หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม

พื้นฐานหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม ฉบับผู้ใช้งาน

ในปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมการผลิต มีการแข่งขันที่เพิ่มขึ้น การเกิดตลาดใหม่ การเพิ่มขึ้นของคู่แข่งในภูมิภาค และประเทศคู่แข่งทางการผลิตที่มีความพร้อมของค่าจ้างแรงงาน สร้างผลกระทบต่อผู้รับจ้างผลิตของไทย ทั้งด้านต้นทุน คุณภาพ และความสามารถในการผลิต ซึ่งทำให้รูปแบบการผลิตที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ มีความจำเป็นต้องปรับเปลี่ยน เพื่อเพิ่มความสามารถการแข่งขันกับคู่แข่งในระดับภูมิภาคและระดับโลก และสายการผลิตแบบอัตโนมัตินั้นได้มีการใช้งานกันในระบบการผลิตของภาคอุตสาหกรรมเป็นปกติอยู่แล้ว แต่มักเป็นผู้ประกอบการขนาดใหญ่หรือมาจากการย้ายฐานหรือเทคโนโลยีการผลิตแบบอัตโนมัติมาพร้อมกับการเริ่มต้นธุรกิจ

สถานการณ์ปัจจุบันกับการเปลี่ยนแปลง

ในปัจจุบันระบบการผลิตแบบอัตโนมัติได้มีการพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพ และมีราคาที่ผู้ประกอบการผลิตอุตสาหกรรม ขนาดกลางและเล็กสามารถเข้าถึงและใช้งานได้ และมีโซลูชั่นมากมายหลายรูปแบบ แต่การเลือกระบบอัตโนมัติ มิได้พิจารณาเฉพาะด้านต้นทุน คุณภาพ และความสามารถในการผลิต ยังมีปัจจัยเรื่องความยากง่ายในการใช้งาน การอัพเกรด การซ่อมบำรุง การใช้พลังงาน ตัวบุคลากรผู้ใช้งาน ทำให้ผู้ใช้งาน เกิดความยากในการตัดสินใจเลือกใช้งาน และกังวลต่อประสิทธิภาพ หรืออาจมองไม่ครอบคลุม การพิจารณาที่ราคาต่ำอย่างเดียวจึงกลายเป็นอุปสรรคในการแข่งขันเพราะระบบที่เลือกไม่เหมาะสม

นอกจากเทคโนโลยีอัตโนมัติแล้ว หุ่นยนต์อุตสาหกรรมถือเป็นส่วนหนึ่งของการใช้ระบบอัตโนมัติเพื่อการผลิต และเป็นหนึ่งในวิธีการเพิ่มความสามารถในการผลิต ซึ่งปัจจุบันผู้ประกอบการผลิตในภาคอุตสาหกรรมให้ความสนใจในการปรับเปลี่ยนระบบอัตโนมัติเดิมมาเป็นการใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมเป็นหนึ่งในสายการผลิต ซึ่งจากการคาดการณ์ ของ IFR (International Federation of Robotics) ยอดขายหุ่นยนต์ทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 6% โดยเฉลี่ยต่อปี จาก ปี พ.ศ.2557 ถึง ปี พ.ศ. 2559 และในปีต่อๆ ไปอย่างต่อเนื่อง และนั่นหมายความว่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะเริ่มเข้ามามีบทบาทเป็นอย่างมากในกระบวนการผลิต เราในฐานะแรงงานที่ต้องรับผลกระทบโดยตรงจึงต้องมีการปรับเปลี่ยนวิธีการให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้นในอนาคตด้วย และเพื่อเป็นการเตรียมความพร้อมต่อการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้น ผู้เขียนจึงขอนำเสนอข้อมูลความรู้ขึ้นพื้นฐานเกี่ยวกับหุนยนต์ในงานอุตสาหกรมเพื่อให้ทุกท่านได้เข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม เป็นเครื่องจักรกลอัตโนมัติอีกรูปแบบหนึ่งที่ถูกออกแบบและสร้างมาเพื่อนำมาใช้ทดแทนคนในกระบวนการผลิตต่างๆ หรือนำมาใช้เพื่อช่วยในกระบวนการผลิตในลักษณะหุ่นยนต์ทำงานร่วมกับคน ซึ่งหุ่นยนต์ที่ถูกสร้างมานั้นมีหลากหลายชนิดขึ้นอยู่กับลักษณะของงานที่ต้องการนำมาประยุกต์ใช้งาน สำหรับหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมนั้นสามารถแบ่งออกได้ ตามลักษณะการทำงาน ได้ 7 ชนิด ดังนี้

• Cartesian Robot
• Cylindrical Robot
• Polar Coordinate Robot
• Scalar Robot
• Articulate Robot
• Spine Robot
• Parallel link Robot

