SOMETHING ‘BOUT เด็กหญิงนิธิวดี น้อยกอ เลขที่ 20 ชั้น ม.2/1 เด็กหญิงสรัลรัตน์จึงจึธนวงศ์ เลขที่ 35 ชั้น ม.2/1 จัดจั ทำ โดย
คำ นำ หนังสือสือิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) ฉบับบั นี้เป็นป็ส่วส่นหนึ่งนึ่ของ รายวิชาออกแบบเทคโนโลยี ง22202 จัดจัทำ ขึ้นขึ้เพื่อ พื่ ให้ผู้อ่ผู้ อ่านได้ มีคมีวามรู้ครู้ วามเข้าข้ ใจในเรื่อ รื่ งของหุ่นหุ่เพื่อ พื่ นำ ไปใช้ใช้นการศึกศึษา ต่อยอด ก หนังนัสือสือิเล็กทรอนิกนิส์ (E-Book) ฉบับบันี้ แบ่งบ่ออกเป็นป็ 4 หัวหัข้อข้ ได้แก่ ความหมายของหุ่นหุ่ยนต์ ประเภทของหุ่นหุ่ยนต์ ส่วส่นประกอบของหุ่นหุ่ยนต์ ข้อข้ดีและข้อข้จำ กัดของหุ่นหุ่ยนต์ ผู้จัผู้ ดจั ทำ หวังเป็นป็อย่าย่งยิ่งยิ่ว่าหนังสือสือิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) ฉบับบั นี้จะเป็นป็ ประโยชน์ต่อผู้อ่ผู้ อ่าน และผู้สผู้ นใจไม่มม่ากก็น้อย ผู้จัดจั ทำ เด็กหญิงญินิธิวดี น้อยกอ เด็กหญิงญิสรัลรัรัตรั น์จึงจึธนวงศ์
สารบัญ บั คำ นำ สารบัญบั ความหมายของหุ่นหุ่ยนต์ ประเภทของหุ่นหุ่ยนต์ ส่วส่นประกอบของหุ่นหุ่ยนต์ ข้อข้ดีและข้อข้จำ กัดของหุ่นหุ่ยนต์ เรื่อง หน้าน้ ข ก ข 1 2 4 14 บรรณานุกนุรม 15
หุ่นหุ่ยนต์ หรือรื โรบอต (robot) คือ เครื่อรื่งจักจัรกลชนิดนิหนึ่งนึ่มี ลักษณะโครงสร้าร้งและรูปรูร่าร่งแตกต่างกัน หุ่นหุ่ยนต์ในแต่ละประเภท จะมีหมีน้าน้ที่กที่ารทำ งานในด้านต่าง ๆ ตามการควบคุมคุโดยตรงของ มนุษนุย์ การควบคุมคุระบบต่าง ๆ ในการสั่งสั่งานระหว่างหุ่นหุ่ยนต์และ มนุษนุย์ สามารถทำ ได้โดยทางอ้อมและอัตโนมัติมั ติ โดยทั่วทั่ไปหุ่นหุ่ยนต์ถูกถูสร้าร้งขึ้นขึ้เพื่อพื่สำ หรับรังานที่มีที่คมีวามยาก ลำ บาก เช่นช่งานสำ รวจในพื้นพื้ที่บที่ริเริวณแคบหรือรืงานสำ รวจดวง จันจัทร์ ดาวเคราะห์ที่ห์ ไที่ม่มีม่สิ่มีงสิ่มีชีมีวิชีวิต ในปัจปัจุบัจุนบัเทคโนโลยีขยีองหุ่นหุ่ยนต์ เจริญริก้าวหน้าน้อย่าย่งรวดเร็วร็และเริ่มริ่เข้าข้มามีบมีทบาทกับชีวิชีวิตของ มนุษนุย์ใย์นด้านต่าง ๆ เช่นช่ด้านอุตอุสาหกรรมการผลิตแตกต่างจากเมื่อมื่ ก่อนที่หุ่ที่หุ่นหุ่ยนต์มักมัถูกถูนำ ไปใช้ ในงานอุตอุสาหกรรมเป็นป็ ส่วนใหญ่ ปัจปัจุบัจุนบัมีกมีารนำ หุ่นหุ่ยนต์มาใช้งช้านมากขึ้นขึ้เช่นช่หุ่นหุ่ยนต์ที่ใที่ช้ใช้น ทางการแพทย์ หุ่นหุ่ยนต์สำ หรับรังานสำ รวจ หุ่นหุ่ยนต์ที่ใที่ช้งช้านในอวกาศ หรือรืแม้แม้ต่หุ่นหุ่ยนต์ที่ถูที่กถูสร้าร้งขึ้นขึ้เพื่อพื่เป็นป็เครื่อรื่งเล่นของมนุษนุย์ จน กระทั่งทั่ ในปัจปัจุบัจุนบันี้ไนี้ด้มีกมีารพัฒพันาให้หุ่ห้หุ่นหุ่ยนต์นั้นนั้มีลัมี ลักษณะที่คที่ล้าย มนุษนุย์ เพื่อพื่ ให้อห้าศัยศัอยู่ร่ยู่ วร่มกันกับมนุษนุย์ ให้ไห้ด้ในชีวิชีวิตประจำ วัน อาร์คายทาส (Archytas of Tarentum) นักคณิตศาสตร์และนัก ประดิษฐ์ชาวกรีก ผู้ประดิษฐ์นกพิราบกล (Pigeon) ที่สามารถบินและขยับปีกขึ้นลง ได้ โดยอาศัยแรงขับเคลื่อนจากไอน้ำ ซึ่ง ถือเป็นหุ่นยนต์ชิ้นแรกของโลกเท่าที่มี หลักฐานบันทึกไว้ หุ่นหุ่ ยนต์ What’s ? 1
