Drive (Robot) / ชนิดของชุดขับเคลื่อน(กลไก) ในงานหุ่นยนต์ ตอนที่ 2


2.ชนิดของชุดขับเคลื่อน(กลไก) แบบ motor + gearbox

ถือว่าเป็นชุดขับเคลื่อน(กลไก) ในงานหุ่นยนต์/ระบบอัตโนมัติ ที่เป็นที่นิยม  และมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยมีให้เลือกใช้ทั้งแบบราคาไม่แพง/คุณภาพกลางๆ จนราคาแพง/เกรดอุตสาหกรรม คุณภาพสูง หรือแบบพิเศษที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะ  แบ่งเป็น 3 กลุ่มดังนี้


2.1.กลุ่ม DC Gear Motor 

กลุ่มนี้ถือว่าเป็นกลุ่มสำหรับเริ่มต้นโดยส่วนใหญ่ราคาไม่แพงเหมาะกับงานทดลอง/สมัครเล่น หรือ แบบคุณภาพระดับอุตสาหกรรมที่ราคาสูง และสามารถซื้อได้ทั้งชุดประกอบ gear box มาจากโรงงานให้เลย หรือจะซื้อแยกมาประกอบเองก็มีให้เลือกใช้ 
**ในบทความจะเน้นเฉพาะที่เป็น DC motor เป็นหลัก 
  Gear Motor คือ Brushless DC Motor(BLDC) หรือ Brushed DC Motor ที่ประกอบ กับ gearbox มาให้เลยจากโรงงาน บางรุ่นติดตั้ง Electromagnetic Brake มาให้ด้วย และส่วนใหญ่จะขายพร้อมกับ Driver
**ในงานหุ่นยนต์/ระบบอัตโนมัติมักเลือกใช้ BLDC เป็นหลัก 

จุดเด่นของ BLDC  กับ  Brushed DC Motor
-ที่ watt เท่ากัน BLDC จะมีน้ำหนักน้อยกว่า และขนาดเล็กกว่า
-BLDC มีอายุใช้งานยาวนานกว่า
-BLDC สามารถควบคุมความเร็วได้กว้างกว่า ตั้งแต่ 3-4000 rpm ที่ Torque คงที่ (orientalmotor)


จุดเด่นของ BLDC Gear Motor 

1.ราคาไม่แพง 
เอาเฉพาะเกรดอุตสาหกรรม BLDC Gear Motor ที่เคยใช้ ราคาไม่แพง เช่น 
-Brand:Lunyee BLDC 60 watt +Planetary Gear(ทด 15) ราคา 2,200 บาทต่อชุด รวม drive (Speed Control Systems)
-Brand:Orientalmotor BLDC 50 watt +Planetary Gear(ทด 15) ราคา 13,700 บาทต่อชุด รวม drive (Speed Control Systems)
Lunyee BLDC Gear Motor +Driver

Orientalmotor  BLDC Gear Motor +Driver
2.พร้อมใช้ 
เนื่องจากขายเป็นชุด และยังมี Electromagnetic Brake เป็น option ให้เลือกอีกซึ่งทำให้ง่ายต่อการใช้งาน ไม่มีปัญหาความเข้ากันได้ของ motor gear และ Brake และมี Drive มาให้สำเร็จ ต่อสายเสร็จใช้ได้เลย โดยแทบไม่ต้องใช้ PC ในการเซตอัพใดๆ 


3.ทนทาน เชื่อถือได้ 
จากประสบการใช้งาน มาจำนวนมากนั้น เฉพาะเกรดอุตสาหกรรม BLDC motor นั้นทนทาน และน่าเชื่อถือมาก ใช้งานในหลายโครงการ อายุใช้งาน 10,000 ชม.++ ได้สบายๆ โดยไม่ต้องบำรุงรักษาอะไร และส่วนของ Gear box ชุด Drive มีอายุใช้งาน 8000 ชม ใช้งานได้ไม่มีปัญหา 
**จากการใช้งานจริง ที่24ชม 7 วัน

**การคำนวนเพื่อเลือกใช้ต้องถูกต้อง และติดตั้งอย่างถูกต้อง

**จากคลิป ใช้ BLDC Gear Motor กับงาน Conveyor และ Pop Up Transfer 

การทำงาน Conveyor และ Pop Up Transfer
4.พัฒนาต่อได้อีก
จากราคาที่ไม่แพง หาได้ง่าย มี Gear box ประกอบมาให้เลยทำให้นักพัฒนาในกลุ่ม Service Robots เช่น หุ่นยนต์เดิน นำ BLDC +Gear box ติดตั้ง encoder เพิ่ม และพัฒนา drive แบบ Current & Torque Control  เพื่อมาติดตั้งกับ Series Elastic Actuators เป็นต้น เพื่อเป็นชุดขับขาหุ่นยนต์


จุดด้อยของ BLDC Gear Motor

1.เหมาะกับงานที่ต้องการควบคุมความเร็ว (Speed Control Systems) 
ถึงแม้ บางแบรนด์จะมี Drive ที่ควบคุมตำแหน่ง และแรงบิดได้ แต่เป็นลักษณะการตั้งค่าใว้ หรือ Positioning and Torque Limiting Control จึงไม่เหมาะจะใช้ในงานที่ต้องควบคุมตำแหน่ง หรือแรงบิดอย่างงาน robot  หรือถ้าจะติด encoder เพิ่มก็จะต้องเปลี่ยน Drive ใหม่ให้รองรับ หรือทำ drive ขึ้นเอง


2.หนัก 
ถึงแม้จะเป็น BLDC แต่เมื่อประกอบกับ Gear box ก็ยังหนักอยู่ดี
ยกตัวอย่าง BLDC 50 watt +Planetary Gear(ทด 15) mass 1.8 kg เทียบกับ AC Servo motor 50 watt +Planetary Gear(ทด 15) mass 1.1 Kg เท่านั้น  เรื่องน้ำหนักที่มากจึงเป็นเหตหนึ่ง ที่ต้องพิจารณาให้ดี


3.ควบคุม mass moment of inertia Load?
 BLDC Gear Motor ที่มีจำหน่าย ยังไม่เห็นแบรนด์ไหนระบุ ว่าควบคุม load mass moment of inertia ได้เท่าไร เมื่อไม่ระบุ ในฐานะที่เป็นวิศวกรออกแบบจะหลีกเลี่ยงการใช้ในงานควบคุมตำหน่งทันที ถึงแม้จะเพิ่ม encoder และ Drive ที่รองรับแล้วก็ตาม นอกเสียจากจะมีผลการทดสอบจริงมาแสดง


4.คุณภาพตามราคา
ถ้าเป็นส่วนของ motor จะมีคุณภาพด้านความทนทานใกล้กัน แต่ Gear box และ Drive นั้น   คุณภาพแตกต่างกันตามราคา เช่น การควบคุมความเร็วที่ไม่สามารถทำได้คงที่ เป็นต้น ซึ่งถือว่าไม่ตรงตามที่ระบุตามสเปค โดยแตกต่างกับ AC Servo ที่ของแพง หรือ ถูก จะไม่มีปัญหาเรื่องการทำได้ หรือไม่ตรงสเปค เรื่องนี้นั้น อาจเป็นเพราะ AC Servo ถึงแม้จะถูก แต่ราคาก็ไม่ต่างกับของแพงมาก จึงควบคุมคุณภาพการผลิตได้ แต่ BLDC Gear Motor นั้น ของถูกแตกต่างกับของแพงที่สเปคใกล้กันถึง 6 เท่า (จากตัวอย่างข้างต้น) ดังนั้นจะคาดหวังคุณภาพว่าจะตรงตามสเปค นั้นคงยาก


2.2.กลุ่ม DC/AC Servo Motor+Gear box 

กลุ่มนี้ทั้งหมดพัฒนาเพื่อใช้งานระดับอุตสาหกรรม หรือ เกรดอุตสาหกรรม โดยจะแยกขายแบ่งเป็น 3 ส่วนดังนี้
2.2.1.DC/AC Servo Motor ที่ติดตั้ง encoder มาในตัวมีให้เลือกทั้งแบบ incremental  และ absolute โดย absolute ยังแบ่งเป็น single turn และ multiturn และยังมีแบบพิเศษ เช่น batteryless absolute/Mechanical Absolute Encoder เป็นต้น
**single turn อ่านค่าตำแหน่งได้ 1รอบ  ปิดไฟรอบหาย 

