สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

1 บทปฏบตการท 2 - 2

เอกสารปฏบตการประกอบรายวชา 02206482 ปฏบตการวศวกรรมอตสาหการ II

การเคลอนยายชนสวนดวยแขนหนยนต (Part Handling with Robot Arm)

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ

คณะวศวกรรมศาสตรก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

2 บทปฏบตการท 2 - 2

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตรก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร รายวชา 02206482 ปฏบตการวศวกรรมอตสาหการ II

ปฏบตการทดลองท 2-2 การเคลอนยายชนสวนดวยแขนหนยนต (Part Handling with Robot Arm)

วตถประสงค

1. เพอใหนสตมความรความเขาใจเกยวกบสวนประกอบของแขนหนยนต 2. เพอใหนสตสามารถเขยนโปรแกรมเพอควบคมการท างานของแขนหนยนตได 3. เพอใหนสตมแนวทางในการประยกตใชแขนหนยนตรวมกบอปกรณอนๆ ในภาคอตสาหกรรมได

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

3 บทปฏบตการท 2 - 2

1. ทฤษฎทเกยวของ

1.1 ความหมายของหนยนต ความหมายของ "หนยนต" โดยหลกทางวชาการของสถาบนหนยนตอเมรกา (The Robot of

America 1997) ไดใหความหมายของค าวาหนยนตไว คอ เครองจกรใชงานแทนมนษย ทออกแบบใหสามารถตงล าดบการท างาน การใชงานไดหลากหลายหนาท ใชเคลอนยายวสดอปกรณ สวนประกอบตาง ๆ เครองมอหรออปกรณพเศษ ตลอดจนการเคลอนทไดหลากหลาย ตามทตงล าดบการท างาน เพอส าหรบใชในงานหลากหลายประเภท

หนยนต หมายถง เครองจกรทถกควบคมอตโนมต สามารถเขยนโปรแกรมใหมได ใชงานเอนกประสงคโปรแกรมการเคลอนทจะตองสามารถโปรแกรมใหเคลอนทไดอยางนอย 3 แกนหรอมากกวา หนยนตอาจจะยดอยกบทหรอยายต าแหนงเพอใชในงานอตสาหกรรม

1.2 หนยนตอตสาหกรรม

การท างานของหนยนตอตสาหกรรมจะเลยนแบบรางการของมนษยโดยจะเลยนแบบเฉพาะสวนของรางกายทจะน าไปใชประโยชนในอตสาหกรรมเทานน นนคอชวงแขนของมนษย อาจจะเรยกวา แขนกล หรอแขนหนยนต การท างานของหนยนตอตสาหกรรมเปรยบเทยบกบแขนมนษย ดงรปท 1

รปท 1 สวนตางๆ ของหนยนตเปรยบเทยบกบสรระของมนษย

Upper Arm Under Arm

Finger

Finger

Hand

Wrist

Elbow

Shoulder

Waist

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

4 บทปฏบตการท 2 - 2

ในอนาคตหนยนตอตสาหกรรมจะเขามามบทบาทในอตสาหกรรมมากขน โดยจะท างานแทนมนษยในงานตางๆ เหลานงานทอนตราย เชน งานยกเหลกเขาเตาหลอม งานทเกยวของกบสารเคมงานซ าซอนนาเบอ เชนงานยกสนคาจากสายงานผลต งานประกอบ งานบรรจผลตภณฑงานทตองการคณภาพมาตรฐานเดยวกน เชนงานเชอม งานตด งานทตองใชทกษะความช านาญสง เชน งานเชอมแนว เชอมเลเซอร และงานทตองใชความละเอยดประณต เชนงานประกอบชนสวนอเลกทรอนกส และงานตรวจสอบ

1.3 แขนกลหรอแขนหนยนต หนยนตทปราศจากแขนกลนนจะถกจ ากดการใชไวเพยงแคสามารถเคลอนทไดเทานน แตจะไม

สามารถท างานอนได หนยนตทมโครงสรางซบซอนในนยายวทยาศาสตร โรงงานอตสาหกรรมหรอหองทดลองจะมแขนกลอยางนอยหนงอนเพอใชจบหรอเคลอนยายวสดลกษณะการท างานของแขนกลนจะคลายกบการท างานของมนษย ในการสรางแขนกลเพอท าใหหนยนตมความสามารถเพมขนไดอกนนมการออกแบบไมยงยากนก ซงเราสามารถออกแบบใหมลกษณะเชนเดยวกบทใชในโรงงานหรอจะออกแบบใหตดตงกบหนยนตแบบลอเพอใหสามารถเคลอนทได