หุ่นหุ่ยนต์เคลื่อนที่อัที่ อัตโนมัติ (AMR) Autonomous Mobile Robot หุ่นหุ่ยนต์นำ ทางอัตโนมัติ (AGV) Automated Guided Vehicle หุ่นยนต์แบบข้อต่อ Articulated Robot หุ่นหุ่ยนต์มนุษย์ Humanoids ทำ การตัดสินใจแบบเกือบเรียลไทม์ เทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น เซ็นเซอร์ และกล้องช่วยให้เข้าถึงข้อมูลเกี่ยวกับ สภาพแวดล้อมรอบตัวได้ เช่น อุปกรณ์การประมวลผลบนเครื่องบิน หุ่นยนต์นำ ทางอัตโนมัติจะพึ่งพา เส้นทางที่กำ หนดไว้ล่วงหน้า และมัก ต้องมีการควบคุมดูแลของผู้ปฏิบัติงาน สิ่งเหล่านี้มักใช้เพื่อส่งมอบวัสดุและ เคลื่อนย้ายสิ่งของในสภาพแวดล้อมที่ มีการควบคุม เช่น คลังสินค้าและพื้น โรงงาน หุ่นยนต์นำ ทางอัตโนมัติจะพึ่งพา เส้นทางที่กำ หนดไว้ล่วงหน้า และมัก ต้องมีการควบคุมดูแลของผู้ปฏิบัติ งาน สิ่งเหล่านี้มักใช้เพื่อส่งมอบวัสดุ และเคลื่อนย้ายสิ่งของในสภาพ แวดล้อมที่มีการควบคุม เช่น คลัง สินค้าและพื้นโรงงาน ในทางเทคนิคแล้ว หุ่นยนต์จะจัดจั อยู่ภายใต้ของ AMR แต่ Humanoids ใช้เพื่อระบุหุ่นยนต์ที่ทำ หน้าที่เหมือน มนุษย์ เทคโนโลยีหลายอย่างที่ เหมือนกันกับ AMR เพื่อสัมผัส วางแผน และดำ เนินการตามภารกิจ ต่างๆ เช่น การบอกเส้นทางหรือเสนอ บริการเจ้าจ้หน้าที่อำ นวยความสะดวก ปร ข ะ อง เภท หุ่น หุ่ ยนต์(1) 2
โคบอทได้รับรัการออกแบบ มาให้ทำห้ทำงานควบคู่ไคู่ปกับมนุษนุย์ ในขณะที่หุ่ที่หุ่นหุ่ยนต์ประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ทำญ่ทำงานอย่าย่งอิสระหรือรื ในพื้น พื้ ที่ทำที่ทำงานที่แที่ยกจากกัน โค บอทสามารถแบ่งบ่หน้าน้ที่กัที่ กับผู้ ปฏิบัติบั ติงานเพื่อพื่ช่วช่ยให้บห้รรลุผล สำ เร็จร็มากขึ้นขึ้มักมั ใช้เช้พื่อพื่ลดงาน ที่อัที่ อันตราย หรือรืต้องใช้แช้รงงาน มาก หุ่นหุ่ยนต์ประเภทต่าง ๆ มักมั ถูกถูนำ มารวมกันเพื่อแก้ปัญปัหาที่ ซับซัซ้อซ้นมากขึ้นขึ้ตัวอย่าย่งเช่นช่ AMR อาจถูกถูรวมเข้าข้กับแขน ของหุ่นหุ่ยนต์เพื่อสร้างหุ่นหุ่ยนต์ สำ หรับจัดจัการบรรจุภัจุภัณฑ์ภฑ์ายใน คลังสินสิค้า โคบอท (Cobot) (2) ประเภท หุ่น หุ่ ยนต์ ของ หุ่นยนต์ผสมผสาน (Hybrids) 3
1 อุปกรณ์ทางกล (Mechanic) คือ ชิ้นส่วนกลไกต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ เช่น โครงสร้าง เพลา เฟือง สกรูส่งกำ ลัง สายพาน โซ่ สปริง ข้อต่อสวมเพลา คลัตช์ เบรก ข้อต่อ ก้านต่อโยง ตลับลูกปืนและปลอกสวมโครงสร้าง (Frame) โครงสร้าง เป็นส่วนประกอบหลักของหุ่นยนต์ ซึ่งทำ หน้าที่ยึดจับจัอุปกรณ์ต่าง ๆ ในตัวหุ่น ยนต์ และยังป้องกันอุปกรณ์ต่าง ๆ ไม่ให้ได้รับอันตรายจากภายนอก โครงสร้าง ของหุ่นยนต์เปรียบได้กับโครงกระดูกของมนุษย์ และมีลักษณะแตกต่างกันไป ตาม หน้าที่การทำ งานและวัตถุประสงค์ของหุ่นยนต์นั้น ๆ เช่น หุ่นยนต์ทรงกลมที่สร้าง ขึ้น เพื่อศึกษาลักษณะการกลิ้ง จะออกแบบโครงสร้างของหุ่นยนต์ให้มีลักษณะ เหมือนลูกบอล แต่หากหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นมา เพื่อเลียนแบบการทำ งาน หรือการ เคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างนั้นก็จะถูกออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายกับสิ่งมี ชีวิตชนิดนั้น ๆ โดยแสดงโครงสร้างขาของหุ่นยนต์เลียนแบบขาของมนุษย์ วัสดุที่ นิยมนำ มาสร้างเป็นโครงสร้างของหุ่นยนต์ ได้แก่ อะลูมิเนียม เหล็ก พลาสติก ซึ่ง การเลือกใช้วัสดุนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะการนำ ไปใช้งาน เช่น หากต้องการสร้างหุ่นที่ มีน้ำ หนักเบา ควรเลือกใช้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุหลัก นอกจากนี้ การเลือกใช้วัสดุควร คำ นึงถึงปัจจัยจัอื่น ๆ ประกอบด้วย เช่น กระบวนการผลิต