แขนกลอุตสาหกรรม_วทัญญู

1.1 บทนำ (Introduction) หากกล่าวถึงแขนกล (Robotic Arm) ถ้าสังเกตจากลักษณะโครงสร้างและการทางาน แขนกลก็คือหุ่นยนต์ ประเภทหนึ่ง ซ่ึงเราจะเห็นได้จากโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆที่มีการนาเอาหุ่นยนต์มาใช้ในการหยิบจับวัสดุอุปกรณ์ เครื่องมือ หรือทางานต่างๆ งานในกระบวนการผลิตท่ีเรียกว่า หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Industrial Robot) ก็จะเป็น หุ่นยนต์ท่ีมีลักษณะเป็นแขนกล ดังนั้น การศึกษาเร่ืองแขนกล จึงจาเป็นจะต้องกล่าวรวมไปถึงทฤษฎีและหลักการ ต่างๆ ของห่นุ ยนต์ด้วย ผู้วจิ ยั จึงไดศ้ กึ ษาค้นคว้าและนามาเรียบเรียงไวด้ ังต่อไปนี้ คาว่า หุ่นยนต์ หรือ Robot ได้ถกู บญั ญตั ิขนึ้ ในปี 1920 โดย Karel Capek นกั เขียนบทละครชาว เชค็ โกสโล วาเกีย ซ่ึงปรากฏอยู่ในบทละครเรื่อง Rossom ‘s Universal Robots ที่มีเน้ือเรื่องเก่ียวกับการใช้แรงงานหุ่นยนต์ แทนมนุษย์ และต้ังแต่น้ันเป็นต้นมาก็ได้มีการนาคานี้ใช้เรียกอุปกรณ์เคร่ืองจักรกลต่างๆ 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.” แปลความหมายเปน็ ภาษาไทยไดว้ า่ “หุ่นยนต์อุตสาหกรรม คอื เครือ่ งจกั รกลอเนกประสงค์ท่ี สามารถทาการต้ังโปรแกรมการทางานได้ ถูกออกแบบมาเพ่ือให้สามารถหยิบ จับ เคลื่อนย้ายวัสดุ อุปกรณ์ เคร่อื งมือ หรอื อปุ กรณ์พิเศษต่างๆ ตามโปรแกรมท่ีกาหนด เพื่อการใช้งานท่ีหลากหลาย” 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 “เครื่องจักรกลอัตโนมัติ สามารถต้ัง โปรแกรมได้ ทางานได้อเนกประสงค์ มีแกน 3 แกนหรือมากกว่า อาจจะยดึ อยู่กับท่ีหรือเคลื่อนที่ไดเ้ พื่อใช้ในระบบงานอุตสาหกรรม อัตโนมตั ิ” ในการพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อการทางานแทนมนุษย์นั้น ได้มีการพิจารณาจากส่วนของร่างกายมนุษย์ท่ีใช้ในการ ปฏบิ ตั งิ านจากการสั่งงานของสมองมากท่สี ดุ ในแตล่ ะวันน่ันคือ สว่ นช่วงแขน ดงั น้นั จงึ เหน็ ได้ว่าหุ่นยนตอ์ ตุ สาหกรรม ซึง่ เขา้ มามีบทบาทในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ จะเป็นห่นุ ยนตท์ ี่มกี ารทางานเลียนแบบการทางานของมนษุ ย์ หุน่ ยนต์อตุ สาหกรรมเร่ิมแรกใชง้ านในงานขนถา่ ยวัสดุโดยจะทาภายใต้การควบคุมของคอมพวิ เตอร์ ตัวอย่าง โครงสร้างของระบบห่นุ ยนต์ แสดงในรปู คือ เครือ่ งขนถา่ ยวสั ดุหรือแขนกล ซงึ่ ประกอบไปด้วยแขนหน่งึ แขนที่คล้าย มนุษย์ และในทานองเดียวกันก็จะมีข้อต่อ ซึ่งอาจเรียกว่า ไหล่ (Shoulder) ข้อศอก (Elbow) และข้อมือ(Wrist) ส่วนของขอ้ มอื กส็ ามารถขึน้ ลง (Pitch) หันเห (Yaw) และหมุน (Roll) ข้อตอ่ สามารถขับเคลอ่ื นได้ โดยมอเตอร์ไฟฟ้า (Electrical Motor) นิวแมติกส์ (Pneumatic) หรือไฮดรอลิกส์ (Hydraulic) ซึ่งทาให้หุ่นยนต์มีกาลังมากกว่ามนษุ ย์ ส่วนชว่ งแขนมนษุ ย์ จงึ เรยี กไดว้ ่าห่นุ ยนต์อุตสาหกรรมส่วนใหญก่ ็คือ แขนกล ท่ที างานได้หลายๆ งาน แตแ่ นวโนม้ ทั้ง ในปัจจุบันและอนาคตของหุ่นยนตจ์ ะเน้นการทางานอเนกประสงค์หลากหลายงานน้อยลงและจะเนน้ ไปในเรื่องของ เทคโนโลยีในการควบคุมการเคลื่อนท่ี และความฉลาดของหุ่นยนต์เพิ่มมากขึ้น หุ่นยนต์อุตสาหกรรมตัวแรกจึงได้ เกิดขนึ้ ในปี ค.ศ. 1961 และหนุ่ ยนต์อกี พนั กวา่ ตัวก็ได้เรมิ่ นามาใชใ้ นอตุ สาหกรรมในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรป

รูปที่ Error! No text of specified style in document.-1 ตัวอย่างระบบหุ่นยนต์ อุตสาหกรรม |หุน่ ยนตอ์ ตุ สาหกรรมเริ่มแรกใช้งานในงานขนถ่ายวสั ดุโดยจะทาภายใต้การควบคมุ ของคอมพวิ เตอร์ ตวั อย่าง โครงสร้างของระบบห่นุ ยนต์ แสดงในรปู คอื เครอ่ื งขนถ่ายวสั ดุหรือแขนกล ซง่ึ ประกอบไปดว้ ยแขนหนง่ึ แขนที่คล้าย มนุษย์ และในทานองเดียวกันก็จะมีข้อต่อ ซึ่งอาจเรียกว่า ไหล่ (Shoulder) ข้อศอก (Elbow) และข้อมือ(Wrist) ส่วนของข้อมอื กส็ ามารถขนึ้ ลง (Pitch) หนั เห (Yaw) และหมุน (Roll) ขอ้ ตอ่ สามารถขบั เคลือ่ นได้ โดยมอเตอร์ไฟฟ้า (Electrical Motor) นวิ แมติกส์ (Pneumatic) หรอื ไฮดรอลิกส์ (Hydraulic) ซึง่ ทาให้หุน่ ยนตม์ กี าลงั มากกวา่ มนุษย์ 1.2 ขอ้ ดขี องกำรใช้ห่นุ ยนต์อุตสำหกรรม ในปัจจุบันนี้ มีการใช้หุ่นยนต์เพิ่มมากขึ้นท้ังในเชิงอุตสาหกรรมและพาณิชย์ จานวนของการใชเ้ พ่ิมมากขึ้นใน อตั รา 35% ต่อปี เน่อื งจากเหตผุ ลดังนี้ 1.2.1 ลดค่ำใช้จ่ำยในกำรผลิต ค่าแรงของหุ่นยนต์เมื่อคิดจากเงินคืนทุนสะสมค่าบารุงรักษา คิดแล้วจะต่ากว่าค่าแรงงานของคน เน่ืองจาก แรงงานของคนยังจะต้องครอบคลุมถึงเงินเดือน โบนัส สวัสดิการต่างๆ นอกจากนั้น หุ่นยนต์ยังสามารถทางานเป็น เวลาถึง 98% ของโปรแกรมการทางานท่ีกาหนดไว้ แต่คนยังต้องการเวลาพัก เวลาส่วนตัวอื่นๆ ซึ่งเวลาเหล่าน้ีจะ เป็น 15-20% ของเวลาทางานที่กาหนดและหุ่นยนต์ยังสามารถผลิตงานท่ีดีออกมาในเปอร์เซ็นต์ท่ีสูงกว่าเพราะมัน สามารถทางานซ้าๆ ได้ตลอดเวลา โดยไม่มีความผิดพลาด เน่ืองจากความเมื่อยล้า ระบบหุ่นยนต์สามารถคืนทุน ท้ังหมด ได้ในเวลาไม่นานนัก ทุนเหล่าน้ันคือ การติดตั้งและการอบรม ผู้ที่จะควบคุมระบบ รวมท้ังอุปกรณ์อ่ืนท่ีจะ นามาใชร้ ว่ มกบั หนุ่ ยนต์ 1.2.2 เพม่ิ ผลผลิต ในงานเดียวกัน หุ่นยนต์สามารถทางานได้เร็วกว่ามนุษย์ เช่น หุ่นยนต์เชื่อม สามารถเชื่อมได้อัตราเฉล่ีย 30 น้ิวต่อนาทีในแนวตรง โดยช่างทาได้น้อยกว่า 10 น้ิวต่อนาที ภายใต้สภาวะเดียวกัน ในงานเดียวกัน หุ่นยนต์พ่นสี 2 ตัวในสายงานประกอบรถยนต์ สามารถพ่นถังรถอย่างเรียบร้อยใน 90 วินาที ท้ังภายในและภายนอก โดยพ่น 2 ชั้น และหุ่นยนต์ยังทางานได้ถึง 20 ชั่วโมงต่อวัน ซึ่งช่างพ่นสีไม่สามารถที่จะทาได้ หุ่นยนต์สามารถทางานสาเร็จตาม ตาราง และการทางานในขั้นตอนอ่นื กส็ ามารถดาเนินต่อไปได้เปน็ ผลใหป้ ระหยัด และมตี ้นทุนการผลิตตา่ ลง

