หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม

อุตสาหกรรมในประเทศไทยจะเห็นได้ว่ามีการนำเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติ (Automation Technology) เข้ามาใช้งานเพื่อให้สินค้าสามารถแข่งขันในตลาดโลกได้ ทั้งในเรื่องราคา และคุณภาพ โดยเฉพาะในเรื่องคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้มีความสม่ำเสมอเป็นมาตรฐานเดียวกัน

การทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะเลียนแบบร่างกายของมนุษย์ โดยจะเลียนแบบเฉพาะส่วนของร่างกายที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมเท่านั้น นั่นคือช่วงแขนของมนุษย์ ดังนั้น บางคนอาจจะได้ยินคำว่า “แขนกล” ซึ่งก็หมายถึงหุ่นยนต์อุตสาหกรรม การทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเปรียบเทียบกับแขนมนุษย์

หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมนั้นสามารถแบ่งออกได้ ตามลักษณะการทำงาน วันนี้นำมาให้ได้รู้จัก 6 ชนิด ดังนี้

1. Cartesian (Gantry) Robot

การประยุกต์ใช้งาน

เนื่องจากโครงสร้างมีความแข็งแรงตลอดแนวการเคลื่อนที่ เหมาะกับงานเคลื่อนย้ายของหนักๆ หรือเรียกว่างาน Pick-and-Place เช่น ใช้โหลดชิ้นงานเข้าเครื่องจักร (Machineloading) ใช้จัดเก็บชิ้นงาน (Stacking)นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในงานประกอบ (Assembly)ที่ไม่ต้องการเข้าถึงในลักษณะที่มีมุมหมุน เช่น ประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และงาน Test ต่างๆ

ข้อดี

1. เคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรงทั้ง 3 มิติ

2. การเคลื่อนที่สามารถทำความเข้าใจง่าย

3. มีส่วนประกอบง่ายๆ

4. โครงสร้างแข็งแรงตลอดการเคลื่อนที่

ข้อเสีย

1. ต้องการพื้นที่ติดตั้งมาก

2. บริเวณที่หุ่นยนต์เข้าไปทำงานได้ จะเล็กกว่าขนาดของตัวหุ่นยนต์

3. ไม่สามารถเข้าถึงวัตถุจากทิศทางข้างใต้ได้

4. แกนแบบเชิงเส้นจะ Seal เพื่อป้องกันฝุ่นและของเหลวได้ยาก

2. Cylindrical Robot

การประยุกต์ใช้งาน

โดยทั่วไปจะใช้ในการหยิบยกชิ้นงาน (Pick-and-Place) หรือป้อนชิ้นงานเข้าเครื่องจักร เพราะสามารถเคลื่อนที่เข้าออกบริเวณที่เป็นช่องโพรงเล็กๆ ได้สะดวก

ข้อดี

1. มีส่วนประกอบไม่ซับซ้อน

2. การเคลื่อนที่สามารถเข้าใจได้ง่าย

3. สามารถเข้าถึงเครื่องจักรที่มีการเปิด – ปิด หรือเข้าไปในบริเวณที่เป็นช่องหรือโพรงได้ง่าย (Loading) เช่น การโหลดชิ้นงานเข้าเครื่อง CNC

ข้อเสีย

1. มีพื้นที่ทำงานจำกัด

2. แกนที่เป็นเชิงเส้นมีความยุ่งยากในการ Seal เพื่อป้องกันฝุ่นและของเหลว

3. Spherical Robot (Polar)

การประยุกต์ใช้งาน

ใช้ในงานที่มีการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง (Vertical) เพียงเล็กน้อย เช่น การโหลดชิ้นงานเข้าออกจากเครื่องปั้ม (Press) หรืออาจจะใช้งานเชื่อมจุด (Spot Welding)

ข้อดี

1. มีปริมาตรการทำงานมากขึ้นเนื่องจากการหมุนของแกนที่ 2 (ไหล่)

