คู่มือผู้เรียน_บทที่1_แขนกล

หน่วยการเรยี นรู้ที่ 1 เรื่อง แขนกลอุตสาหกรรมเบ้ืองต้น 1.1 บทนํา (Introduction) หากกล่าวถึงแขนกล (Robotic Arm) ถ้าสังเกตจากลักษณะโครงสร้างและการทํางาน แขนกลก็คือหุ่นยนต์ ประเภทหน่ึง ซึ่งเราจะเห็นได้จากโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆที่มีการนําเอาหุ่นยนต์มาใช้ในการหยิบจับวัสดุอุปกรณ์ เคร่ืองมือ หรือทํางานต่างๆ งานในกระบวนการผลิตที่เรียกว่า หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Industrial Robot) ก็จะเป็น หุ่นยนต์ท่ีมีลักษณะเป็นแขนกล ดังนั้น การศึกษาเร่ืองแขนกล จึงจําเป็นจะต้องกล่าวรวมไปถึงทฤษฎีและหลักการ ต่างๆ ของหุ่นยนต์ดว้ ย ผู้วิจยั จงึ ไดศ้ กึ ษาค้นคว้าและนํามาเรียบเรียงไว้ดงั ต่อไปนี้ คําว่า หุ่นยนต์ หรือ Robot ได้ถูกบัญญัติข้ึนในปี 1920 โดย Karel Capek นักเขียนบทละครชาว เช็คโกสโล วาเกีย ซึ่งปรากฏอยู่ในบทละครเรื่อง Rossom ‘s Universal Robots ท่ีมีเน้ือเร่ืองเกี่ยวกับการใช้แรงงานหุ่นยนต์ แทนมนุษย์ และต้ังแต่น้ันเป็นต้นมาก็ได้มีการนําคําน้ีใช้เรียกอุปกรณ์เครื่องจักรกลต่างๆ ที่บางส่วนมีการใช้ คอมพิวเตอร์เป็นตัวควบคุมว่า “หุ่นยนต์” The Robotics Industries Association (RIA) ได้ให้นิยามของหุ่นยนต์ อุตสาหกรรม ไว้ว่า “A reprogrammable multifunctional manipulator designed to move material, parts, tools, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks.” แปลความหมายเป็นภาษาไทยได้ว่า “หุ่นยนต์อุตสาหกรรม คือ เครื่องจักรกลอเนกประสงค์ท่ี สามารถทําการตั้งโปรแกรมการทํางานได้ ถูกออกแบบมาเพื่อให้สามารถหยิบ จับ เคล่ือนย้ายวัสดุ อุปกรณ์ เคร่ืองมือ หรืออุปกรณ์พิเศษต่างๆ ตามโปรแกรมที่กาหนด เพื่อการใช้งานที่หลากหลาย” ตามมาตรฐาน ISO 8373 ได้ให้นิยามของหุ่นยนต์ไว้ว่า “An automatically controlled, reprogrammable, multipurpose, manipulator programmable in three or more axes, which may be either fixed in place or mobile for use in industrial automation applications.” แปลความหมายได้ว่าหุ่นยนต์ คือ “เคร่ืองจักรกลอัตโนมัติ สามารถต้ัง โปรแกรมได้ ทํางานได้อเนกประสงค์ มีแกน 3 แกนหรือมากกว่า อาจจะยึดอยู่กับท่ีหรือเคล่ือนที่ได้เพื่อใช้ในระบบงานอุตสาหกรรม อตั โนมตั ิ” ในการพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อการทํางานแทนมนุษย์นั้น ได้มีการพิจารณาจากส่วนของร่างกายมนุษย์ที่ใช้ในการ ปฏิบัติงานจากการสั่งงานของสมองมากท่ีสุดในแต่ละวันน่ันคือ สว่ นช่วงแขน ดังนัน้ จึงเห็นไดว้ ่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ซึ่งเขา้ มามีบทบาทในงานอุตสาหกรรมสว่ นใหญ่ จะเปน็ หุ่นยนต์ทีม่ ีการทํางานเลียนแบบการทํางานของมนุษย์ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมเริ่มแรกใช้งานในงานขนถ่ายวัสดุโดยจะทําภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ ตัวอย่าง โครงสร้างของระบบหุ่นยนต์ แสดงในรูป คือ เคร่ืองขนถ่ายวัสดุหรอื แขนกล ซ่ึงประกอบไปด้วยแขนหน่ึงแขนท่ีคลา้ ย มนุษย์ และในทํานองเดียวกันก็จะมีข้อต่อ ซึ่งอาจเรียกว่า ไหล่ (Shoulder) ข้อศอก (Elbow) และข้อมือ(Wrist) ส่วนของข้อมอื ก็สามารถขนึ้ ลง (Pitch) หนั เห (Yaw) และหมนุ (Roll) ขอ้ ต่อสามารถขับเคลื่อนได้ โดยมอเตอร์ไฟฟา้ (Electrical Motor) นิวแมติกส์ (Pneumatic) หรือไฮดรอลิกส์ (Hydraulic) ซึ่งทําใหห้ ุ่นยนต์มีกําลงั มากกว่ามนุษย์ ส่วนช่วงแขนมนุษย์ จึงเรียกไดว้ ่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ก็คือ แขนกล ที่ทาํ งานได้หลายๆ งาน แต่แนวโน้มทั้ง ในปัจจุบนั และอนาคตของหุ่นยนต์จะเน้นการทํางานอเนกประสงค์หลากหลายงานน้อยลงและจะเน้นไปในเร่ืองของ เทคโนโลยีในการควบคุมการเคลื่อนท่ี และความฉลาดของหุ่นยนต์เพ่ิมมากขึ้น หุ่นยนต์อุตสาหกรรมตัวแรกจึงได้ เกิดขนึ้ ในปี ค.ศ. 1961 และหุน่ ยนต์อกี พนั กว่าตวั ก็ไดเ้ ร่ิมนํามาใช้ในอุตสาหกรรมในสหรฐั อเมรกิ า ญป่ี ุน่ และยุโรป

ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง |หุน่ ยนต์อุตสาหกรรมเริ่มแรกใช้งานในงานขนถ่ายวัสดุโดยจะทําภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ ตัวอย่าง โครงสร้างของระบบหุ่นยนต์ แสดงในรูป คือ เครื่องขนถ่ายวัสดุหรือแขนกล ซ่ึงประกอบไปด้วยแขนหนึ่งแขนท่ีคล้าย มนุษย์ และในทํานองเดียวกันก็จะมีข้อต่อ ซ่ึงอาจเรียกว่า ไหล่ (Shoulder) ข้อศอก (Elbow) และข้อมือ(Wrist) สว่ นของข้อมือก็สามารถขึ้นลง (Pitch) หนั เห (Yaw) และหมนุ (Roll) ข้อต่อสามารถขับเคลอ่ื นได้ โดยมอเตอร์ไฟฟ้า (Electrical Motor) นิวแมตกิ ส์ (Pneumatic) หรือไฮดรอลิกส์ (Hydraulic) ซง่ึ ทาํ ใหห้ ุ่นยนต์มกี ําลงั มากกว่ามนุษย์ 1.2 ข้อดีของการใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ในปัจจุบันนี้ มีการใช้หุ่นยนต์เพ่ิมมากข้ึนท้ังในเชิงอุตสาหกรรมและพาณิชย์ จํานวนของการใช้เพ่ิมมากขึ้นใน อตั รา 35% ต่อปี เน่ืองจากเหตผุ ลดังนี้ 1.2.1 ลดค่าใช้จ่ายในการผลิต ค่าแรงของหุ่นยนต์เม่ือคิดจากเงินคืนทุนสะสมค่าบํารุงรักษา คิดแล้วจะต่ากว่าค่าแรงงานของคน เน่ืองจาก แรงงานของคนยังจะต้องครอบคลุมถึงเงินเดือน โบนัส สวัสดิการต่างๆ นอกจากนั้น หุ่นยนต์ยังสามารถทํางานเป็น เวลาถึง 98% ของโปรแกรมการทํางานท่ีกาหนดไว้ แต่คนยังต้องการเวลาพัก เวลาส่วนตัวอ่ืนๆ ซึ่งเวลาเหล่านี้จะ เป็น 15-20% ของเวลาทํางานท่ีกําหนดและหุ่นยนต์ยังสามารถผลิตงานท่ีดีออกมาในเปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าเพราะมัน สามารถทํางานซ้าๆ ได้ตลอดเวลา โดยไม่มีความผิดพลาด เนื่องจากความเมื่อยล้า ระบบหุ่นยนต์สามารถคืนทุน ทั้งหมด ได้ในเวลาไม่นานนัก ทุนเหล่าน้ันคือ การติดต้ังและการอบรม ผู้ที่จะควบคุมระบบ รวมท้ังอุปกรณ์อ่ืนที่จะ นามาใช้รว่ มกับหุ่นยนต์ 1.2.2 เพิ่มผลผลิต ในงานเดียวกัน หุ่นยนต์สามารถทํางานได้เร็วกว่ามนุษย์ เช่น หุ่นยนต์เช่ือม สามารถเช่ือมได้อัตราเฉลี่ย 30 น้ิวต่อนาทีในแนวตรง โดยช่างทําได้น้อยกว่า 10 น้ิวต่อนาที ภายใต้สภาวะเดียวกัน ในงานเดียวกัน หุ่นยนต์พ่นสี 2 ตัวในสายงานประกอบรถยนต์ สามารถพ่นถังรถอย่างเรียบร้อยใน 90 วินาที ท้ังภายในและภายนอก โดยพ่น 2 ชั้น และหุ่นยนต์ยังทํางานได้ถึง 20 ช่ัวโมงต่อวัน ซึ่งช่างพ่นสีไม่สามารถที่จะทําได้ หุ่นยนต์สามารถทํางานสําเร็จตาม ตาราง และการทาํ งานในขั้นตอนอื่น กส็ ามารถดําเนินต่อไปไดเ้ ป็นผลให้ประหยัด และมีตน้ ทนุ การผลิตตํ่าลง 1.2.3 พัฒนาคุณภาพการผลิต ความแม่นยําของตําแหน่งของหุ่นยนต์จะดีกว่าคน เช่น สําหรับการเดินทาง 3 ฟุต หุ่นยนต์อาจจะมีความ