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั้ง 7 ชนิดที่กล่าวมาข้างต้นนั้น จะมีความแตกต่างกันตรงลักษณะการเคลื่อนที่และความสามารถในการทำงานที่ไม่เหมือนกัน รวมไปถึงการประยุกต์ใช้งานที่ต่างกันด้วยแต่ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นมาด้วยหลักการพื้นฐานเดียวกัน ในที่นี้ผู้เขียนจะขอกล่าวถึงเฉพาะส่วนของหุ่นยนต์ที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมมากที่สุด นั่นคือ Articulate Robot อันเนื่องมาจากหุ่นยนต์ชนิดนี้มีความสามารถในการทำงานและสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมได้หลากหลายรูปแบบมากกว่าขนิดอื่นๆ นั่นเอง

Articulate Robot เป็นหุ่นยนต์ที่ออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับแขนของมนุษย์ตั้งแต่ช่วงหัวไหล่ไหลลงไป นั้นหมายความว่าหุ่นยนต์ชนิดนี้ จะมีความสามารถในการทำงานและความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ในลักษณะที่คล้ายกับการเคลื่อนที่ของแขนมนุษย์นั่นเอง หลายๆ คนจึงมักเรียกหุ่นยนต์ชนิดนี้ว่า ‘แขนกล’

จากรูปที่ 1 ที่แสดงด้านบนนั้นเป็นลักษณะของ Articulate Robot หรือที่เรียกกันว่า แขนกล จะเห็นได้ว่ามีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกับของของมนุษย์ ซึ่งนั่นหมายความว่าหุ่นยนต์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการหยิบจับชิ้นงานในกระบวนการผลิต แต่ในปัจจุบันนี้หุ่นยนต์ชนิดนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานให้มีความสามารถมากกว่าทำงานใช้หยิบจับชิ้นงาน ไม่ว่าจะเป็นการประยุกต์ใช้ในกระบวนการงานเชื่อมโลหะต่างๆ งานพ่นสี หรืองาน Spot Gun และบางองค์กรยังมีการพัฒนาให้หุ่นยนต์ชนิดนี้สามารถทำงานในกระบวน Machining อีกด้วย จากตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานข้างต้น จะเห็นได้ว่าหุ่นยนต์จะถูกนำมาใช้งานทดคนนั่นเป็นเรื่องจริงเลยทีเดียว ข้อดีของการใช้หุ่นยนต์เพื่อนำมาทำงานทดแทนคนก็เพราะหุ่นยนต์มีสิ่งที่ไม่เหมือนคน ดังนี้

• หุ่นยนต์มีความแม่นยำและความเที่ยงตรงในการทำงาน
• หุ่นยนต์มีความสามารถในการทำงานในกระบวนซ้ำๆ ได้ดีกว่า
• หุ่นยนต์สามารถปรับเปลี่ยนรูปแบบกระบวนการทำงานได้หลากหลาย
• หุ่นยนต์สามารถประยุกต์ใช้งานได้ในหลากหลายสภาพแวดล้

จากเหตุผลที่กล่าวมาข้างต้นล้วนเป็นข้อดีของหุ่นยนต์ที่จะถูกนำมาใช้งานทดแทนคน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะดีไม่กว่าคนเสียทั้งหมด แน่นอนว่าหุ่นยนต์ก็คือเหล็กที่ถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกันและใส่กลไกต่างๆ ให้สามารถเคลื่อนที่ได้ อีกทั้ง ยังต้องมีระบบในการควบคุบการทำงานดังนั้นการที่หุ่นยนต์จะทำงานหรือเคลื่อนที่ได้จะต้องอาศัยทักษะและความรู้จากคนอยู่ดีทั้งนี้เพื่อทำหน้าที่ในการป้อนโปรแกรมคำสั่งต่างๆ เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำงานได้ตามที่มนุษย์ต้องการ เราจึงต้องมีการเตรียมพร้อมเพื่อให้ทันต่อการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้น

องค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์

ในตอนแรกนี้ผู้เขียนขอทิ้งท้าย ให้ทุกท่านทราบเกี่ยวกับองค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์กันไว้เพื่อที่จะได้เตรียมความพร้อมในเรื่องต่อไปในตอนหน้า สำหรับองค์ประกอบของระบบในการควบคุมหุ่นยนต์ประกอบด้วย องค์ประกอบหลัก คือ

1. Programming Pendent : อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการป้อนคำสั่งโดยผู้ควบคุมหรือ User
2. Controller : ส่วนที่ทำหน้าที่ในการรับคำสั่งจาก User ผ่าน Programming Pendant และนำมาประมาณผล เพื่อทำการควบคุมหรือสั่งการทำงานของหุ่นยนต์
3. Manipulator : เรียกง่ายๆ ว่า ตัวหุ่นยนต์ ที่จะทำงานตามคำสั่งที่ผ่านการประมวลผลจาก Controller