2. สามารถที่จะก้มลงมาจับชิ้นงานบนพื้นได้สะดวก

ข้อเสีย

1. มีระบบพิกัด (Coordinate) และส่วนประกอบ ที่ซับซ้อน

2. การเคลื่อนที่และระบบควบคุมมีความซับซ้อนขึ้น

4. SCARA Robot

การประยุกต์ใช้งาน

 หุ่นยนต์ SCARA จะเคลื่อนที่ได้รวดเร็วในแนวระนาบ และมีความแม่นยำสูงเนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวระนาบและขึ้นลงได้รวดเร็วจึงเหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งต้องการความรวดเร็วและการเคลื่อนที่ก็ไม่ต้องการการหมุนมากนัก แต่จะไม่เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนทางกล (Mechanical Part) ซึ่งส่วนใหญ่การประกอบจะอาศัยการหมุน (Rotation)ในลักษณะมุมต่างๆ นอกจากนี้ SCARA Robot ยังเหมาะกับงานตรวจสอบ (Inspection) งานบรรจุภัณฑ์ (Packaging)

ข้อดี

1. สามารถเคลื่อนที่ในแนวระนาบ และขึ้นลงได้รวดเร็ว

2. มีความแม่นยำสูง

ข้อเสีย

1. มีพื้นที่ทำงานจำกัด

2. ไม่สามารถหมุน (rotation)ในลักษณะมุมต่างๆได้

3. สามารถยกน้ำหนัก (Payload) ได้ไม่มากนัก

5. Articulated Arm (Revolute)

การประยุกต์ใช้งาน

ทุกแกนการเคลื่อนที่จะเป็นแบบหมุน (Revolute) รูปแบบการเคลื่อนที่จะคล้ายกับแขนคน ซึ่งจะประกอบด้วยช่วงเอว ท่อนแขนบน ท่อนแขนล่าง ข้อมือ การเคลื่อนที่ทำให้ได้พื้นที่การทำงาน หุ่นยนต์ชนิดนี้สามารถใช้งานได้กว้างขวางเพราะสามารถเข้าถึงตำแหน่งต่างๆ ได้ดี เช่น งานเชื่อม SpotWelding, Path Welding, งานยกของ, งานตัด, งานทากาว, งานที่มีการเคลื่อนที่ยากๆ เช่น งานพ่นสี งาน Sealing ฯลฯ

ข้อดี

1. สามารถเคลื่อนที่ในแนวระนาบ และขึ้นลงได้รวดเร็ว

2. มีความแม่นยำสูง

ข้อเสีย

1. มีพื้นที่ทำงานจำกัด

2. ไม่สามารถหมุน (rotation)ในลักษณะมุมต่างๆได้

3. สามารถยกน้ำหนัก (Payload) ได้ไม่มากนัก

6. Parallel Robot

การประยุกต์ใช้งาน

Parallel Robot หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Delta Robot เป็นหุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับแมงมุม ใช้การขยับในรูปทรงเรขาคณิตมีจุดเด่นในการขยับและจับชิ้นส่วนได้อย่างแผ่วเบาทำงานได้อย่างอิสระภายใต้แกน X Y และ Z เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและบรรจุภัณฑ์

โครงสร้างตัวหุ่นยนต์

Link

        Link คือ โครงสร้างของหุ่นยนต์ที่เป็นท่อนแขน มีหน้าที่ในการเข้าสู่พื้นที่การทำงาน หุ่นยนต์อุตสาหกรรมชนิด Articulate Robot จะมี Link อยู่จำนวน 2 Link ดังนี้

        Link ท่อนบน หรือ Upper Link เป็นส่วนของท่อนแขนบนสำหรับเข้าสู่พื้นที่การทำงาน

     Link ท่อนล่าง หรือ Lower Link เป็นส่วนของท่อนแขนที่ทำหน้าที่ในการรับน้ำหนักทั้งหมดที่เกิดขึ้นของตัวหุ่น

ตารางเปรียบเทียบระหว่างโครงสร้าง Link ของหุ่นยนต์และ แขนของมนุษย์

หุ่นยนต์	แขนมนุษย์
1. ฐานหุ่นยนต์  (Robot Base)	1. ส่วนของเอว
2. แขนท่อนล่าง (Lower Link)	2. ส่วนของท่อนแขนตั้งแต่หัวไหล่ถึงข้อศอก
3. แขนท่อนบน (Upper Link)	3. ส่วนของท่อนแขนตั้งแต่ข้อศอกถึงข้อมือ
4. มือหุ่นยนต์ (Robot Hand)	4. ส่วนตั้งแต่ข้อมือถึงกลางฝ่ามือ
5. เครื่องมือ (Robot Tools)	5.  นิ้วมือ

