หุ่นยนต์ในโรงงานอุตสาหกรรม

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม

หุ่นยนต์ถูกนำมาใช้ในหลายแวดวงอุตสาหกรรมเพื่อวางตำแหน่งชิ้นงานต่างๆ อย่างรวดเร็วและแม่นยำสูง หุ่นยนต์บางแบบ (ไม่จำกัดแต่เพียงการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉาก) มีส่วนประกอบข้อต่อหลายชิ้นส่วนเพื่อช่วยในการจำลองการเคลื่อนไหวของแขนมนุษย์ ส่วนข้อต่อเหล่านี้ต้องมีความแม่นยำในการเหวี่ยงสูง และมีความทนทานสูงเพื่อให้มั่นใจได้ว่า การหยุดกะทันหันจะไม่ทำให้การทำงานผิดพลาด และผลิตภัณฑ์ที่เป็นเอกลักษณ์ของ THK มีประสิทธิภาพและมีขนาดเล็กพอที่จะทำตามความต้องการเหล่านั้นได้

หุ่นยนต์ Closed-link 5 ข้อต่อ

หุ่นยนต์วางตำแหน่งที่ท้าทายข้อจำกัดของการเพิ่มความเร็วและการลดความเร็ว ส่วนนำทางนี้ต้องมีความแม่นยำและทนทาน และโครงสร้างพื้นฐานต้องแสดงถึงแรงที่ลดลงอย่างดีเยี่ยมระหว่างการหยุด ตลับลูกปืนชนิดวงแหวน Cross Roller Ring ถูกนำมาใช้ในส่วนเหวี่ยงเพื่อให้มีความแข็งแรงและมีความเร็ว

หุ่นยนต์ Closed-link 5 ข้อต่อ

หุ่นยนต์เชื่อมโลหะ

ตลับลูกปืนชนิดวงแหวน Cross Roller Ring ถูกนำมาใช้ในส่วนการเคลื่อนที่แบบหมุนของข้อต่อต่างๆ ในหุ่นยนต์เชื่อมโลหะในสายการผลิตของโรงงาน เนื่องจากตลับลูกปืนชนิดวงแหวน Cross Roller Ring เพียงอย่างเดียวมีความแข็งแรงทนทานเพียงพอในการรับน้ำหนักทิศทางการเคลื่อนที่ตามรัศมีและตามแกน ดังนั้นจึงสามารถใช้เพื่อพัฒนาข้อต่อขนาดกะทัดรัดของหุ่นยนต์ได้

หุ่นยนต์สเกลาร์

หุ่นยนต์สเกลาร์ถูกนำมาใช้ในการขนส่งและวางตำแหน่งชิ้นงานต่างๆ ภายในพื้นที่แคบๆ ระบบตลับลูกปืน LM Guide เป็นสิ่งสำคัญสำหรับความแม่นยำสูงของหุ่นยนต์ ทั้งการเคลื่อนที่และการหมุนในแกน Z ซึ่งความเร็วสูงและมีระยะส่ายน้อยเป็นสิ่งสำคัญ

หุ่นยนต์สองแขน

หุ่นยนต์สองแขนที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อเลียนแบบการเคลื่อนไหวของแขนมนุษย์ ต้องสามารถทำงานที่ซับซ้อนซ้ำๆ กันได้อย่างราบรื่น นอกจากนี้ หุ่นยนต์ต้องทนทานและมีการตอบสนองด้วยความเร็วสูง ระบบการเคลื่อนที่เชิงเส้นของ THK และตลับลูกปืนชนิดวงแหวน Cross Roller Ring ของ THK ช่วยลดขนาดของหุ่นยนต์ และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความแข็งแรงทนทานและความเร็วในการทำงานด้วย

หุ่นยนต์ที่ใช้เก็บกู้ระเบิด

หุ่นยนต์เก็บกู้ระเบิด ผลงานมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เคลื่อนที่ด้วยล้อตีนตะขาบ ติดตั้งปืนฉีดน้ำแรงดันสูงทำลายวัตถุต้องสงสัยพร้อมปฏิบัติภารกิจ สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ(วช.) ได้สนับสนุนทุนวิจัยแก่โครงการวิจัยและพัฒนาต้นแบบหุ่นยนต์เก็บกู้ระเบิด โดยใช้ในงบประมาณเริ่มต้นปี 2548-2549 เป็นต้นมา (งบประมาณ 8 ล้านบาท) โดยรศ.ดร.ณัฏฐกา  หอมทรัพย์ ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า  คณะวิศวกรรมศาสตร์  มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เป็นหัวหน้าคณะวิจัย