**multiturn อ่านค่าตำแหน่งได้  เกิน 1 รอบ (ไม่จำกัด) ปิดไฟยังรู้ตำแหน่ง และรอบ

**batteryless/Mechanical บางรุ่นมีข้อจำกัด ของจำนวนรอบที่อ่านค่าได้ เช่น ได้ ไม่เกิน ±900 รอบ  


2.2.2.DC/AC Servo drive เป็น Drive ที่พัฒนาขึ้นรองรับ motor ขนาดต่างๆ และมีระบบควบคุม 4 แบบ(โดยส่วนใหญ่) Position control mode ,Speed control mode ,Torque control mode และ Fully closed loop control และบางรุ่น แยกย่อยมากกว่านั้น เช่น  Profile Position Mode , Interpolated Position Mode ,Cyclic Synchronous Position Mode ,Cyclic Synchronous Velocity Mode . Cyclic Synchronous Torque Mode และ Touch Probe Function เป็นต้น และมีการเชื่อมต่อ ทั้งแบบเดิม หรือ แบบ EtherCAT หรืออื่นๆ เป็นต้น ให้เลือกใช้


2.2.3.Gear box มีให้เลือกใช้ในงานอุตสาหกรรม(หุ่นยนต์) หลักๆ 3 ชนิด
-Planetary Gearbox  โดยมีสเปคโดยส่วนใหญ่ดังนี้
-อัตราทดตั้งแต่ 3- 220 
-Efficiency 90 - 97 %
-backlash 1-14  arcmin
-Harmonic gear/Harmonic drive โดยมีสเปคโดยส่วนใหญ่ดังนี้
-อัตราทดตั้งแต่ 50-320
-Efficiency 75 % 
**อาจจะต่างจากนี้ โดยประสิทธิภาพจะขึ้นกับอัตราส่วนของ load torque กับ rated torque และ ความเร็วรอบ
-backlash 2-59  arcsec
-Cycloidal drive โดยมีสเปคโดยส่วนใหญ่ดังนี้
-อัตราทดตั้งแต่ 31- 258 
-Efficiency 65 - 85 %
-backlash 1-2  arcmin


AC Servo Motor ประกอบ Harmonic gear
กลุ่มนี้เป็นกลุ่มชุดขับเคลื่อน(กลไก)ที่มีใช้เป็นหลักในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม และเครื่องจักรอัตโนมัติ และระบบทางกลที่ใช้ในภาคอุตสาหกรรม โดยมีผู้ผลิตจำนวนมาก และมีให้เลือกหลากหลายตามต้องการ
AC Servo Motor ประกอบ Planetary Gearbox 
จุดเด่นของ DC/AC Servo Motor+Gear box 
1.แยกจำหน่าย หลากหลาย และรองรับกัน
 DC/AC Servo Motor มีให้เลือกใช้แบบหลากหลาย และยังมี Gear box ที่เลือกใช้ได้ตรงตามต้องการ และการแยกขายทำให้เลือก Gear box ได้ตามความเหมาะสม เช่น ถ้าต้องการให้เพลาของ Gear box  รับ axial load และ radial load สูงๆ ก็สามารถเลือก Gear box ที่ตรงตามต้องการได้ (คำนวนเพื่อเลือกใช้) 


  และการที่ออกแบบเพื่ออุตสาหกรรม ทำให้ Motor และ Gear box สามารถประกอบได้ง่าย มีขนาดหน้าแปลน ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพลา และความยาวเพลาที่รองรับกัน  ตามรูป เป็นการประกอ Motor กับ Harmonic gear  
  การประกอบ AC Servo Motor กับ Harmonic gear
**ปัญหาแบบนี้ ถ้าเป็น Direct-Drive หรือ BLDC Gear Motor ต้องเพิ่มขนาดเท่านั้น หรือ ทำ Bearing support เพิ่มเพื่อรองรับ axial load และ radial load


2.สมรรถณะตามต้องการ
DC/AC Servo Motor มีความเร็วสูงถึง 6000 rpm มีขนาดตั้วแต่ 3 W ถึง 15 KW (หรือมากกว่า) และ Gear box ที่หลากหลายชนิดนั้นก็มีให้เลือกใช้ตามขนาดของ Motor มีหมดทุกความต้องการไม่ว่าจะต้องการให้ มีความเร่ง ความเร็ว Torque และ mass moment of inertia ของ Load เท่าไรก็ตาม ไม่ว่าสมรรถนะแบบไหน คุณก็สามารถหาได้


