บทท 1 ความรพนฐานดานหนยนต

1.ความหมายของหนยนต ความหมายของ "หนยนต" โดยหลกทางวชาการของสถาบนหนยนตอเมรกา (The Robot of America 1997) ไดใหความหมายของค าวาหนยนตไว ดงน หนยนตคอ “เครองจกรใชงานแทนมนษย ทออกแบบใหสามารถตงล าดบการท างาน การใชงานไดหลากหลายหนาท ใชเคลอนยายวสดอปกรณ สวนประกอบตาง ๆ เครองมอหรออปกรณพเศษ ตลอดจนการเคลอนทไดหลากหลาย ตามทตงล าดบการท างาน เพอส าหรบใชในงานหลากหลายประเภท” (A Robot reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools or specialized devices through various programmed motions for the performance of a veriety of tasks.) นยามโดยตรงของค าวา หนยนต ตามหลกทางวชาการของสถาบนหนยนต อเมรกากคอ เครองจกรกลทกชนดทสามารถปฏบตงานแทนมนษยไดทกประเภท ทงทางตรงและทางออม รวมทงในงานทเสยงอนตรายโดยทมนษยไมสามารถปฏบตงานได ตลอดจนการท างานทเปนอตโนมตโดยตนเองหรอถกควบคมโดยมนษย และสามารถปรบเปลยนรปแบบการท างานไดหลากหลาย

2. ประเภทของหนยนต ประเภทของหนยนต สามารถแบงแยกไดหลากหลายรปแบบ หลายประเภทตามแต

ลกษณะเฉพาะของการใชงาน ซงการแบงประเภทของหนยนตมกแบงแยกตามลกษณะโครงสรางและสวนประกอบของหนยนตตามแตการใชงาน สามารถแบงได ดงน

2.1 หนยนตทตดตงอยกบท ไมสามารถเคลอนทได หนยนตทตดตงอยกบท สามารถเคลอนไหวไปมาแตไมสามารถเคลอนทได หนยนต

ในประเภทน ไดแก แขนกลของหนยนตทใชในงานดานอตสาหกรรมตาง ๆ เชน งานดานอตสาหกรรมผลตรถยนตแขนกลของหนยนตทใชงานในดานการแพทย เชนแขนกลทใชในการผาตด หนยนตประเภทนจะมลกษณะโครงสรางทใหญโต เทอะทะและมน าหนกมาก ใชพลงงานใหสามารถเคลอนไหวไดจากแหลงจายพลงงานภายนอก และจะมการก าหนดขอบเขตการเคลอนไหวของหนยนตเอาไว ท าใหหนยนตสามารถเคลอนไหวไปมาไดในเฉพาะททก าหนดเอาไวเทานน

2.2 หนยนตทสามารถเคลอนไหวและเคลอนทได

หนยนตทสามารถเคลอนไหวรางกายไปมาไดอยางอสระ หมายความถงหนยนตทสามารถเคลอนยายตวเองจากต าแหนงหนงไปยงอกต าแหนงหนงไดอยางอสระ หรอมการเคลอนทไปมาในสถานทตาง ๆ เชน หนยนตทใชในการส ารวจดวงจนทรขององคกรนาซา หนยนตส ารวจใตภภพหรอหนยนตทใชในการขนถายสนคา ซงหนยนตทสามารถเคลอนไหวไดน ถกออกแบบลกษณะของโครงสรางใหมขนาดเลกและมระบบเคลอนทไปมา รวมทงมแหลงจายพลงส ารองภายในรางกายของตนเอง แตกตางจากหนยนตทไมสามารถเคลอนทไปมาได ซงจะตองมแหลงจายพลงอยภายนอก แหลงจายพลงส ารองภายในรางกายของหนยนตทสามารถเคลอนไหวรางกาย และสามารถเคลอนทไปมาไดนน โดยปกตแลวจะถกออกแบบลกษณะของโครงสรางใหมขนาดเลกรวมทงมปรมาณน าหนกไมมาก เพอไมใหเปนอปกสรรคตอการปฏบตงานของหนยนตหรอออปสรรคในการเคลอนท

