XỬ LÝ TẢI CHO ROBOT DI ĐỘNG

1. Khái niệm và vai trò của xử lý tải trong robot di động

Xử lý tải (Load Handling) là khả năng của robot di động trong việc tiếp cận, nâng, vận chuyển và hạ đặt hàng hóa một cách an toàn và chính xác. Đây là phần chức năng cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng như:

• Vận chuyển pallet trong kho và nhà máy.
• Giao hàng tự động tại các trạm.
• Robot dịch vụ mang vật tư, thuốc men, tài liệu…
• Các ứng dụng trong sản xuất thông minh và logistics 4.0.

Khác với xe nâng người lái hoặc băng chuyền cố định, robot di động cần khả năng xác định vị trí tải, tiếp cận chính xác, kiểm soát chuyển động khi nâng, và đảm bảo an toàn cho cả tải và robot khi di chuyển trong môi trường thực tế có nhiều biến động.

2. Các hình thức xử lý tải phổ biến

2.1. Bán tự động (Semi-Automated)

Robot chỉ di chuyển và dừng tại điểm nhận/trả hàng, còn thao tác nâng/hạ hoặc chất hàng được thực hiện thủ công bởi con người hoặc hệ thống tự động khác (cần cẩu, băng tải).

2.2. Tự động hoàn toàn (Fully Automated)

Robot được tích hợp cơ cấu nâng (lift), càng (fork), bàn nâng (platform), hoặc bộ kẹp (gripper) cho phép tiếp cận, nâng và hạ hàng hóa tự động mà không cần can thiệp thủ công. Trong trường hợp này, các cảm biến đóng vai trò then chốt để đảm bảo an toàn và chính xác khi tương tác với hàng hóa.

3. Các thách thức trong xử lý tải

• Sai lệch vị trí pallet hoặc kệ hàng khiến robot phải điều chỉnh quỹ đạo nâng.
• Chiều cao, khối lượng và kích thước tải không đồng đều, ảnh hưởng đến cân bằng và an toàn di chuyển.
• Khả năng phát hiện tải bị lệch hoặc thiếu tải, gây nguy hiểm khi di chuyển.
• Định vị chính xác điểm tiếp xúc tải trong môi trường không có đánh dấu vật lý.
• Hạ tải không đúng vị trí, có thể gây kẹt hoặc va đập.

4. Giải pháp cảm biến hỗ trợ xử lý tải

4.1. Cảm biến khoảng cách và đo chiều cao

Các cảm biến này thường được lắp tại:

• Cơ cấu nâng hoặc bệ đỡ tải: đo khoảng cách từ robot đến mặt sàn hoặc pallet.
• Mặt trước robot: xác định khoảng cách tới pallet/kệ để canh chỉnh điểm tiếp cận.
• Bên hông: hỗ trợ căn giữa với tải hoặc kiểm tra độ lệch khi tiếp cận.

Cảm biến đo chiều cao cũng giúp kiểm soát độ nâng chính xác, tránh nâng quá cao gây mất cân bằng hoặc quá thấp gây va đập.

4.2. Cảm biến nhận diện tải (Load Presence Detection)

Dùng để kiểm tra xem robot đã nhận đúng tải chưa, hoặc còn giữ tải hay không trong quá trình di chuyển. Có thể sử dụng:

• Cảm biến tiệm cận
• Cảm biến quang học phản xạ
• Cảm biến lực tại cơ cấu nâng

Chúng giúp phát hiện tình huống:

• Robot di chuyển mà chưa nâng tải.
• Tải bị rơi, lệch, hoặc không đúng kích thước.
• Tải bị mắc kẹt hoặc đặt sai vị trí.

4.3. Cảm biến lực – kiểm soát cân bằng và quá tải

Để đảm bảo robot không bị nghiêng hoặc vượt quá tải trọng thiết kế, cảm biến lực hoặc cảm biến trọng lượng được tích hợp vào cơ cấu nâng, bàn đỡ hoặc thân xe.

Một số robot dùng load cell, cảm biến biến dạng, hoặc cảm biến áp suất thủy lực để:

• Phát hiện quá tải.
• Kiểm tra sự phân bố tải trọng không đều.
• Ngắt hoạt động nâng nếu tải vượt mức cho phép.

