Trong một thời gian dài, việc nhấc và chuyển những chi tiết ô tô vừa được đúc từ kim loại nóng chảy là công việc của con người. Các chi tiết nóng đến mức có thể làm bỏng tay, còn trong nhà máy thì đầy khói độc, nên chỉ cần lơ là một chút cũng có thể bị thương nặng.
Năm 1961, tại một nhà máy ô tô ở bang New Jersey, Mỹ, lần đầu tiên xuất hiện một cỗ máy thay con người đảm nhận công việc nguy hiểm này. Với một cánh tay gắn trên thân máy trông như một chiếc hộp lớn, cỗ máy này lặp lại không biết mệt những động tác đã được ghi nhớ. Đó là “Unimate”, được coi là robot công nghiệp đầu tiên trên thế giới.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu quá trình Unimate đi từ bằng sáng chế của một nhà phát minh đến khi vào nhà máy, hình dáng của cỗ máy và cách nó học động tác, lần nó xuất hiện trước công chúng, cũng như di sản nó để lại cho robot công nghiệp ngày nay.
Cánh tay đầu tiên mở ra kỷ nguyên robot công nghiệp
Robot bắt đầu từ một bằng sáng chế
Điểm khởi đầu của Unimate là bằng sáng chế do nhà phát minh George Devol nộp. Không phải học giả mà là một kỹ thuật viên đã làm việc với máy móc ngoài thực tế, ông trăn trở tìm cách giao những công việc lặp đi lặp lại trong nhà máy cho máy móc.
(1) Thiết bị di chuyển đồ vật theo chương trình
Ngày 10 tháng 12 năm 1954, Devol nộp đơn xin cấp bằng sáng chế mang tên “Chuyển vật phẩm được lập trình (Programmed Article Transfer)”, và bằng sáng chế này được cấp vào ngày 13 tháng 6 năm 1961. Trong đó là ý tưởng về một cỗ máy đa năng ghi lại các động tác định sẵn rồi lặp lại y như vậy để gắp và di chuyển đồ vật.
(2) Cuộc gặp với một doanh nhân
Năm 1956, Devol gặp kỹ sư Joseph Engelberger tại một buổi gặp mặt. Hai người tâm đầu ý hợp và lập công ty chế tạo và bán robot, từ đó ra đời Unimation, công ty được gọi là công ty robot đầu tiên trên thế giới. Về sau, Engelberger được mệnh danh là “cha đẻ của ngành robot học”.
(3) Khách hàng đầu tiên: nhà máy ô tô
Chiếc Unimate đầu tiên được bán cho General Motors và lắp đặt vào năm 1961 tại nhà máy ở Ewing Township, bang New Jersey. Robot này đảm nhận việc gắp và chuyển những chi tiết kim loại nóng vừa ra khỏi máy đúc áp lực.
Cấu tạo thân hộp và cánh tay thủy lực
Khác với những cánh tay robot thon gọn ngày nay, chiếc Unimate đầu tiên nặng nề và thô kệch. Trọng lượng của nó vào khoảng 4,000 pound, tức khoảng 1.8 tấn.
- Thân máy (Base): Chiếc hộp lớn chứa bộ điều khiển và bộ nhớ, nâng đỡ toàn bộ cánh tay.
- Cánh tay thủy lực (Hydraulic Arm): Cánh tay chuyển động nhờ áp lực dầu, có thể nâng mạnh mẽ cả những chi tiết nặng.
- Bộ kẹp (Gripper): Chiếc kẹp gắn ở đầu cánh tay để giữ chặt chi tiết.
- Bộ nhớ trống (Drum Memory): Thiết bị nhớ ghi lại trình tự động tác dưới dạng tín hiệu từ trên một hình trụ quay.
Unimate lắp đặt trong nhà máy là một bộ thao tác lập trình được với năm bậc tự do. Đó là một hình thức tiến bộ hơn hẳn so với cấu trúc đơn giản chỉ chuyển động theo đường thẳng được mô tả trong bằng sáng chế ban đầu.