แม่นยําผดิ ไปเพียง 0.008 นิ้ว และความสามารถในการทาํ ซํ้า 0.004 น้ิว ในการทดสอบการเชื่อมคร้ังหนึ่งหนุ่ ยนต์จะ ไปตามแนวทางในช่วงที่ยอมรับได้ดีกว่าท่ีมนุษย์ทํา นอกจากน้ัน ความเร็วในการทํางานสามารถควบคุมได้ดี เช่น งานเชื่อม แผ่นบางจะต้องเชื่อมอย่างเร็วและมีระยะท่ีถูกต้อง ซึ่งหุ่นยนต์สามารถควบคุมได้ และหุ่นยนต์สามารถ ทาํ งานเป็นวฏั จกั รไดด้ ี โดยให้ผลผลิตที่ดีกวา่ 1.2.4 สามารถทาํ งานในที่อันตรายได้ ลักษณะของงานท่ีอันตราย เช่น การนําเหล็กร้อน ๆ เข้าเคร่ืองอัดเหล็กหล่อร้อนจะต้องถูกนําเข้าที่ในขณะที่ ค้อนจะตีลงมา ซ่ึงงานนี้จะเปน็ งานอันตรายทั่งจากความร้อน และการสปาร์คของเหล็กร้อน ๆ เม่ือใช้หุ่นยนต์ก็จะให้ งานทดี่ กี ว่าคน และคนไม่เป็นอันตรายด้วย 1.2.5 สามารถพัฒนาการควบคมุ ได้ หุ่นยนต์ที่ควบคุมโดยคอมพิวเตอร์สามารถเปล่ียนโปรแกรมให้มีความแม่นยําได้ และยังสามารถบันทึก ความแม่นยําซ่ึงเปล่ียนไปได้ข้อมูลที่ได้มาจะนําไปพัฒนาตารางการทํางานการวางแผนและการควบคุมในงาน อุตสาหกรรมได้ ผู้จัดการหลายคน มีความคิดที่จะสร้างโรงงานที่มีหุ่นยนต์เป็นระบบงานจะสามารถทํางาน ตาม ตารางโดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุม ซ่ึงหุ่นยนต์แต่ละตัวจะทํางานต่าง ๆ กันโดยระบบนี้จะเรียกว่า “Intergraded System” นอกจากนั้น หุ่นยนต์ยังมีความยืดหยุ่นสูง คือ สามารถเปล่ียนแปลงได้อย่างรวดเร็ว เม่ือพบข้อผิดพลาด และยังสามารถนําไปใช้ในงานท่ีต่างออกไปได้อกี เพยี งการเปล่ยี นแปลงโปรแกรมเท่าน้ัน 1.3 ประเภทของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Industrial Robot) เป็นหุ่นยนต์ที่พัฒนาข้ึนมาโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ทํางานใน โรงงานอุตสาหกรรมแทนการใช้แรงงานมนุษย์ ซ่ึงจะใช้ในการทํางานต่าง ๆ เช่น การเชื่อม (Welding) การจับ (Handling) การประกอบ (Assembling) การต่อ (Joining) การขัด (Polishing) การตรวจสอบ (Inspecting) การจัดวาง (Palletizing) และการทางานเป็นเครอื่ งจกั รกลอ่ืนๆ (Machining) เช่น เคร่ืองปั๊ม ข้ึนรูป เป็นต้นห่นุ ยนต์ อุตสาหกรรมซึ่งส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นแขนกลจะมีรูปแบบการเคล่ือนท่ีของข้อต่อแต่ละข้อที่เลียนแบบการ ทํางานของแขนมนุษย์อยู่ 2 ลักษณะ คือ การเคล่ือนท่ีแบบเชิงเส้น (Linear / Sliding / Prismatic) ใช้ตัวอักษร P เป็นสัญลักษณ์ และการเคล่ือนที่แบบเชิงมุมหรือแบบหมุน (Angular / Rotary / Revolute) ใช้ตัวอักษร R เป็น สัญลักษณ์ โดยชิ้นส่วนทั้ง 2 ชน้ิ ทนี่ ามาตอ่ กัน จะเรยี กกนั ว่าลงิ ค์ (Link) ซงึ่ แสดงใหเ้ ห็นไดต้ ามในรูปท่ี 1-2