4.4. Camera 2D/3D hỗ trợ căn chỉnh vị trí tải

Camera gắn trên robot có thể chụp hình hoặc quét 3D khu vực tiếp cận, giúp robot:

• Nhận diện vị trí pallet hoặc thùng hàng.
• Phân biệt các điểm giao hàng khác nhau.
• Kiểm tra pallet bị nghiêng, méo, sai kích thước.

Camera 3D (như công nghệ ToF hoặc stereo vision) cung cấp chiều sâu và hình dạng, cho phép căn chỉnh chính xác khi nâng hoặc đặt tải.

5. An toàn trong xử lý tải

5.1. Ngăn ngừa va chạm khi nâng/hạ

• Cảm biến siêu âm/quang học phát hiện vật thể gần cơ cấu nâng để tránh va chạm với người, tường, hoặc hàng hóa lân cận.
• Laser scanner an toàn mở rộng vùng giám sát khi robot nâng hàng cao.

5.2. Cảm biến nghiêng & cân bằng

Trong quá trình di chuyển với tải trọng lớn, robot cần kiểm soát trọng tâm để tránh bị lật hoặc trượt. Các cảm biến nghiêng (IMU) giúp phát hiện:

• Góc nghiêng vượt giới hạn.
• Rung động bất thường do tải không ổn định.
• Tình trạng robot đi trên dốc.

5.3. Hệ thống dừng khẩn cấp khi có lỗi

Kết hợp các tín hiệu từ cảm biến tải, camera và laser an toàn, robot có thể chủ động dừng hoặc hạ tải an toàn khi phát hiện:

• Mất tải giữa đường.
• Vướng vật cản trong hành trình nâng/hạ.
• Lỗi cơ khí tại cơ cấu nâng.

6. Tự động hóa các điểm giao hàng

Để quá trình xử lý tải đạt hiệu suất cao, robot cần phối hợp tốt với các điểm nhận/trả hàng như:

• Băng chuyền
• Cửa cuốn / cửa thông minh
• Kệ tự động hoặc giá đỡ thông minh
• Cảm biến vị trí cố định

Cảm biến gắn tại các điểm giao này giúp robot căn chỉnh chính xác, đồng thời hỗ trợ thông báo trạng thái cho hệ thống quản lý trung tâm.

7. Ứng dụng thực tế

a) AMR nâng pallet trong kho

Một robot AMR tích hợp càng nâng tự động, dùng cảm biến khoảng cách và laser để định vị pallet. Cảm biến lực giúp kiểm tra tải trọng trước khi nâng. Camera 3D hỗ trợ phát hiện pallet bị méo. Toàn bộ hệ thống tự động hóa việc tiếp cận, nâng, di chuyển và trả pallet chính xác tại khu vực đích.

b) Robot dịch vụ nâng thùng hàng nhẹ

Trong các trung tâm thương mại, robot vận chuyển hàng hóa dùng bàn nâng nhỏ điều chỉnh chiều cao linh hoạt. Cảm biến phát hiện khi nào thùng được đặt lên bàn và tự động khóa vị trí tải trước khi di chuyển.

8. Kết luận

Xử lý tải là một phần không thể tách rời trong giải pháp robot di động. Việc tích hợp cảm biến phù hợp giúp robot:

• Tiếp cận chính xác và an toàn.
• Phát hiện lỗi hoặc mất tải.
• Vận hành trong môi trường thay đổi.
• Tối ưu hóa hiệu suất giao nhận.

Các dòng cảm biến như cảm biến khoảng cách, cảm biến lực, camera 3D, cảm biến nghiêng… khi kết hợp đúng cách sẽ tạo nên hệ thống xử lý tải thông minh, giúp robot không chỉ di chuyển tự chủ mà còn thực sự tương tác hiệu quả với hàng hóa – điều kiện tiên quyết của tự động hóa cấp cao trong nhà máy và kho vận hiện đại.

Nguồn: https://www.sick.com/sg/en/

Xem thêm các sản phẩm của Sick tại đây.