3.Stiffness ตามต้องการ
คุณสามารถเลือก Gear box ที่มี Stiffness ทั้ง torsional ,bending, tension และ compression ของเพลาได้ตามต้องการ เพื่อมารับ Load ทั้งแบบ static และ dynmic ที่กระทำกับเพลาได้ แน่นอน ถ้าเป็น Direct-Drive หรือ BLDC Gear Motor  ต้องเพิ่มขนาดอย่างเดียว ซึ่ง over spec แน่นอน หรือ ต้องเพิ่ม Bearing support ซึ่งหลายงาน มันเพิ่มไม่ได้


4.แม่นยำ (precise positioning)
ถ้ามาใช้ทำหุ่นยนต์ ไม่ว่าจะเป็น Industrial Robots หรือ Service Robots ไม่ว่าชนิดไหนก็ตาม ด้วย backlash ที่ 2-59  arcsec  ถือว่าเพียงพอแล้ว แต่ถ้าต้องการต่ำกว่านี้ แนะนำ  Direct-Drive 
**ต้องมันใจว่า ต้องการ backlash ที่เท่าไร repeatability เท่าไร

**backlash เป็นค่าอ้างอิงของกลไก เช่น Gear box หรือ timing pulley เป็นต้น 

**Position repeatability  เป็นค่าความแม่นยำรวมของกลไกทั้งหมด ที่ได้จากการทดลอง

**การทดสอบ Position repeatability เป็นการตีแผ่ระบบกลไกของคุณเลยว่าดีแค่ไหน 


5.ควบคุม mass moment of inertia Load
DC/AC Servo Motor เกือบทุกรุ่นจะบอกว่ามัน ควบคุม mass moment of inertia Load ได้เท่าไร ทำให้วิศวกรออกแบบนำไปใช้คำนวนต่อได้


6.ง่ายต่อการควบคุม
โดยปกติจะขายพร้อม Drive ซึ่ง Drive ถูกพัฒนาให้รองรับ motor รุ่นนั้นๆโดยเฉพาะ และมีระบบควบคุมแบบกึ่งสำเร็จให้ใช้ รวมถึงมีโปรแกรม servo tuning เช่น Gain Adjustment, adaptive filter, damping control และ Suppression of Machine Resonance เป็นต้น ซึ่ง servo แต่ล่ะแบรนด์อาจมีชื่อเรียกต่างกันบ้าง      โดยทั้งหมดนั้นช่วยให้ผู้ใช้สามารถเซตอัพการเคลื่อนที่ที่ต้องการได้ง่าย เช่น สร้างการเคลื่อนที่อย่างนุ่มนวล ควบคุมการสั่นสะเทือนขณะวิ่ง และควบคุมค่า  Position repeatability ตามต้องการได้โดยมี cycle time ตรงตามที่ออกแบบใว้ เป็นต้น ซึ่งแบบนี้ถ้าทำ Drive เองนี่ไม่ง่าย…..  

7.มีมาให้พร้อม
DC/AC Servo Motor จะประกอบ encoder มาเลย และยังมี Electromagnetic Brake เป็น option ให้เลือกอีกจึงพร้อมใช้ และสะดวกมาก


จุดด้อยของ DC/AC Servo Motor+Gear box

1.เสียงไม่เงียบ
เสียงในที่นี้คือเสียงจาก Gear box ซึ่งแต่ล่ะแบรนด์ แต่ละชนิด เสียงก็แตกต่างกัน เสียงขึ้นอยู่กับความเร็วรอบ ยิ่งรอบสูงเสียงก็ดัง ถึงไม่ได้ดังมาก แต่ไม่เงียบเท่า Direct-Drive  แต่การที่มีเสียงก็ดีคือ ถ้าใช้ไปแล้วเสียงมันเปลี่ยนแปลงไปจะได้รู้ว่ามันผิดปกติ
**บางแบรนด์เสียงดังมากกว่าปกติ   
**ด้วยราคาที่สูงทำให้มีความคาดหวังว่าเสียงจะเบากว่านี้


