เกร็ดความรู้

"หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม"

             

               “หุ่นยนต์ ” คืออะไร ?

               หุ่นยนต์ คือ เครื่องจักรที่ถูกควบคุมอัตโนมัติ สามารถเขียนโปรแกรมใหม่ได้
ใช้งานเอนกประสงค์ โปรแกรมการเคลื่อนที่จะต้องสามารถใช้โปรแกรมให้เคลื่อนที่ได้
อย่างน้อย 3 แกนหรือมากกว่า หุ่นยนต์อาจจะยึดอยู่กับที่หรือย้ายตำแหน่ง (Mobile)
เพื่อใช้ในงานอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ เป็นเครื่องจักรกลชนิดหนึ่ง ที่มีลักษณะการทำงาน
แบบอัตโนมัติ (Automatics Machine)หรือกึ่งอัตโนมัติ(Semi automatics Machine)
และสามารถใช้โปรแกรมให้ทำงานอย่าใดอย่างหนึ่ง หรือหลายอย่างได้
อย่างไรก็ดี RIA (tea Robotics Industries Association) ได้ให้คำจำกัดความของ
หุ่นยนต์ที่ใช้ในอุตสาหกรรม

         ประเภทของหุ่นยนต์ แบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้
             ประเภทแรก คือหุ่นยนต์ชนิดที่ติดตั้งอยู่กับที่ (Fixed Robot) ไม่สามารถ
เคลื่อนที่ไปไหนได้ด้วยตัวเอง หุ่นยนต์ประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นแขนกล
สามารถเคลื่อนไหวได้เฉพาะแต่ละข้อต่อ ภายในตัวเองเท่านั้น ส่วนมากมักถูกนำไป
ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานประกอบรถยนต์ เป็นต้น
             ประเภทที่สอง คือหุ่นยนต์ชนิดที่เคลื่อนที่ได้ (Mobile Robot) หุ่นยนต์
ประเภทนี้จะสามารเคลื่อนที่ไปไหนมาไหนได้ด้วยตัวเอง บ้างก็เคลื่อนที่โดยการใช้ล้อ
หรือบางแบบก็เคลื่อนที่โดยการใช้ขา ซึ่งหุ่นยนต์ประเภทนี้ ส่วนใหญ่ยังเป็นงานวิจัย
ที่อยู่ในห้องทดลอง เพื่อพัฒนาออกมาใช้งานในรูปแบบต่างๆ
เช่นหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคาร ขององค์การนาซ่า

     หลักการทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ประกอบด้วย ๒ ส่วนใหญ่ๆ ได้แก่
(1)    ระบบทางกลของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม
                 ระบบทางกลของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่สำคัญมี ๓ ประการ คือ
ลักษณะโครงสร้างของหุ่นยนต์ อุปกรณ์ให้กำลังขับเคลื่อนหุ่นยนต์ และมือหุ่นยนต์
        -   ลักษณะโครงสร้างของหุ่นยนต์ เนื่องจากหุ่นยนต์อุตสาหกรรมได้รับการ
ออกแบบสร้างขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่แทนคน ดังนั้น ลักษณะการออกแบบจึงมักจะเป็น
ส่วนบนของลำตัวมนุษย์ ประกอบด้วยหัวไหล่ แขน และมือ
            -    อุปกรณ์ให้กำลังขับเคลื่อนของหุ่นยนต์ ในปัจจุบันมีอุปกรณ์ให้กำลัง
ขับเคลื่อนหุ่นยนต์อยู่ ๓ ชนิด คือ มอเตอร์กระแสไฟตรง นิวแมติก และไฮดรอลิก
        -   มือหุ่นยนต์ มือหุ่นยนต์จะยึดติดกับส่วนของหุ่นยนต์ที่เป็นข้อมือ (wrist)
ซึ่งสามารถหมุนได้อย่างอิสระ ๓ แนวแกน คือ แกนบิดในระนาบที่ตั้งฉากกับปลาย
แขนแกนเงยขึ้นลงจะหมุนในระนาบที่ตั้งฉากกับพื้น และแกนส่ายจะหมุนในระนาบ
ที่ขนานกับแกน อย่างไรก็ตามลักษณะการใช้งาน ส่วนใหญ่จะทำงานเพียง ๒ ทิศทาง
เท่านั้น เช่นหุ่นยนต์ที่ใช้ในงานเชื่อม ในลักษณะที่สมมาตร จะให้ความอิสระของ
ข้อมือเพียง ๒ แกนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในกรณีงานที่ค่อนข้างยุ่งยาก อาจใช้ถึง
๓ แกนข้อสำคัญของข้อมือ โดยจะต้องสร้างให้มีความมั่นคงและมีน้ำหนักน้อยที่สุด

