Lịch sử phát triển của Cobot trong sản xuất công nghiệp

Sự xuất hiện của robot cộng tác (cobot) đã mở ra kỷ nguyên mới cho sản xuất công nghiệp, cho phép con người và máy móc làm việc cùng nhau an toàn và linh hoạt hơn. Không ngẫu nhiên mà cobot ra đời, mà là kết quả của quá trình phát triển công nghệ liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu tự động hóa ngày càng cao. Bài viết sẽ điểm lại hành trình phát triển của cobot và tác động của chúng đến ngành sản xuất toàn cầu.

1. Giai đoạn sơ khai: Đặt nền móng cho khái niệm Cobot (Thập niên 1990 – Đầu 2000)

Lịch sử phát triển của cobot bắt đầu từ những ý tưởng đột phá về sự tương tác an toàn giữa người và máy vào những năm 1990, đặt nền móng cho một kỷ nguyên mới của tự động hóa.

1.1. Nguồn gốc ý tưởng và “Cobot” đầu tiên

Khái niệm “Cobot” ra đời vào năm 1996 bởi J. Edward Colgate và Michael Peshkin tại Đại học Northwestern. Mục tiêu ban đầu của họ là tạo ra một thiết bị hỗ trợ vật lý cho con người mà không thay thế họ hoàn toàn, tập trung vào việc dẫn hướng tác vụ chứ không phải thực hiện tác vụ độc lập.

Thiết kế của những cobot thế hệ đầu chủ yếu là các thiết bị thụ động hoặc bán chủ động, không có động cơ riêng mà hoạt động như một công cụ được con người hướng dẫn, tích hợp cảm biến lực và khả năng dừng lại khi có vật cản để đảm bảo an toàn. Điều này khác biệt hoàn toàn so với robot công nghiệp truyền thống vốn được lập trình cứng nhắc và yêu cầu lồng bảo vệ.

1.2. Nhu cầu thị trường thúc đẩy sự thay đổi

Sự phát triển của cobot được thúc đẩy bởi những hạn chế cố hữu của robot công nghiệp truyền thống và sự thay đổi trong nhu cầu thị trường. Robot công nghiệp truyền thống có chi phí cao, yêu cầu không gian lớn để lắp đặt các lồng bảo vệ, và quy trình lập trình phức tạp, thiếu linh hoạt cho các tác vụ thay đổi nhanh.

Trong khi đó, ngành sản xuất đối mặt với nhu cầu ngày càng tăng về sản xuất linh hoạt, khả năng sản xuất cá nhân hóa sản phẩm, và tối ưu hóa không gian nhà máy để giảm chi phí vận hành. Đồng thời, nhu cầu về các giải pháp tự động hóa an toàn hơn, cho phép con người và máy móc làm việc gần nhau mà không cần hàng rào bảo vệ, cũng trở nên cấp thiết, nhằm nâng cao an toàn lao động và hiệu suất tổng thể.

2. Giai đoạn phát triển và Thương mại hóa (Giữa 2000 – Đầu 2010)

Giai đoạn từ giữa những năm 2000 đến đầu những năm 2010 chứng kiến sự chuyển mình của cobot từ khái niệm nghiên cứu sang sản phẩm thương mại hóa, mở ra một thị trường mới đầy tiềm năng.

2.1. Đột phá công nghệ và Tiêu chuẩn hóa an toàn

Đột phá lớn nhất đến từ Universal Robots (Đan Mạch) với sự ra đời của cobot UR5 vào năm 2008-2009. Sản phẩm này đánh dấu sự thương mại hóa thành công đầu tiên của một cobot thân thiện với người dùng, với các tính năng cốt lõi vượt trội. UR5 nổi bật với khả năng lập trình bằng tay (Lead-through programming) cực kỳ dễ dàng, cho phép người vận hành di chuyển trực tiếp cánh tay robot để dạy nó các điểm và quỹ đạo.