1.2.3 พัฒนำคุณภำพกำรผลิต ความแม่นยาของตาแหน่งของหุ่นยนต์จะดีกว่าคน เช่น สาหรับการเดินทาง 3 ฟุต หุ่นยนต์อาจจะมีความ แมน่ ยาผดิ ไปเพียง 0.008 น้วิ และความสามารถในการทาซ้า 0.004 นิ้ว ในการทดสอบการเช่ือมครั้งหนึง่ หุน่ ยนต์จะ ไปตามแนวทางในช่วงท่ียอมรับได้ดีกว่าที่มนุษย์ทา นอกจากนั้น ความเร็วในการทางานสามารถควบคุมได้ดี เช่น งานเชื่อม แผ่นบางจะต้องเชื่อมอย่างเร็วและมีระยะท่ีถูกต้อง ซ่ึงหุ่นยนต์สามารถควบคุมได้ และหุ่นยนต์สามารถ ทางานเป็นวฏั จักรไดด้ ี โดยให้ผลผลิตท่ีดกี วา่ 1.2.4 สำมำรถทำงำนในทีอ่ ันตรำยได้ ลักษณะของงานท่ีอันตราย เช่น การนาเหล็กร้อน ๆ เข้าเครื่องอัดเหล็กหล่อร้อนจะต้องถูกนาเข้าท่ีในขณะท่ี ค้อนจะตลี งมา ซงึ่ งานน้จี ะเปน็ งานอนั ตรายทง่ั จากความร้อน และการสปาร์คของเหล็กร้อน ๆ เมือ่ ใช้หนุ่ ยนต์ก็จะให้ งานทดี่ กี วา่ คน และคนไม่เป็นอันตรายดว้ ย 1.2.5 สำมำรถพัฒนำกำรควบคุมได้ หุ่นยนต์ท่ีควบคุมโดยคอมพิวเตอร์สามารถเปลี่ยนโปรแกรมให้มีความแม่นยาได้ และยังสามารถบันทึก ความแม่นยาซ่ึงเปลี่ยนไปได้ข้อมูลที่ได้มาจะนาไปพัฒนาตารางการทางานการวางแผนและการควบคุมในงาน อุตสาหกรรมได้ ผู้จัดการหลายคน มีความคิดท่ีจะสร้างโรงงานที่มีหุ่นยนต์เป็นระบบงานจะสามารถทางาน ตาม ตารางโดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุม ซึ่งหุ่นยนต์แต่ละตัวจะทางานต่าง ๆ กันโดยระบบน้ีจะเรียกว่า “Intergraded System” นอกจากน้ัน หุ่นยนต์ยังมีความยืดหยุ่นสูง คือ สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว เมื่อพบข้อผิดพลาด และยังสามารถนาไปใช้ในงานทีต่ า่ งออกไปไดอ้ ีก เพียงการเปล่ียนแปลงโปรแกรมเทา่ นัน้ 1.3 ประเภทของห่นุ ยนตอ์ ุตสำหกรรม หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Industrial Robot) เป็นหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นมาโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ทางานใน โรงงานอุตสาหกรรมแทนการใช้แรงงานมนุษย์ ซ่ึงจะใช้ในการทางานต่าง ๆ เช่น การเช่ือม (Welding) การจับ (Handling) การประกอบ (Assembling) การต่อ (Joining) การขัด (Polishing) การตรวจสอบ (Inspecting) การจดั วาง (Palletizing) และการทางานเป็นเครอื่ งจักรกลอ่ืนๆ (Machining) เช่น เครือ่ งปั๊ม ขึ้นรูป เป็นตน้ หนุ่ ยนต์ อุตสาหกรรมซึ่งส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นแขนกลจะมีรูปแบบการเคล่ือนท่ีของข้อต่อแต่ละข้อท่ีเลียนแบบการ ทางานของแขนมนุษย์อยู่ 2 ลักษณะ คือ การเคลื่อนท่ีแบบเชิงเส้น (Linear / Sliding / Prismatic) ใช้ตัวอักษร P เป็นสัญลักษณ์ และการเคล่ือนที่แบบเชิงมุมหรือแบบหมุน (Angular / Rotary / Revolute) ใช้ตัวอักษร R เป็น สัญลักษณ์ โดยช้ินส่วนทั้ง 2 ช้นิ ท่ีนามาตอ่ กัน จะเรียกกนั ว่าลิงค์ (Link) ซง่ึ แสดงให้เหน็ ไดต้ ามในรปู ท่ี 1-2

