Robot công nghiệp được phân loại chủ yếu theo cấu trúc động học (kinematic structure) — cách các khớp và trục chuyển động kết hợp để đưa đầu công tác tới vị trí mong muốn. Năm kiểu phổ biến nhất: khớp nối tiếp 6 trục (articulated), SCARA, Cartesian/gantry, Delta (song song), và trụ tròn (cylindrical) — mỗi kiểu phù hợp một nhóm ứng dụng khác nhau. Thuật ngữ và định nghĩa theo ISO 8373:2021; an toàn theo ISO 10218-1:2025 và ISO 10218-2:2025.
Nội dung thuộc chuyên trang Tự động hóa & robot của cokhi.net, cụm Robot công nghiệp — ở góc nguyên lý phân loại và thông số kỹ thuật chung, không tư vấn chọn model/hãng robot cho ứng dụng cụ thể.
Năm kiểu cấu trúc động học
- Khớp nối tiếp / 6 trục (articulated): chuỗi khớp quay nối tiếp nhau, mô phỏng cấu trúc cánh tay người — phổ biến nhất, thường 6 trục (có thể 3-10+ trục). Tải trọng và tầm với rất rộng (từ dưới 1kg tới hàng tấn tùy model). Phù hợp hàn, sơn, lắp ráp, xử lý vật liệu — chuyển động phức tạp trong không gian 3D.
- SCARA: hai (hoặc ba) khớp quay trục đứng song song trong mặt phẳng X-Y, cộng một trục Z cứng thẳng đứng — "tuân theo có chọn lọc" (mềm dẻo theo X-Y, cứng theo Z). Thường 4 bậc tự do, độ lặp lại rất cao. Phù hợp gắp-đặt tốc độ cao, lắp ráp điện tử, cắm linh kiện theo phương thẳng đứng.
- Cartesian / gantry: chuyển động thuần theo 3 trục thẳng vuông góc X-Y-Z, không có khớp quay tay máy. Kiểu gantry (cổng trục) dùng 2 ray X ở đáy đỡ 1 ray Y bắc ngang — chịu tải lớn, hành trình dài. Phù hợp gắp-đặt, phân loại, đóng gói trên diện tích rộng.
- Delta (robot song song): 3 (hoặc 4) cánh tay hình bình hành nối từ khung cố định (thường treo trần) xuống một mâm đầu công tác di động qua khớp cầu — động cơ đặt cố định trên khung nên khối lượng chuyển động rất nhỏ. Thường 3-4 bậc tự do, tải trọng thấp (thường dưới 8kg) nhưng tốc độ cực cao. Phù hợp gắp-đặt tốc độ rất cao (thực phẩm, dược phẩm, điện tử).
- Trụ tròn (cylindrical): hệ tọa độ trụ — 1 khớp quay ở đế (θ) + 2 khớp trượt thẳng (bán kính r, cao z). Thường 3 bậc tự do. Phù hợp xử lý wafer bán dẫn (không gian hẹp, sạch), gắp phôi đúc áp lực, tay máy trung tâm phục vụ nhiều máy CNC xung quanh.
Bảng so sánh nhanh 5 kiểu cấu trúc động học:
| Kiểu | Bậc tự do phổ biến | Tải trọng | Ứng dụng phù hợp |
|---|---|---|---|
| Khớp nối tiếp/6 trục | 6 (có thể 3-10+) | Dưới 1kg đến hàng tấn | Hàn, sơn, lắp ráp, xử lý vật liệu |
| SCARA | 4 | Trung bình, độ lặp lại rất cao | Gắp-đặt tốc độ cao, lắp ráp điện tử |
| Cartesian/gantry | 3 | Tải lớn, hành trình dài | Gắp-đặt, phân loại, đóng gói diện tích rộng |
| Delta (song song) | 3-4 | Thường dưới 8kg, tốc độ cực cao | Gắp-đặt tốc độ rất cao (thực phẩm, dược, điện tử) |
| Trụ tròn (cylindrical) | 3 | — | Xử lý wafer, gắp phôi đúc áp lực, phục vụ CNC |
Độ lặp lại (repeatability) khác độ chính xác (accuracy)
Đây là hai thông số hay bị nhầm lẫn nhưng có ý nghĩa hoàn toàn khác nhau, định nghĩa và cách đo theo ISO 9283:1998 (Manipulating industrial robots — Performance criteria and related test methods):
- Độ lặp lại (repeatability): khả năng robot quay lại đúng cùng một vị trí đã dạy (taught position) nhiều lần liên tiếp. Đo bằng bán kính hình cầu nhỏ nhất bao trọn tất cả các điểm mà đầu công tác thực sự đạt tới khi lặp lại cùng một lệnh di chuyển.
