).

– Một khớp quay ở cổ tay để xoay công cụ.

Chính nhờ sự kết hợp độc đáo này, robot SCARA trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi sự tỉ mỉ và tốc độ cao trong một không gian làm việc giới hạn, đặc biệt là trong ngành lắp ráp, gắp đặt linh kiện điện tử, y tế và đóng gói.

Điểm nổi bật của robot SCARA

Robot SCARA sở hữu nhiều điểm nổi bật giúp chúng tỏa sáng trong phân khúc của mình:

1/ Kích thước nhỏ gọn: Robot SCARA được thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt trên bàn làm việc hoặc trong các xưởng sản xuất hạn chế về không gian.

=> Điều này giúp tối ưu hóa diện tích nhà xưởng, dễ dàng tích hợp vào các dây chuyền hiện có.

>>> Xem thêm: Báo giá cánh tay robot mini

2/ Tốc độ cao: Robot SCARA có khả năng thực hiện các tác vụ gắp và đặt, di chuyển vật phẩm trong mặt phẳng X-Y với tốc độ cực kỳ ấn tượng (mét/giây).

=> Điều này giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ sản xuất và tăng năng suất.

3/ Độ chính xác và độ lặp lại vượt trội: Robot SCARA có thể đạt được độ chính xác lặp lại cực kỳ cao (khoảng ±0.01mm đến ±0.02mm).

=> Điều này đảm bảo rằng mỗi sản phẩm đều được xử lý với sự nhất quán tuyệt đối, giảm thiểu lỗi và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4/ Cấu trúc cứng vững theo chiều dọc: Robot SCARA rất phù hợp cho các tác vụ đòi hỏi lực nhấn hoặc ép chính xác như: vặn vít, ép chốt, lắp ráp các bộ phận có độ vừa khít chặt.

=> Độ cứng này giúp ngăn ngừa sai lệch hoặc biến dạng trong quá trình thực hiện lực.

5/ Chi phí hiệu quả: So với robot khớp nối 6 trục, Robot SCARA thường có chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn đáng kể cho các tác vụ mà chúng chuyên biệt.

=> Lựa chọn kinh tế hơn cho các doanh nghiệp muốn tự động hóa các quy trình lắp ráp và gắp đặt cụ thể.

6/ Dễ lập trình và vận hành: Robot SCARA thường dễ dàng và nhanh chóng hơn so với robot khớp nối phức tạp hơn.

>>> Xem thêm cánh tay robot tự động:

Cấu tạo cơ bản của robot SCARA

Robot SCARA thường có 4 bậc tự do (4-DoF) được bố trí một cách rất đặc trưng:

– Hai khớp quay song song trong mặt phẳng ngang (J1 và J2):

+ Khớp J1 (trục 1): Nằm ở chân đế, cho phép toàn bộ cánh tay robot xoay quanh trục thẳng đứng.

+ Khớp J2 (trục 2): Nằm ở điểm nối giữa cánh tay thứ nhất và cánh tay thứ hai, cho phép cánh tay thứ hai xoay độc lập so với cánh tay thứ nhất.

=> Sự song song của hai khớp này là chìa khóa giúp robot di chuyển nhanh chóng và linh hoạt trong mặt phẳng X-Y.

– Một trục tịnh tiến theo chiều dọc (J3 – trục Z): Nằm ở cuối cánh tay thứ hai, cho phép đầu công cụ di chuyển lên xuống thẳng đứng.

=> Đây là phần mang lại đặc tính cứng vững theo chiều dọc của Robot SCARA.

– Một khớp quay ở cổ tay (J4 – trục thứ 4): Nằm ở cuối trục Z, cho phép đầu công cụ xoay quanh trục Z.

+ Khớp này thường có phạm vi xoay 360 độ hoặc hơn.

– Cánh tay (Arms): Gồm hai phân đoạn cánh tay được nối bởi các khớp quay.

– Động cơ: Mỗi trục được điều khiển bởi một động cơ servo chính xác, đảm bảo chuyển động mượt mà và kiểm soát vị trí chặt chẽ.

– Bộ điều khiển: Là trung tâm xử lý, nhận lệnh, tính toán quỹ đạo và điều khiển các động cơ.

– Bộ phận cuối cánh tay: Công cụ được gắn vào đầu robot như: bộ kẹp, đầu vặn vít, hoặc kim phun.

>>> Xem thêm: Các loại cánh tay robot trong công nghiệp

Nguyên lý hoạt động của Robot SCARA

Robot SCARA nổi bật nhờ khả năng di chuyển cực nhanh và chính xác trong mặt phẳng ngang. Để làm được điều đó, nó hoạt động dựa trên một nguyên lý đặc trưng kết hợp cấu trúc cơ khí độc đáo và hệ thống điều khiển thông minh.