(2)     ระบบควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรม
                 ระบบควบคุมเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของหุ่นยนต์ ทำหน้าที่เป็นสมองเก็บข้อมูล
สั่งหุ่นยนต์ให้ทำงาน ตรวจสอบและควบคุมตำแหน่งการทำงาน ในบางเครื่องสามารถ
ตรวจสอบความผิดปกติของอุปกรณ์ภายในได้
            -    หุ่นยนต์จะทำงานได้ด้วยการควบคุมแบบอัตโนมัติโดยมีการกำหนด
เป้าหมาย และมีการควบคุมอุปกรณ์ให้ทำงานตามเป้าหมายที่กำหนดไว้ด้วยอุปกรณ์
ควบคุม การทำงานของอุปกรณ์ควบคุมมี ๒ แบบ คือ การควบคุมแบบวงจรปิด
และการควบคุมแบบวงจรเปิด สำหรับการควบคุมแบบวงจรปิดนั้น อุปกรณ์ควบคุม
จะคอยตรวจสอบเปรียบเทียบกับเป้าหมาย และควบคุมให้ได้ผลที่ถูกต้องตลอดเวลา
หุ่นยนต์แบบนี้จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ตรวจสอบเป้าหมายด้วยแต่ในการควบคุม
แบบวงจรเปิด อุปกรณ์ควบคุมจะดำเนินการโดยมิได้ตรวจสอบเป้าหมาย

              หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Industrial Robot)
                      การทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะเลียนแบบร่างกายของมนุษย์
โดยจะเลียนแบบเฉพาะส่วนของร่างกายที่จะนำไปใช้ประโยชน์ ในอุตสาหกรรม
เท่านั้น นั่นคือช่วงแขนของมนุษย์ ดังนั้น บางคนอาจจะได้ยินคำว่าแขนกล
ซึ่งก็หมายถึงหุ่นยนต์อุตสาหกรรม การทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเปรียบเทียบ
กับแขนมนุษย์ซึงสามารถสรุปได้ 5 รูปแบบ ดังนี้

รูปแบบที่ 1. Cartesian (gantry) Robot
                    แกนทั้ง 3 ของหุ่นยนต์จะเคลื่อนที่เป็นแบบเชิงเส้น (Prismatic)
ถ้าโครงสร้างมีลักษณะคล้าย Overhead Crane จะเรียกว่าเป็นหุ่นยนต์ชนิด
gantry แต่ถ้าหุ่นยนต์ไม่มีขาตั้งหรือขาเป็นแบบอื่น เรียกว่า ชนิด Cartesian
            ข้อดี
                       •    เคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรงทั้ง 3 มิติ
                       •    การเคลื่อนที่สามารถทำความเข้าใจง่าย
                       •    มีส่วนประกอบง่าย ๆ
                       •    โครงสร้างแข็งแรงตลอดการเคลื่อนที่  
            ข้อเสีย
                       •    ต้องการพื้นที่ติดตั้งมาก
                       •    บริเวณที่หุ่นยนต์เข้าไปทำงานได้ จะเล็กกว่าขนาดของตัวหุ่นยนต์
                       •    ไม่สามารถเข้าถึงวัตถุจากทิศทางข้างใต้ได้
                       •   แกนแบบเชิงเส้นจะ Seal เพื่อป้องกันฝุ่นและของเหลวได้ยาก
           การประยุกต์ใช้งาน
                       เนื่องจากโครงสร้างมีความแข็งแรงตลอดแนวการเคลื่อนที่
ดังนั้นจึงเหมาะกับงานเคลื่อนย้ายของหนัก ๆ หรือเรียกว่างาน Pick-and-Place
เช่นใช้โหลดชิ้นงานเข้าเครื่องจักร ,ใช้จัดเก็บชิ้นงาน นอกจากนี้ยังสามารถ
ใช้ในงานประกอบ ที่ไม่ต้องการเข้าถึงในลักษณะที่มีมุมหมุน
เช่นประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และงาน Test ต่าง ๆ

