Cách cảm biến hỗ trợ các nhà máy thông minh và sản xuất hiệu quả hơn

Với lạm phát cao, chi phí lao động ngày càng tăng, thiếu hụt lao động, khủng hoảng năng lượng và hình thức làm việc kết hợp, ngành sản xuất đã trải qua những bất ổn đáng kể vào năm 2022. Mặc dù một số vấn đề này đã bắt đầu được nới lỏng, nhưng năm 2023 vẫn được dự đoán là một năm đầy thách thức đối với ngành sản xuất .

Forbes gần đây đã xuất bản một bài báo, “5 xu hướng kinh doanh lớn nhất trong năm 2023 mà mọi người phải sẵn sàng cho ngay bây giờ”, liệt kê một số chuyển đổi quan trọng trong ngành sản xuất. Một trong những chuyển đổi thú vị nhất trong kinh doanh sản xuất là xu hướng chuyển đổi kỹ thuật số. Kỹ thuật số chuyển đổi, cùng với Công nghiệp 4.0, đã trở thành một từ thông dụng trong nhiều năm. Tuy nhiên, mặc dù có cái tên lạ mắt, nhưng chuyển đổi kỹ thuật số thường là một khái niệm mơ hồ đối với các nhà sản xuất. (HRI) để đạt được năng suất cao hơn và tăng mức độ di động tự chủ cho việc vận chuyển vật liệu và hàng hóa.Những chủ đề này cuối cùng được kích hoạt bằng các công nghệ cảm biến tiên tiến.

HRI an toàn để đạt năng suất cao hơn

An toàn luôn là ưu tiên hàng đầu khi sử dụng robot/máy móc trong ngành sản xuất. Robot có thể gây ra nhiều mối nguy hiểm cho người lao động. Ví dụ, mặc dù rô-bốt công nghiệp được thiết kế để hoạt động ở khoảng cách an toàn với con người, nhưng theo truyền thống, các thiết bị này thiếu các kỹ năng cảm giác cần thiết để xác định người ở gần. Gần đây, với việc áp dụng nhanh chóng rô-bốt cộng tác (cobot), người vận hành là con người tiếp xúc trực tiếp với không gian làm việc của rô-bốt, điều này có thể dẫn đến nhiều va chạm, rủi ro và nguy hiểm hơn. Để giảm thiểu những lo ngại về an toàn, IDTechEx đã thấy nhiều cảm biến, chẳng hạn như cảm biến lực và mô-men xoắn, LiDAR và cảm biến xúc giác được cài đặt trên rô-bốt để trang bị cho chúng khả năng nhận biết môi trường và tránh va chạm tốt hơn.

Một trong những ứng dụng quan trọng của cảm biến trong robot là phát hiện khoảng cách gần và phát hiện va chạm. Có thể đạt được khả năng phát hiện tiệm cận bằng cách sử dụng cảm biến quang điện (hàng rào quang điện), LiDAR và cảm biến tiệm cận điện dung. Cảm biến quang điện/rèm sáng có thể là một giải pháp lý tưởng cho rô-bốt công nghiệp. Một bức màn ánh sáng an toàn được tạo thành từ một máy phát và một máy thu. Máy phát truyền ánh sáng hồng ngoại đã điều chế, được máy thu nhận để tạo ra một dãy chùm sáng (còn được gọi là màn sáng). Khi người vận hành đi vào hoặc bị chặn bởi lưới bảo vệ, mạch thu ánh sáng sẽ phản hồi thông qua mạch điều khiển bên trong, mạch này sẽ phát tín hiệu cho máy, khiến máy chạy chậm lại hoặc dừng hoạt động, do đó ngăn ngừa khả năng xảy ra sự cố. va chạm.