Joint คือ โครงสร้างของหุ่นยนต์ส่วนที่เป็นข้อต่อที่ทำหน้าที่ในการเชื่อมต่อระหว่าง Link ของตัวหุ่นยนต์และยังทำหน้าที่ในการเคลื่อนที่ของตัวหุ่นยนต์ให้สามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่างๆ ที่เราต้องการ

แสดงให้เห็นถึงข้อต่อหรือ Joint ของหุ่นยนต์ซึ่งมีอยู่ด้วยกันทั้งหมด 6 Joint ด้วยกัน โดยมีชื่อเรียกและหน้าที่ของแต่ละ Joint และเปรียบเทียบกับแขนของมนุษย์

ชื่อเรียกและหน้าที่ของแต่ละ Joint และเปรียบเทียบกับแขนของมนุษย์

หุ่นยนต์			เทียบเคียงความหมายกับมนุษย์
Axis or Joint No.	Name	Description
Axis 1 or Joint 1	S	Rotation of the complete manipulator	ส่วนเอวเอว
Axis 2 or Joint 2	L	Forward and reverse movement the lower arm.	ส่วนหัวไหล่
Axis 3 or Joint 3	U	Vertical movement of the upper arm.	ส่วนข้อศอก
Axis 4 or Joint 4	R	Rotation of the complete wrist centre.	ส่วนหมุนแขนท่อนบนจนถึงข้อมือ
Axis 5 or Joint 5	B	Bending of wrist around the wrist centre.	ส่วนข้อมือ
Axis 6 or Joint 6	T	Rotation of mounting flange(turn disc)	ส่วนหมุนข้อมือ

เซนเซอร์ในหุ่นยนต์

1. Tactile Sensor

Touch sensor คือ อุปกรณ์ตรวจวัดที่ใช้ลักษณะการตอบสนองโดยการกดปุ่ม เราสามารถใช้ Touch Sensor ในการตรวจจับการชน หรือใช้เป็นปุ่มในการเริ่มทำงานของโปรแกรม

Force sensor คือ ตัวตรวจจับแรงกด

2. พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (PROXIMITY SENSOR)

 เป็นเซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานหรือวัตถุ ลักษณะของการทำงานคือ รับและส่งพลังงาน คือ สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า  การนำเซ็นเซอร์ประเภทนี้ไปใช้งานนั้น ส่วนใหญ่จะใช้กับงานตรวจจับ ตำแหน่ง ขนาด และระดับ

3. Machine Vision

แมชชีนวิชั่น (Machine Vision) คืิอ ระบบที่ถูกออกแบบขึ้นมาเพื่อที่จะใช้ในการตรวจสอบคุณภาพการผลิต  เนื่องจากระบบนี้สามารถตรวจเช็คได้เที่ยงตรงและแม่นยำกว่าการใช้คนตรวจสอบความผิดพลาดของผลิตภัณฑ์ และมีความละเอียดแม่นยำกว่าสายตามนุษย์

วิธีการป้อนโปรแกรมให้แก่หุ่นยนต์

1. จัดตั้งด้วยมือ (Manual Setup)

2. การสอนนำโปรแกรม (Leadthrough Programming)

3. ใช้โปรแกรมภาษาหุ่นยนต์ที่เหมือนกับภาษาคอมพิวเตอร์ (Computerlike Robot Programming Language)

4. การโปรแกรมแบบออฟไลน์ (Off-Line Programming)

การใช้งานหุ่นยนต์ในอุตสาหกรรม

ลักษณะของงานทางด้านอุตสาหกรรมที่ส่งผลให้มีการใช้หุ่นยนต์

1. สภาพการทำงานที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์

2. งานที่มีรอบงานซ้ำ

3. งานที่ก่อให้เกิดความลำบากในการขนย้าย

4. งานในกะบ่ายและดึก

5. งานที่มีการเปลี่ยนการจัดตั้งเครื่องจักรไม่บ่อย

6. การวางตำแหน่งและทิศทางของชิ้นงานมีการกำหนดไว้อย่างแน่นอน

การนำหุ่นยนต์ไปใช้งานประเภทต่าง ๆ

หน้าที่ของหุ่นยนต์ที่ใช้งานในระบบผลิตแบ่งได้ดังนี้

1. เคลื่อนย้ายวัสดุ

2. ทำงานเกี่ยวกับกระบวนการต่าง ๆ

3. ทำงานประกอบและตรวจสอบ