Trên công nghệ lập trình độc lập miễn giảng dạy robot công nghiệp

Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, hàn là một trong những phương pháp quy trình quan trọng nhất, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất máy móc, ngành công nghiệp hạt nhân, hóa dầu, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực khác. Vì hàn đóng vai trò như một người "thợ may" trong công nghiệp, là phương tiện gia công rất quan trọng trong sản xuất công nghiệp, đồng thời, do sự tồn tại của khói hàn, tia lửa kim loại, môi trường làm việc hàn rất khắc nghiệt, chất lượng hàn có tác động quyết định đến chất lượng sản phẩm.

Với sự phát triển của công nghệ robot công nghiệp, cảm biến và trí tuệ nhân tạo, robot hàn công nghiệp dần giải phóng người lao động khỏi các địa điểm hoạt động hàn phức tạp, khắc nghiệt và thậm chí nguy hiểm. Theo thông tin được công bố trong IFR 2021, số lượng robot công nghiệp đang hoạt động trong các nhà máy trên toàn thế giới đã đạt mức kỷ lục 3 triệu chiếc, tăng 10% so với cùng kỳ năm trước. Theo dữ liệu IFR 2018, 40% robot công nghiệp được sử dụng trong ngành hàn và cắt.

Robot hàn từ khi ra đời đến nay, đại khái đã trải qua ba thế hệ: thế hệ đầu tiên là chế độ làm việc "giáo dục-triển khai" (Teaching and playing) của robot, do thao tác đơn giản, không cần mô hình môi trường, quá trình giáo dục có thể sửa chữa lỗi gây ra bởi cấu trúc cơ khí và các đặc điểm khác, nên đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàn công nghiệp. Thế hệ thứ hai là robot hàn dựa trên môi trường cấu trúc và kiểu lập trình ngoại tuyến (Off-line programming), kết hợp thông tin môi trường hàn thu được và dữ liệu CAD/CAM của chi tiết, sử dụng kỹ thuật đồ họa máy tính để lập kế hoạch ngoại tuyến và mô phỏng động 3D cho nhiệm vụ hàn. Loại robot hàn này thường xuất hiện dưới dạng "robot công nghiệp + lập trình ngoại tuyến" ở trạm làm việc, ví dụ như phần mềm lập trình ngoại tuyến bên thứ ba phổ biến trên thị trường như RobotMaster, Sprutcam, RobotSmart và phần mềm ngoại tuyến RobotStudio, Roboguide của các nhà sản xuất thân robot, v.v. Thế hệ thứ ba đề cập đến robot hàn thông minh (Intelligent) được trang bị nhiều loại cảm biến, có khả năng lập trình và lên kế hoạch độc lập theo môi trường hàn sau khi nhận được lệnh hoạt động. Do sự phức tạp của công nghệ và sự chậm trễ của trí tuệ nhân tạo, thế hệ robot hàn này đang ở giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm. Hiện tại, một số ít nhà sản xuất trong và ngoài nước đã có sản phẩm liên quan. Tác giả gọi phần mềm lập trình ngoại tuyến thế hệ thứ hai là lập trình robot dựa trên mô hình, và thế hệ thứ ba là lập trình tự động dựa trên mô hình bằng thị giác.

Nội dung dưới đây là hàng khô, quan điểm từ tác giả cá nhân, không hoàn toàn đại diện cho Min Yue Technology chính thức. Trong quá trình sản xuất tại nhà máy, hàn và cắt có yêu cầu độ tin cậy và quy trình cao. Các phương án hàn và cắt dựa hoàn toàn trên thị giác phù hợp cho nghiên cứu học thuật, nhưng hiện nay tại các địa điểm công nghiệp thì không áp dụng được hoặc chỉ áp dụng cho một cảnh cụ thể nào đó. Lý do được liệt kê bên dưới. Thứ nhất, sau khi thu thập dữ liệu về môi trường (phần tử làm việc), robot hàn cần phải phán đoán và tính toán vị trí hàn hoặc cắt của phần tử làm việc, đây là một vấn đề tương tự như công nghệ lái tự động cấp độ 4. Những khó khăn bao gồm: 1. Dữ liệu đã thu thập bị thiếu hoặc không đủ chính xác; 2. Ngay cả khi dữ liệu đáp ứng yêu cầu, làm thế nào để tự động và đáng tin cậy trích xuất đường hàn từ đám mây điểm phức tạp hoặc dữ liệu hình ảnh; 3. Trích xuất đường đi xử lý và làm thế nào để xác định quy trình hàn và cắt, điều này khó hơn hai điểm trước.

So sánh chương trình giảng dạy không cần kiểm tra thế hệ thứ ba và thế hệ thứ tư

Trong trường hợp này, công nghệ nhạy cảm được sử dụng trong CAD/CAM, robot và thị giác 3D, trí tuệ nhân tạo, tích lũy qua nhiều năm, dựa trên phần mềm lập trình thông minh cho rô bốt hiện có đã chín muồi và cảm biến thị giác 3D. Trên cơ sở kết hợp ưu điểm của hai thế hệ lập trình thứ hai và thứ ba, phương pháp lập trình tự động không cần dạy thứ tư đã được đề xuất - tức là lập trình tự chủ dựa trên mô hình lái và cảm biến thị giác.

Như hình trên, trước khi sản xuất, quỹ đạo của robot được sử dụng để lập kế hoạch cho mô-đun số lượng chi tiết. Xác định quy trình tương ứng của mỗi phần thông qua việc đánh dấu mô hình và trích xuất tự động. Tuy nhiên, có sự khác biệt giữa phần mềm số hóa ngoại tuyến và trạm làm việc thực tế, bao gồm độ lệch giữa mô hình và chi tiết thực tế, cũng như biến dạng trong quá trình hàn và cắt. Đối với vấn đề này, các cảm biến thị giác 3D ở các thang đo khác nhau được sử dụng để định vị thô và chính xác cho các quỹ đạo. Qua việc kết hợp các cảm biến khác nhau, có thể đáp ứng yêu cầu về phạm vi lập trình lớn (hơn 100mm) và độ chính xác cao (dưới 0.1mm) cho việc bù trừ quỹ đạo. Phương án này có tính phổ quát cao, không có can thiệp của con người trong quá trình sản xuất, và sự kết hợp giữa dữ liệu mô phỏng số và dữ liệu đo lường từ cảm biến đã nâng cao độ tin cậy.

Quy trình hoạt động của phần mềm lập trình ngoại tuyến RobotSmart được mô tả chi tiết bên dưới. Lấy ví dụ về việc dạy hàn miễn phí cho thanh dọc phía trước của bộ phận xe điện tam bánh tốc độ thấp để giải thích quy trình hoạt động.

Bước 1, mở phần mềm và vào mô-đun hàn. Theo chi tiết công việc, lựa chọn là sử dụng lần quét đầu tiên trước khi hàn, định vị hoặc theo dõi. Bước thứ hai là chọn chi tiết công việc và cạnh hàn để lên kế hoạch quỹ đạo và tính toán quá trình tự động.

Đáng chú ý là hiện tại, RobotSmart hỗ trợ bốn dòng robot và các robot đa dạng. Cảm biến laser đường thẳng chỉ hỗ trợ các mẫu HA, WR và LDW của Minyue Technology, và hỗ trợ ánh sáng cấu trúc song song bao gồm SmartEye Vision WR yue tự phát triển loạt R/HA.