ผดิ พลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง จากลักษณะการเคลื่อนท่ีที่กล่าวมา สามารถใช้เป็นหลักเกณฑ์ในการแบ่งหุ่นยนต์อุตสาหกรรม หรือแขนกล ออกเป็นแบบต่างๆ ตามลักษณะโครงสร้างเชิงกล โดยพิจารณาจากการเคลื่อนที่ของข้อต่อ 3 แรก หรือที่เรียกกันว่า แกน (Axes) ซง่ึ มาตรฐาน ISO ได้แบ่งเปน็ 4 แบบ คอื 1.3.1 ห่นุ ยนต์แบบพิกัดคาร์ทเี ซยี น (Cartesian Coordinates Robot) หุ่นยนต์แบบนี้จะมีการเคลื่อนท่ีของแกนเป็นแนวเส้นตรง (Linear axes) ทั้ง 3 แกน คือ แกน X, Y และ Z แทนการทํางาน ตัวอยา่ งหุ่นยนต์แบบน้ี คือ เคร่ืองจกั ร CNC, เครนในงานอตุ สาหกรรม (Industrial Crane) เป็นต้น

ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง 1.3.2 หนุ่ ยนตแ์ บบสการ่า (SCARA Robot) SCARA มาจากคําว่า Selective Compliance Assembly Robot Arm หุ่นยนต์แบบน้ีจะมีการเคลื่อนที่ ของแกนเป็นแนวเส้นตรง (Linear axes) 1 แกน คือ แกน Z และเคล่ือนท่ีแบบหมุน (Rotating axes) 2 แกน ใช้ สัญลักษณ์ RRP แทนลักษณะการทํางาน หรืออาจจะมีแกนที่ 4 เพิ่มขึ้นมาเป็นข้อมือ หุ่นยนต์แบบสการ่าจะมี ลักษณะการทํางานคล้ายกับหุ่นยนต์ทรงกระบอก ตัวอย่างหุน่ ยนต์แบบน้ี คือ หุ่นยนต์ประกอบชิ้นส่วน (Automatic assembly), หุ่นยนต์ หยบิ -วาง (Pick and Place Robot) เปน็ ต้น

ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผดิ พลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผดิ พลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง 1.3.3 หนุ่ ยนตแ์ บบพิกัดหมุน (Articulated Robot) หุ่นยนต์แบบน้ีจะมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Revolute Robot มีการเคล่ือนท่ีของแกนเป็นแบบหมุน (Rotating axes) 3-6 แกน ใช้สัญลักษณ์ RRR แทนลักษณะการทํางาน หุ่นยนต์แบบนี้จะทํางานคล้ายแขนของมนุษยม์ ากท่ีสุด มีการนําไปใช้ในหลายๆ งาน เช่น งานประกอบ (Assembly), งานเชื่อม (Welding), งานขนถ่ายวัสดุ (Material

Handling) เปน็ ตน้ ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผดิ พลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง

1.3.4 หุ่นยนต์แบบขนานหรือเดลต้า (Parallel or Delta Robot) จากหุ่นยนต์แบบต่างๆ ท่ีกล่าวมาข้างต้นท้ัง 5 แบบ จะเห็นได้ว่าแต่ละแบบ จะมีการทํางานในลักษณะแขน เดียว ซ่ึงการควบคุมจะมีลักษณะสัมพันธ์กันเป็น ลําดับ จึงอาจจัดได้ว่าเป็นประเภทของหุ่นยนต์แบบอนุกรม (Serial Robot) ส่วนหุ่นยนต์แบบขนานน้ีเป็นหุ่นยนต์ที่มีลิงค์ในการทํางานต้ังอยู่บนฐานเดียวกันมากกว่า 1 ลิงค์ โดยมี หน้าทก่ี ารทํางานในจดุ เดียวกัน เปรียบเหมอื นมีหลายแขนท่ีจะทํางาน สมั พันธ์กัน ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง ผิดพลาด! ไม่พบแหล่งการอ้างอิง 1.4 ค่าคณุ ลักษะต่างๆในการพิจารณาเลือกใช้งานหุ่นยนต์ ความคล่องตัวในการปรับทิศทางการทํางาน (Orientation of Performance) หุ่นยนต์อุตสาหกรรมท่ีกล่าว มาทั้ง 4 ชนิดท่ีกล่าวมาขา้ งต้นนั้น จะมีความแตกต่างกนั ตรงลักษณะการเคล่ือนท่ีและความสามารถในการทํางานที่ ไม่เหมือนกัน รวมไปถึงการประยุกต์ใช้งานที่ต่างกันด้วยแต่ทั้งหมดถูกสร้างข้ึนมาด้วยหลักการพ้ืนฐานเดียวกัน เช่น Articulate Robot เป็นหุ่นยนต์ท่ีออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับแขนของมนุษย์ตั้งแต่ช่วงหัวไหล่ไหลลงไป น้ัน หมายความว่าหุ่นยนต์ชนิดนี้จะมีความสามารถในการทํางานและความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ในลักษณะท่ี