รูปท่ี Error! No text of specified style in document.-2 ข้อต่อของหนุ่ ยนตท์ ่ีเคลอ่ื นท่ี แบบหมุน (Revolute : R) และแบบเชิงเส้น (Prismatic : P) จากลักษณะการเคล่ือนที่ท่ีกล่าวมา สามารถใช้เป็นหลักเกณฑ์ในการแบ่งหุ่นยนต์อุตสาหกรรม หรือแขนกล ออกเปน็ แบบต่างๆ ตามลักษณะโครงสร้างเชิงกล โดยพจิ ารณาจากการเคลื่อนท่ขี องข้อต่อ 3 แรก หรอื ท่ีเรยี กกันว่า แกน (Axes) ซ่งึ มาตรฐาน ISO ได้แบง่ เป็น 4 แบบ คือ 1.3.1 หุน่ ยนตแ์ บบพกิ ัดคำร์ทเี ซียน (Cartesian Coordinates Robot) หุ่นยนต์แบบนี้จะมีการเคล่ือนท่ีของแกนเป็นแนวเส้นตรง (Linear axes) ทั้ง 3 แกน คือ แกน X, Y และ Z แทนการทางาน ตวั อย่างหุ่นยนตแ์ บบนี้ คือ เครื่องจกั ร CNC, เครนในงานอตุ สาหกรรม (Industrial Crane) เปน็ ตน้

รูปที่ Error! No text of specified style in document.-3 สญั ลกั ษณ์แสดงการทางาน ของหุน่ ยนต์แบบพกิ ดั คาร์ทเี ซยี น รปู ที่ Error! No text of specified style in document.-4 หุ่นยนตแ์ บบพิกัดคาร์ทเี ซยี น Epson รูปที่ Error! No text of specified style in document.-5 ขอบแขตแสดงการทางาน

ของหุน่ ยนตแ์ บบพิกัดคารท์ เี ซยี น 1.3.2 หนุ่ ยนตแ์ บบสกำร่ำ (SCARA Robot) SCARA มาจากคาว่า Selective Compliance Assembly Robot Arm หุ่นยนต์แบบน้ีจะมีการเคล่ือนท่ี ของแกนเป็นแนวเส้นตรง (Linear axes) 1 แกน คือ แกน Z และเคลื่อนท่ีแบบหมุน (Rotating axes) 2 แกน ใช้ สัญลักษณ์ RRP แทนลักษณะการทางาน หรืออาจจะมีแกนท่ี 4 เพิ่มขึ้นมาเป็นข้อมือ หุ่นยนต์แบบสการ่าจะมี ลกั ษณะการทางานคลา้ ยกบั หุ่นยนต์ทรงกระบอก ตัวอยา่ งห่นุ ยนต์แบบนี้ คอื หนุ่ ยนตป์ ระกอบช้ินส่วน (Automatic assembly), ห่นุ ยนต์ หยิบ-วาง (Pick and Place Robot) เปน็ ต้น รูปที่ Error! No text of specified style in document.-6 สัญลกั ษณ์แสดงการทางาน ของหุ่นยนตแ์ บบสการ่า รูปท่ี Error! No text of specified style in document.-7 สญั ลกั ษณแ์ สดงการทางาน ของหุน่ ยนตแ์ บบพกิ ัดทรงกลม

รูปท่ี Error! No text of specified style in document.-8 ขอบเขตแสดงการทางานของ หุน่ ยนต์แบบพกิ ัดทรงกลม 1.3.3 หุน่ ยนตแ์ บบพิกดั หมุน (Articulated Robot) หุ่นยนต์แบบน้ีจะมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Revolute Robot มีการเคลื่อนที่ของแกนเป็นแบบหมุน (Rotating axes) 3-6 แกน ใช้สัญลักษณ์ RRR แทนลักษณะการทางาน หุ่นยนต์แบบน้ีจะทางานคล้ายแขนของมนุษย์มากที่สดุ มีการนาไปใช้ในหลายๆ งาน เช่น งานประกอบ (Assembly), งานเช่ือม (Welding), งานขนถ่ายวัสดุ (Material Handling) เป็นต้น รปู ท่ี Error! No text of specified style in document.-9 สญั ลกั ษณ์แสดงการทางาน ของหุ่นยนตแ์ บบหมุน

รูปท่ี Error! No text of specified style in document.-10 หุน่ ยนต์แบบพิกดั หมุน ABB IRB1400 รปู ท่ี Error! No text of specified style in document.-11 ขอบแขตแสดงการทางาน ของห่นุ ยนตแ์ บบพิกัดทรงกลม 1.3.4 หุ่นยนต์แบบขนำนหรือเดลตำ้ (Parallel or Delta Robot) จากหุ่นยนต์แบบต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นท้ัง 5 แบบ จะเห็นได้ว่าแต่ละแบบ จะมีการทางานในลักษณะแขน เดียว ซ่ึงการควบคมุ จะมลี ักษณะสัมพันธ์กนั เป็น ลาดบั จึงอาจจดั ไดว้ ่าเปน็ ประเภทของหุ่นยนต์แบบอนุกรม (Serial Robot) ส่วนหุ่นยนต์แบบขนานนี้เป็นหุ่นยนต์ที่มีลิงค์ในการทางานต้ังอยู่บนฐานเดียวกันมากกว่า 1 ลิงค์ โดยมี หน้าทก่ี ารทางานในจดุ เดยี วกนั เปรยี บเหมือนมหี ลายแขนที่จะทางาน สมั พนั ธ์กนั