3 องคประกอบของหนยนต

3.1 ภาคเซนเซอร เปนภาคทส าคญในการตรวจจบหาสถานะตาง ๆ และต าแหนงของตวเอง โดยใชวสดอน อางองในการตรวจจบ เชน วตถตาง ๆ เหลก พลาสตก หรอ สตาง ๆ โดยเราจะเลอก เซนเซอร ทใชงานตางกนตามตองการ เชน ในหนยนตสวนใหญ จะมเซนเซอร ตรวจจบวตถ หรอสงกดขวางตาง ๆ โดยจะเลอกใชตามความเหมาะสม เชน อลตราโซนค อนฟราเรต เปนตน เพอใหภาคคอนโทรนรบรสถานภาพของตวเอง และจดการกบสงท ตรวจเจอ ทใชกนบอยในหนยนต เพอก าหนดทศทางการเดนของหน ทรจกกนในนาม หนยนตเดนตามเสน (Guide Line) โดย การเซนเซอร ส ขาวกบสด า โดยใชหลกการสะทอนแสงนนเอง ในปจจบนการเซนเซอรกจะมวงจรใหสามารถเลอกใชมากมาย กสามารถทจะเลอกใชไดตามความเหมาะสม หลงจากเซนเซอรตรวจสอบแลว กจะสงสญญาณไปยงภาค คอนโทรน เพอประมวลผล จะสงเกตวา ภาคเซนเซอรจะมเอาพต เปน 0 (0 V.) และ 1 (5 V.) ในระบบดจตอลเพอให รองรบกนกบภาคคอนโทรนนนเอง ภาคเซนเซอร นนยงเปนภาคทตรวจสอบสภาวะของหนยนต เพอทจะใหหนรบรถงสภาพของตวเอง เชน ต าแหนง สงกดขวาง ความสญเสยในตวหน เปนตน

3.2 ภาคควบคม ภาคนเปนหวในหลกของหนยนต เพราะเปนตวประมวลผลและสงการ เราสามารถทจะท าใหหนของเรามสมองสามารถคด และตดสนใจ ควบคม รกษาสภาพตวเอง และท างานตาง ๆ ตามทออกแบบไว เองได โดยใชการรบรจากภาค เซนเซอร นนเอง เมอประมวลผลแลวกจะสงไปควบคมอปกรณ เมคคานค ตาง ๆ ดวยสญญาณดจตอล โดยความสามารถทจะคดและตดสนใจเราจะ

เปนคนตงเงอนไขใหแกมน หรอ การเขยนโปรแกรมนนเอง เชน ถา เซนเซอร ตรวจเจอวตถใหเขาชน ถาตรวจเจอเสนสขาวใหถอยหลง เปนตน ขนอยกบการออกแบบระบบของเรา โดยในปจจบนมตวคอนโทรนใหเลอกมากมายแต ส าหรบหนยนตทวไปจะมขนตอนการประมวลผลนอย ไมยงยากซบซอนมากนก เราจงนยมใช ไมโครคอนโทรนเลอร เชน PIC MCS-51 AVR เปนตน แตส าหรบหนยนตทมาการประมวลผลมาก ซบซอน เชนหนทใชงานในโรงงานอตสาหกรรม กจะใชคอนโทรนตวทมความสามารถเพมขน เชน PLC หรอเครอง PC โดยจะมขอเสยเปรยบและไดเปรยบแตกตางกนไป เชน หนวยความจ า ความสามารถในการประมวลผล ความเรวในการประมวลผล ความยากงายในการเขยนโปรแกรม หรอเนอทในการตดตง กควรจะเลอกใชใหเหมาะสมกบงาน 3.3 ภาคไดรเวอร เนองจากภาคคอนโทรนจะสง เอาพต เพอไปควมคม เมคคานค ในระบบสญญาณ ดจตอลซงมแรงดนและกระแสนอย ไมเพยงพอทจะขบเมคคานคไดโดยตรง จงจ าเปนตองผานไดรเวอรเมอขยายสญญาณในการขบ ในปจจบนมวงจรไดรเวอรใหเราเลอกมากมายเหมอนกน เชน ไอซ ไดรมอเตอร วงจรขบโดยรเลย วงจรขบโดยทรานซสเตอร หรอวงจรขบโดยใชการเชอมโดยทางแสง แตละวงจรกจะมขอไดเปรยบเสยเปรยบตางกน กควรเลอกใชใหเหมาะสมกบงาน ภาคไดรเวอร