1.4 การแบงประเภทของหนยนตตามการเคลอนทได 1.4.1 หนยนตทสามารถเคลอนไหวและเคลอนทได

หนยนตทสามารถเคลอนไหวรางกายไปมาไดอยางอสระ หมายความถงหนยนตทสามารถเคลอนยายตวเองจากต าแหนงหนงไปยงอก ต าแหนงหนงไดอยางอสระ หรอมการเคลอนทไปมาในสถานท ตางๆ เชน หนยนตทใชในการส ารวจดวงจนทรของ องคกรนาซา หนยนตส ารวจใตพภพหรอหนยนตทใชในการขนถายสนคา ซงหนยนตทสามารถเคลอนไหวไดน ถกออกแบบลกษณะของโครงสรางใหมขนาดเลกและมระบบเคลอนทไปมา รวมทงมแหลงจายพลงส ารองภายในรางกายของตนเอง แตกตางจากหนยนตทไมสามารถเคลอนทไปมาได ซงจะตองมแหลงจายพลงงานอยภายนอก แหลงจายพลงส ารองภายในรางกายของหนยนตทสามารถเคลอนไหวรางกาย และสามารถเคลอนทไปมาไดนน โดยปกตแลวจะถกออกแบบลกษณะของโครงสรางใหมขนาดเลกรวมทงมปรมาณ น าหนกไมมาก เพอไมใหเปนอปสรรคตอการปฏบตงานของหนยนตหรออปสรรคในการเคลอนท

1.4.2 หนยนตทตดตงอยกบท ไมสามารถเคลอนทได หนยนตทตดตงอยกบท สามารถเคลอนไหวไปมาแตไมสามารถเคลอนทได หนยนตในประเภท

นไดแก แขนกลของหนยนตทใชในงานดานอตสาหกรรมตาง ๆ เชนงานดานอตสาหกรรมผลตรถยนตแขนกลของหนยนตทใชงานในดานการแพทย เชน แขนกลทใชในการผาตด หนยนตประเภทนจะมลกษณะโครงสรางทใหญโต เทอะทะและมน าหนกมาก ใชพลงงานใหสามารถเคลอนไหวไดจากแหลงจายพลงงานภายนอก และจะมการก าหนดขอบเขตการเคลอนไหวของหนยนตเอาไว ท าใหหนยนตสามารถเคลอนไหวไปมาไดในเฉพาะททก าหนดเอาไวเทานน

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

5 บทปฏบตการท 2 - 2

1.5 การแบงตามลกษณะพนทการท างานของแขนกล แขนกลของหนยนตนนสามารถแบงตามลกษณะพนทการท างานของแขนกล ซงหมายถง

ต าแหนงทปลายของแขนกลสามารถเคลอนทไปถงได พนทการท างานของแขนกลนนจะขนอยกบโครงสรางของแขนกล สวนแขนของมนษยนนจะมพนทการท างานคอนขางเปนรปทรงกลม ท าใหสามารถจบสงของตาง ๆ ไดภายในระยะความยาวของแขนเรา ซงลกษณะของหนยนตทมโครงสรางคลายแขนของมนษยนเรยกวา แกนพกดแบบหมนรอบ (revolute coordinate) และยงมโครงสรางของแขนกลอน ๆ ทมการเคลอนท 3 ระดบขนของความอสระดงน

1.5.1 แกนพกดแบบหมนรอบ (Revolute Coordinate) แขนกลประเภทนจ าลองมาจากแขนของมนษย ดงแสดงในรปท 2 ดงนนจงมความ

สามารถเหมอนแขนของมนษย แตกมการออกแบบทคอนขางจะแตกตางกนออกไป เพราะหวไหลของมนษยนนเปนขอตอทซบซอน

รปท 2 แขนกลแบบแกนพกดแบบหมนรอบ

ขอตอสวนหวไหลของแขนกลนนจะมโครงสรางทแตกตางกนอย 2 สวนคอ สวนทท าใหไหลหมนได ซงท าไดโดยการออกแบบใหโครงสรางนนหมนไดรอบสวนฐาน และสวนทท าใหไหลพบหรองอได ซงออกแบบโดยใชขอตอทสามารถยกขนหรอลงได ส าหรบขอศอกของแขนกลนนจะออกแบบโดยใชขอตอทสามารถยกขนหรอลงไดเชนกน แขนกลประเภทนเหมาะทจะน ามาใชสรางประกอบกบหนยนต เนองจากมความสามารถเหมอนกน แขนของมนษย ซงใชงานไดหลายอยาง