2.อายุ
อายุของ DC/AC Servo Motor อายุประมาณ 20,000 ชั่วโมง เทียบกับ Gear box โดยส่วนใหญ่อายุ 5000-7000 ชั่วโมง ดังนั้น Gear box ก็มีอายุสั้นกว่า ตรงนี้อาจเป็นปัญหาของฝ่ายซ่อมบำรุงที่ต้องตรวจเช็ต Gear box  ที่อายุ 5000 ชั่วโมงอย่างละเอียด ถ้าพบปัญหาได้ ซ่อมหรือเปลี่ยน ซึ่งปัญหาอายุที่ไม่เท่ากันนี้ก็ไม่ได้เป็นปัญหาเท่าไร แค่ต้อง PM ตามรอบเท่านั้น    

3.ไม่เหมาะกับทุกระบบควบคุม (Control modes)
ถ้าจะเอาไปใช้กับ ระบบควบคุมพื้นฐานก็คงไม่มีปัญหา แต่ถ้าไปใช้กับระบบควบคุมที่มีนอกเหนือจากที่ Servo drive มีให้ นี้จะเป็นปัญหาแล้ว เพราะส่วนใหญ่นั้นจะใช้ได้ตามที่มีให้เท่านั้น ถ้าต้องการนอกเหนือต้องเปลี่ยน Servo drive หรือทำขึ้นเอง


4.สำหรับโปร
ถ้าจะเลือกใช้โดยเลือกใช้แบบชั่วคราว  ประกอบเพื่อโชว์การทำงาน ก็สามารถทำได้อย่างง่ายๆ แต่สำหรับงานจริงที่จะขาย(เกรดอุตสาหกรรม) ลูกค้าจะมีความคาดหวังในผลงานสูง   ถ้าทำแบบนั้น หรือจะกะๆ เอาคงจะไม่ได้…. วิศวกรออกแบบต้องศึกษาการเลือกใช้ ทั้งส่วน DC/AC Servo Motor และ Gear box ให้ลึกซี้ง หรือปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ


ส่วนของ Gear box ทั้ง  Harmonic drive และ Cycloidal drive จะค่อนข้างยุ่งกว่า เพราะต้องมีการคำนวนหลายอย่าง เช่น Efficiency ซึ่งแปรผันตามตัวแปรอื่นๆ หรือ การคำนวณอายุการใช้งาน ของ wave generator / flexspline และ cross roller bearing รวมถึงการคำนวณ average load torque และ radial/axial load(ทั้งส่วน static/dynamic) สำหรับเพลา เป็นต้น เพื่อหาคำตอบว่า Harmonic/Cycloidal ที่จะใช้นั้นจะมีอายุตามที่ต้องการหรือไม่ และสามารถรองรับแรงภายนอกทั้ง แบบ static และ dynamic ได้หรือไม่  ซึ่งทั้งหมดต้องใช้พื้นฐานวิชา static kinematic และ kinetic และอื่นๆ 
**ในงาน Robot (โดยส่วนใหญ่) จะซีเรียสเรื่องน้ำหนัก และมีพื้นที่จำกัด ซึ่งเท่ากับว่าจะไม่สามารถเพิ่ม Bearing support ได้จึงทำให้แรงภายนอกทั้งหมดมี Gear box เป็นตัวรับแรงเท่านั้น

**radial/axial  load ในแบบ dynamic นั้นหาไม่ง่าย ควรพิจารณาแรงภายนอกแบบ dynamic ให้ท่องแท้

 **Cycloidal จะมีการคำนวนแตกต่างจาก Harmonic drive  แต่หลักการเป็นแนวทางเดียวกัน


5.รูปร่างไม่ถูกใจ
DC/AC Servo Motor โดยส่วนใหญ่มักจะเน้นยาว และมีหน้าแปลนเล็ก ซึ่งเป็นปัญหามากสำหรับงานหุ่นยนต์ เช่น แขนกล ที่อยากได้ที่หน้าแปลนใหญ่ และสั้นก็ไม่มี และยิ่งถ้าใครต้องการทำ collaborative robot จะต้องมีปัญหาแน่กับการที่ มี DC/AC Servo Motor แบบกลวง หรือ Hollow-shaft servo motor ให้เลือกใช้จำกัด ซึ่งที่มีราคาก็สูงมาก และมีแต่ขนาดใหญ่ๆ (จำนวน watt สูง)