รูปที่ 2 : องค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์

จากรูปที่ 2 ที่แสดงด้านบนนั้นเป็นองค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์ ซึ่งจะมีอยู่ด้วยกัน 3 ส่วนหลัก และจะเห็นได้ว่าองค์ประกอบทั้ง 3 นั้น จะมีความสัมพันธ์กันในกระบวนการควบคุมซึ่งในแต่ละส่วนนั้นก็มีรายละเอียดที่สลับซับซ้อนอยู่มากทีเดียวและนี่จึงเป็นเหตุผลที่เราต้องทำความรู้จักกับมันให้มากเพื่อที่จะได้สามารถทำงานร่วมกับมันได้

เมื่อได้รู้เรื่องเรื่องราวของสถานการณ์ในปัจจุบันและผลกระทบที่จะเกิดขึ้นกับตัวเราเองแล้ว คราวนี้เราคงจะต้องมาเรียนรู้กันต่อไป รายละเอียดต่างๆ ของระบบการควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมนั้นจะมีอะไรบ้าง ในตอนหน้าผู้เขียนจะมานำเสนอให้ทุกท่านได้รู้จักกับรายละเอียดโครงสร้างของหุ่นยนต์และลักษณะการเคลื่อนของหุ่นยนต์กันต่อ ซึ่งถือว่าเป็นเรื่องที่สำคัญเลยทำเดียวที่จะทำให้เราสามารถโปรแกรมหุ่นยนต์ได้ 

โครงสร้างตัวหุ่นยนต์ (Robot Structure)

จากตอนที่แล้วผมได้เกริ่นนำเกี่ยวกับเรื่องของระบบหุ่นยนต์อุตสาหกรรมให้กับทุกๆ ท่านทราบแล้วนะครับว่าสถานการณ์ในปัจจุบันนั้นกำลังมีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก การปรับตัวของภาคอุตสาหกรรมการผลิตเองก็ต้องมีการปรับตัวเพื่อให้สามารถแข่งขันได้ในตลาดธุรกิจ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่นำมาช่วยในกระบวนการผลิตจึงเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีเครื่องจักกลอัตโนมัติที่สำคัญเลยทีเดียว และในตอนที่ 2 จะเป็นการแนะนำให้ทุกท่านได้รู้จักกับหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมมากยิ่งขึ้น เพื่อเตรียมความพร้อมก่อนที่จะสามารถโปรแกรมการทำงานของมันได้ นั่นก็คือ โครงสร้างของตัวหุ่นยนต์และลักษณะการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์นั่นเอง ทั้งนี้ จากที่ทุกท่านทราบกันแล้วนะครับว่าองค์ประกอบของระบบการควบคุมหุ่นยนต์พื้นฐานนั้นจะมีอยู่ด้วยกัน 3 ส่วน ประกอบด้วย

1. ตัวหุ่น หรือ Robot Boy หรือ Manipulator
2. อุปกรณ์ควบคุมหุ่นและโปรแกรหุ่น(ProgrammingPendent)
3. Controller & Amplifier Set

องค์ประกอบทั้ง 3 ส่วนที่กล่าวมาข้างต้นนั้นเรียกได้ว่าเป็นสิ่งที่สำคัญมาก เพราะเนื่องจากการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์หรือการโปรแกรมหุ่นยนต์ให้สามารถทำงานได้นั้น จะต้องมีความรู้ในข้อมูลที่เกี่ยวกับรายละเอียดที่สำคัญของตัวหุ่นยนต์ด้วยจึงจะสามารถโปรแกรมหุ่นยนต์ได้อย่างถูกต้อง สำหรับตอนนี้จะขอกล่าวถึงรายละเอียดในส่วนขององค์ประกอบตัวแรก คือ ‘ตัวหุ่นยนต์’

โครงสร้างตัวหุ่นยนต์

ตัวหุ่นยนต์ (Robot Body / Manipulator) เป็นส่วนที่สำคัญที่สุด เพราะเวลาที่เราจะพิจารณาเลือกใช้หุ่นยนต์สักตัวเพื่อทำมาใช้ช่วยในกระบวนการผลิตจะต้องคำนึงถึงลักษณะของงาน พื้นที่ สิ่งแวดล้อม เนื่องจากตัวหุ่นยนต์นั้นเป็นส่วนที่ต้องนำมาใช้ในกระบวนการทำงานอยู่ตลอดเวลา ซึ่งลักษณะงานที่แตกต่างกันก็จะเป็นตัวบ่งบอกในเรื่องของขนาดโครงสร้างของตัวหุ่นยนต์ด้วย ซึ่งตรงนี้หลายๆ ท่านอาจนึกภาพออก ซึ่งถ้าเปรียบเทียบกับคน หากคนที่ตัวเล็กอาจยกของได้น้อยกว่าคนตัวใหญ่นั่นเอง ดังนั้น เราจึงต้องมาศึกษาให้เข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างของตัวหุ่นยนต์ก่อนว่าประกอบไปด้วยอะไรบ้าง เพราะหากเราไม่ทราบเราก็จะไม่สามารถโปรแกรมหุ่นยนต์ให้ทำงานได้ ที่สำคัญ คือ เราจะคุยกับคนอื่นไม่รู้เรื่องอีกด้วย