คล้ายกับการเคลื่อนที่ของแขนมนุษย์จะความคล่องตัวในการปรับทิศทางการทํางานมากกว่าหุ่นยนต์อุสาหกรรม แบบอื่น ๆ ห่นุ ชนดิ น้ีจงึ เหมาะกับงาน พ่นสี หรือเชื่อมตวั ถังรถยนต์ มากกวา่ ทจ่ี ะใช้หุ่นยนต์อุสาหกรรมชนิดอนื่ การรับภาระสูงสุด (load/ Play load) หมายถึงความสามารถในหยิบ จับ ยกและ เคลื่อนย้ายชิ้นงานได้สงู สุด โดยปกติเราจะหน่วย กิโลกรัม (Kg) เป็นหน่วยที่แสดงความสามารถในการรับภาระ แต่ผู้อ่านควรพจิ ารณาราคาของ หนุ่ ยนต์ ( Cost ) ถ้าเลอื กหุ่นยนต์ทส่ี ามารถรับภาระเกินความจําเป็นมาก หุ่นยนต์จะมรี าคาสูง ความแม่นยํา (Accuracy) เมื่อมีการวัดการเคลื่อนที่ เมื่อเทียบกับจุดอ้างอิงความแม่นยําของตําแหน่ง หมายถึง ความแตกต่างระหว่างตําแหน่งท่ีต้องการจะไป กับตําแหน่งท่ีไปได้จริงในการทํางานของหุ่นยนต์ อุตสาหกรรมจะมีความคลาดเคลื่อนเป็นนิ้ว หรือมิลลิเมตร โดยมีความคลาดเคลื่อนทั้งทางบวกและลบ (Positive And Negative Error) ความสามารถในการทําซํ้า (Repeatability) เป็นการวัดความสามารถของหุ่นยนต์หรือกลไกเม่ือมีการ เคล่ือนตําแหน่งซ้าที่เดิมภายใต้เง่ือนไขเดิมจะเกิดการเปล่ียนแปลงของตําแหน่งส่ิงหนึ่งที่ควรพิจารณา คือ สิ่งท่ีมีผล ต่อความไมแ่ ม่นยาจะมีผลไมม่ ากนกั ต่อความสามารถในการทําซ้ํา พื้นที่การทํางาน (Workspace) เป็นช่วงเวลาในหน่วยเป็นวินาทีท่ีแขนหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีทํางานช้ินหนึ่ง ขอบขตของการทํางาน คือ ระยะหุ่นยนต์จะกวาดไปได้ไกลท่ีสุด เป็นคุณลักษณะท่ีสําคัญต่อการทํางานอ่ืน ๆ ที่อยู่ ใกล้ระบบหุ่นยนต์ทุกๆ จุดในโปรแกรมจะต้องอยู่ในขอบเขตการทํางาน หุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียลจะมีขอบเขตการ ทํางานเป็นส่ีเหลี่ยมมุมฉาก และหุ่นยนต์แบบอาร์ติคูเลค จะมีการทํางานเป็นแบบท่ีเรียกว่า เทียร์เซฟ (Tear– Shaped) สําหรับการอธิบาย (หรือการวาด) ขอบเขตการทํางานการวัดจากริมนอกสุดของข้อมือถ้าปลายของแขนมี เคร่ืองมือติดอยู่ขนาดของขอบเขตการทํางานจะเพิ่มข้ึน โดยรวมความยาวของปลายของเคร่ืองมือเข้าด้วย เช่น ถ้า ขอบเขตการทํางานเป็น 192.02 ซม. แล้วนําหัวเช่ือมปืนมาติดเข้าท่ีปลายข้อมือ ขอบเขตการทํางานจะเพิ่มขึ้น ประมาณ 47.24 ซม. เพ่ือความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ขนาดที่เพ่ิมขึ้นนี้จะต้องถูกพิจารณาในการออกแบบตอน ติดตง้ั ด้วย ความเร็ว (Velocity) คือ อัตราเร็วและทิศทางของการเคลื่อนท่ี ความเร็วเชิงเส้นจะมีหน่วยเป็นน้ิวต่อนาที หรือมิลลิเมตรต่อวินาที ส่วนความเร็วเชิงมุมจะมีหน่วยเป็นองศาต่อนาทีหรือเรเดียนต่อวินาทีในการออกแบบ หุ่นยนต์นั้น คุณลักษณะท่ีต้องการในการใช้งาน จะถูกพิจารณาโดยเป็นระบบรวม ตวั อย่างเช่น เราตอ้ งการออกแบบ ให้มีความแข็งแรงและมีความแม่นยําสูงจะต้องใชก้ ้าน (Link) แข็งแรง ข้อต่อทกุ ข้อจะต้องถูกต้องแน่นอนแต่ราคาจะ สงู และมกี ารทาํ งานท่ีช้า คุณสมบัตโิ ดยรวมของหุ่นยนตแ์ ต่ละตัว มีดังนี้ หุ่นยนต์จะไม่เกิดประโยชน์มากนัก ถ้ามันไม่สามารถทํางานภายในเวลาท่ีเหมาะสม หุ่นยนต์โดยมากจะถูก เทียบความสําคัญกับการทํางานของคนหรือเครื่องจักรชนิดอื่น ดังนั้นจะต้องทํางานไวพอท่ีจะมีผลต่อราคาของมัน เม่ือเทียบกับทางเลือกอื่นซ่ึงหมายความว่าวัฏจักรของการทํางานท่ีสมบรูณ์จะต้องใช้เวลาไม่มากนัก วัฏจักรเวลา สามารถลดลงได้หลายวิธี อาจจะใช้การเพ่ิมกําลังในการขบั เคล่ือนการลดมวลลง, การลดความเฉ่ือยของข้อต่อ และ ก้านหรืออาจพัฒนาแบบของการควบคุมให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น มีการเคลื่อนที่น้อยที่สุด เหล่าน้ีเป็นหลักท่ัวไปใน การออกแบบ ความแม่นยําและความสามารถในการทําซํ้า (Accuracy and Repeatability) มีปัจจัยหลายอย่างท่ีมี ผลต่อความแม่นยํา ซ่ึงเป็นการสําคัญมากที่จะพิจารณาปัจจัยเหล่าน้ีเป็นประเด็นแรกในการออกแบบ เพื่อให้ได้