รูปแบบที่ 2. Cylindrical
                  หุ่นยนต์ประเภทนี้จะมีแกนที่ 2 (ไหล่) และแกนที่ 3 (ข้อศอก) เป็นแบบ
prismatic ส่วนแกนที่ 1 (เอว) จะเป็นแบบหมุน (revolute) ทำให้การเคลื่อนที่ได้พื้นที่
การทำงานเป็นรูปทรงกระบอก
           ข้อดี
                     •    มีส่วนประกอบไม่ซับซ้อน
                     •    การเคลื่อนที่สามารถเข้าใจได้ง่าย
                     •    สามารถเข้าถึงเครื่องจักรที่มีการเปิด-ปิด หรือเข้าไป ในบริเวณที่
เป็นช่องหรือโพรงได้ง่าย (Loading) เช่น การโหลดชิ้นงานเข้าเครื่อง CNC
           ข้อเสีย
                      •    มีพื้นที่ทำงานจำกัด
                      •     แกนที่เป็นเชิงเส้นมีความยุ่งยากในการ seal เพื่อป้องกันฝุ่น
และของเหลว
           การประยุกต์ใช้งาน
                      โดยทั่วไปจะใช้ในการหยิบยกชิ้นงาน (Pick-and-Place)หรือป้อนชิ้นงาน
เข้าเครื่องจักร เพราะสามารถเคลื่อนที่เข้าออกบริเวณที่เป็นช่องโพรงเล็ก ๆ ได้สะดวก

รูปแบบที่ 3. Spherical Robot (Polar)
                   มีสองแกนที่เคลื่อนในลักษณะการหมุน (Revolute Joint) คือแกนที่ 1 (เอว)
และแกนที่ 2 (ไหล่) ส่วนแกนที่ 3 (ข้อศอก)จะเป็นลักษณะของการเคลื่อนที่แนวเส้นตรง
            ข้อดี
                      •    มีปริมาตรการทำงานมากขึ้นเนื่องจากการหมุนของแกนที่ 2 (ไหล่)
                      •    สามารถที่จะก้มลงมาจับชิ้นงานบนพื้นได้สะดวก
            ข้อเสีย
                      •    มีระบบพิกัด (Coordinate) และส่วนประกอบ ที่ซับซ้อน
                      •    การเคลื่อนที่และระบบควบคุมมีความซับซ้อนขึ้น
            การประยุกต์ใช้งาน
                         ใช้ในงานที่มีการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง (Vertical) เพียงเล็กน้อย
เช่น การโหลดชิ้นงานเข้าออกจากเครื่องปั้ม (Press) หรืออาจจะใช้งานเชื่อมจุด
(Spot Welding)

รูปแบบที่ 4. SCARA Robot
                   หุ่นยนต์ SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)
จะมีลักษณะแกนที่ 1 (เอว) และแกนที่ 3 (ข้อศอก) หมุนรอบแกนแนวตั้ง
และแกนที่ 2 จะเป็นลักษณะการเคลื่อนที่ขึ้นลง (Prismatic) ดังรูปที่ 7-a
ทำให้ได้พื้นที่การทำงานดัง รูปที่ 7-b หุ่นยนต์ SCARA จะเคลื่อนที่ได้รวดเร็ว
ในแนวระนาบ และมีความแม่นยำสูง
            ข้อดี
                      •    สามารถเคลื่อนที่ในแนวระนาบ และขึ้นลงได้รวดเร็ว
                      •    มีความแม่นยำสูง
            ข้อเสีย
                      •    มีพื้นที่ทำงานจำกัด
                      •    ไม่สามารถหมุน (rotation)ในลักษณะมุมต่างๆได้
                      •     สามารถยกน้ำหนัก (Payload) ได้ไม่มากนัก
            การประยุกต์ใช้งาน
                     เนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวระนาบและขึ้นลงได้รวดเร็วจึงเหมาะกับ
งานประกอบชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่ง ต้องการความรวดเร็วและการเคลื่อนที่
ก็ไม่ต้องการ การหมุนมากนัก แต่จะไม่เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนทางกล
ซึ่งส่วนใหญ่การประกอบจะอาศัยการหมุน ในลักษณะมุมต่างๆ นอกจากนี้ ยังเหมาะ
กับงานตรวจสอบ งานบรรจุภัณฑ์