2.3.กลุ่ม Motor ประกอบ หรือ motor เฉพาะ

เป็นกลุ่มที่ต้องเลือก และประกอบเองจากอุปกรณ์ต่างๆ ตามความจำเป็นของงาน ประกอบด้วย BLDC Motor ,Gear box , encoder , Electromagnetic Brake และ Drive/Controller เป็นต้น โดยแต่ล่ะอุปกรณ์อาจมาจากแบรนด์เดียวกัน หรือต่างแบรนด์ก็ได้ หรือจะพัฒนาเองก็ตามสะดวก 


จะว่ากลุ่มนี้เป็นกลุ่มทางเลือกใหม่ก็ว่าได้ โดยเฉพาะในงานโครงการ แต่ในงานประดิษฐ์/พัฒนาต้นแบบนั้น พวกนี้ได้ถูกใช้มาอย่างแพร่หลาย และอุปกรณ์ในกลุ่มนี้ค่อนข้างเป็นตัวของตัวเองคือ ใช้ได้(ประกอบด้วยกันได้)กับแบรนด์ของตัวเองเท่านั้น แต่ถ้าไปประกอบกับอุปกรณ์จากแบรนด์อื่นเมื่อไร จะประกอบค่อนข้างยาก หรือ บางกรณีต้องดัดแปลงมาก และบางกรณีเป็นไปไม่ได้เลย หรือ ใช้กับใครไม่ได้ ซึ่งเนื่องจากไม่ได้ออกแบบมาแบบมาตรฐานก็ว่าได้  
ตัวอย่าง
ต้องการ ประกอบ BLDC Motor + Harmonic drive + absolute encoder(multiturn) +  Electromagnetic Brake เพื่อใช้กับ Articulated Robots /collaborative robot
โดยเลือก Maxon EC45 flat (30W)ซึ่งผ่านการคำนวนมาแล้ว และมีรูปร่างที่เหมาะสมกับข้อกำหนดเรื่องขนาดติดตั้ง 
ปัญหาแรกที่พบ คือ motor shaft diameter=4mm นั้นไม่สามารถใช้กับ Harmonic drive size 11 ได้ เพราะ รูใส่เพลามีขนาด 5mm ด้วยปัญหานี้ทำให้ไปต่อได้ยาก  ถ้าจะให้ทำปลอกใส่เพลา(Shaft Sleeve)(หนา0.5mm) อาจทำได้ แต่ไม่ง่าย และจะต้องเพิ่มภาระบำรุงรักษาที่ไม่จำเป็น จึงไม่ใช่ทางเลือกที่ดี
    ลองเทียบกับ DC/AC Servo Motor :yaskawa ที่มีค่า motor shaft diameter=5mm ซึ่งเป็นมาตรฐาน ไม่ต้องแก้ไขอะไร
Maxon EC flat BLDC Motor

วิธีแก้ไข : กรณีแบบนี้ถ้าจะยืนยันไม่เปลี่ยนอุปกรณ์ อาจต้องแก้ไขโดยสั่งทำ  รูใส่เพลาของ Harmonic drive เป็น 4 mm ซึ่งอาจทำได้ หรือไม่ได้ แต่ก็ยังพอมีวิธีแก้ไขด้วยวิธีอื่น แต่ต้องใช้เวลา และต้นทุนที่ต้องเพิ่มขึ้น ซึ่งไม่เหมาะกับงานโครงการ แต่อาจจะเหมาะกับงานต้นแบบของ mass production 
**ยังเป็นแค่ปัญหาแรกเท่านั้น ยังมีเรื่องการประกอบ absolute encoder(multiturn) และ Electromagnetic Brake อีกที่ดูแล้วต้องแก้ไข ดัดแปลงกันพอควร

**บางคนอาจมีคำถาม Maxon ก็มี Gear box ขาย แต่เมื่อดูสเปค Average backlash no load สูงระดับองศา ก็คงต้องยอมรับว่าไม่เหมาะกับงานหุ่นยนต์ แนะนำว่าใช้ของแบรนด์อื่นดีกว่า นอกเสียจากยอมรับตรงนี้ได้