ปจั จยั ทีด่ ีท่ีสดุ สงิ่ ทม่ี ีผลตอ่ ความแม่นยําและความสามารถในการทําซ้ํา มดี ังนี้ ผลจากแรงโน้มถ่วงของโลก (Gravitation Effects) จะกระทําต่อสว่ นท่ีเป็นแขนและภาระของหุ่นยนต์ โดย จะทําให้เกิดโค้งลดลงของแขนและการรองรับ ผลจากความเร่ง (Acceleration Effects) แรงเนื่องจากความเร่ง จะ กระทําในบางทิศทางการเบ่ียงเบนในแนวตั้ง และแนวนอน จะสังเกตได้ง่ายเมื่อรับภาระหนัก (Heavy Load) ความคลาดเคลื่อนจากการหมุน (Backlash Errors) การขับเคล่ือนด้วยเกียร์ (Gear)และสายพานมักจะเกิดจากการ หลวมหรือหย่อน ซ่ึงทําให้เกิดการคลาดเคลื่อนของตําแหน่ง ผลของอุณหภูมิ (Thermal Effects) จะทําให้เกิดการ ขยายตัว หรือการหดตัวของก้านของแขนหุ่นยนต์ ในหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ผลด้านนี้จะมีขนาดพอท่ีจะต้องพิจารณา การเคล่ือนที่ของแบร่ิง (Bearing Play) ความสมํ่าเสมอของการหมุนของแบริ่งจะมีความสําคัญมาก เมื่อเป็นงานที่ ต้องการความแม่นยําสูง มุมของการหมุนขณะรับภาระ(Windup) จะมีความสําคัญเม่ือใช้ระบบขับเคล่ือนที่มีเพลา ยาวและหมุนขณะรับภาระ อายุการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการซ่อมบํารุง หุ่นยนต์จะถูก กําหนดให้มกี ารใช้งานอย่างน้อย 40,000 ช่ัวโมงทํางาน หุ่นยนตท์ ี่ออกแบบมาดี จะมีช่ัวโมงการทํางานท่ีไม่ผิดพลาด อย่างน้อย 400 ชั่วโมง และมีชั่วโมงการซ่อมบํารงุ ไม่มากกว่า 8 ช่ัวโมง ส่วนหนึ่งท่ีจะลดชั่วโมงการซ่อมบํารุง ทําโดย การปรับปรุงการออกแบบให้มีการเคล่ือนที่ แบบง่าย ๆ และมีชิ้นส่วนที่น้อยท่ีสุด มีช้ินส่วนสํารอง เพื่อท่ีจะซ่อม บาํ รุงไดง้ ่ายควรใช้ชิ้นสว่ นที่มีขายโดยท่ัวไป เพื่อสะดวกในการซ่อมบํารุง

ใบงานกิจกรรมหาความรแู้ บบสบื เสาะ หน่วยการเรียนรู้ท่ี 1 เรื่อง แขนกลอุตสาหกรรมเบ้ืองต้น คําแนะนําในการทํางาน  ให้ดู VDO การทํางานของหุ่นยนต์แต่ละประเภทตามตาราง ด้วยการสแกน QR Code และค้นหา VDO การทํางานการทํางานของหุ่นยนต์เพ่ิมเติม  สังเกตการทํางานของหุ่นยนต์ตามการค้นหา VDO อภิปราย สอบถาม ในกลุ่ม เพื่ออธิบายคุณลักษณะ และสรุปเขยี นลงในตารางเพือ่ นําเสนอต่อไป