รูปที่ 1 : ตัวหุ่นยนต์ยี่ห้อต่างๆ

จากภาพด้านบนเป็นภาพแสดงให้เห็นถึงตัวอย่างของตัวหุ่นยนต์ (Robot Body) ยี่ห้อต่างๆ ในตลาดหุ่นยนต์ จะเห็นได้ว่าถึงแม้จะต่างยี่ห้อกัน แต่ลักษณะของโครงสร้างจะมีลักษณะโครงสร้างที่เหมือนกัน ความแตกต่างจะอยู่ที่ลักษณะของการ Design เท่านั้น โดยโครงสร้างที่สำคัญถูกออกแบบมาจะประกอบด้วยส่วนของท่อนแขนหรือ ‘Link’ และส่วนของข้อต่อหรือ ‘Joint’ และลักษณะโครงสร้างของหุ่นยนต์ทั้ง 2 ส่วนนั้น ยังเป็นตัวกำหนดชนิดของหุ่นยนต์ตามที่กล่าวไว้ในตอนที่ 1 อีกด้วย

Link & Joint

Link & Joint เป็นโครงสร้างหลักของตัวหุ่นยนต์ ซึ่งทั้งสองส่วนนี้จะเป็นส่วนที่เราต้องทำการโปรแกรมให้หุ่นยนต์เกิดการเคลื่อนที่และจะทำงานสัมพันธ์กันตามโปรแกรมที่ User กำหนดไว้

Link คือ โครงสร้างของหุ่นยนต์ที่เป็นท่อนแขน มีหน้าที่ในการเข้าสู่พื้นที่การทำงาน โดยความยาวของ Link จะเป็นตัวบ่งบอกสมรรถนะของตัวหุ่นยนต์ และความสามารถในการเข้าสู่พื้นที่การทำงานด้วย หุ่นยนต์อุตสาหกรรมชนิด Articulate Robot จะมี Link อยู่จำนวน 2 Link ดังนี้

a. Link ท่อนบน หรือ Upper Link เป็นส่วนของท่อนแขนบนสำหรับเข้าสู่พื้นที่การทำงาน และเป็นส่วนที่เชื่อมต่อกับข้อมือ Robot Hand สำหรับติดตั้ง Robot Tool

b. Link ท่อนล่าง หรือ Lower Link เป็นส่วนของท่อนแขนที่ทำหน้าที่ในการรับน้ำหนักทั้งหมดที่เกิดขึ้นของตัวหุ่นทั้งหมดเป็นส่วนที่รองรับน้ำหนักของแขนท่อนบนและเชื่อมต่ออยู่กับฐาน Base ของหุ่นยนต์

                         รูปที่ 2 : แสดงโครงสร้างของ Link หรือท่อนแขนของตัวหุ่นยนต์

ตามที่ทราบกันในเบื่องต้นแล้วว่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมชนิด Articulate Robot นั้น ถูกออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายกับแขนของมนุษย์ ดังนั้นเพื่อให้ง่ายต่อการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเรื่องของ Link ทั้ง 2 ส่วน จึงขอเปรียบเทียบกับแขนของมนุษย์ตามตารางที่ 1

ตารางที่ 1 : 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 กล่าวคือ การที่เราทำการโปรแกรมหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่ ก็คือ การโปรแกรมการทำงานของ Joint หรือข้อต่อทั้งหมดของหุ่นยนต์ นั่นหมายความว่า ส่วนของ Joint คือ ส่วนที่ทำการติดตั้ง Servo Motor ไว้นั่นเอง โดยปกติแล้ว หุ่นยนต์อุตสาหกรรมชนิด Articulate Robot จะมีข้อต่อ หรือ Joint ทั้งหมด 6 Joint หรือบางครั้งคนที่อยู่ในวงการการควบคุมหุ่นยนต์ มักเรียกว่าหุ่นยนต์ 6 แกน (6 Axis) ดังแสดงในรูปที่ 3

                                  รูปที่ 3 : ข้อต่อหรือ Joint ของหุ่นยนต์และชื่อเรียก

จากรูปที่ 3 แสดงให้เห็นถึงข้อต่อหรือ Joint ของหุ่นยนต์ซึ่งมีอยู่ด้วยกันทั้งหมด 6 Joint ด้วยกัน โดยมีชื่อเรียกและหน้าที่ของแต่ละ Joint และเปรียบเทียบกับแขนของมนุษย์ได้ตามตารางที่ 2