1/ Cấu trúc khớp: Khác với robot khớp nối đa năng, robot SCARA được thiết kế chuyên biệt với các khớp sau:

– Hai khớp quay song song (trục 1 & trục 2): Cho phép cánh tay robot mở rộng hoặc thu lại, di chuyển nhanh chóng trong mặt phẳng X-Y (ngang).

+ Nhờ cách bố trí song song, chuyển động của chúng rất hiệu quả và ít gây quán tính.

– Trục tịnh tiến dọc (trục Z): Cho phép đầu công cụ di chuyển lên xuống.

– Trục quay cổ tay (trục 4): Cho phép công cụ xoay quanh trục thẳng đứng.

2/ Khả Năng Tuân Thủ Chọn Lọc: Đây là nguyên lý cốt lõi và là yếu tố định danh của robot SCARA.

– Cứng vững theo chiều dọc:

+ Robot SCARA có khả năng chịu lực nén hoặc ép rất tốt theo phương thẳng đứng.

=> Điều này cực kỳ quan trọng trong các tác vụ như: vặn vít, ép chốt, hoặc đưa linh kiện vào lỗ mà không sợ bị lệch hay cong vênh.

– Nhờ các khớp quay nằm ngang, robot SCARA rất linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh vị trí nhỏ trong mặt phẳng X-Y.

3/ Để đảm bảo mọi thứ chính xác, robot SCARA sử dụng một hệ thống điều khiển thông minh:

– Mệnh lệnh: Bạn đưa cho robot một lệnh, ví dụ: “Di chuyển đến điểm X, Y này và hạ xuống độ cao Z”.

– Bộ điều khiển của robot sẽ tính toán chính xác mỗi khớp cần phải quay bao nhiêu độ, trục Z phải hạ xuống bao nhiêu để đầu cánh tay đến đúng vị trí bạn muốn.

– Mỗi khớp đều có một cảm biến liên tục báo cáo về bộ điều khiển vị trí thực tế của mình.

– Bộ điều khiển liên tục so sánh vị trí thực tế với vị trí mong muốn.

+ Nếu có sai lệch dù là nhỏ nhất, nó sẽ ngay lập tức điều chỉnh dòng điện cấp cho động cơ ở các khớp để đưa chúng về đúng quỹ đạo.

+ Quá trình kiểm tra và điều chỉnh này diễn ra liên tục, giúp robot đạt được độ chính xác và tốc độ đáng kinh ngạc.

4/ Khi bắt đầu làm việc, robot sẽ phối hợp tất cả các khớp để di chuyển đầu cánh tay thực hiện các tác vụ như: gắp, đặt, vặn, ép…

Ưu nhược điểm của robot SCARA

1/ Ưu điểm

– Hiệu quả cao: Tăng năng suất sản xuất đột phá nhờ tốc độ và khả năng lặp lại vượt trội.

– Chất lượng ổn định: Đảm bảo sản phẩm đầu ra có chất lượng đồng nhất, giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm.

– Tối ưu không gian: Phù hợp hoàn hảo với các nhà máy có diện tích hạn chế, dễ dàng tích hợp vào các cell làm việc nhỏ.

– An toàn: Giảm thiểu rủi ro cho người lao động khi đảm nhiệm các công việc lặp lại, tẻ nhạt hoặc có tính chất nguy hiểm.

– Linh hoạt ứng dụng: Mặc dù chuyên biệt, chúng vẫn rất linh hoạt trong các tác vụ lắp ráp, gắp đặt, phân loại và đóng gói.

– Kiểm soát lực chính xác: Lý tưởng cho việc vặn vít, ép, nhấn.

2/ Nhược điểm

– Hạn chế linh hoạt 3D: Khả năng định hướng công cụ trong không gian 3D kém hơn so với robot khớp nối 6 trục.

+ Chủ yếu hoạt động hiệu quả trong mặt phẳng ngang.

– Không gian làm việc giới hạn: Chỉ hiệu quả trong khu vực hình trụ hoặc hình quạt của riêng nó.

+ Không phù hợp cho các tác vụ cần tầm với xa theo chiều sâu hoặc chiều cao lớn.

– Không phù hợp tải quá nặng: Tải trọng tối đa của Robot SCARA thường ở mức nhẹ đến trung bình, không thích hợp cho các ứng dụng xử lý vật liệu siêu nặng.

Các ứng dụng của robot SCARA

Robot SCARA đã trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều ngành công nghiệp:

– Lắp ráp điện tử nhỏ trên bảng mạch PCB, màn hình điện thoại, máy tính, gán chip, bắt vít chính xác.

– Gắp – đặt từ khay này sang khay khác, hoặc từ băng tải vào quy trình tiếp theo trong ngành dược phẩm, thực phẩm, đóng gói.