รูปท่ี Error! No text of specified style in document.-12 หนุ่ ยนต์แบบขนาน รูปที่ Error! No text of specified style in document.-13 ขอบเขตของการทางานของ หุ่นยนตแ์ บบขนานหรือเดลต้า 1.4 คำ่ คณุ ลักษะตำ่ งๆในกำรพจิ ำรณำเลือกใชง้ ำนหุน่ ยนต์ ความคล่องตัวในการปรับทิศทางการทางาน (Orientation of Performance) หุ่นยนต์อุตสาหกรรมท่ีกล่าว มาท้งั 4 ชนดิ ที่กล่าวมาข้างต้นน้ัน จะมคี วามแตกตา่ งกันตรงลักษณะการเคล่ือนที่และความสามารถในการทางานท่ี ไม่เหมือนกัน รวมไปถึงการประยุกต์ใช้งานท่ีต่างกันด้วยแต่ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นมาด้วยหลักการพ้ืนฐานเดียวกัน เช่น Articulate Robot เป็นหุ่นยนต์ท่ีออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับแขนของมนุษย์ต้ังแต่ช่วงหัวไหล่ไหลลงไป น้ัน หมายความว่าหุ่นยนต์ชนิดนี้จะมีความสามารถในการทางานและความสามารถในการเคล่ือนที่ได้ในลักษณะที่ คล้ายกับการเคลื่อนท่ีของแขนมนุษย์จะความคล่องตัวในการปรับทิศทางการทางานมากกว่าหุ่นยนต์อุสาหกรรม แบบอน่ื ๆ หนุ่ ชนดิ นจี้ งึ เหมาะกบั งาน พน่ สี หรอื เช่อื มตัวถังรถยนต์ มากกว่าท่จี ะใชห้ ุ่นยนต์อสุ าหกรรมชนดิ อ่ืน การรับภาระสงู สดุ (load/ Play load) หมายถงึ ความสามารถในหยิบ จบั ยกและ เคล่ือนย้ายช้ินงานไดส้ ูงสุด โดยปกติเราจะหนว่ ย กโิ ลกรัม (Kg) เปน็ หนว่ ยท่ีแสดงความสามารถในการรบั ภาระ แตผ่ ู้อ่านควรพิจารณาราคาของ หุ่นยนต์ ( Cost ) ถ้าเลือกหุ่นยนต์ท่ีสามารถรบั ภาระเกนิ ความจาเป็นมาก หนุ่ ยนตจ์ ะมรี าคาสูง