      ตารางที่ 2 : 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

จากข้อมูลที่กล่าวมาทั้งหมดทุกท่านอาจจะมองเห็นภาพโครงสร้างของตัวหุ่นยนต์กันแล้วนะครับ ซึ่งเจ้าตัวโครงสร้างของหุ่นยนต์ทั้งสองส่วนที่กล่าวมานั้น มีความสำคัญต่อการโปรแกรมการทำงานของหุ่นยนต์มาก เพราะอย่างที่ได้กล่าวมาแล้วว่าการควบคุมโปรแกรมหุ่นยนต์ ก็คือ การสั่งให้โครงสร้างทั้งสองส่วนนี้เกิดการเคลื่อนที่เพื่อทำงานตามที่เราต้องการนั่นเอง ในตอนหน้าจะนำเสนอให้ทุกท่านได้รู้จักกับองค์ประกอบในระบบควบคุมหุ่นยนต์ที่เหลืออีก 2 ส่วน เพื่อที่จะได้เริ่มเรียนรู้การโปรแกรมเบื้องต้นกันนะครับ โปรดติดตาม สำหรับตอนนี้ขอจบเรื่องราวของโครงสร้างตัวหุ่นยนต์ไว้เท่านี้ ขอบคุณที่ติดตามนะครับ สวัสดีครับ…

โครงสร้างของหุ่นยนต์สำหรับงานอุตสาหกรรมจะประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน คือ ส่วนที่เป็นแทนแขน หรือ Link และส่วนที่เป็นข้อต่อ หรือ Joint ซึ่งส่วนประกอบทั้งสองส่วนนี้จะเป็นส่วนประกอบที่จะต้องทำงานตามคำสั่งที่ User ได้ทำการโปรแกรมไว้ ดังนั้น การที่จะทำการควบคุมหรือโปแกรมการทำงานของหุ่นยนต์ให้เกิดการเคลื่อนที่ได้นั้นก็จำเป็นที่จะต้องมีองค์ประกอบอื่นเข้ามาเกี่ยวข้องกับการโปรแกรมการทำงานของหุ่นยนต์ด้วย ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าหุ่นยนต์นั้นก็คือเครื่องจักรกลอัตโนมัติอีกรูปแบบหนึ่งที่นำมาประยุกต์ให้สามารถทำงานทดแทนแรงงานคน ดังนั้น เมื่อเป็นเครื่องจักรกลอัตโนมัติก็หมายความว่าเราสามารถที่จะโปรแกรมการทำงานให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องนั่นเอง โดยปกติแล้วเครื่องจักรกลอัตโนมัติทุกรูปแบบจะมีองค์ประกอบที่สำคัญอยู่ 3 ส่วน คือ

1. ชิ้นส่วนทางกล (Mechanical Unit)
2. ตัวควบคุมการขับเคลื่อน (Drives Unit)
3. ชิ้นส่วนควบคุม (Controller Unit)

องค์ประกอบของระบบการทำงานในเครื่องจักรกลอัตโนมัติที่กล่าวมาข้างต้นทั้ง 3 ส่วนนั้น เมื่อระบบมีการสั่งให้เกิดการทำงานแล้วจะต้องทำงานในการติดต่อสื่อสารซึ่งกันและกันตลอดเวลา เพื่อให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องและมีความแม่นยำ โดยในส่วนของหุ่นยนต์เองก็เช่นเดียวกัน ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 1