ผลงานวิจัยดำเนินการวิจัยและพัฒนาได้ต้นแบบหุ่นยนต์ ดังนี้ หุ่นยนต์ที่ได้จากงานวิจัยในเฟส 1 แบ่งเป็นสองส่วน คือ ส่วนแรกเป็นการออกแบบและสร้างตัวต้นแบบหุ่นยนต์เก็บกู้ระเบิด และการเขียนโปรแกรมโดยใช้ไมโครคอนโทรเลอร์ เพื่อใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่ของตัวหุ่นยนต์ และเพื่อแสดงผลทางมอนิเตอร์  ได้ตัวต้นแบบ 2 แบบ คือแบบใช้ล้อยางและแบบตีนตะขาบ

หุ่นยนต์ทั้งสองตัวนี้ มีคุณลักษณะและติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ  ได้แก่  น้ำหนักเบาประมาณ 50 กิโลกรัม และขนาดประมาณ 54 cm x 59cm x 62 cm.   แขนกลสามารถยกน้ำหนักได้ประมาณ 5 กิโลกรัม  หุ่นยนต์สามารถวิ่งได้ด้วยความเร็ว 3 ระดับ คือ ความเร็วสูง (0-16.8 km/h) ความเร็วปานกลาง (0-7 km/h) และความเร็วต่ำ (0-0.2 km/h)

ปืนฉีดน้ำความดันสูง สำหรับทำลายวัสดุต้องสงสัย   อุปกรณ์พื้นฐานที่ติดตั้ง ได้แก่ กล้อง เพื่อส่งภาพกลับมายังจอมอนิเตอร์ อุปกรณ์สำหรับส่งภาพสามารถเลือกควบคุมได้ทั้งแบบไร้สายและมีสาย โดยใช้กล้องวีดิโอที่สามารถส่งภาพ มายังชุดควบคุมโดยส่งภาพเวลาจริง (Real  Time)

หุ่นยนต์ที่ได้จากงานวิจัยในเฟส 2   สามารถควบคุมเส้นทางแบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์กู้ระเบิด  โดยใช้ระบบ GPS และเข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์  การเก็บและแสดงข้อมูลท่าทางการเคลื่อนที่ของแขนกล  เพื่อให้สามารถใช้งานในการควบคุมแขนกลและคำนวณจุดปลายสุดของการเคลื่อนที่

การใช้อุปกรณ์วัดแรงป้อนกลับ  การติดตั้งและทดสอบอุปกรณ์วัดแรงได้ผลดี  สามารถวัดแรงที่มือจับของแขนกลกระทำต่อวัตถุได้  สามารถควบคุมแรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังยกได้  ทำให้การจับและการเคลื่อนย้ายวัตถุทำได้อย่างเหมาะสม

หลักการทำงานของหุ่นยนต์พื้นฐาน จะมี 2 ระบบ คือระบบการใช้สาย LAN (Local Area Network) และระบบไร้สาย (Wireless LAN ) สำหรับการติดต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ของผู้ควบคุมและคอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งในตัวหุ่นยนต์ การบังคับเส้นทางเดินจะใช้ Joy Stick หรือแผงบังคับ ซึ่งจะทำหน้าที่ส่งค่าการควบคุมการเดินทางไปยังคอมพิวเตอร์ของผู้ควบคุมเพื่อส่งข้อมูลต่อไปยังหุ่นยนต์อีกครั้ง

นอกจากนี้ผู้ควบคุมหุ่นยนต์ยังสามารถเร่งความเร็วการเดินของหุ่นยนต์ได้ตามต้องการ เนื่องจากตัวบังคับที่ใช้ในการควบคุม เป็นระบบที่ทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความเร็วได้สะดวก หุ่นยนต์เก็บกู้ระเบิดนี้ นอกจากจะมีสมรรถนะพื้นฐานในการตรวจและเก็บกู้ระเบิดทั่วๆไป ในการรับ-ส่งภาพและหรือเสียง คีบจับทำลายวัตถุต้องสงสัยแล้ว