ความแม่นยา (Accuracy) เม่ือมีการวัดการเคลื่อนที่ เมื่อเทียบกับจุดอ้างอิงความแม่นยาของตาแหน่ง หมายถึง ความแตกต่างระหว่างตาแหน่งที่ต้องการจะไป กับตาแหน่งที่ไปได้จริงในการทางานของหุ่นยนต์ อุตสาหกรรมจะมีความคลาดเคลื่อนเป็นนิ้ว หรือมิลลิเมตร โดยมีความคลาดเคลื่อนท้ังทางบวกและลบ (Positive And Negative Error) ความสามารถในการทาซา (Repeatability) เป็นการวัดความสามารถของหุ่นยนต์หรือกลไกเม่ือมีการ เคล่ือนตาแหน่งซ้าท่ีเดิมภายใต้เง่ือนไขเดิมจะเกิดการเปล่ียนแปลงของตาแหน่งสง่ิ หน่ึงที่ควรพิจารณา คือ สิ่งที่มีผล ตอ่ ความไม่แมน่ ยาจะมีผลไม่มากนักตอ่ ความสามารถในการทาซา้ พืนที่การทางาน (Workspace) เป็นช่วงเวลาในหน่วยเป็นวินาทีที่แขนหุ่นยนต์เคล่ือนท่ีทางานช้ินหนึ่ง ขอบขตของการทางาน คือ ระยะหุ่นยนต์จะกวาดไปได้ไกลที่สุด เป็นคุณลักษณะท่ีสาคัญต่อการทางานอ่ืน ๆ ที่อยู่ ใกล้ระบบหุ่นยนต์ทุกๆ จุดในโปรแกรมจะต้องอยู่ในขอบเขตการทางาน หุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียลจะมีขอบเขตการ ทางานเป็นสี่เหลี่ยมมุมฉาก และหุ่นยนต์แบบอาร์ติคูเลค จะมีการทางานเป็นแบบที่เรียกว่า เทียร์เซฟ (Tear– Shaped) สาหรบั การอธิบาย (หรอื การวาด) ขอบเขตการทางานการวัดจากริมนอกสุดของข้อมือถา้ ปลายของแขนมี เคร่ืองมือติดอยู่ขนาดของขอบเขตการทางานจะเพ่ิมข้ึน โดยรวมความยาวของปลายของเครื่องมือเข้าด้วย เช่น ถ้า ขอบเขตการทางานเป็น 192.02 ซม. แล้วนาหัวเชื่อมปืนมาติดเข้าที่ปลายข้อมือ ขอบเขตการทางานจะเพ่ิมข้ึน ประมาณ 47.24 ซม. เพ่ือความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ขนาดท่ีเพ่ิมข้ึนนี้จะต้องถูกพิจารณาในการออกแบบตอน ติดตงั้ ด้วย ความเร็ว (Velocity) คือ อัตราเร็วและทิศทางของการเคล่ือนท่ี ความเร็วเชิงเส้นจะมีหน่วยเป็นน้ิวต่อนาที หรือมิลลิเมตรต่อวินาที ส่วนความเร็วเชิงมุมจะมีหน่วยเป็นองศาต่อนาทีหรือเรเดียนต่อวินาทีในการออกแบบ หุ่นยนต์น้ัน คุณลักษณะทต่ี อ้ งการในการใช้งาน จะถูกพจิ ารณาโดยเปน็ ระบบรวม ตัวอย่างเช่น เราต้องการออกแบบ ใหม้ ีความแขง็ แรงและมีความแมน่ ยาสงู จะต้องใช้กา้ น (Link) แข็งแรง ขอ้ ตอ่ ทกุ ข้อจะต้องถูกต้องแนน่ อนแตร่ าคาจะ สูงและมกี ารทางานทช่ี า้ คุณสมบตั ิโดยรวมของหนุ่ ยนตแ์ ตล่ ะตัว มีดังนี้ หุ่นยนต์จะไม่เกิดประโยชน์มากนัก ถ้ามันไม่สามารถทางานภายในเวลาที่เหมาะสม หุ่นยนต์โดยมากจะถูก เทียบความสาคัญกับการทางานของคนหรือเครื่องจักรชนิดอ่ืน ดังน้ันจะต้องทางานไวพอที่จะมีผลต่อราคาของมัน เม่ือเทียบกับทางเลือกอื่นซ่ึงหมายความว่าวัฏจักรของการทางานท่ีสมบรูณ์จะต้องใช้เวลาไม่มากนัก วัฏจักรเวลา สามารถลดลงได้หลายวิธี อาจจะใช้การเพ่ิมกาลงั ในการขับเคลอื่ นการลดมวลลง, การลดความเฉื่อยของข้อต่อ และ ก้านหรืออาจพัฒนาแบบของการควบคุมให้มีประสทิ ธภิ าพมากขึ้น มีการเคลื่อนท่ีน้อยที่สดุ เหล่านี้เป็นหลกั ทั่วไปใน การออกแบบ ความแมน่ ยาและความสามารถในการทาซ้า (Accuracy and Repeatability) มีปจั จัยหลายอย่างที่มี ผลต่อความแม่นยา ซึ่งเป็นการสาคัญมากท่ีจะพิจารณาปัจจัยเหล่าน้ีเป็นประเด็นแรกในการออกแบบ เพื่อให้ได้ ปจั จยั ทด่ี ีที่สุด สิ่งทีม่ ีผลต่อความแม่นยาและความสามารถในการทาซ้า มดี ังนี้ ผลจากแรงโน้มถ่วงของโลก (Gravitation Effects) จะกระทาต่อส่วนทีเ่ ป็นแขนและภาระของหนุ่ ยนต์ โดย จะทาให้เกิดโค้งลดลงของแขนและการรองรบั ผลจากความเร่ง (Acceleration Effects) แรงเนื่องจากความเรง่ จะ กระทาในบางทิศทางการเบ่ียงเบนในแนวต้ัง และแนวนอน จะสังเกตได้ง่ายเม่ือรับภาระหนัก (Heavy Load) ความคลาดเคลื่อนจากการหมุน (Backlash Errors) การขับเคล่ือนด้วยเกียร์ (Gear)และสายพานมักจะเกิดจากการ

หลวมหรือหย่อน ซ่ึงทาให้เกิดการคลาดเคล่ือนของตาแหน่ง ผลของอุณหภูมิ (Thermal Effects) จะทาให้เกิดการ ขยายตัว หรือการหดตัวของก้านของแขนหุ่นยนต์ ในหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ผลด้านนี้จะมีขนาดพอท่ีจะต้องพิจารณา การเคลื่อนที่ของแบริ่ง (Bearing Play) ความสม่าเสมอของการหมุนของแบร่ิงจะมีความสาคัญมาก เม่ือเป็นงานที่ ต้องการความแม่นยาสูง มุมของการหมุนขณะรับภาระ(Windup) จะมีความสาคัญเมื่อใช้ระบบขับเคลื่อนท่ีมีเพลา ยาวและหมุนขณะรับภาระ อายุการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการซ่อมบารุง หุ่นยนต์จะถูก กาหนดใหม้ ีการใช้งานอย่างน้อย 40,000 ชวั่ โมงทางาน หุน่ ยนต์ทอี่ อกแบบมาดี จะมชี วั่ โมงการทางานท่ีไมผ่ ิดพลาด อยา่ งน้อย 400 ชั่วโมง และมีช่ัวโมงการซอ่ มบารุงไม่มากกว่า 8 ชวั่ โมง สว่ นหนง่ึ ทจี่ ะลดช่วั โมงการซ่อมบารุง ทาโดย การปรับปรุงการออกแบบให้มีการเคล่ือนที่ แบบง่าย ๆ และมีชิ้นส่วนท่ีน้อยท่ีสุด มีชิ้นส่วนสารอง เพ่ือที่จะซ่อม บารงุ ได้งา่ ยควรใชช้ ิ้นสว่ นที่มีขายโดยทั่วไป เพื่อสะดวกในการซอ่ มบารงุ