3.4 ภาคจายไฟ สวนใหญในหนยนต ทวไปจะมแหลงจายไฟอยาง 2 ชดใหญ ๆ ดวยกน คอ ภาคจายไฟใหกบภาคคอนโทรน (5 V.) และภาคจายไฟใหกบเมคคานค (แลวแตสเปกของเมคคานคทใช) ในภาคนจะเปนภาคส าคญอกภาคหนงทจะท าให ระบบของเรา มความทนตอการรบกวนตาง ๆ ถาเราออกแบบภาคจายไฟไมดแลว จะท าใหวงจรของเรา ถกรบกวนจากสญญาณตาง ๆ ไดงาย

3.5 ภาคเมคคานค เปนภาคทเปลยนพลงงานไฟฟา เปนพลงงานกล ไปควบคม ระบบการท างานของหน เชน การเดน การจบ การยก เปนตน ทใชงานโดยทวไปกม มอเตอรชนดตาง ๆ ไฮโดรลค นวเมตกส เปนตน ซงจะมการใชงานทแตกตางกนไปก ควรเลอกใชใหเหมาะสมกบงานภาคเมคคานค ส าหรบภาคนจะไมจ ากด แนวคดในการสราง 4. ระบบการท างานของโครงสรางหนยนต (Mechanical part)

4.1 ความรพนฐานของระบบรอก

เครองกลชดรอกม 2 ระบบคอ รอกยดตด ( Fixed Pulley ) และรอก เคลอนท ( Moveable Pulley ) โดยรอกยดตดหมายถง ระบบทตวรอกถก ยดตดไว เคลอนทไมไดประกอบดวยเชอก คลองเกยวกบวงลอของรอก สวนของเชอกดานทใชออกแรงดง หรอแรงพยายาม เรยกวา แขนของแรงพยายาม และสวนของเชอกอกดานหนงทผกกบกอนน าหนกหรอแรงตานทานเรยกวา แขนของแรงตานทานดงรป 4.2 ระบบสลกเกลยว ความรพนฐานสลกเกลยวของแมแรงชนด เกลยวหมน ทท าดวยไมหรอโลหะเปนเครองกอยางงาย อกชนดหนง เครองกลชนดนเปรยบเสมอนกบเอาพนเอยง มาพนรอบแทงอะไรสกอยางนนเอง

4.3 ระบบเฟอง 1) เฟองตรง(Spur gear) เปนเฟองทมลกษณะเปนลอ

ทรงกระบอก มฟนขนานกบแกนของตวเฟอง มหนาตดของ ฟนเฟองขนานเทากน และเหมอนกนตลอดทงเฟอง ดงรป

2)เฟองหนอน (Worm gear) เฟองชดนจะ ประกอบดวยตวเกลยวหนอนและเฟองหนอน โดยเกลยวหนอน จะสงก าลงหมนไปขบใหเฟองหนอนหมนตาม ดงรป เฟองชนดนนยมใชกบการทดรอบความเรวสงๆ ใหเปน ความเรวต ามากๆ

3)เฟองดอกจอก (Bevel gear) เฟองชนดนมลกษณะรปรางเปนรป ทรงกรวย(Cone) ฟนของเฟองจะอยโดยรอบผวของทรงกรวย และขนานกบ แกนของเฟอง ดงรป เฟองดอกจอกจะใชส าหรบเปลยนทศทางการสงก าลง

ระหวางเพลาของลอทตงฉากกน เชน การสงก าลงไปยงเพลาของลอรถ เปนตน

จากการศกษาเรองระบบของรอกและเฟองเราสามารถหาความไดเปรยบเชงกลไดจาก

ความไดเปรยบเชงกล = รศมของลอ / รศมของเพลา 5. กลไกการเคลอนทของหนยนต ในการสรางหนยนตเราควรก าหนดรปแบบการเคลอนทของหนยนตทเราจะสรางขนกอน โดยอาศยหลกการพนฐานในการสรางระบบการเคลอนทดงตอไปน