รูปแบบที่ 5. Articulated Arm (Revolute)
                 ทุกแกนการเคลื่อนที่จะเป็นแบบหมุน (Revolute) รูปแบบการเคลื่อนที่
จะคล้ายกับแขนคน ซึ่งจะประกอบด้วยช่วงเอว ท่อนแขนบน ท่อนแขนล่าง
ข้อมือ การเคลื่อนที่ทำให้ได้พื้นที่การทำงาน
            ข้อดี

                       •    เนื่องจากทุกแกนจะเคลื่อนที่ในลักษณะ ของการหมุนทำให้

มีความยืดหยุ่นสูงในการเข้าไปยังจุด ต่าง ๆ

                       •    บริเวณข้อต่อ (Joint) สามารถ Seal เพื่อป้องกันฝุ่น ความชื้น

หรือน้ำ ได้ง่าย

                       •    มีพื้นที่การทำงานมาก

                       •    สามารถเข้าถึงชิ้นงานทั้งจากด้านบน ด้านล่าง

                       •    เหมาะกับการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า เป็นชุดขับเคลื่อน

            ข้อเสีย

                       •    มีระบบพิกัด (Coordinate) ที่ซับซ้อน

                       •    การเคลื่อนที่และระบบควบคุมทำความ เข้าใจได้ยากขึ้น

                       •    ควบคุมให้เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Linear) ได้ยาก

                       •    โครงสร้างไม่มั่นคงตลอดช่วงการเคลื่อนที่ เพราะบริเวณขอบ

Work envelope ปลายแขนจะมีการสั่น ทำให้ความแม่ยำลดลง
            การประยุกต์ใช้งาน
                         หุ่นยนต์ชนิดนี้สามารถใช้งานได้กว้างขวางเพราะสามารถเข้าถึง
ตำแหน่งต่าง ๆ ได้ดี เช่นงานเชื่อม Spot Welding, Path Welding ,งานยกของ ,
งานตัด , งานที่มีการเคลื่อนที่ยาก ๆ

                  “EOXD Robot หุ่นยนต์เอ็กซเรย์และทำลายวัตถุระเบิด”

ทำความรู้จัก " “EOXD Robot หุ่นยนต์เอ็กซเรย์และทำลายวัตถุระเบิด”

                        สำหรับ EOXD Robot หุ่นยนต์เอ็กซเรย์ และทำลายวัตถุระเบิด
(Explosive Ordnance X-ray and Disruption Robot) ควบคุมกลไกการทำงานด้วยระบบไร้สาย
ให้ความคล่องตัวสูง สามารถขับเคลื่อนเข้าหาเป้าหมายได้ทุกสภาพพื้นผิว ทั้งราบเรียบ ลาดเอียง
หรือปืนบันได ทั้งยังให้ประสิทธิภาพการตรวจสอบวัตถุต้องสงสัยได้อย่างแม่นยำ
โดยการใช้รังสีเอ็กซ์ เพื่อตรวจสอบวัตถุระเบิดที่ซุกซ่อนมาในกระเป๋า กล่อง
หรือใต้เบาะรถจักรยาน ทำงานคล้ายกับการเอ็กซเรย์กระเป๋าตอนขึ้นเครื่องบิน พร้อมมีปืนยิงน้ำ
แรงดันสูงขนาด 40 มม. ทำลายวัตถุระเบิดไม่ให้เกิดการระเบิดขึ้นก่อนที่จะเกิดระเบิดจะทำ
อันตรายแก่ชีวิต

              ความสามารถของหุ่นยนต์ EOXD
(Explosive Ordnance X-ray and Disruption Robot)                 
                 - ฐานหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบสายพาน แขนกลคู่หน้าที่มีสายพานเพื่อช่วยปีนป่าย
                 - ปฏิบัติงานได้จากระยะไกลถึง 100 เมตร เพราะมีระบบเซ็นเซอร์ ระบบรับภาพวิดีโอ
จากกล้องที่ติดตั้งไว้ 4 ตัว เพื่อส่งภาพไปยังหน่วยประมวลผลกลาง ให้แสดงผลผ่านจอคอมพิวเตอร์
                 - ตรวจสอบวัตถุระเบิด เอ็กซเรย์ และทำลายวัตถุระเบิดได้ด้วยปืนยิงน้ำแรงดันสูงขนาด
 20 มม. ซึ่งมีระบบป้องกันการยิงเองโดยไม่ตั้งใจด้วย
                 - เข้าในที่แคบที่มนุษย์ไม่สามารถเข้าไปได้  และค้นหาสิ่งมีชีวิตโดยการเอ็กซเรย์
ผ่านคลื่นไฟฟ้า ผ่านเข้าไปภายในตัวอาคาร หรือสิ่งกีดขวาง
                 - ปรับระดับแขนกลให้ทำงานตรวจสอบวัตถุต้องสงสัยได้หลากหลายรูปแบบ
ไม่ว่าจะเป็น กระเป๋าเดินทาง กล่อง ตลอดจนใต้เบาะรถจักรยานยนต์  