- Độ chính xác (accuracy): sai lệch giữa vị trí đã yêu cầu theo tọa độ lý thuyết (commanded position) và vị trí robot thực sự đạt tới.
Ví dụ dễ hình dung: ném phi tiêu — độ chính xác là trúng hồng tâm; độ lặp lại là các mũi tiêu rơi tụ lại gần nhau, dù có thể lệch hẳn khỏi hồng tâm. Một robot có thể rất lặp lại nhưng không chính xác: nghiên cứu học thuật trên robot UR5 đo được sai số độ chính xác trung bình 1,773 mm trước hiệu chỉnh (dù thông số độ lặp lại công bố chỉ khoảng ±0,1mm) — sau hiệu chỉnh động học giảm còn 0,2595mm, sau bù bằng mạng neural còn 0,1041mm. Đây là lý do trong thực hành, robot công nghiệp luôn được dạy điểm trực tiếp (teach pendant) thay vì chỉ dựa vào tọa độ lý thuyết, vì độ lặp lại của robot tốt hơn độ chính xác rất nhiều.
Tiêu chuẩn ISO liên quan
- ISO 8373:2021 — Robotics — Vocabulary: định nghĩa thuật ngữ dùng trong lĩnh vực robot (đang có bản sửa đổi ISO/DIS 8373 trong quá trình soạn thảo, chưa ban hành chính thức nên 2021 vẫn là bản hiện hành).
- ISO 10218-1:2025 — Robotics — Safety requirements — Part 1: Robots: yêu cầu an toàn cho bản thân robot công nghiệp (thiết kế an toàn vốn có, giảm thiểu rủi ro, thông tin sử dụng trước khi tích hợp). Đây là bản cập nhật lớn thay thế bản 2011 trước đó.
- ISO 10218-2:2025 — Robotics — Safety requirements — Part 2: Industrial robot applications and robot cells: yêu cầu an toàn cho toàn bộ ứng dụng/tế bào robot (thiết kế, tích hợp, vận hành, bảo trì, tháo dỡ) — ban hành cùng đợt với Part 1 (cùng năm 2025).
- ISO/TS 15066:2016 — Robots and robotic devices — Collaborative robots: là Đặc tả kỹ thuật (Technical Specification), KHÔNG phải Tiêu chuẩn quốc tế đầy đủ, bổ sung riêng cho robot cộng tác (cobot) — quy định thêm giới hạn lực/áp suất sinh học khi robot tiếp xúc trực tiếp với người, dựa trên nền hai tiêu chuẩn nêu trên chứ không thay thế.
Cobot khác robot công nghiệp truyền thống ở đâu?
Ngoài yêu cầu an toàn bổ sung theo ISO/TS 15066 đã nêu ở trên, cobot và robot công nghiệp truyền thống khác nhau ở nhiều khía cạnh thực tế:
| Tiêu chí | Robot công nghiệp truyền thống | Cobot (robot cộng tác) |
|---|---|---|
| Không gian làm việc | Cách ly bằng rào chắn/hàng rào an toàn, người không vào khi robot chạy | Chia sẻ không gian trực tiếp với người, không bắt buộc rào chắn (tùy đánh giá rủi ro cụ thể) |
| Tốc độ/tải trọng | Thường cao hơn hẳn — tối ưu năng suất | Giới hạn thấp hơn theo yêu cầu an toàn tiếp xúc |
| Cảm biến lực/va chạm | Không bắt buộc | Thường tích hợp sẵn để dừng/giảm lực khi phát hiện tiếp xúc ngoài ý muốn |
| Ứng dụng điển hình | Hàn, sơn, gia công khối lượng lớn, tốc độ cao | Lắp ráp phối hợp người-máy, kiểm tra chất lượng, công đoạn cần đổi việc linh hoạt |
| Yêu cầu an toàn | ISO 10218-1:2025 và ISO 10218-2:2025 | ISO 10218-1/2:2025 + ISO/TS 15066:2016 bổ sung |
Annex A của ISO/TS 15066:2016 quy định một bảng giới hạn lực và áp suất tiếp xúc cho phép, chia theo từng VÙNG CƠ THỂ (ví dụ đầu/mặt, ngực, tay, chân — vùng nhạy cảm hơn có giới hạn thấp hơn) và phân biệt 2 kiểu tiếp xúc: tiếp xúc tức thời (transient — robot lướt qua, cho phép lực cao hơn) và tiếp xúc kẹp/tựa (quasi-static — robot ép giữ lâu hơn, giới hạn thấp hơn hẳn). Các giới hạn này xây dựng từ nghiên cứu thực nghiệm về ngưỡng đau trên người tham gia thử nghiệm — số liệu cụ thể theo từng vùng cơ thể cần tra trực tiếp bảng Annex A của tiêu chuẩn, không nêu con số cụ thể ở đây vì các nguồn thứ cấp hiện có đối chiếu chưa thống nhất hoàn toàn với nhau.