ราคา ในหุ่นยนต์ 1 ตัวประกอบด้วยอุปกรณ์และชิ้นส่วนต่าง ๆ มากมาย ซึ่งอุปกรณ์ แต่ละชนิดมีหน้าที่แตกต่างกันตามลักษณะ และวัตถุประสงค์ของการใช้งาน การ เลือกใช้อุปกรณ์และชิ้นส่วนต่าง ๆ จึงจึจำ เป็นต้องอาศัยความรู้ ความเข้าใจ รวมถึง ความเหมาะสม เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำ งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวดเร็ว คงทน และประหยัดพลังงาน หุ่นยนต์แบ่งส่วนประกอบใหญ่ ๆ ออกเป็น 4 ส่วน ได้แก่ 1. อุปกรณ์ทางกล (mechanic) 2. อุปกรณ์ขับเร้า (actuator) 3. อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (electronic equipment) 4. อุปกรณ์ควบคุม (controller) โครงสร้างของ "หุ่นยนต์คุณหมอพระราชทาน" หุ่นยนต์คุณหมอเป็นหุ่นยนต์ตัวแรก ใน โลก ที่มีรูปร่างคล้ายคนขนาดเท่า คนจริง และแต่งกายแบบคุณหมอ ด้วยสายพระเนตรที่ยาวไกลของ พระบาทสมเด็จพระเจ้าจ้อยู่หัวทรง เห็นว่าในที่ที่ติดเชื้อคุณหมอที่เป็นคน จะเสี่ยงต่อการติดเชื้อถ้าใช้หุ่นยนต์ คุณหมอจะไม่มีอันตรายและคนย่อม ต้องการให้คุณหมอที่คล้ายคนรักษา มากกว่าคุณหมอในรูปอื่น ๆ 4
5 1.1 เพลา (Shaft เพลาเป็นชิ้นส่วนที่มีลักษณะเป็น ก้านทรงกระบอกที่หมุนได้ ใช้สำ หรับ การส่งถ่ายกำ ลังจากอุปกรณ์ขับเร้า เช่น มอเตอร์ ไปยังส่วนที่เคลื่อนไหว ของหุ่นยนต์ เพลาเป็นชิ้นส่วนที่สำ คัญ มากในหุ่นยนต์ที่เคลื่อนไหวได้ทุกชนิด นอกจากเพลาแล้ว ยังมีแกน (axle) ซึ่งมี ลักษณะเดียวกันกับเพลา แต่ไม่ สามารถหมุนได้ ทำ หน้าที่รองรับชิ้น ส่วนที่หมุน เช่น ล้อ 1.2 เฟือง (Gear) เฟืองทำ หน้าที่ส่งกำ ลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีก เพลาหนึ่ง โดยใช้การขบกันของฟันเฟือง ในการ ส่งถ่ายกำ ลังของเฟืองนั้นนั้จะประกอบไปด้วย เฟือง 2 ตัว ที่ขบกันอยู่ โดยมีเฟืองขับ (driving gear) หรือพิเนียน (pinion) เป็นตัวหมุนส่งกำ ลัง ให้แก่เฟืองตาม (driven gear) เฟืองที่นิยมใช้ใน หุ่นยนต์มีอยู่หลายชนิด ซึ่งเฟืองแต่ละชนิด สามารถจำ แนกได้ตามลักษณะของฟัน ได้แก่ เฟืองตรง เฟืองเฉียง เฟืองดอกจอก และชุด เฟืองหนอน 1.3 สกรูส่งกำ ลัง (Power screw) สกรูส่งกำ ลังมีหน้าที่ส่งกำ ลัง โดยเปลี่ยนจากการหมุนเป็นการ เลื่อนมีอัตราการทดของเฟืองที่สูง มากจึงจึสามารถใช้ในการส่งถ่ายกำ ลัง ได้ดีนิยมใช้ในงานที่ต้องแบกรับน้ำ หนักมาก ๆ 1.4 สายพาน (Belt) สายพานมีหน้าที่ส่งกำ ลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีก เพลาหนึ่ง เช่นเดียวกับเฟือง แต่สายพานมีสมบัติ เฉพาะตัว คือ อ่อนตัวได้ สามารถรับแรงกระตุกและ แรงสั่นสั่ ได้ดีกว่าเฟือง เสียงเบากว่า แต่ก็มีข้อเสีย คือ อัตราทดไม่แน่นอน เนื่องจาก การไถลตัวของสายพาน และไม่สามารถรับอัตราทดที่สูงได้ การส่งกำ ลังด้วย สายพานทำ ได้โดยติดตั้งตั้วงล้อสายพานตั้งตั้แต่ 2 อันขึ้น ไป โดยทั่วทั่ ไปชนิดของสายพานที่นิยมใช้ในหุ่นยนต์ ได้แก่ สายพานแบน ที่มีหน้าตัดขวางเป็นรูปสี่เหลี่ยม ผืนผ้าใบ สายพานกลม ที่มีหน้าตัดขวางเป็นวงกลม สายพานลิ่ม ที่มีหน้าตัดขวางเป็นสี่เหลี่ยมคางหมู และ สายพานฟัน ที่มีลักษณะเหมือนกับสายพานแบน แต่ที่ สายพานจะมีฟัน เพื่อใช้ขบกับวงล้อสายพานแบบเฟือง ทำ ให้ไม่มีการลื่นไถลง