Hơn nữa, nó tích hợp cảm biến lực nhạy bén và khả năng giới hạn lực và tốc độ để đảm bảo an toàn robot vốn có. Sự phát triển này song hành với vai trò quan trọng của các tiêu chuẩn như ISO 10218-1/2 và đặc biệt là ISO/TS 15066. Các tiêu chuẩn này đã định hình và chuẩn hóa các yêu cầu an toàn robot cộng tác, cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho việc thiết kế và triển khai cobot, mở đường cho sự chấp nhận và triển khai rộng rãi trong các môi trường sản xuất đa dạng.

2.2. Mở rộng ứng dụng và Sự chấp nhận của thị trường

Cobot đã nhanh chóng tìm thấy các ứng dụng tiên phong trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong các tác vụ yêu cầu sự phối hợp hoặc linh hoạt. Các ứng dụng ban đầu bao gồm lắp ráp linh kiện nhẹ, đóng gói sản phẩm, cấp phôi cho máy CNC, và các tác vụ kiểm tra chất lượng đơn giản.

Những lợi ích ban đầu được nhận thấy rõ ràng: cobot dễ triển khai hơn so với robot truyền thống, có tính linh hoạt cao, khả năng di chuyển giữa các trạm làm việc dễ dàng và quan trọng nhất là khả năng làm việc an toàn cùng con người.

Điều này đã giúp tăng năng suất lao động đáng kể. Đặc biệt, các doanh nghiệp nhỏ và vừa (SME) đã hưởng lợi rất lớn từ cobot do chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn, yêu cầu kỹ năng lập trình đơn giản hơn và khả năng nhanh chóng thích nghi với các thay đổi trong sản xuất, dẫn đến sự chấp nhận rộng rãi của thị trường.

3. Giai đoạn trưởng thành và Tích hợp thông minh (Giữa 2010 – Hiện tại)

Từ giữa những năm 2010 đến nay, cobot đã bước vào giai đoạn trưởng thành, tích hợp sâu rộng với các công nghệ Công nghiệp 4.0 và trở thành một phần không thể thiếu của nhà máy thông minh.

3.1. Tích hợp AI, Thị giác máy tính và IoT

Cobot ngày càng được tích hợp Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning – ML) để tăng cường khả năng học hỏi, thích nghi với môi trường thay đổi và thực hiện các tác vụ phức tạp hơn.

Ví dụ: AI cho phép cobot nhận dạng đối tượng, phân loại sản phẩm và đưa ra quyết định thông minh trong các tình huống không lường trước. Sự phát triển của hệ thống thị giác máy tính cũng cho phép cobot “nhìn” và hiểu môi trường làm việc, thực hiện các tác vụ kiểm tra chất lượng, gắp và đặt linh kiện phức tạp với độ chính xác cao.

Hơn nữa, cobot đã trở thành một thành phần quan trọng của Internet of Things (IoT) và Industrial IoT (IIoT), kết nối với các thiết bị khác trong nhà máy, thu thập dữ liệu lớn liên tục. Dữ liệu này được sử dụng cho bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) – dự đoán thời điểm hỏng hóc của cobot để lên kế hoạch bảo trì chủ động – và tối ưu hóa quy trình vận hành, góp phần xây dựng một hệ sinh thái robot thông minh toàn diện.

3.2. Mở rộng danh mục sản phẩm và Ứng dụng đa dạng

Thị trường cobot đã chứng kiến sự mở rộng đáng kể về danh mục sản phẩm và các ứng dụng đa dạng. Sau thành công của Universal Robots, nhiều nhà sản xuất robot lớn khác như: FANUC, ABB, KUKA, và các tên tuổi mới nổi như Techman Robot đã tham gia thị trường, cung cấp nhiều loại cobot với tải trọng và tầm với khác nhau, mở rộng đáng kể khả năng ứng dụng.