ใบงานกิจกรรมหาความรู้แบบสบื เสาะ หน่วยการเรยี นร้ทู ี่ 1 เรือ่ ง แขนกลอุตสาหกรรมเบืองตน้ คาแนะนาในการทางาน  ให้ดู VDO การทางานของหุ่นยนต์แต่ละประเภทตามตาราง ด้วยการสแกน QR Code และค้นหา VDO การทางานการทางานของหนุ่ ยนต์เพมิ่ เติม  สังเกตการทางานของหุ่นยนต์ตามการค้นหา VDO อภิปราย สอบถาม ในกลุ่ม เพื่ออธิบายคุณลักษณะ และสรุปเขียนลงในตารางเพื่อนาเสนอตอ่ ไป

เฉลยใบงานกิจกรรมหาความร้แู บบสืบเสาะ หนว่ ยการเรยี นร้ทู ่ี 1 เรอ่ื ง แขนกลอตุ สาหกรรมเบอื งตน้ Picture of Robot หุน่ ยนต์แบบพกิ ัดหมนุ (Cartesian Robot) VDO with QR Code Work Area คุณลกั ษณะ (Attributes) หนุ่ ยนต์แบบพิกดั หมนุ (Articulated Robot) พื้นทกี่ ำรทำงำน (Work Envelope) กำรรบั ภำระสงู สุด (Play load) ปกติน้อยกวา่ 1x1 เมตร องศำอสิ ระ (Degrees of Freedom) ปกตนิ อ้ ยกวา่ 20 Kg Orientation of Performance ควำมเร็ว (Velocity) 2-4 ควำมแมน่ ยำ (Accuracy) ทางานจากด้านบน ควำมสำมำรถในกำรทำซ้ำ Repeatability) ปานกลาง 1-2 m/s รำคำ (cost) กำรตดิ ตั้ง ปานกลาง กำรควบคมุ และตวั ควบคุม >0.06 mm ข้อดี ขอ้ เสยี ต่า กำรประยุกต์ใช้งำน แนวตั้งและตดิ ผนงั ตัวควบคมุ ทั่วไป หรือ PLC ราคาถกู ตัวควบคมุ หาได้ท่ัวไป การปอ้ งกันฝนุ่ การประกอบ งานขนถา่ ย

หุ่นยนต์แบบพกิ ัดหมุน (Scara Robot) Picture of Robot Work Area VDO with QR Code คุณลักษณะ (Attributes) หุ่นยนต์แบบพิกดั หมุน (Articulated Robot) พ้ืนทกี่ ำรทำงำน (Work Envelope) กำรรบั ภำระสูงสดุ (Play load) 200-800mm องศำอสิ ระ (Degrees of Freedom) ตา่ น้อยกว่า 5 Kg Orientation of Performance ควำมเรว็ (Velocity) 3-4 ควำมแมน่ ยำ (Accuracy) ทางานจากด้านบน ควำมสำมำรถในกำรทำซำ้ Repeatability) รำคำ (cost) สูง 5 m/s กำรติดตง้ั ปานกลาง-สงู กำรควบคุมและตวั ควบคมุ >0.015 mm ข้อดี ปานกลาง ข้อเสีย กำรประยุกตใ์ ชง้ ำน แนวตัง้ มตี วั ควบคุมเฉพาะ ความเรว็ สูง ยากที่จะมองดตู าแหน่ง X Y Z PCB

หุ่นยนตแ์ บบพกิ ดั หมนุ (Articulate Robot) Picture of Robot Work Area VDO with QR Code คณุ ลักษณะ (Attributes) ห่นุ ยนต์แบบพิกัดหมนุ (Articulated Robot) พื้นท่กี ำรทำงำน (Work Envelope) กำรรับภำระสูงสุด (Play load) โดยปกติน้อยกว่า 1-2 m องศำอสิ ระ (Degrees of Freedom) 2 -100 Kg Orientation of Performance 4-6 ควำมเร็ว (Velocity) ควำมแม่นยำ (Accuracy) มีความคล่องตัว ทางานไดห้ ลายมุม ควำมสำมำรถในกำรทำซำ้ Repeatability) สงู 5 m/s รำคำ (cost) ปานกลาง กำรตดิ ต้งั 0.5mm กำรควบคมุ และตัวควบคมุ สูง ข้อดี ข้อเสีย แนวต้ัง และผนงั กำรประยุกต์ใช้งำน มตี วั ควบคุมเฉพาะ มคี วามคล่องตัว เข้าหาชน้ิ งานไดห้ ลายมมุ ยากทีจ่ ะมองดตู าแหน่ง X Y Z Welding พ่นสี หยิบวาง และอนื่ ๆ เปน็ นยิ มท่สี ุด