หน่วยวิจัยฯยังได้มีการพัฒนาระบบต่างๆ เพิ่มเติมตามความต้องการของผู้ใช้งาน เช่น  อุปกรณ์ติดตั้งปืนฉีดน้ำแรงดันสูง สำหรับทำลายวัตถุต้องสงสัย

อุปกรณ์การควบคุมเส้นทาง และเข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อสร้างเส้นทางให้กับหุ่นยนต์ ทำให้ผู้ควบคุมหุ่นยนต์สามารถมองเห็นเส้นทางการเดินของหุ่นยนต์ได้จากจอคอมพิวเตอร์ แทนการเดินตามหุ่นยนต์เพื่อควบคุมเส้นทาง สามารถประยุกต์ใช้เป็นหุ่นยนต์ลาดตะเวณ หุ่นยนต์พ่นยาฆ่าแมลง หุ่นยนต์เพื่อการสำรวจสารพิษ

อุปกรณ์การพัฒนาการเก็บและแสดงข้อมูลการเคลื่อนที่ของแขนกล โดยในส่วนนี้ได้พัฒนาโปรแกรมภายในตัวหุ่นยนต์ให้สามารถเก็บและบันทึกภาพสภาพแวดล้อมต่างๆ ในขณะปฏิบัติงานได้ตลอดเวลา

อุปกรณ์การพัฒนาให้มือจับของตัวหุ่นยนต์สามารถบอกแรงที่ใช้จับวัตถุได้ (Force Sensor) ซึ่งถือเป็นอุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพของหุ่นยนต์ เปรียบเสมือนประสาทสัมผัสของมนุษย์ หุ่นยนต์จะคำนวณว่าสามารถยกวัตถุนั้นๆ ได้หรือไม่

อุปกรณ์การส่งข้อมูลและภาพกลับมายังคอมพิวเตอร์ควบคุมด้วยกล้อง 3 มิติ ทำให้เห็นวัตถุในเชิงลึกและมีความชัดเจนยิ่งขึ้น ยังผลให้การคำนวณพิกัดเป้าหมายได้ชัดเจนยิ่งขึ้นจากเดิมที่เป็นกล้อง 2 มิติ

อุปกรณ์ติดตั้งเพื่อกวดตะปูเรือใบ   อุปกรณ์ตรวจจับโลหะ เพื่อการสำรวจวัตถุระเบิดที่ฝังในใต้ดิน    อุปกรณ์ x-ray    อุปกรณ์ตรวจสอบวัตถุระเบิด   อุปกรณ์อื่นๆ ตามผู้ปฏิบัติงานต้องการ

สำหรับจุดเด่นของหุ่นยนต์ที่ทีมนักวิจัยได้สร้างขึ้น คือ การใช้อุปกรณ์ที่มีในประเทศ ทำให้สะดวกต่อการบำรุงดูแลรักษารวมทั้งแก้ปัญหาเองได้ ลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศ หากหุ่นยนต์โดนระเบิดทำลายหรือได้รับความเสียหายจากการปฏิบัติงาน สามารถนำกลับมาเพื่อประกอบใหม่ใช้งานได้

มีต้นทุนของหุ่นยนต์แบบพื้นฐานราคา 2 แสนบาทต่อหุ่นยนต์ 1 ตัว เมื่อเทียบกับหุ่นยนต์ที่นำเข้าจากต่างประเทศจะมีราคาสูงถึงตัวละกว่า 10 ล้านบาท จึงลดการนำเข้าและช่วยประหยัดงบประมาณของประเทศได้เป็นอย่างมาก

หลังจากนำไปให้ผู้ปฏิบัติงานได้ทดลองใช้งานจริงอย่างไม่เป็นทางการเพื่อการปรับปรุงให้เหมาะสมตามความต้องการของผู้ใช้งานไปแล้ว และได้มีพิธีมอบหุ่นยนต์ชุดแรกอย่างเป็นทางการ 2 ตัว ให้กับศูนย์ข่าวกรองประจำพื้นที่จังหวัดชายแดนภาคใต้ และสำนักงานตำรวจแห่งชาติ