รูปที่ 1 : องค์ประกอบของระบบควบคุมเครื่องจักรอัตโนมัติ

จากรูปที่ 1 แสดงให้เห็นองค์ประกอบของระบบการควบคุมเครื่องจักรกลอัตโนมัติรวมไปถึงระบบการควบคุมหุ่นยนต์อัตโนมัติด้วย หุ่นยนต์จำเป็นต้องมีการเคลื่อนที่ ดังนั้น จึงต้องมีมอเตอร์ (Motor) เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์นั้นจะอยู่ในส่วนที่เป็น Joint ของหุ่นยนต์นั่นเอง สิ่งที่เราต้องการในการทำงานของหุ่นยนต์นั่นคือ หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้ โดยสามารถควบคุมความเร็ว(Speed) ของหุ่นยนต์ให้เร็วหรือช้าได้ด้วยการควบคุมมอเตอร์ นอกจากนี้ ตัวหุ่นยนต์เองจะมีน้ำหนักจากอุปกรณ์ประกอบต่างๆ รวมถึงน้ำหนักของ Link บนตัวหุ่นยนต์ น้ำหนักที่เกิดขึ้นก็คือภาระโหลดของตัวมอเตอร์ ดังนั้น มอเตอร์จึงจำเป็นที่จะต้องมีการควบคุมเรื่องของแรงบิด (Torque) เพื่อเอาชนะน้ำหนักและแรงโน้มถ่วงของโลกที่เกิดขึ้นได้ด้วย อีกทั้ง ในเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่โดยปกติก็จะต้องมีการหยุดเพื่อทำงานในตำแหน่งต่างๆ ที่ User ต้องการ มอเตอร์จึงต้องมีความแม่นยำในการทำงาน กล่าวคือ มอเตอร์จะต้องสามารถควบคุมตำแหน่ง (Position) เพื่อให้สามารถเคลื่อนจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ มอเตอร์ที่นำมาใช้กับระบบหุ่นยนต์จึงต้องเป็นมอเตอร์ชนิดที่สามารถควบคุมได้นั่นคือ Servo Motor  นั่นเอง กล่าวโดยสรุปแล้ว มอเตอร์ (Motor) คือส่วนที่เป็น Mechanical Unit, อุปกรณ์ที่ทำการควบคุมความเร็วและแรงบิด คือ Servo Amplifier หรือ Drives Unit และอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการคุมตำแหน่ง (Position) ก็คือส่วนของ Controller Unit และยังมีเอนโค้ดเดอร์ (En : Encoder) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการตรวจสอบเพื่อทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณในการทำงานของมอเตอร์ ให้เกิดความแม่นยำและถูกต้องในลักษณะของการส่งสัญญาณป้อนกลับ (Feed Back) ยังมีระบบการตรวจสอบประมาณกระแส (CT) ที่จ่ายเข้ามอเตอร์เพื่อรักษาความสามารถด้านแรงบิดของมอเตอร์ด้วย

รูปที่ 2 : องค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์

จากรูปที่ 2 ที่แสดงให้เห็นองค์ประกอบของระบบควมคุมหุ่นยนต์ ซึ่งประกอบด้วย ตัวหุ่น (Manipulator), อุปกรณ์ควบคุมและโปรแกรมหุ่นยนต์ (Programming Pendent), คอนโทรลเลอร์ (Controller) ในตอนที่แล้วเราได้รู้จักเกี่ยวกับโครงสร้างของตัวหุ่นไปแล้ว ในตอนนี้เรามาทำการรู้จักกับอุปกรณ์ควบคุมและโปรแกรมหุ่นยนต์ หรือ Programming Pendant กันต่อครับ

อุปกรณ์ควบคุมและโปรแกรมหุ่นยนต์ (Programming Pendent)

อุปกรณ์ควบคุมและโปรแกรมหุ่นยนต์ (Programming Pendent) เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอีกหนึ่งองค์ประกอบในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ อุปกรณ์ตัวนี้จะเป็นส่วนที่ User จะต้องใช้งานอยู่บ่อยครั้งที่สุด โดย Programming Pendant มีไว้สำหรับทำการควบคุมหรือสั่งให้หุ่นยนต์เกิดการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่างๆ ที่เราต้องการ เราไปถึงยังทำหน้าที่ในการเขียนโปรแกรมการทำงานของของหุ่นยนต์ ตรวจสอบโปรแกรม, Start/Stop การทำงานของระบบหุ่นยนต์และยังทำหน้าที่ในการแสดงผลการทำงานต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นข้อความ Alarm, สถานะการทำงานของหุ่นยนต์, Cycle Time ,แสดงข้อมูล Parameter ต่างๆ, จัดเก็บหรือสำรองข้อมูลโปรแกรมการทำงานของตัวหุ่น และข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมหุ่นยนต์อีกมากมาย โดยอุปกรณ์ Programming Pendant นี้จะต้องทำการติดต่อสื่อสารเพื่อส่งและรับข้อมูลต่างๆกับคอนโทรลเลอร์อยู่ตลอดเวลา ทั้งนี้ หุ่นยนต์ทุกตัวจะต้องมีอุปกรณ์ตัวนี้เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ในปัจจุบันนี้หน้าตาของ Programming Pendent ก็จะแตกต่างกันออกไปตามยี่ห้อของผู้ผลิตและได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถใช้งานได้ง่ายยิ่งขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 : ตัวอย่าง Programming Pendent 

           ของหุ่นยนต์ยี่ห้อ Yasakawa

จากรูปที่ 3 เป็นรูปที่แสดงให้เห็นถึงลักษณะของ Programming Pendant ของหุ่นยนต์ยี่ห้อ Yaskawa ซึ่งเราจะเห็นว่าบน Programming Pendent นั้น จะมีรายละเอียดและปุ่มต่างๆมากมาย ซึ่งในการใช้งานนั้นก็ขึ้นอยู่กับระดับของผู้ปฏิบัติว่ามีการปกป้องระดับของผู้ใช้งานไว้อย่างไร โดยปกติแล้วบริษัทผู้ผลิตก็จะมีการตั้งค่ามาให้แล้ว เช่น จากตัวอย่างเป็นของ Yaskawa จะมีการตั้งค่าระดับของผู้ใช้งานอยู่ 3 ระดับ ซึ่งในแต่ละระดับก็จะมีการตั้งค่ารหัสผ่านไว้ เพื่อเป็นการปกป้องการใช้งานปุ่มต่างๆ บน Programming Pendant ประกอบด้วย