   EOXD Robot (Explosive Ordnance X-ray and Disruption Robot)
ทำงานด้วยอุปกรณ์เทคโนโลยีขั้นสูง ในส่วนของชุดหุ่นยนต์ประกอบด้วย
               1. ฐานหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบสายพาน พร้อมแขนคู่หน้าที่มีสายพาน
เพื่อนช่วยการปืนป่าย
               2. แขนกลที่สามารถควบคุมได้ถึง 3 ทิศทาง
(Multi-Joint Mechanical Arm with 3 Degrees of Freedom)
               3. ระบบประมวลผลกลาง (Main Board of Microprocessor)
               4. ระบบเซนเซอร์ (Sensors System)
               5. ระบบปรับภาพวีดิโอ (VDO Server)
              6. กล้องวีดีโอ 4 ตัว 4 (VDO Camera)
              7. อุปกรณ์กำเนิดรังสีเอ็กซ์ (X-Ray Source)
              8. ฉากรับรังสีเอ็กซ์ (X-Ray Screen)
               9. ปืนยิงน้ำแรงดันสูง (High Pressure Water Jet Gun : Disrupter)
สำหรับยิงทำลายวัตถุต้องสงสัย เพื่อให้กลไกการทำงานของระเบิดสิ้นสุดลง

การใช้งาน
                 ผู้ควบคุมสั่งงานหุ่นยนต์สแกนภาพวัตถุที่อยู่ภายใน และส่งกลับมาที่เครื่องคุมเพื่อ
ตรวจสอบว่าสิ่งที่พบนั้นเป็นวัตถุชนิดใด จากนั้นบังคับหุ่นกลับมา เพื่อถอดเปลี่ยนนำเครื่อง
สแกนออกและใส่ปืนยิงน้ำแรงดันสูงเข้าไป แล้วกลับไปยิงทำลายกลไกก่อนเกิดการระเบิด
ใช้เวลารวมในการปฏิบัติงานไม่เกิน 10 นาที

                 ส่วนชุดควบคุมหุ่นยนต์ ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมระบบการทำงานของหุ่นยนต์ทั้งหมด
ตั้งแต่การขับเคลื่อน การควบคุมอุปกรณ์เอ็กซเรย์ การควบคุมปืนยิงน้ำ การประมวลผล
การรายงานผล ชุดควบคุมนี้ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กที่ทำงานภายใต้ซอฟต์แวร์
ควบคุมการทำงานทั้งหมดของหุ่นยนต์ อุปกรณ์สื่อสาร 2 ความถี่ 2.4 GHz และ 5GHz
และแบตเตอรี่ ชุดควบคุมแหล่งจ่ายไฟ

 ข้อดี 
  1.  ควบคุมกลไกการทำงานด้วยระบบไร้สาย       
  2.  ปฏิบัติงานได้จากระยะไกลถึง 100 เมตร เพราะมีระบบเซ็นเซอร์ 
  3.  เข้าในที่แคบที่มนุษย์ไม่สามารถเข้าไปได้ 
  4.  ปรับระดับแขนกลให้ทำงานตรวจสอบวัตถุต้องสงสัยได้หลากหลายรูปแบบ
ข้อเสีย
  1.  การควบการทำงานมีความซับซ้อน
  2.  มีระบบพิกัดที่ซับซ้อน 
  3.  การเคลื่อนที่และระบบควบคุมมีความซับซ้อน     

สมาชิกในกลุ่ม (ห้อง B)

1. นางสาวทันยาภรณ์     หนูมี       รหัส 5457051058

2. นางสาวนพมาศ    จันทร์นวล     รหัส 5457051062

3. นายนิคม     ละอองมณี              รหัส 5457051063

4. นายอภิวัฒน์      ซิ้วเตี้ย              รหัส 5457051089

(ขอบคุณที่รับชม)