FAQ
Robot công nghiệp phân loại chủ yếu theo tiêu chí nào? Theo cấu trúc động học (kinematic structure) — cách các khớp và trục chuyển động kết hợp để đưa đầu công tác tới vị trí mong muốn. Năm kiểu phổ biến: khớp nối tiếp 6 trục, SCARA, Cartesian/gantry, Delta, và trụ tròn.
Độ lặp lại khác độ chính xác thế nào? Độ lặp lại là khả năng quay lại đúng cùng một vị trí đã dạy nhiều lần; độ chính xác là sai lệch giữa vị trí yêu cầu theo tọa độ lý thuyết và vị trí thực đạt tới — một robot có thể rất lặp lại nhưng không chính xác, đây là lý do robot công nghiệp luôn được dạy điểm trực tiếp thay vì chỉ dựa vào tọa độ lý thuyết.
Robot Delta phù hợp ứng dụng nào và vì sao tốc độ cao? Phù hợp gắp-đặt tốc độ rất cao (thực phẩm, dược phẩm, điện tử) vì động cơ đặt cố định trên khung nên khối lượng chuyển động rất nhỏ — tải trọng thường dưới 8kg nhưng đạt tốc độ cực cao.
Cobot khác robot công nghiệp thông thường ở điểm nào? Cobot (collaborative robot) thiết kế làm việc trực tiếp cùng không gian với người — an toàn bổ sung theo ISO/TS 15066:2016, quy định thêm giới hạn lực/áp suất sinh học khi robot tiếp xúc trực tiếp với người, dựa trên nền 2 tiêu chuẩn an toàn chung ISO 10218-1/2:2025.
Thuật ngữ
- DOF (Degrees of Freedom — bậc tự do):** số trục/khớp chuyển động độc lập của robot.
- Payload (tải trọng): khối lượng tối đa robot mang được ở đầu công tác — giảm dần khi robot vươn xa hết tầm hoặc nâng cao trên đầu.
- Reach (tầm với): khoảng cách tối đa từ tâm đế robot tới cổ tay khi tay vươn hết cỡ.
- Repeatability / Accuracy: độ lặp lại (quay lại đúng điểm đã dạy) / độ chính xác (đạt đúng tọa độ lý thuyết) — hai khái niệm khác nhau, đo theo ISO 9283:1998.
- Cobot (collaborative robot — robot cộng tác): robot thiết kế làm việc trực tiếp cùng không gian với người, an toàn bổ sung theo ISO/TS 15066:2016.
Tài liệu tham khảo
-
ISO, ISO 8373:2021 — Robotics: Vocabulary: https://www.iso.org/standard/75539.html
-
ISO, ISO 10218-1:2025 — Robotics: Safety requirements, Part 1: Robots: https://www.iso.org/standard/73933.html
-
ISO, ISO 10218-2:2025 — Robotics: Safety requirements, Part 2: Industrial robot applications and robot cells: https://www.iso.org/standard/73934.html
-
ISO, ISO/TS 15066:2016 — Robots and robotic devices: Collaborative robots: https://www.iso.org/standard/62996.html
-
KUKA, From Delta to SCARA — Overview of Industrial Robot Types: https://www.kuka.com/en-us/company/iimagazine/2022/from-delta-to-scara,-c-,-overview-of-industrial-robot-types
-
Robotiq, What are Accuracy and Repeatability in Industrial Robots?: https://blog.robotiq.com/what-are-accuracy-and-repeatability-in-industrial-robots
-
PMC (peer-reviewed), Absolute Positioning Accuracy Improvement in an Industrial Robot (số liệu UR5 thực nghiệm): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7471972/
-
Automate.org / A3, Tech Papers: ISO/TS 15066 Explained (4 kiểu vận hành cộng tác, khái niệm bảng giới hạn lực/áp suất Annex A): https://www.automate.org/robotics/tech-papers/iso-ts-15066-explained
-
PMC (peer-reviewed), A Statistical Model to Determine Biomechanical Limits for Physically Safe Interactions With Collaborative Robots (nghiên cứu thực nghiệm bổ sung về ngưỡng lực/áp suất theo vùng cơ thể): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8850785/
Xem thêm: Cơ cấu chấp hành: phân loại khí nén/thủy lực/điện →
Xem thêm trong chủ đề này: cảm biến tiệm cận → · nguyên lý PLC (bộ điều khiển lập trình) → · nguyên lý cảm biến công nghiệp →