1. ระดับ Operator : ผู้ใช้งานระดับ Operator คือ กลุ่มผู้ใช้งานทั่วไปที่ไม่เกี่ยวข้องการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ผู้ใช้งานระดับนี้จะสามารถใช้งาน Programming Pendant ได้ในเบื้องต้นเท่านั้น อาทิเช่น การสั่ง Start / Stop โปรแกรม และดูการทำงานของโปรแกรม ไม่สามารถแก้ไขหรือกดปุ่มบางปุ่มได้ โดยผู้ใช้ระดับนี้ไม่ต้องใช้รหัสผ่านในการใช้งาน
2. ระดับ Editor : ผู้ใช้งานระดับ Editor คือกลุ่มผู้ใช้งานที่ได้รับสิทธิ์ในการเปลี่ยนแปลงแก้ไขโปแกรมการทำงานของหุ่นยนต์ได้ และยังสามารถทำการเขียนโปรแกรมการทำงานของหุ่นยนต์ สามารถใช้งานปุ่มคำสั่งต่างๆ บน Programming Pendant ได้ แต่จะไม่สามารถเข้าถึงการเปลี่ยนแปลง Parameter ของตัวหุ่นยนต์ได้ ผู้ใช้กลุ่มนี้จะได้รับรหัสผ่านและต้องใช้รหัสผ่านในการเปิดใช้งาน Programming Pendant ระดับ Editor
3. ระดับ Management : ผู้ใช้งานระดับ Management เป็นกลุ่มผู้ใช้งานที่ได้รับสิทธิ์ให้สามารถดำเนินการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบการควบคุมหุ่นยนต์ได้ทั้งหมด โดยปกติแล้วกลุ่มผู้ใช้งานระดับนี้ เมื่อหุ่นยนต์ถูกใช้งานอยู่ในโรงงานและจะมีผู้สามารถเข้าถึงได้เพียงไม่กี่คนเท่านั้น เนื่องจากระดับนี้ถือเป็นระดับผู้ใช้งานที่จะต้องทำการรักษาความลับรวมไปถึงต้องดูแลให้หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ผู้ใช้กลุ่มนี้จะได้รับรหัสผ่านและต้องใช้รหัสผ่านในการเปิดใช้งาน Programming Pendant ระดับ Management ซึ่งจะเป็นรหัสผ่านที่ไม่เหมือนกับระดับ Editor

จากที่กล่าวมานั้นเมื่อเราจำเป็นต้องใช้งาน Programming Pendant เราเองก็ต้องพิจารณาด้วยว่าเราเป็นผู้ใช้งานอยู่ในระดับใด เพราะไม่เช่นนั้น เราอาจจะเกิดความสงสัยในระหว่างการใช้งานว่าทำไมถึงไม่สามารถใช้งาน หรือเข้าถึงฟังก์ชั่นและคำสั่งที่เราต้องการได้ โดยเมื่อเราเปิดใช้งานระบบในครั้งแรกหรือในขณะที่ระบบกำลังทำงานอยู่เราสามารถที่จะตรวจสอบสถานะระดับกลุ่มผู้ใช้งานได้โดยข้อมูลสถานะระดับผู้ใช้งานนั้นจะถูกแสดงในรูปแบบสัญลักษณ์ อยู่บนหน้าจอแสดงผลของ Programming Pendant นั่นเอง

รายละเอียดเบื้องต้นบนอุปกรณ์ควบคุมและโปรแกรมหุ่นยนต์ 
(Programming Pendent Detail)

ในหัวข้อนี้จะนำเสนอให้ทุกท่านได้ทราบถึงส่วนประกอบและหน้าที่ของปุ่มกดต่างๆ บน Programming Pendant เบื้องต้นว่าประกอบไปด้วยอะไรและมีหน้าอะไรบ้าง ทั้งนี้ เพื่อเป็นพื้นฐานความรู้ในเบื้องต้นสำหรับผู้ที่กำลังจะเริ่มใช้งาน โดยจะขอยกตัวอย่าง Programming Pendant ของหุ่นยนต์ยี่ห้อ Yaskawa มาประกอบการอธิบายเพื่อให้เกิดความเข้าใจมากยิ่งขึ้น ดังรูปที่ 4

จากรูปที่4เป็นการแสดงให้เห็นถึงองค์ประกอบของ Programming Pendant โดยแบ่งองค์เป็น 3 ส่วนหลักๆ ดังนี้