6 1.5 โซ่ (Chain) โซ่มีหน้าที่ส่งกำ ลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลา หนึ่งเช่นเดียวกับเฟืองและสายพาน ในการส่ง กำ ลัง โซ่จะคล้องอยู่รอบเฟืองโซ่ตั้งตั้แต่ 2 อันขึ้น ไป ซึ่งเฟืองโซ่เป็นล้อที่มีฟันรูปร่างพิเศษ เพื่อรับ กับร่องของโซ่ ในการขับด้วยโซ่นั้นนั้ข้อโซ่จะขบ กับฟันของเฟืองโซ่ จึงจึไม่มีการลื่นไถล ทำ ให้การ ส่งกำ ลังมีอัตราทดคงที่เช่นเดียวกับการขับด้วย เฟือง แต่การติดตั้งตั้ ไม่ต้องเที่ยงตรงเหมือนกับ การติดตั้งตั้เฟือง จึงจึเป็นที่นิยมกันมาก แต่มีข้อ เสีย คือ มีเสียงดัง 1.6 ข้อต่อ (Joint) ข้อต่อเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อชิ้นส่วนที่ เคลื่อนที่อย่างสัมพันธ์กันของหุ่นยนต์ โดยทั่วทั่ ไปมี 2 ชนิด คือ ข้อต่อหมุน (rotational joint) เป็นข้อต่อ ที่ต่อกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ในลักษณะที่มีการหมุน รอบข้อต่อ และข้อต่อเชิงเส้น (linear joint) เป็นข้อ ต่อที่ต่อกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ในลักษณะเป็นเชิง เส้น เช่น เคลื่อนที่แบบไป-กลับในแนวเส้นตรง หรือโค้ง 1.7 สปริง (Spring) สปริงเป็นชิ้นส่วนที่มีความยืดหยุ่น มีหน้าที่หลาย อย่าง เช่น ส่งแรงจากชิ้นส่วนหนึ่งไปยังอีกชิ้นส่วน หนึ่ง รองรับแรงกระแทก เป็นแหล่งพลังงานให้แก่ กลไก และยังมีหน้าที่ให้ชิ้นส่วนกลับคืนสู่ตำ แหน่ง เดิม สปริงที่นิยมใช้ในหุ่นยนต์ ได้แก่ สปริงขด สปริง ขดแบบดึง สปริงขดแบบบิด สปริงแผ่น สปริง แหวน และสปริงลาน 1.8 ต่อสวมเพลา (Coupling) ข้อต่อสวมเพลาเป็นอุปกรณ์ซึ่งมีหน้าที่ส่งถ่ายแรงบิด ระหว่างเพลา 2 เพลา โดยเพลาที่ต่อกับต้นกำ ลังจะเป็นเพลา ขับ และอีกด้านหนึ่งเป็นเพลาตาม ข้อต่อสวมเพลาที่นิยมใช้ กับหุ่นยนต์สามารถแบ่งออกได้ดังนี้ ข้อต่อสวมเพลาแบบแข็งเกร็ง (rigid coupling) ใช้ในการต่อ เพลาที่มีศูนย์ของเพลาทั้งทั้สองอยู่ตรงกัน ข้อต่อสวมเพลาแบบยืดหยุ่นได้ (flexible coupling) มีความ ยืดหยุ่นเล็กน้อย จึงจึช่วยประกอบเพลา 2 เพลา ที่มีการเยื้อง ศูนย์ได้ และยังช่วยลดการเกิดแรงกระชากหรือแรงสั่นสั่ ได้อีก ด้วย ข้อต่อสวมเพลานิรภัย (safety coupling) ใช้ป้องกันไม่ให้เกิด ภาระเกิน (over load)
7 1.9 คลัตช์ (Clutch) คลัตช์เป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าที่ส่งถ่ายแรงบิดระหว่างเพลา 2 เพลา เช่นเดียวกับข้อต่อสวมเพลา แต่สามารถตัดต่อ กำ ลังในการส่งถ่ายได้ในขณะที่เพลากำ ลังหมุนอยู่ คลัตช์ แบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ คลัตช์ที่ใช้แรงเสียดทาน ระหว่างผิวสัมผัส (friction clutch) ได้แก่ คลัตช์แผ่น คลัตช์ลิ่ม คลัตช์ก้ามปู และคลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้า คลัตช์ ประเภทนี้จะเกิดการลื่นไถลได้ ทำ ให้ลดแรงกระแทกที่ เกิดขึ้นที่ข้อต่อเพลา แต่มีข้อเสียคือ มักเกิดความร้อนสูง ส่วนคลัตช์อีกประเภทหนึ่งคือ คลัตช์ที่ไม่ใช้ความเสียด ทานระหว่างผิวสัมผัส (positive contact clutch) ได้แก่ คลัตช์ที่ใช้วิธีการล็อกทางกลโดยตรง (direct mechanical lock-up) ข้อดีคือ ไม่มีการลื่นไถลทำ ให้ไม่เกิดความร้อน ส่วนข้อเสีย คือ ไม่สามารถตัดต่อเพลาที่หมุนด้วย ความเร็วรอบสูงได้ และจะเกิดแรงกระแทกขึ้นทุกครั้งรั้ 1.10 เบรก (Break) เบรกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมการ เคลื่อนที่ของชิ้นส่วน ทำ ให้การเคลื่อนที่ช้า ลง หรือหยุดการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนนั้นนั้ๆ ด้วยการใช้แรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส เบรกแบ่งออกเป็น 3 ประเภทใหญ่ ๆ คือ เบรกแผ่นคาด เบรกก้ามปู และเบรกแบบ จาน 1.11 ตลับลูกปืนและปลอกสวม (Bearing and Bush) ตลับลูกปืนและปลอกสวมต่างก็เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ รองรับจุดจุหมุน หรือจุดจุต่าง ๆ ที่เคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ มีหน้าที่ลดแรงเสียดทาน ที่เกิดจากการเคลื่อนไหว ของอุปกรณ์ 1.12 ก้านต่อโยง (Link) ก้านต่อโยงในที่นี้หมายถึง ชื่อเรียก ชิ้นส่วนของวัตถุที่นำ มาเชื่อมต่อ เพื่อ สร้างการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ ซึ่งหาก นำ ก้านต่อโยงหลาย ๆ อันมาต่อรวมกัน จะเรียกว่า กลไกก้านต่อโยง
8 2.1 มอเตอร์ไฟฟ้า (Electric motor) มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มีหน้าที่เป็นตัวขับกลไกต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ให้เคลื่อนไหว เปรียบเสมือนกล้ามเนื้อของมนุษย์ที่มีหน้าที่ขับเคลื่อนอวัยวะต่าง ๆ ให้ เคลื่อนไหว เช่น เมื่อต่อมอเตอร์เข้ากับข้อต่อ หุ่นยนต์จะสามารถหมุนข้อต่อนั้นนั้ ได้ หรือต่อมอเตอร์ เข้ากับชุดล้อ หุ่นยนต์ก็จะสามารถขับเคลื่อนได้ มอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุนต่อเนื่อง ประกอบไปด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่อยู่กับที่หรือสเตเตอร์ (stator) และส่วนที่เคลื่อนที่หรือโรเตอร์ (rotor) โดยมีหลักการ ทำ งาน คือ กระแสไฟฟ้าที่ถูกจ่าจ่ยเข้าไปเป็นพลังงานให้แก่มอเตอร์ ทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใน ขดลวดสเตเตอร์และขดลวดโรเตอร์ การผลักกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งทั้สอง ทำ ให้เพลาที่ต่อ อยู่กับโรเตอร์หมุนอย่างต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ และจะหยุดหมุนก็ต่อเมื่อ ปิดการจ่าจ่ยพลังงานไฟฟ้า หรือแรงหมุนของมอเตอร์ไม่สามารถเอาชนะภาระที่มากระทำ ต่อมอเตอร์ได้ 2. อุปกรณ์ขับเร้า (Actuator) คือ อุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าให้ กลายเป็นการกระจัดจัการเคลื่อนที่ หรือแรง เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า ระบบนิวแมติก ระบบไฮดรอลิก
9 2.2 มอเตอร์แบบลำ ดับขั้นหรือสเตปเปอร์มอเตอร์ (Stepper motor) โดยทั่วทั่ ไปแล้วมอเตอร์ไฟฟ้าจะมีการหมุนที่ต่อ เนื่อง และอาจไม่สะดวกมากนัก หากต้องการสั่งสั่การ ทำ งานให้เคลื่อนที่เป็นองศา ตามที่กำ หนด มอเตอร์ แบบลำ ดับขั้นขั้จึงจึเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ที่สามารถนำ ไป ใช้งานควบคุมทิศทางการหมุน ตามตำ แหน่งที่ ต้องการได้ หากตำ แหน่งนั้นนั้ตรงกับลำ ดับขั้นขั้ของ มอเตอร์พอดี ลักษณะการทำ งานของมอเตอร์แบบ ลำ ดับขั้นขั้จะต้องป้อนสัญญาณพัลส์ (pulse) ให้แก่ขด ลวดสเตเตอร์ ทำ ให้เกิดแรงผลักที่โรเตอร์ จึงจึเกิดการ หมุนของมอเตอร์แบบลำ ดับขั้นขั้เมื่อหมุนครบ 1 รอบ จะเท่ากับ 360 องศา ซึ่งถ้ามอเตอร์แบบลำ ดับขั้นขั้มี การหมุนเท่ากับ 5 องศาต่อขั้นขั้ความละเอียดในการ หมุนของมอเตอร์แบบลำ ดับขั้นขั้ตัวนี้ จึงจึจะเท่ากับ 72 ขั้นขั้ต่อรอบ ปัจจุบัจุบัน มีการใช้งานมอเตอร์แบบลำ ดับขั้นขั้ อย่างแพร่หลาย เพราะสามารถควบคุมการหมุน ตำ แหน่งใดก็ได้ เช่น หัวอ่านซีดีรอม ฮาร์ดดิสก์ ตลอด จนอุตสาหกรรมการผลิตต่างๆ เช่น หุ่นยนต์ อุตสาหกรรม ระบบสายพาน 2.3 เซอร์โวมอเตอร์ (Servo motor) เป็นมอเตอร์ชนิดพิเศษ ที่สามารถควบคุม ให้ทำ งาน เฉพาะในตำ แหน่งใดตำ แหน่งหนึ่งได้ โดยเซอร์โวมอเตอร์ประกอบด้วย มอเตอร์ไฟฟ้า เซ็นเซอร์จับจัตำ แหน่งของเพลา และวงจร อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมมอเตอร์ คำ ว่า “เซอร์โว” มาจากระบบ ที่สามารถควบคุมพฤติกรรมของ มันเองได้ ซึ่งสามารถวัดตำ แหน่งของตัวเอง และชดเชยกำ ลังงานที่เสียไป ด้วยสัญญาณ ควบคุมที่ป้อนกลับมา มอเตอร์ชนิดนี้ นิยมใช้ใน งานที่ต้องการความแม่นยำ ของตำ แหน่งสูง 2.4 ระบบนิวแมติก (Pneumatic) ระบบนิวแมติก คือ ระบบกำ ลังของไหลที่ใช้แรง ดันของอากาศเป็นตัวขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้ เป็นพลังงานกล เช่น กระบอกสูบระบบนิวแมติก มอเตอร์ระบบนิวแมติก เนื่องจากของไหลที่ใช้ในการ อัดคือ อากาศ ซึ่งมีการอัดยุบตัวได้ ระบบนิวแมติกจึงจึ ไม่สามารถแบกรับน้ำ หนักมากได้ 2.5 ระบบไฮดรอลิก (Hydraulic) ระบบไฮดรอลิก คือ ระบบกำ ลังของไหล ที่ใช้ แรงดันของเหลวเป็นตัวขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้เป็นพลังงานกล โดยมีหลักการทำ งานคล้าย ระบบนิวแมติก แต่แตกต่างกันที่ของไหลที่ใช้ใน การอัด เนื่องจากของไหลที่ใช้ในการอัดคือ ของเหลว ซึ่งไม่มีการยุบตัว ระบบไฮดรอลิกจึงจึ นิยมใช้ในงานที่ต้องใช้กำ ลังสูง
3. อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic equipment) คือ อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณทางระบบไฟฟ้า เช่น อุปกรณ์ตรวจรู้ วงจรขับต่าง ๆ อุปกรณ์แสดงผล 3.1 อุปกรณ์ตรวจรู้ (Sensor) อุปกรณ์ตรวจรู้หรือที่เรียกกันว่า เซ็นเซอร์ ใช้สำ หรับตรวจวัด ปริมาณของตัวแปรต่าง ๆ ที่ใช้ในการรับค่า (input) ปริมาณทางฟิสิกส์ เช่น แสง สี อุณหภูมิ เสียง แรง ความดัน ความหนาแน่น ระยะทาง ความเร็ว อัตราเร่ง ระดับความสูง อัตราการไหล แล้วแปลงปริมาณ ทางฟิสิกส์ที่ได้เป็นสัญญาณไฟฟ้า หรือปริมาณการวัดในรูปแบบที่ สามารถนำ ไปประมวลผลต่อได้อุปกรณ์ตรวจรู้เป็นส่วนที่สำ คัญในการ ทำ งานของหุ่นยนต์ โดยเปรียบเสมือนประสาทสัมผัสในการทำ งาน ของมนุษย์ เช่น อุปกรณ์ตรวจรู้แสงที่ทำ หน้าที่เหมือนตา โดยเปลี่ยน แสงและสีที่รับเข้ามาเป็นสัญญาณไฟฟ้า แล้วส่งต่อให้ระบบประมวล ผล อุปกรณ์ตรวจรู้มีหลายชนิดขึ้นอยู่กับสิ่งที่จะตรวจวัด เช่น อุปกรณ์ ตรวจรู้อินฟราเรด ที่ใช้บอกตำ แหน่ง โดยการสะท้อนของคลื่นแสง ที่มี ความถี่ต่ำ กว่าแสงสีแดง อุปกรณ์ตรวจรู้อัลตราโซนิกใช้บอกตำ แหน่ง โดยการสะท้อนของคลื่นเสียงที่มีความถี่สูง เลเซอร์เรนจ์ไจ์ฟน์เดอร์ (laser rangefinder sensor) ใช้ในการกะระยะนำ ทางโดยใช้แสงเลเซอร์ อุปกรณ์ตรวจรู้ระบบจีพีจี พีเอส (GPS: Global Positioning System) ใช้ใน การบอกตำ แหน่ง โดยใช้การอ้างอิงจากดาวเทียม นอกจากนี้ยังมี - อุปกรณ์ตรวจรู้วัดตำ แหน่ง - อุปกรณ์ตรวจรู้วัดความเร็ว - อุปกรณ์ตรวจรู้วัดความเร่ง - อุปกรณ์ตรวจรู้วัดแรง - อุปกรณ์ตรวจรู้วัดแรงบิด - อุปกรณ์ไฟฟ้า - อุปกรณ์ไฟฟ้า 10