หุ่นยนต์ที่เลียนแบบมนุษย์

หุ่นยนต์ คือเครื่องจักรกลชนิดหนึ่งที่มีลักษณะโครงสร้างและรูปร่างแตกต่างกัน หุ่นยนต์ในแต่ละประเภทจะมีหน้าที่การทำงานในด้านต่าง ๆ ตามการควบคุมโดยตรงของมนุษย์ การควบคุมระบบต่าง ๆ ในการสั่งงานระหว่างหุ่นยนต์และมนุษย์ สามารถทำได้โดยทางอ้อมและอัตโนมัติ โดยทั่วไปหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นเพื่อสำหรับงานที่มีความยากลำบากเช่น งานสำรวจในพื้นที่บริเวณแคบหรืองานสำรวจดวงจันทร์ดาวเคราะห์ที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต ปัจจุบันเทคโนโลยีของหุ่นยนต์เจริญก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว เริ่มเข้ามามีบทบาทกับชีวิตของมนุษย์ในด้านต่าง ๆ เช่น ด้านอุตสาหกรรมการผลิต แตกต่างจากเมื่อก่อนที่หุ่นยนต์มักถูกนำไปใช้ ในงานอุตสาหกรรมเป็นส่วนใหญ่ ปัจจุบันมีการนำหุ่นยนต์มาใช้งานมากขึ้น เช่น หุ่นยนต์ที่ใช้ในทางการแพทย์ หุ่นยนต์สำหรับงานสำรวจ หุ่นยนต์ที่ใช้งานในอวกาศ หรือแม้แต่หุ่นยนต์ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อเป็นเครื่องเล่นของมนุษย์ จนกระทั่งในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้หุ่นยนต์นั้นมีลักษณะที่คล้ายมนุษย์ เพื่อให้อาศัยอยู่ร่วมกันกับมนุษย์ ให้ได้ในชีวิตประจำวัน

หุ่นยนต์ถูกแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามลักษณะการใช้งาน คือ 1.หุ่นยนต์ชนิดที่ติดตั้งอยู่กับที่ (fixed robot) เป็นหุ่นยนต์ที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปไหนได้ด้วยตัวเอง มีลักษณะเป็นแขนกล สามารถขยับและเคลื่อนไหวได้เฉพาะแต่ละข้อต่อ ภายในตัวเองเท่านั้น มักนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานประกอบรถยนต์ 2. หุ่นยนต์ชนิดที่เคลื่อนที่ได้ (mobile robot) หุ่นยนต์ประเภทนี้จะแตกต่างจากหุ่นยนต์ที่ติดตั้งอยู่กับที่ เพราะสามารเคลื่อนที่ไปไหนมาไหนได้ด้วยตัวเอง โดยการใช้ล้อหรือการใช้ขา ซึ่งหุ่นยนต์ประเภทนี้ปัจจุบันยังเป็นงานวิจัยที่ทำการศึกษาอยู่ภายในห้องทดลอง เพื่อพัฒนาออกมาใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ เช่นหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคาร ขององค์การนาซ่า

ปัจจุบันมีการพัฒนาหุ่นยนต์ให้มีลักษณะเป็นสัตว์เลี้ยงอย่างสุนัข เพื่อให้มาเป็นเพื่อนเล่นกับมนุษย์ เช่น หุ่นยนต์ IBO ของบริษัทโซนี่ หรือแม้กระทั่งมีการพัฒนาหุ่นยนต์ให้สามารถเคลื่อนที่แบบสองขาได้อย่างมนุษย์ เพื่ออนาคตจะสามารถนำไปใช้ในงานที่มีความเสี่ยงต่ออันตรายแทนมนุษย์ ในประเทศไทย สถานศึกษาในระดับอุดมศึกษาหลายแห่งหรือองค์กรของภาครัฐ และเอกชน ได้เล็งเห็นถึงประโยนช์ของเทคโนโลยีหุ่นยนต์ และร่วมเป็นแรงผลักดันให้เยาว์ชนในชาติ พัฒนาองค์ความรู้ เพื่อให้ก้าวทันเทคโนโลยีของประเทศที่พัฒนาแล้ว โดยการจัดให้มีการแข่งขันหุ่นยนต์ขึ้นในประเทศไทยหลายรายการ เพื่อให้นักศึกษาได้สามารถ นำความรู้ที่เรียนมาประยุกต์ใช้งานได้ เป็นการเสริมสร้างและพัฒนาทักษะ เพื่อนำความรู้ไปพัฒนาประเทศในอนาคต