Picture of Robot ห่นุ ยนตแ์ บบพิกดั หมนุ (Delta Robot) VDO with QR Code Work Area คุณลกั ษณะ (Attributes) หนุ่ ยนต์แบบพกิ ัดหมุน (Articulated Robot) พ้ืนทกี่ ำรทำงำน (Work Envelope) กำรรับภำระสูงสุด (Play load) นอ้ ยกวา่ 1300 mm องศำอิสระ (Degrees of Freedom) นอ้ ยกวา่ 5 Kg Orientation of Performance ปกติ 3 ควำมเรว็ (Velocity) ดา้ นบน ควำมแม่นยำ (Accuracy) สงู มาก ควำมสำมำรถในกำรทำซำ้ ตา่ Repeatability) รำคำ (cost) >0.1mm กำรติดตัง้ กำรควบคมุ และตัวควบคุม สงู ขอ้ ดี แนวตงั้ ขอ้ เสีย PLC มีตวั ควบคุมเฉพาะ กำรประยกุ ต์ใชง้ ำน ความเรว็ สงู สาหรบั งาน หยบิ วาง ความแมน่ ยาต่า หยบิ วาง จัดเรียง

ใบแบบฝึกหัด หน่วยกำรเรยี นรู้ที่ 1 เรือ่ ง แขนกลอตุ สำหกรรมเบอ้ื งต้น 1. จงอธบิ ายความหมายของแขนกลอุตสาหกรรม แขนกลอุตสาหกรรม คือ เคร่ืองจักรกลที่สามารถโปรแกรมการทางานได้ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทางานแทน มนษุ ย์ เพือ่ ให้สามารถ หยิบ จับ วาง เคลื่อนยา้ ยวัสดุ อปุ กรณต์ ่าง ๆ ได้ สามารถนาไปประยกุ ตใ์ ช้งานได้หลากหลาย 2. จงบอกข้อดีและขอ้ เสยี ของแขนกลอตุ สาหกรรม ข้อดีของแขนกลอุตสาหกรรม คือ สามารถโปรแกรมการทางานได้ น่ันคือ สามารถควบคุมการทางานของ แขนกลได้ตามวัตถุประสงค์ท่ีต้องการ ช่วยลดค่าใช้จ่ายในผลิต ช่วยเพ่ิมผลผลิต พัฒนาคุณภาพการผลิต สามารถ ทางานได้สถานท่ีอนั ตรายได้ ข้อเสียของแขนกลอุตสาหกรรม คือ แขนกลอุตสาหกรรมบางประเภท อาจมีราคาสูง และในการโปรแกรม การทางานแขนกลตอ้ งใช้บคุ คลท่ีมคี วามสามารถทางด้านหุ่นยนต์ 3. จงจับคู่ลกั ษณะการเคลอื่ นท่ี และขอบเขตการทางานของแขนกลอตุ สาหกรรมแต่ละ ประเภท แขนกลอตุ สำหกรรม ลกั ษะกำรเคลอื่ นที่ ขอบเขตกำรทำงำน หนุ่ ยนต์แบบคารท์ ีเซยี น (Cartesian Robot) หุน่ ยนตแ์ บบสการ่า (SCARA Robot)

แขนกลอตุ สำหกรรม ลกั ษะกำรเคลอื่ นที่ ขอบเขตกำรทำงำน หนุ่ ยนต์แบบหมนุ (Articulated Robot) หุ่นยนตแ์ บบขนานหรอื เดลต้า (Parallel or Delta Robot) 4. จงยกตัวอย่างงานการประยุกต์ใชแ้ ขนกลในงานอตุ สาหกรรม พรอ้ มท้ังอธบิ ายเหตผุ ล ประกอบ งานในกระบวนการผลติ ในอุตสาหกรรมรถยนต์ เพราะตอ้ งการกาลังการผลิตท่ีค่อนข้างสูง และประสิทธิภาพ ในการทางานสูงเช่นกัน แขนกลอุตสาหกรรมสามารถแก้ไขปัญหาได้ ท้ังรวดเร็ว และแม่นยา ดังน้ัน การนาแขนกล อุตสาหกรรมไปใช้ในข้ันตอน และกระบวนการผลิตต่าง ๆ ของอุตสาหกรรมรถยนต์จึงเป็นท่ีนิยมอย่างมาก ยกตวั อย่างเช่น งานขนถา่ ยวสั ดุ งานเช่ือม เป็นตน้