**ถ้าคุณต้องการสร้างต้นแบบ สำหรับผลิตภัณฑ์แบบ mass production กลุ่มนี้เป็นตัวเลือกที่ดีมาก ด้วยความหลากหลาย และยืดหยุ่นเหมาะสมมากสำหรับการพัฒนาผลิคภัณฑ์ใหม่ๆ แต่อาจพบปัญหาความเข้ากันได้ หรือความยุ่งยากในการใช้งาน หรือปัญหาที่ไม่คาดคิดอื่นๆ ซึ่งถ้าคุณมีบุคลากรที่พร้อมอยู่แล้ว เรื่องพวกนี้ไม่ใช่ปัญหาใหญ่อะไร    


ถ้าพิจารณาตัวเลขสมรรถนะ และขนาด/รูปร่าง/น้ำหนัก ก็จะพบว่ามันสร้างแรงดึงดูดต่อ วิศวกรออกแบบหุ่นยนต์มากๆ ด้วยตัวเลขพวกนี้สามารถสร้างสรรค์ผลงานได้หลากหลายตามต้องการ จนต้องยอมใช้มัน ถึงแม้จะลำบากไปบ้างก็ตาม
Frameless, hollow-shaft BLDC Motor (TQ-Group)

Absolute Encoder (Multi-turn)


จุดเด่น Motor ประกอบ 

1.หลากหลาย ยืดหยุ่น
ถ้าต้องการพัฒนาชุดขับเคลื่อนหุ่นยนต์ ให้มีคุณลักษณะตรงตามต้องการมากที่สุด(สมรรถนะ/มิติ) กลุ่มนี้มีอุปกรณ์รูปแบบต่างๆ ทั้งรูปร่าง(มิติ) และสมรรถนะให้เลือกใช้ได้ตามต้องการ โดยเฉพาะถ้างบประมาณคุณมีพอสมควร และมีบุคลากรพร้อม


2.เข้าใกล้ ผลิตภัณฑ์แบบ mass production
ช่วยให้สามารถพัฒนาต้นแบบให้มีความใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์จริงได้ และช่วยลดระยะเวลาของขั้นตอนจาก ต้นแบบ -สู่- ผลิตภัณฑ์จริง รวมถึงมีข้อมูลสนับสนุนการทำแบบ สำหรับการสั่งผลิตชิ้นส่วน/อุปกรณ์ได้ 


3.สมรรถนะ / มิติ / น้ำหนัก น่าประทับใจ
ถ้าใช้สมรรถนะที่เท่ากันมาเทียบ กลุ่มนี้ จะมีน้ำหนักน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ  DC/AC Servo Motor เช่น Maxon EC45 flat (50W) มีน้ำหนัก 110 g เทียบกับ DC/AC Servo Motor :Yaskawa(50W) มีน้ำหนัก 300 g
** Maxon EC45 flat (50W) ยังไม่รวม Absolute Encoder  (Multi-turn) 
พิจารณาต่อ กลุ่มนี้จะมี Rated Torque ต่ำกว่า DC/AC Servo Motor ที่ watt เดียวกัน แต่ มี Continuous speed ที่สูงกว่า (พิจารณาตาม Motor Torque-Motor Speed Characteristics) ซึ่งเหมาะมากสำหรับใช้กับ  Harmonic drive และ Cycloidal drive ที่อัตราทดสูง ไม่เหมาะกับ Planetary Gearbox 

**Planetary Gearbox ที่อัตราทดสูงจำเป็นต้องมีหลาย stage ซึ่งจำนวน stage ยิ่งมาก Efficiency จะยิ่งต่ำ และ backlash ยิ่งสูง รวมทั้งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นมาก

**ถ้าต้องการรีดสมรรถนะให้ได้สูงสุดตามที่ผู้ผลิตออกแบบใว้ วิศวกรออกแบบต้องเข้าใจเรื่อง  Motor Torque-Motor Speed Characteristics และ การใช้งาน/คำนวนเพื่อเลือก Gearbox เป็นอย่างดี ไม่งั้นจะเสียของ  