3.2 เอนโคดเดอร์ (Encoder) เอนโคดเดอร์เป็นอุปกรณ์ตรวจรู้รูปแบบหนึ่งที่มี ความสำ คัญมาก เพราะใช้ในการวัดมุมเพลาของมอเตอร์ เอนโคดเดอร์ประกอบด้วย จานหมุน และอุปกรณ์ตรวจ จับจัที่จานหมุนจะมีช่องเล็ก ๆ ซึ่งเมื่อเพลาของมอเตอร์ หมุน จะทำ ให้จานหมุนไปตัดลำ แสงของอุปกรณ์ตรวจจับจั ส่งผลให้ชุดไฟฟ้ารับแสงมีการรับสัญญาณเป็นช่วงๆ สัญญาณไฟฟ้าที่ได้จึงจึมีลักษณะเป็นพัลส์ (pulse) ซึ่ง สัญญาณพัลส์จะแปรผันตรงกับการหมุนของเพลาของ มอเตอร์ที่มีอยู่ 2 ชนิด คือ 3.2.1 เอนโคดเดอร์ อินคริเมนต์ (incremental encoder) โดยทั่วทั่ ไปเรียกว่า เอนโคดเดอร์แบบโรตารี (rotary encoder) เป็นเอนโคดเดอร์แสดงความเร็ว สัญญาณที่ได้ จะเป็นสัญญาณแบบดิจิทัจิ ทัล ซึ่งง่ายต่อการแปลผล 3.2.2 เอนโคดเดอร์แบบสัมบูรณ์ (absolute encoder) หรือโดยทั่วทั่ ไปเรียกว่า โพเทนทิโอมิเตอร์ (potentiometer) ซึ่งทำ งานคล้ายกับเอนโคดเดอร์แบบโรตารี แต่สัญญาณ ที่ได้จะเป็นเลขฐานสอง (binary) การใช้งานจึงจึยากกว่า เอนโคดเดอร์แบบโรตารี แต่ให้ความเที่ยงตรงและ สามารถบอกทุกตำ แหน่งของการเคลื่อนที่ได้ 3.3 อุปกรณ์แสดงผล (Output device) อุปกรณ์แสดงผล คือ อุปกรณ์ที่ใช้แสดง ค่าสถานะต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ให้มนุษย์ทราบ ซึ่งมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น จอภาพ ที่ใช้บอก สถานะด้วยภาพ ลำ โพง ที่ใช้บอกสถานะด้วย เสียง หรือแม้กระทั่งทั่หลอดไฟก็ใช้บอกสถานะ ของหุ่นยนต์ได้เช่นกัน 3.4 ชุดขับมอเตอร์ (Motor driver) เป็นส่วนสำ คัญที่จะทำ ให้มอเตอร์เกิดการหมุน ส่วนใหญ่การทำ งานของชุดขับ เหมือนกับการ ทำ งานของสวิตช์ ที่เปิด-ปิดตามสัญญาณที่ชุด ควบคุมส่งออกมา ชุดขับมอเตอร์ใช้ในการควบคุม ตำ แหน่ง และความเร็วของมอเตอร์ เช่น การขับ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ความเร็วของการหมุน ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดัน และกระแสไฟฟ้าที่จ่าจ่ย ให้แก่มอเตอร์ แต่แรงดัน และกระแสไฟฟ้าที่ป้อน ให้ ต้องไม่เกินค่าที่มอเตอร์สามารถรับได้ด้วย มิ ฉะนั้นนั้จะทำ ให้เกิดความร้อนที่ตัวของมอเตอร์ และ เกิดความเสียหายขึ้นได้ ส่วนทิศทางการหมุนของ มอเตอร์ ขึ้นอยู่กับขั้วขั้ของแหล่งจ่าจ่ยที่ป้อนเข้าไป 11
4.1สมองกลที่ประดิษฐ์จากอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ความแตกต่างระหว่างหุ่นยนต์กับ เครื่องจักจัรกลทั่วทั่ ไป คือ หุ่นยนต์มีระดับขั้นขั้ การทำ งานด้วยตัวเองสูงกว่าเครื่องจักจัรกล สมองกลของหุ่นยนต์เปรียบได้กับสมอง ของมนุษย์ซึ่งหากหุ่นยนต์ไม่มีสมองกลไว้ สั่งสั่การ ก็อาจเดินไปชนฝาผนังหรือสิ่งต่าง ๆ ได้ ในการควบคุมหุ่นยนต์ที่ไม่มีเงื่อนไขการ ทำ งานมากนัก สามารถใช้อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน เช่น ตัวต้านทาน ตัว เก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ ทรานซิสเตอร์ อุปกรณ์ตรวจรู้มาประกอบกันเป็นวงจร ควบคุมการทำ งานของหุ่นยนต์ได้ 4.2 เครื่องควบคุมขนาดเล็ก (Microcontroller) หุ่นยนต์ที่มีเงื่อนไขของการทำ งานมาก ขึ้น จำ เป็นต้องเพิ่มความสามารถให้แก่สมอง กลของหุ่นยนต์ ดังนั้นนั้จึงจึได้มีการคิดค้น เครื่องควบคุมขนาดเล็กขึ้นมา เพื่อแทนที่ วงจรอิเล็กทรอนิกส์และด้วยพื้นฐานดังกล่าว เครื่องควบคุมขนาดเล็กจึงจึสามารถ เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการทำ งานได้ง่าย โดย การเปลี่ยนโปรแกรมลำ ดับการควบคุม บน เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล นอกจากนี้ ราคาไม่แพง ต้องการแหล่งจ่าจ่ยไฟต่ำ เครื่อง ควบคุมขนาดเล็กจึงจึเป็นที่นิยมใช้กันมาก สำ หรับการสร้างสมองกลให้แก่หุ่นยนต์ 12 4. อุปกรณ์ควบคุม (Controller) คือ สมองกลที่ควบคุมการทำ งานของหุ่นยนต์ เช่น สมองกลที่ ประดิษฐ์จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องควบคุมขนาดเล็ก คอมพิวเตอร์ชนิดแผงวงจรสำ เร็จรูป เครื่องควบคุมเชิงตรรกะที่ สามารถสร้างโปรแกรมได้ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
4.3 คอมพิวเตอร์ชนิดแผงวงจร สำ เร็จรูป (Single Board Computer: SBC) เป็นเครื่องควบคุมที่มีการทำ งาน เหมือนกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล เพียงแต่ทุกอย่างจะย่อลงมาให้อยู่ใน แผงวงจรเล็ก ๆ เพียงแผงเดียว ซึ่งนิยม ใช้ในหุ่นยนต์ที่มีเงื่อนไขในการทำ งาน มาก หรือมีการควบคุมที่ซับซ้อน 4.4 เครื่องควบคุมเชิงตรรกะที่สามารถสร้าง โปรแกรมได้ หรือพีแอลซี (Programmable Logic Controller : PLC) เครื่องควบคุมเชิงตรรกะที่สามารถสร้าง โปรแกรมได้ถูกคิดค้นและพัฒนาขึ้นมา เพื่อ ทดแทนวงจรรีเลย์(relay) ของการควบคุม ระบบอัตโนมัติ ซึ่งนิยมใช้กันมากในโรงงาน อุตสาหกรรม เนื่องจากมีความทนทานต่อ สภาพแวดล้อม ในโรงงานอุตสาหกรรม ใช้ งานสะดวก และปรับเปลี่ยนการทำ งานได้ง่าย รวมทั้งทั้สามารถใช้งานได้อย่างอเนกประสงค์ และง่ายต่อการบำ รุงรักษา 13 4.5 คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer: PC) คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเป็นเครื่องควบคุมระดับสูง ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนการ ทำ งานของหุ่นยนต์ได้อย่างหลากหลาย มีประสิทธิภาพมากที่สุด ในบรรดาเครื่อง ควบคุมทั้งทั้หมดที่กล่าวมา แต่ไม่นิยมใช้ในหุ่นยนต์ทั่วทั่ ไปมากนัก เนื่องจากมีขนาดใหญ่ น้ำ หนักมาก และต้องการพลังงานสูง
1. ลดทรัพรัยากรการใช้แช้รงงานที่มีที่กมีารทำ งานซ้ำ ๆ เช่นช่พนักนังาน ต้อนรับรัพนักนังานยกของ หรือรืพนักนังานเสิร์สิฟร์อาหาร 5. ไม่ต้องหยุดงานหรือเกิดอาการเหนื่อยล้า 2. ลดข้อข้ผิดผิพลาดการทำ งานในส่วส่นของงานประมวลผล เช่นช่ การทำ งานบัญบัชี และการคำ นวณตัวเลข 3. ไม่ต้ม่ ต้องมีสัมีญสัญาจ้าจ้งหรือรืเป็นป็กังวลเรื่อรื่งค่าแรง 4. ไม่ต้องใช้เวลาในการสอนงาน แค่ป้อนข้อมูลลงไปหุ่นยนต์จะ สามารถทำ งานได้อย่างที่เราอยากให้ทำ ได้เลย ไม่สามารถแก้ไขสถานการณ์เฉพาะหน้าได้ทันที เพราะไม่มีการ ตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้นอกเหนือจากโปรแกรม หรือข้อมูลที่ลงไว้ 1. 2. ไม่สามารถตอบสนองความรู้สึกหรืออารมณ์ของลูกค้าได้ 3. ไม่สามารถตอบสนองความรู้สึกหรืออารมณ์ 4. ไม่สามารถสร้างงานใหม่หรือมีความคิดสร้างสรรค์ได้เอง 14
บรรณานุกรม 15 ครูนิสิต จรูญภาค. (ม.ป.ก.). ความหมายของหุ่นยนต์. สืบค้น 1 ธันวาคม 2566, จาก http://krunisit.rwb.ac.th Smart Connect. (ม.ป.ก.). หุ่นยนต์มีกี่ชนิด. สืบค้น 2 ธันวาคม 2566, จาก https://www.smcbot.com โครงการสารานุกรมไทยสำ หรับเยาวชน. (ม.ป.ก.). ส่วนประกอบของหุ่นยนต์. สืบค้น 23 ธันวาคม 2566, จาก https://www.saranukromthai.or.th GlobalLinker Staff. (2561). ดีหรือไม่? ถ้าคิดจะใช้หุ่นยนต์ช่วยงานบริการ. สืบค้น 8 มกราคม 2566, จาก https://th.globallinker.com/
SMTHBOUTROBOT.COM