Ngược lại, cảm biến lực và mô-men xoắn thường được sử dụng cho cobot khi phát hiện va chạm. Không giống như rô-bốt công nghiệp, cobot làm việc trong cùng không gian làm việc với con người, nghĩa là một bức màn/hàng rào ánh sáng vật lý sẽ không đủ. IDTechEx nhận thấy rằng phần lớn cobot thương mại hóa được trang bị ít nhất một cảm biến lực/mô-men xoắn (F/T) tại các khớp của chúng. Cảm biến F/T có hai chức năng chính, bao gồm đo lực và phát hiện va chạm. Các cảm biến F/T thường được lắp đặt xung quanh bộ phận tác động cuối của rô-bốt để đo lực.

Tùy theo nhiệm vụ mà phạm vi lực cần được cài đặt sẵn, khi xảy ra va chạm, lực hoặc mô-men xoắn do cảm biến phát hiện sẽ vượt quá phạm vi định sẵn, từ đó thông báo cho robot dừng hoạt động. Với yêu cầu an toàn ngày càng tăng của HRI, nhiều cảm biến F/T dự kiến ​​sẽ được lắp đặt. Hầu hết các cobot đều được cài đặt một cảm biến F/T ở giai đoạn này, thường là xung quanh bộ thực hiện cuối. Tuy nhiên, IDTechEx đã nhận thấy rằng một số OEM cobot (ví dụ: Franka Emika) đang bắt đầu kết hợp nhiều cảm biến mô-men xoắn hơn trên tất cả các khớp để cho phép kiểm soát lực và phát hiện va chạm tốt hơn.

Tăng mức độ di chuyển tự chủ

Khả năng di chuyển tự động là một trong những phần quan trọng nhất trong khả năng tự chủ của rô-bốt. Khả năng di chuyển tự động đòi hỏi robot phải có khả năng điều hướng, định vị và tránh chướng ngại vật. Trong bối cảnh của ngành sản xuất, rô bốt di động, đặc biệt là các phương tiện tự động dẫn đường (AGV) và rô bốt di động tự động (AMR), sẽ được sử dụng để vận chuyển vật liệu. Chức năng di chuyển tự động của robot di động được kích hoạt bởi các cảm biến như LiDAR, máy ảnh và cảm biến siêu âm. Các cảm biến khác nhau có những ưu điểm và nhược điểm, và trên thực tế, nhiều cảm biến thường được sử dụng kết hợp với nhau để đạt được hiệu suất tổng thể tốt nhất.

Chẳng hạn, LiDAR tương đối dễ sử dụng và chúng miễn nhiễm với thời tiết xấu. Tuy nhiên, LiDAR thường đi kèm với chi phí cao. Ngược lại, máy ảnh hoặc cảm biến hình ảnh là những thứ duy nhất có thể được sử dụng để phân loại/nhận dạng đối tượng, nhưng chúng có hiệu suất kém khi gặp thời tiết bất lợi hoặc tầm nhìn hạn chế. Về ngành sản xuất, IDTechEx tin rằng máy ảnh sẽ ngày càng được sử dụng nhiều hơn vì những robot đó có xu hướng hoạt động trong môi trường trong nhà được kiểm soát tốt với ánh sáng ổn định. Ở giai đoạn này, IDTechEx tin rằng nhiều AGV trong nhà trong ngành sản xuất có thể thực hiện ở chế độ tự chủ cấp độ 3, nghĩa là các hệ thống rô-bốt tích hợp có thể đạt được hầu hết các nhiệm vụ lái xe tự động và nhiều AGV có thể được giám sát đồng thời bởi một người vận hành.

Với xu hướng hướng tới cấp độ 4 và mức độ tự chủ cao hơn, IDTechEx tin rằng các cảm biến mạnh mẽ hơn sẽ được tích hợp. Bạn có thể tìm thấy phân tích chi tiết về dự báo thị trường trong nghiên cứu mới nhất của IDTechEx, “Cảm biến cho Robotics 2023-2043: Công nghệ, Thị trường và Dự báo.”

Đọc thêm