- สามารถเคลอนทไปขางหนา โดยไมลมกลง - เคลอนทไปขางหนาและถอยหลงไดอยางเปนเสนตรง - สามารถหนไปทางซายและขวา ไดดวยวงเลยวทแคบสด - สามารถหนไปขางหนาและหยดไดอยางรวดเรว - สามารถควบคมจากรโมทคอนโทรล แบบตางๆ - ฯลฯ

ซงในระบบทเราเลอกรปแบบการเคลอนทอาจจะเลอกใชอปกรณในการสรางดงตอไปน 5.1 GEAR BOX

ใชเปลยนทศทางการหมน

5.2 ขอเหวยง CRANG สามารถเปลยนการเปลยนการเคลอนทแบบหมน ใหเปนการเคลอนทแบบ ไป – กลบ ได

5.3 ลกเบยว (CAM) สามารถเปลยนการเปลยนการเคลอนทแบบหมน ใหเปนการเคลอนทแบบ ไป – กลบ ได

5.4 โซขนบนได (LAD DER CHAIN) สามารถประยกตใชไดในระบบขบเคลอนทลอของหนยนต โดยอาศยการสงผานก าลงจากมอเตอรไปยงลอทเคลอนท หรอระหวางลอกบลอกได

5.5 สายพานไทมง (TIMING BELT) สามารถประยกตใชไดในระบบขบเคลอนทลอของหนยนต โดยอาศยการสงผานก าลงจากมอเตอรไปยงลอทเคลอนท หรอระหวางลอกบลอกได

6. การสงผานก าลงของหนยนตผานมอเตอร

มอเตอร เปนเครองใชไฟฟาทเปลยนพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกล ประกอบดวยขดลวดทพนรอบแกนโลหะทวางอยระหวางขวแมเหลก โดยเมอผานกระแสไฟฟาเขาไปยงขดลวดทอยระหวางขวแมเหลก จะท าใหขดลวดหมนไปรอบแกน และเมอสลบขวไฟฟา การหมนของขดลวดจะหมนกลบทศทางเดมอปกรณทใชมากทสดในการท าใหเกดก าลงคอ มอเตอร และมอเตอรกมหลากหลายชนดโดยแบงเปน มอเตอรกระแสตรง และมอเตอรกระแสสลบ

ส าหรบมอเตอรทนยมใชในการท าหนยนตอยางแพรหลายนน มดงตอไปน มอเตอรกระแสตรง,สเตปปรงมอเตอร และโซโวมอเตอร เปนตน ซงแตละชนดกจะเหมาะสมกบลกษณะของโครงสรางหนยนตทใชงานแตกตางกนไป

7. วสดทใชในการสรางหนยนต - ไม - อลมเนยม - โลหะ เหลก - ชดตวตอส าเรจรป -เครองมอทใชส าหรบการจบยด - ฯ 8. แหลงจายพลงงานและการควบคม (POWER SUPPLY AND TEMPORARY CONTROL BOX)

แหลงจายพลงงานของหนยนตเพอการแขงขนอาจจะไมยงยากสลบซบซอนมากนก อาจใชแหลงจายพลงงานจากชดเครองมอแบตเตอร (BATTERY) เมอพดถงพลงงานทจะใชกบหนยนตคงตองกลาวถงเพอใหผสนใจศกษาไดทราบไวในเบองตน

- แบตเตอร - POWER SUPPLY ADAPTER

9. วงจรควบคม CONTROL SWITEH

- REMOTE SWITCH - CPU (COMPUTER) - MPU (ไมโครโปรเซสเซอร)

- ไมโครคอลโทรลเลอร 10. วงจรไฟฟา (CIRCUIT)

11. สญลกษณและหนวยพนฐานทางอเลกทรอนกสทควรร - สญลกษณทางอเลกทรอนกส (SYSMBOLS)

- หนวยพนฐานทางอเลกทรอนกส

12. เครองมอเบองตนในการสรางหนยนต