Đặt một robot hình người cạnh một cánh tay công nghiệp, câu hỏi tự nhiên là cái nào tốt hơn. Câu hỏi đó không có nghĩa, vì hai loại được thiết kế theo hai bộ mục tiêu gần như ngược nhau.
Mục tiêu thiết kế ngược nhau
Robot công nghiệp được tối ưu cho độ lặp lại và tốc độ tại một vị trí cố định. Mọi quyết định thiết kế phục vụ mục tiêu đó: kết cấu nặng và cứng, bắt chặt xuống nền, không cần quan tâm tới khối lượng bản thân vì nó không di chuyển.
Robot hình người được tối ưu cho khả năng di chuyển và làm nhiều việc trong môi trường của con người. Nó phải mang theo chính mình, nên mọi kilôgam đều là gánh nặng cho pin và cho cơ cấu.
Hai mục tiêu này kéo thiết kế về hai hướng đối lập. Nặng và cứng thì chính xác nhưng không đi được; nhẹ và mềm thì đi được nhưng kém chính xác.
Độ cứng vững và độ chính xác
Robot công nghiệp đạt độ lặp lại rất cao vì kết cấu cứng, bệ cố định và bộ truyền có độ rơ rất nhỏ.
Robot hình người không thể đạt mức đó. Kết cấu nhẹ hơn nên võng nhiều hơn, và quan trọng hơn là gốc toạ độ của nó không cố định: cả thân đang đứng trên hai chân đang liên tục điều chỉnh. Sai số của tư thế thân truyền thẳng vào vị trí bàn tay.
Hệ quả: các thao tác cần độ chính xác cao trên robot hình người phải dựa vào phản hồi tại chỗ — nhìn và chạm để chỉnh — thay vì dựa vào việc đi tới đúng toạ độ như robot công nghiệp.
Đây không phải khiếm khuyết cần khắc phục mà là đặc tính của hình thể, và cách làm việc phải thiết kế quanh nó.
Cách điều khiển khác nhau
Robot công nghiệp chủ yếu điều khiển theo vị trí: đi tới toạ độ này, giữ ở đó bất kể lực. Cơ cấu rất cứng để chống lại nhiễu loạn.
Robot hình người phải điều khiển theo lực ở nhiều chỗ. Chân tiếp xúc với sàn cần kiểm soát lực để không nảy hoặc trượt. Tay chạm vào vật cần kiểm soát lực để không đẩy đổ. Toàn thân cần phối hợp để giữ thăng bằng.
Vì vậy nhiều robot hình người dùng cơ cấu có độ mềm chủ động hoặc thụ động, thứ mà robot công nghiệp cố tránh.
Sự khác biệt này lan sang cả phần mềm: robot hình người cần điều khiển toàn thân giải bài toán cho tất cả các khớp cùng lúc, trong khi robot công nghiệp có thể xử lý từng khớp gần như độc lập.
An toàn: rào chắn hay bản thân máy
Với robot công nghiệp, an toàn đến từ cách ly: rào, cửa liên động, vùng cấm. Bản thân robot rất nguy hiểm, và điều đó chấp nhận được vì không ai lại gần khi nó chạy.
Robot hình người thì di chuyển trong không gian có người, nên cách ly không áp dụng được. An toàn phải đến từ chính thiết kế: khối lượng vừa phải, tốc độ giới hạn, phát hiện tiếp xúc nhanh, và khả năng ngã mà không gây hại.
Điều này còn kéo theo một bài toán mà robot công nghiệp không có: robot ngã thì sao. Một cỗ máy nặng đổ xuống là nguy hiểm cả cho người xung quanh lẫn cho chính nó.
Đo thành công bằng chỉ số khác
Robot công nghiệp đo bằng nhịp chu kỳ, độ lặp lại và thời gian chạy máy. Ba con số rõ ràng và so sánh được giữa các mẫu.
Robot hình người khó đo hơn nhiều. Các chỉ số hữu ích thường là: thời gian hoạt động liên tục không cần can thiệp, số loại nhiệm vụ làm được ở mức chấp nhận, thời lượng pin trong điều kiện làm việc thật, và khả năng phục hồi sau sự cố.
Tốc độ và độ chính xác — hai chỉ số quen thuộc của robot công nghiệp — ít nói lên điều gì ở đây, vì robot hình người không cạnh tranh trên hai trục đó.
Khi đọc thông tin về một robot hình người, việc đầu tiên nên làm là hỏi các chỉ số ở nhóm trên, thay vì so tải trọng và độ lặp lại với một cánh tay công nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
Robot hình người có tải trọng thấp hơn nhiều không?
Thường thấp hơn đáng kể so với robot công nghiệp cùng kích thước, vì mỗi kilôgam tải cộng thêm vào bài toán thăng bằng và tiêu tốn pin. Ngoài ra tải nặng làm dịch trọng tâm, khiến việc giữ thăng bằng khó hơn nhiều so với việc chỉ chịu mô men như cánh tay cố định.
Vì sao robot hình người khó đạt độ chính xác cao?
Vì gốc toạ độ của nó không cố định. Thân đang đứng trên hai chân liên tục điều chỉnh, nên sai số tư thế thân cộng thẳng vào vị trí bàn tay. Cách xử lý thực tế là dựa vào phản hồi thị giác và lực tại chỗ thay vì đi tới toạ độ tuyệt đối.
Có thể dùng robot hình người trong dây chuyền sản xuất không?
Về nguyên tắc có, nhưng ở các vị trí cố định thì robot công nghiệp làm tốt hơn với chi phí thấp hơn nhiều. Vùng hợp lý cho robot hình người là các công việc cần di chuyển giữa nhiều vị trí trong không gian được thiết kế cho người.
Robot hình người có cần rào an toàn không?
Nếu nó được thiết kế để làm việc cạnh người thì không dùng rào, mà an toàn phải đến từ khối lượng, tốc độ, khả năng phát hiện tiếp xúc và giới hạn lực. Trong giai đoạn thử nghiệm, vẫn nên có vùng cách ly và người giám sát vì hành vi chưa ổn định.
Đọc thêm trong Tay & bàn tay khéo và Nguồn điện & toả nhiệt.