4.เหมาะกับทุกระบบควบคุม (Control modes) 
ด้วยที่เป็นระบบที่ยืดหยุ่นจึงเลือกประกอบได้ตามต้องการ และสามารถใช้กับระบบควบคุมได้ทุกชนิด เช่น Position, torque, impedance, velocity หรือ current control ก็ได้หมด 
แต่ต้องคำนึงถึงเรื่อง back drivability ถ้าคุณจัดการปัญหานี้ได้ก็จะพบว่ามันเยี่ยมมากโดยเฉพาะถ้าเอาน้ำหนัก และราคามาเป็นตัวตั้ง และสามารถทำเป็นผลิตภัณฑ์ที่ขายได้จริง(ราคาจับต้องได้)ได้ แบบที่ Direct-Drive ทำไม่ได้
**ลองพิจารณา ว่ามีหุ่นยนต์(ขายจริง) แบบ Direct-Drive บ้างไหม?

**การจัดการ back drivability นั้นไม่ง่าย วิศวกรออกแบบต้องมีความรู้ความเข้าใจต่อ Gearbox เป็นอย่างดี 

**จุดเด่นอื่นๆ ก็มีเช่นเดียวกันกับ DC/AC Servo Motor+Gear box คือ 
-Stiffness ตามต้องการ
-แม่นยำ (precise positioning)
-ควบคุม mass moment of inertia Load

จุดด้อย Motor ประกอบ 

1.ต้องดัดแปลง
เนื่องด้วยไม่ได้มีมาตรฐานกลางทำให้ผู้ผลิตแต่ละแบรนด์ ก็ทำขนาดรูปร่างที่ต่างกัน มีแต่อุปกรณ์ของแบรนด์ตนเองเท่านั้นที่ประกอบด้วยกันได้ แต่ดังที่ยกตัวอย่างข้างต้น ก็เป็นปัญหาหนึ่งที่พบได้บ่อย ซึ่งอาจต้องเจอปัญหายากๆ อีก 

เช่น การพัฒนาชุดขับเคลื่อนหุ่นยนต์แบบกลวง ซึ่งต้องใช้ hollow-shaft BLDC Motor +hollow-shaft  Absolute Encoder + hollow-shaft Electromagnetic Brake โดยอย่างหลังนั้นหาขนาดที่ตรงต้องการยาก ซึ่งทำให้ผู้ผลิตต้องออกแบบเอง และสั่งผลิตโดยเฉพาะ เป็นต้น
ซึ่งการที่ต้องดัดแปลงถือว่าเป็นงานที่ท้าทาย ที่ต้องนำส่วนประกอบมาประกอบกันให้ทำงานได้ และทำงานได้ตามจำนวนชั่วโมงที่ต้องการ และต้องมีมิติ และน้ำหนักตามที่กำหนดด้วย จากประสบการณ์ของผู้เขียนเอง ยอมรับว่าเหนื่อย

2.ราคาสูง
เทียบกับสเปคเดียวกันกับที่ DC/AC Servo Motor พบว่ากลุ่มนี้มีราคาที่สูงกว่า ซึ่งถ้าต้องมีการแก้ไขดัดแปลงด้วยแล้ว ค่าใช้จ่ายก็จะสูงขึ้นอีก
**จุดด้อยอื่นๆ ก็มีเช่นเดียวกันกับ DC/AC Servo Motor+Gear box ประกอบด้วย 
-เสียงไม่เงียบ
-อายุ
-สำหรับโปร


ก่อนจบ
ยังมีชุดขับเคลื่อนแบบ motor + gearbox รูปแบบอื่นๆอีกที่ไม่ได้กล่าวถึง ซึ่งเพราะหลักการนั้นไม่ได้ต่างกันกับข้างต้น เช่น 
-Closed Loop Absolute Encoder Stepper Motor+Gear box 
-Stepper Motor ที่มี  Absolute Encoder และประกอบ Gear box มาจากโรงงาน
-RDrive Servomotor ของ Rozum Robotics 
-Hollow-shaft BLDC Motor +hollow-shaft  Absolute Encoder + hollow-shaft Electromagnetic Brake +Drive/Controller ที่รวมทุกอย่างเข้าด้วยกัน และเป็นแบบกลวง เพื่อให้สายไฟ/สัญญานรอดได้ สามารถนำมาประกอบ เป็น collaborative robot ได้
RDrive Servomotor


ในตอนต่อๆไป จะเขียนถึงชนิดชุดขับเคลื่อนที่เหลือ 
--Series Elastic Actuators
--Quasi-Direct-Drive