เฉลยใบงานกิจกรรมหาความรู้แบบสืบเสาะ หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 เร่ือง แขนกลอุตสาหกรรมเบื้องตน้ หนุ่ ยนต์แบบพิกัดคาร์ทเี ซียน (Cartesian Coordinates Robot) Picture of Robot Work Area VDO with QR Code คุณลักษณะ (Attributes) หนุ่ ยนต์แบบพิกัดคารท์ ีเซียน (Cartesian Coordinates Robot) พ้นื ท่กี ารทาํ งาน (Work Envelope) การรับภาระสูงสุด (Play load) องศาอิสระ (Degrees of Freedom) Orientation of Performance ความเรว็ (Velocity) ความแมน่ ยํา (Accuracy) ความสามารถในการทาํ ซ้ํา Repeatability) ราคา (cost) การติดตงั้ การควบคุมและตัวควบคมุ ข้อดี ข้อเสยี การประยุกต์ใชง้ าน

Picture of Robot หุ่นยนต์แบบสการ่า (SCARA Robot) VDO with QR Code Work Area คุณลกั ษณะ (Attributes) หุน่ ยนตแ์ บบสการ่า (SCARA Robot) พ้ืนท่กี ารทํางาน (Work Envelope) การรับภาระสงู สุด (Play load) องศาอิสระ (Degrees of Freedom) Orientation of Performance ความเร็ว (Velocity) ความแมน่ ยํา (Accuracy) ความสามารถในการทาํ ซํ้า Repeatability) ราคา (cost) การติดตั้ง การควบคุมและตัวควบคุม ข้อดี ข้อเสยี การประยกุ ต์ใช้งาน

หนุ่ ยนต์แบบพกิ ดั หมุน (Articulate Robot) Picture of Robot Work Area VDO with QR Code คุณลกั ษณะ (Attributes) หนุ่ ยนต์แบบพิกัดหมุน (Articulated Robot) พื้นทก่ี ารทํางาน (Work Envelope) การรับภาระสูงสุด (Play load) องศาอิสระ (Degrees of Freedom) Orientation of Performance ความเรว็ (Velocity) ความแม่นยาํ (Accuracy) ความสามารถในการทาํ ซ้ํา Repeatability) ราคา (cost) การติดต้ัง การควบคุมและตัวควบคุม ข้อดี ข้อเสยี การประยุกต์ใชง้ าน

Picture of Robot หุ่นยนต์แบบพกิ ัดหมุน (Delta Robot) VDO with QR Code Work Area คุณลกั ษณะ (Attributes) หุ่นยนต์แบบพกิ ัดหมุน (Delta Robot) พนื้ ทกี่ ารทํางาน (Work Envelope) การรับภาระสูงสุด (Play load) องศาอิสระ (Degrees of Freedom) Orientation of Performance ความเรว็ (Velocity) ความแม่นยาํ (Accuracy) ความสามารถในการทาํ ซํ้า Repeatability) ราคา (cost) การติดตง้ั การควบคุมและตวั ควบคมุ ข้อดี ข้อเสีย การประยุกต์ใช้งาน

ใบแบบฝึกหัด หน่วยการเรยี นรู้ที่ 1 เรื่อง แขนกลอุตสาหกรรมเบ้ืองตน้ 1. จงอธิบายความหมายของแขนกลอุตสาหกรรม .................................................................................................................................................................................. 2. จงบอกข้อดีและข้อเสียของแขนกลอุตสาหกรรม .................................................................................................................................................................................. 3. จงจับคู่ลักษณะการเคลื่อนที่ และขอบเขตการทาํ งานของแขนกลอตุ สาหกรรมแต่ละ ประเภท แขนกลอตุ สาหกรรม ลกั ษะการเคลื่อนที่ ขอบเขตการทาํ งาน หุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียน (Cartesian Robot) หุ่นยนต์แบบสการ่า (SCARA Robot)

แขนกลอุตสาหกรรม ลกั ษะการเคล่ือนที่ ขอบเขตการทํางาน หุ่นยนต์แบบหมุน (Articulated Robot) หุ่นยนต์แบบขนานหรือเดลตา้ (Parallel or Delta Robot) 4. จงยกตัวอย่างงานการประยุกต์ใช้แขนกลในงานอุตสาหกรรม พรอ้ มทัง้ อธิบายเหตุผล ประกอบ .................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................