Cobot hiện được triển khai trong các ứng dụng phức tạp hơn ngoài lắp ráp đơn giản, bao gồm hàn, mài, đánh bóng, kiểm tra chi tiết phức tạp, và thậm chí cả các tác vụ trong ngành y tế, dược phẩm, hay hậu cần. Sự phát triển của các phương thức tương tác người-robot nâng cao (Human-Robot Collaboration – HRC) cũng cho phép cobot không chỉ làm việc cạnh con người mà còn dự đoán ý định của họ, cùng thực hiện các tác vụ phức tạp một cách an toàn và hiệu quả hơn, nâng cao đáng kể năng suất lao động.

4. Tác động và Triển vọng tương lai của Cobot

Lịch sử phát triển của cobot cho thấy chúng đã và đang có tác động sâu rộng đến sản xuất công nghiệp và sẽ tiếp tục định hình tương lai của ngành này.

4.1. Tác động đến Sản xuất Công nghiệp và Lực lượng lao động

Cobot đã đóng vai trò quan trọng trong việc dân chủ hóa tự động hóa, giúp các SME dễ dàng tiếp cận công nghệ robot hơn, từ đó tăng khả năng cạnh tranh của họ trên thị trường toàn cầu. Chúng cũng góp phần cải thiện môi trường làm việc bằng cách đảm nhiệm các công việc lặp lại, nhàm chán hoặc nguy hiểm, giảm gánh nặng thể chất và nâng cao an toàn lao động cho con người.

Điều này dẫn đến việc nâng cao vai trò nhân viên, khi con người có thể chuyển sang các vai trò có giá trị gia tăng cao hơn như giám sát hệ thống, lập trình robot, tối ưu hóa quy trình, thay vì thực hiện các tác vụ đơn điệu. Sự chuyển dịch này thúc đẩy nhu cầu đào tạo và phát triển nguồn nhân lực mới.

Ngoài ra, cobot còn thúc đẩy sản xuất linh hoạt, cho phép các nhà máy nhanh chóng thay đổi quy trình sản xuất để đáp ứng nhu cầu thị trường biến động, sản xuất các lô hàng nhỏ và tùy chỉnh một cách hiệu quả.

4.2. Triển vọng và Thách thức trong tương lai

Trong tương lai, cobot sẽ tiếp tục phát triển theo hướng tương tác tự nhiên hơn với con người, hiểu và phản ứng với con người thông qua giọng nói, cử chỉ, hoặc thậm chí là dự đoán ý định. Trí tuệ nhân tạo sẽ trang bị cho cobot khả năng tự học và tự thích nghi với các môi trường làm việc chưa xác định, giúp chúng trở nên thông minh và linh hoạt hơn.

Tuy nhiên, sự phát triển này cũng đặt ra các thách thức về đạo đức và quy định, yêu cầu phải có các tiêu chuẩn đạo đức robot và khung pháp lý rõ ràng hơn cho robot tự chủ và tương tác phức tạp. Cuối cùng, cobot sẽ được tích hợp sâu rộng hơn vào các hệ thống nhà máy thông minh hoàn chỉnh, trở thành một phần không thể thiếu của chuỗi giá trị sản xuất thông minh.

5. Kết luận

Hành trình của cobot từ một khái niệm nghiên cứu đơn thuần đến một công cụ sản xuất chủ lực ngày nay là minh chứng rõ ràng cho sự đổi mới không ngừng trong lĩnh vực tự động hóa. Cobot không chỉ là một công cụ giúp tăng cường hiệu quả; chúng là một nhân tố thay đổi cuộc chơi, giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, cải thiện môi trường làm việc và linh hoạt hơn trong việc thích ứng với yêu cầu ngày càng cao của Công nghiệp 4.0.

Với khả năng làm việc an toàn cùng con người, dễ dàng lập trình và tích hợp, cobot đã mở ra cánh cửa tự động hóa cho nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các SME. Trong tương lai, sự tích hợp sâu hơn với AI, Học máy và IoT sẽ giúp cobot trở nên thông minh, tự học và tương tác tự nhiên hơn nữa. Để khai thác tối đa tiềm năng này, các doanh nghiệp cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu, phát triển và tích hợp cobot một cách có chiến lược.

Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt động mà còn nâng cao khả năng cạnh tranh trong một thế giới sản xuất ngày càng phát triển