Các sản phẩm đời đầu dùng đèn chân không như công tắc kỹ thuật số, mãi về sau mới được thay bằng bóng bán dẫn. Vì các linh kiện có trên thị trường lúc bấy giờ không đủ hiệu năng, Unimation phải tự thiết kế và gia công phần lớn linh kiện.
Cách dạy bằng việc trực tiếp di chuyển
Cách Unimate học công việc đến nay nhìn lại vẫn khá trực quan. Thay vì con người viết mã chương trình, các động tác được ghi nhớ vào chính thân robot từng cái một.
(1) Ghi lại từng vị trí một
Khi người vận hành di chuyển bộ kẹp ở đầu cánh tay đến vị trí mong muốn, robot ghi lại vị trí đó vào bộ nhớ trống. Lưu lần lượt nhiều điểm như vậy là hoàn thành một trình tự công việc.
(2) Lặp lại các động tác đã lưu
Khi ghi xong, robot lần lượt đi qua các điểm đã lưu và lặp lại cùng một động tác không ngừng. Kiểu chuyển động từ điểm này sang điểm khác, gọi là chuyển động điểm-điểm (Point-to-Point Motion), đến nay vẫn được dùng như một chức năng cơ bản của cánh tay robot.
(3) Cùng một cỗ máy, công việc khác
Chỉ cần ghi lại động tác mới, cùng một robot có thể đảm nhận công việc khác. Khác với những máy tự động hóa chuyên dụng chỉ được chế tạo để làm một việc, khả năng dùng cho nhiều công việc bằng cách thay đổi chương trình đã trở thành cốt lõi của robot công nghiệp.
Sân khấu truyền hình và di sản để lại trong nhà máy
Unimate còn thu hút sự chú ý của mọi người cả bên ngoài nhà máy. Năm 1966, Engelberger cùng Unimate xuất hiện trên một chương trình trò chuyện đêm khuya nổi tiếng của Mỹ.
(1) Rót bia và đưa bóng golf vào lỗ
Trong chương trình, Unimate rót bia vào cốc, đánh bóng golf vào lỗ và cầm gậy chỉ huy để điều khiển ban nhạc. Đó là khoảnh khắc nhiều khán giả lần đầu tiên thấy một robot thực sự làm việc.
(2) Lan rộng trong ngành ô tô
Tiếp sau General Motors, Chrysler và Ford cũng đưa Unimate vào sử dụng. Những sản phẩm đầu tiên được bán lỗ 35,000 đô la, nhưng khi đơn hàng tăng lên, chi phí sản xuất giảm xuống và công ty bắt đầu thu lợi nhuận lớn.
(3) Được vinh danh
Bước sang thập niên 1980, khi các hãng ô tô tìm kiếm robot chạy bằng động cơ điện thay cho thủy lực, Unimation được bán cho Westinghouse vào đầu thập niên 1980. Dù vậy, năm 2003 Unimate vẫn có tên trong số những robot đầu tiên được đưa vào Đại sảnh Danh vọng Robot (Robot Hall of Fame) do Đại học Carnegie Mellon của Mỹ lập ra.
Unimate là cỗ máy đầu tiên chứng minh ngay trên sàn nhà máy rằng có thể giao những công việc nguy hiểm và nhàm chán cho máy móc, để con người làm việc ở nơi an toàn hơn. Vô số cánh tay robot đang không ngừng hàn và lắp ráp trong các nhà máy ô tô ngày nay đều là hậu duệ của cánh tay đầu tiên thô kệch này.
Chuyển những công việc nguy hiểm lặp đi lặp lại từ tay con người sang tay máy móc, đó chính là bước đi đầu tiên của ngành robot công nghiệp, nơi nhà máy và robot cùng nhau làm việc.