1. Operation Switch : องค์ประกอบส่วนนี้จะประกอบไปด้วยสวิตช์ต่างที่มีหน้าที่ในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์หลังจากที่เรามีการโปรแกรมการทำงานเสร็จเรียบร้อยแล้ว อาทิสวิทช์เลือกโหมดการควบคุมการทำงาน,สวิทช์ Start/Stop, Emergency Switch, Holding Switch เป็นต้น ดังตัวอย่างในรูปที่ 5

รูปที่ 4 : องค์ประกอบ Programming Pendant

รูปที่ 5 : Operation Switch บน Programming Pendant ยี่ห้อ Yaskawa

2. Touch Panel : หรือเราอาจเรียกว่าหน้าจอแสดงผล (Display) ก็ได้ ส่วนนี้จะเป็นส่วนของพื้นที่ในการแสดงผลรายละเอียดของโปรแกรมตามที่ User ต้องการ และยังเป็นพื้นที่สำหรับทำการเขียนโปรแกรมและแก้ไขโปรแกรมพร้อมทั้งแสดงการทำงานของโปแกรมอีกด้วย ในปัจจุบันด้วยเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าหน้าจอแสดงผลของ Programming Pendant จึงได้รับการพัฒนาให้เป็นแบบหน้าจอ Touch Screen เราจึงเรียกว่า Touch panel โดยจะมีลักษณะคล้ายๆ กับหน้าจอคอมพิวเตอร์ กล่าวคือ บนหน้าจอจะมีปุ่มสำหรับกดผ่านบานหน้าจอและมีเมนูฟังก์ชั่นต่างๆ ให้เราสามารถใช้งานได้อย่างสะดวกอีกด้วย 

ดังตัวอย่างในรูปที่ 6

รูปที่ 6 : รายละเอียดของ Touch Panel บน Programming Pendant ยี่ห้อ Yaskawa

3. Optimal Key : ปุ่มกดต่างๆ สำหรับควบคุมหรือสั่งการหุ่นยนต์ให้เกิดการเคลื่อนและปุ่มฟังก์ชั่นพิเศษเกี่ยวกับการควบคุมและการโปรแกรมหุ่นยนต์แล้วไปถึงปุ่มสำหรับป้อนค่าตัวเลขต่างๆ ในส่วนของปุ่มกด Optimal Key เราจะใช้ในการควบคุมให้หุ่นยนต์เกิดการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่างๆ ในขณะที่เราทำการโปรแกรมหุ่นยนต์หรือที่เรียกกันว่า Teaching และยังสามารถระบุความเร็วให้ในการเคลื่อนที่ของตัวหุ่นในขณะที่ทำการโปแกรมผ่านปุ่ม Manual Speed ได้ โดยOptimal Key บน Programming Pendant ของหุ่นยนต์แต่ละยี่ห้อก็จะมีหน้าตาและรายละเอียดที่แตกต่างกันออกไป ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับบริษัทผู้ผลิตในการสร้างและพัฒนาฟังก์ชั่นพิเศษสำหรับการโปรแกรมหุ่นยนต์ ซึ่งก็ถือเป็นจุดขายของแต่ละยี่ห้อนั่นเอง ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 7

รูปที่ 7 : รายละเอียดของของ Optimal Key

และรายละเอียดโดยรวมของ Programming Pendant ยี่ห้อ Yaskawa

จากที่กล่าวมาข้างต้นนั้น เป็นการแสดงให้เห็นถึงความสำคัญและรายละเอียดต่างๆ ของ Programming Pendent ซึ่งถือว่ามีความสำคัญค่อนข้างสูง เพราะจะเห็นได้ว่าในการควบคุมการเคลื่อนให้หุ่นยนต์เคลื่อนไปยังตำแหน่งต่างๆ รวมไปถึงการโปรแกรมการทำงานของหุ่นยนต์จะต้องอาศัย Programming Pendant เป็นสำคัญ แต่อย่างที่ได้บอกไปแล้วในข้างต้นว่า Programming Pendant ของหุ่นยนต์แต่ละยี่ห้อนั้นก็จะมีรายละเอียดที่แตกต่างกันออกไป และรายละเอียดฟังก์ชั่นการใช้งานเองก็มีค่อนข้างมาก ซึ่งในการใช้งานตามหน้างานจริงแล้วอาจไม่ได้มีการใช้งานในทุกๆ ฟังก์ชั่นเสมอไป ทั้งนี้ จากข้อมูลในเบื้องต้นเป็นการนำเสนอให้เห็นภาพรวมเท่านั้น เพื่อให้เกิดความเข้าใจในองค์ประกอบอย่างง่าย ดังนั้น ในการใช้งาน Programming Pendant จึงควรศึกษาควบคู่กับคู่มือการใช้งาน Programming Pendant ของหุ่นยนต์ที่เราใช้งานด้วยจะดีที่สุด