– Phân loại, sắp xếp sản phẩm theo kích thước, màu sắc, hoặc loại dựa trên tín hiệu từ cảm biến hoặc hệ thống thị giác.

– Tự động hóa quá trình đóng gói sản phẩm, dán nhãn chính xác lên bao bì.

– Các tác vụ đòi hỏi lực dọc chính xác và khả năng lặp lại cao như: bắt vít vào vỏ sản phẩm, ép linh kiện vào khuôn.

– Dùng kết hợp với hệ thống thị giác máy để kiểm tra các chi tiết nhỏ, phát hiện lỗi, đo lường kích thước chính xác.

– Hỗ trợ xử lý mẫu vật, gắp đặt ống nghiệm, chuẩn bị hóa chất trong môi trường yêu cầu độ sạch và chính xác cao.

>>> Xem thêm: 10 ngành công nghiệp có thể ứng dụng cánh tay robot

So sánh các loại cánh tay robot

Các loại cánh tay robot công nghiệp hiện đại đều được thiết kế để tự động hóa các quy trình sản xuất, nhưng chúng khác nhau đáng kể về cấu trúc, nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và khả năng ứng dụng. Việc lựa chọn loại robot phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí.

Dưới đây là so sánh chi tiết giữa robot SCARA với các loại robot phổ biến khác: robot khớp nối, Robot Delta và Robot Cartesian.

Tiêu chí so sánh	Articulated Robot	Robot SCARA	Robot Delta	Robot Cartesian
Cấu trúc	Khớp quay nối tiếp, giống tay người	2 khớp quay ngang, 1 trục Z tịnh tiến	Cấu trúc song song, cánh tay từ trên xuống	Các trục tịnh tiến vuông góc (X,Y,Z)
Số trục phổ biến	6 trục	4 trục	3 – 4 trục	3 trục trở lên
Không gian làm việc	Hình cầu/bán cầu, linh hoạt	Hình trụ/quạt	Hình nón (phía dưới)	Hình hộp chữ nhật
Độ linh hoạt	Rất cao, tiếp cận mọi góc	Cao (ngang), hạn chế (3D)	Cao (tầm làm việc), hạn chế (tải trọng)	Thấp, chỉ theo trục thẳng
Tốc độ	Cao	Nhanh	Rất nhanh	Thấp hơn
Độ chính xác	Cao (lặp lại tốt)	Rất cao (đặc biệt trục Z & ngang)	Rất cao	Rất cao (tuyến tính)
Tải trọng	Rất đa dạng (nhẹ – siêu nặng)	Thấp	Rất thấp	Rất đa dạng (nhẹ – siêu nặng)
Phức tạp lập trình	Cao	Trung bình	Cao	Thấp
Chi phí	Cao (ban đầu)	Trung bình (thấp hơn khớp nối)	Cao (thường hơn SCARA cùng tầm với)	Thấp (thường hơn khớp nối)
Ứng dụng	Hàn, lắp ráp phức tạp, sơn, xử lý vật liệu tổng quát	Lắp ráp điện tử, gắp đặt tốc độ cao, vặn vít	Gắp đặt tốc độ cực cao, đóng gói, phân loại	Sơn bề mặt phẳng, cắt, in 3D, tải nặng thẳng

Các hãng sản xuất robot SCARA

Robot SCARA được sản xuất bởi nhiều hãng công nghiệp hàng đầu thế giới, bao gồm:

– Epson: Một trong những nhà tiên phong và dẫn đầu thị trường về Robot SCARA.

– Yamaha: Nổi tiếng với các giải pháp robot chính xác và tốc độ cao.

– Omron (trước đây là Adept): Cung cấp các dòng SCARA hiệu suất cao.

– Denso: Một nhà sản xuất lớn của Nhật Bản với các giải pháp robot công nghiệp.

– Mitsubishi Electric: Cung cấp nhiều dòng robot công nghiệp, trong đó có SCARA.

– Staubli: Nổi tiếng với robot có độ chính xác cao và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt.

– Estun (Trung Quốc): Một tên tuổi đang lên, cung cấp các dòng SCARA với hiệu suất cạnh tranh và giá thành hợp lý, ví dụ như dòng ER3-SR.

Kết Luận:

Robot SCARA là một biểu tượng của sự tinh gọn, hiệu quả và chính xác trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0. Với cấu trúc độc đáo mang lại tốc độ vượt trội trong mặt phẳng ngang và độ cứng vững tuyệt vời theo chiều dọc, robot SCARA được ứng dụng từ lắp ráp điện tử đến đóng gói và kiểm tra chất lượng.

Hãy liên hệ tới VNTECH để được tư vấn chi tiết giải pháp tự động hóa phù hợp nhất với doanh nghiệp của bạn.

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.