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

6 บทปฏบตการท 2 - 2

1.5.2 พกดเชงขว (Polar Coordinate)

แขนกลแบบพกดแบบเชงขวนมพนทการท างานเปนครงทรงกลม ความสามารถของ แขนกลประเภทนคอ สามารถทจะหยบหรอจบสงของทอยรอบ ๆ แขนกลไดอยางสะดวก รปทรงของแขนกลนนแสดงดงรปท 3

รปท 3 แขนกลแบบระบบพกดเชงขว

ลกษณะการเคลอนทของแขนกลนนจะมลกษณะคลายกบแขนกลแบบแกนพกดแบบหมนรอบ คอ มการท างานคลายกบการหมนเของสวนไหลของมนษย ในสวนโครงสรางทเปนขอตอของขอศอกนนจะสามารถเคลอนทขนลงได และในสวนทเปนระดบขนของความอสระท 3 นน จะมโครงสรางทท าใหแขนกลสามารถปรบความยาวเพอทจะจบวตถได แตถาไมมสวนทเปนโครงสรางของแขนกลนจะท าใหแขนกลมความสามารถเพยงแคหยบหรอจบวตถทอยดานหนาภายในรศมทคงทเทานน ซงใชประโยชนไดไมมากนก แขนกลแบบนพบมากในโรงงานอตสาหกรรม ซงเหมาะทจะใชกบงานทตงอยกบท แตกสามารถน ามาตดตงกบหนยนตทเคลอนทไดเชนกน

1.5.3 พกดทรงกระบอก (Cylindrical Coordinate) แขนกลแบบพกดทรงกระบอกนนจะมลกษณะโครงสรางคลายกบหนยนตยกของ พน

ทการท างานของหนยนตจะมลกษณะคลายกบทรงกระบอกตน โดยทโครงสรางสวนไหลนนสามารถทจะหมนรอบฐานไดคลายกบการหมนของแขนกลแบบแกนพกดแบบหมนรอบ และมแขนทสามารถปรบความยาวไดตอกบแขนสวนทเคลอนทขนและลงคลายกบโครงสรางของลฟท ดงแสดงในรปท 4 แขนกลจะสามารถเคลอนทขนและลงพรอมกบปรบความยาวของแขนเพอจบวตถในระดบความสงทแตกตางกน และโครงสรางของแขนในสวนทสามารถปรบความยาวไดนจะมลกษณะเชนเดยวกบแขนกลแบบพกดเชงขว

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

7 บทปฏบตการท 2 - 2

รปท 4 แขนกลระบบพกดทรงกระบอก

1.5.4 พกดฉาก (Cartesian Coordinate) พนทการท างานของแขนกลแบบพกดฉากจะมลกษณะเปนรปกลองดงแสดงในรป

ท 5 โครงสรางของแขนกลแบบนจะตางกบแขนของมนษย และตางจากแขนกลทกลาวมาแลวทง 2 แบบ คอไมมการเคลอนทแบบหมน แตสวนฐานประกอบตวเลอนจะท าหนาทเคลอนแขนกลไปทางดานหนาหรอดานหลง และแขนทท าหนาทคลายลฟทนนจะท าหนาทเคลอนแขนกลใหเคลอนทแบบขนและลง และมสวนของแขนกลทสามารถปรบความยาวเพอสามารถจบวตถได

รปท 5 แขนกลระบบพกดฉาก

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

8 บทปฏบตการท 2 - 2

1.6 Robocell Software สวนประกอบของ RoboCell Software มดงนคอ 1.6.1 3D Simulation Software Demos เปนการแสดงตวอยางของการเขยนโปรแกรมท

แสดงรปภาพการท างานตามทไดออกแบบการทดลองไว 1.6.2 CellSetup เปนโปรแกรมการออกแบบจ าลองการสรางพนทการท างาน 1.6.3 RoboCell เปนโปรแกรมส าเรจรปทใชควบคมการท างานของแขนหนยนต เครองมอ

อตสาหกรรม และวสดอปกรณตาง ๆ 1.6.4 UnInstall เปนการยกเลกการตดตงโปรแกรม RoboCell ในเครองคอมพวเตอร

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

9 บทปฏบตการท 2 - 2

2. อปกรณและวธการ

2.1 อปกรณ 2.2.1. แขนหนยนต 2.2.2. คอมพวเตอร 2.2.3. RoboCell Software 2.2.4. กลองควบคมแขนหนยนต (Teach pendant) 2.2.5. เซนเซอร (Sensor) 2.2.6. กลองอนพตและเอาตพต (Experiment Table หรอ I/O box) 2.2.7. สายพานชนดจานหมนส าหรบวางวตถ 2.2.8. วตถ (Objects) รปทรงตาง 2.2.9. หมดยดต าแหนงวตถ 2.2.10. เครองควบคม หรอกลองควบคม (Controller USB)

2.2 ขนตอนการทดลอง

2.2.1 ศกษาการใชงานโปรแกรม RoboCell ในการควบคมแขนหนยนตขนตอนการทดลองมดงน 1) เขยนโปรแกรม CellSetup ควบคมการท างานของแขนหนยนต และสรางรปภาพ 3 มต

ใหตรงตามต าแหนงของพนทการท างานจรงบนโตะท างาน 2) เขยนโปรแกรม RoboCell ควบคมการท างานของแขนหนยนต หยบวตถกลบมาวางยง

สายพานชนดจานหมนในต าแหนงเดม 3) ท าการ Run Program เพอดวาโปรแกรมสามารถท างานไดอยางตอเนองจนกวาจะสงให

โปรแกรมหยดการท างาน 2.2.2 ศกษาการใชงานแขนหนยนตรวมกบการใชงานเซนเซอร และกลองอนพตและเอาตพต (Experiment Table หรอ I/O box) ขนตอนการทดลองมดงน

1) ศกษาการออกแบบพนทการท างานในโปรแกรม CellSetup และสรางรปภาพ 3 มต ใหตรงตามต าแหนงของพนทการท างานจรงบนโตะท างาน

2) เขยนโปรแกรม RoboCell ควบคมการท างานของแขนหนยนตรวมกบอปกรณเสรม อน ๆ บนโตะท างาน ไดแก เซนเซอร และกลองอนพตและเอาตพต (Experiment Table หรอ I/O box) โดยหยบวตถทง 4 ชนจากสายพานชนดจานหมน ไปวางยงสวทชทง 4 ปม ซงวธนจะตองเขยนค าสงใหกบเซนเซอร และสายพานชนดจานหมน ใหหมนและหยดเมอเซนเซอรพบวตถ

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

10 บทปฏบตการท 2 - 2

3) เขยนโปรแกรมควบคมการท างานของเซนเซอร และสายพานชนดจานหมน ใหหมน และหยดเมอเซนเซอรพบวตถ

4) เขยนโปรแกรมควบคมการท างานของกลองอนพตและเอาตพต (Experiment Table หรอ I/O box) ดงน

4.1) เมอแขนหนยนตหยบวตถชนท 1 ทมรปทรงลกบาศกไปวางยงสวทช 1 หรอ อนพต 1 ใหมเสยงดงออกมาจากล าโพง (Buzzer) 10 วนาท ซงก าหนดใหเปนเอาตพต 2

4.2) เมอแขนหนยนตหยบวตถชนท 2 ทมรปทรงกระบอกไปวางยงสวทช 2 หรอ อนพต 2 ใหหลอดไฟสวาง (Lamp) 10 วนาท ซงก าหนดใหเปนเอาตพต 1

4.3) เมอแขนหนยนตหยบวตถชนท 3 ทมรปทรงลกบาศกไปวางยงสวทช 3 หรอ อนพต 3 ใหมเสยงดงออกมาจากล าโพง (Buzzer) 10 วนาท ซงก าหนดใหเปนเอาตพต 2 4.4) เมอแขนหนยนตหยบวตถชนท 4 ทมรปทรงกระบอกไปวางยงสวทช 4 หรอ อนพต 4 ใหหลอดไฟสวาง (Lamp) 10วนาท ซงก าหนดใหเปนเอาตพต 1

5) หลงจากทหลอดไฟดบลงใหหยบวตถทง 4 ชน กลบมาวางยงสายพานชนดจานหมนในต าแหนงเดม ถอวาสนสดการท างานของโปรแกรม

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

11 บทปฏบตการท 2 - 2

3. ใบงาน

1. จงเขยนโปรแกรมสงงานแขนหนยนตตามขนตอนการทดลองท 2.2.1 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. จงเขยนโปรแกรมสงงานแขนหนยนตตามขนตอนการทดลองท 2.2.2 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

12 บทปฏบตการท 2 - 2

3. จงอธบายความแตกตางของผลการทดลองตอนท 1 และตอนท 2 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ-โลจสตกส คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

13 บทปฏบตการท 2 - 2

เอกสารอางอง : เอกสารประกอบการสอนวชาระบบการผลตอตโนมต. สาขาวชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร

ศรราชา มหาวทยาลยเกษตรศาสตร