การนำหุ่นยนต์มาใช้จับวัตถุใดๆนั้น หลักการที่จะทำให้หุ่นยนต์จับวัตถุนั้นได้คือ การกำหนดตำแหน่งให้กับวัตถุที่จะจับ ซึ่งแบ่งเป็น 2 รูปแบบคือ
1.Fixture
วิธีนี้ถือเป็นพื้นฐาน ที่ใช้ fixture มาทำให้วัตถุนั้นอยู่กับที่(ที่เดิมตลอดเวลา) ทั้ง 6 แกน (3แกนเชิงเส้น 3แกนเชิงมุม) และสอนหุ่นยนต์ให้รู้ตำแหน่งจับ
2.Fixtureless
คือการไม่ต้องใช้ fixture มากำหนดตำแหน่งวัตถุ แต่ใช้ sensor หรือกล้อง มาระบุตำแหน่งแทน ทั้งในแบบ 6แกน (3แกนเชิงเส้น 3แกนเชิงมุม) และ 5แกน (2แกนเชิงเส้น 3แกนเชิงมุม)
สำหรับตะกร้านั้นใช้ระบบ fixture เพื่อกำหนดตำแหน่งตะกร้าเพื่อให้หุ่นยนต์จับ
จุดประสงค์
1.ต้องมีประสิทธิภาพการจับตะกร้าที่ 99.98 %
-โอกาสจับไม่ได้ ต้องไม่เกิน 2 ใบที่การจับ 16,000 ครั้ง
2.จับตะกร้าที่ผิดรูป จากการใช้งานได้
3.อัตราทำงานต้องมากกว่า 800 ใบต่อชั่วโมง(ไม่มีทิ้งขยะ)
ตะกร้า
รูปที่1 ตะกร้า
คุณลักษณะที่ต้องพิจารณา สำหรับการจับด้วย
หุ่นยนต์
1.Stiffness ต่ำ
-ตะกร้าพลาสติด เมื่อมีแรงมากระทำจะเกิด การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง(deflection)ได้ง่าย ซึ่งเป็นทั้งผลดี และไม่ดี ผลดีคือ Elastic Deformation ที่สูง ทำให้ตะกร้าเปลี่ยนแปลงรูปร่างถาวรได้ยาก เมื่อมีแรงมากระทำตะกร้าจะเปลี่ยนรูปร่าง เมื่อไม่มีแรงกระทำตะกร้าจะกลับมาที่รูปร่างเดิม แต่ข้อเสียคือ การที่มี Stiffness ต่ำ ทำให้เกิดการสั่นได้ง่ายเมื่อมีแรงมากระทำ
2.ตะกร้าที่เสียรูป แต่ใช้งานได้
-ถึงแม้ตะกร้าจะมี Elastic Deformation ที่สูงแต่ถ้าเกิดการกระแทกแรงๆ หรือเกิดการกดทับตะกร้าจะเสียหาย คือ ตะกร้าเกิดการเสียรูปอย่างถาวร ซึ่งถ้าการเสียรูปอย่างถาวรนี้ไม่มีผลต่อการใช้งาน ตะกร้าใบนั้นๆ ก็คงอยู่ในระบบต่อไป แต่ตะกร้าที่เสียรูปอย่างถาวร จะมีผลต่อประสิทธิภาพการจับด้วยหุ่นยนต์
3.การสั่นคลอนของตะกร้าทั้งตั้ง
-ตะกร้าถูกออกแบบให้มี clearance สูงเพื่อที่จะวางซ้อนกันเป็นตั้งได้ และสามารถนำออกจากตั้งมาใช้งานได้ง่าย แต่เมื่อตะกร้าวางซ้อนกัน ยิ่งมีจำนวนมากเท่าไร ก็ยิ่งเกิดการสั่นคลอนเมื่อมีแรงมากระทำ ได้มากเช่นกันซึ่งถ้ารวมกับการที่ตะกร้ามี Stiffness ต่ำ ก็ยิ่งทำให้ตะกร้าทั้งตั้งสั่นคลอนได้ง่าย ซึ่งจะเป็นปัญหาของการกำหนดตำแหน่ง และการจับตะกร้าด้วยหุ่นยนต์
รูปที่2 ตั้งตะกร้า จำนวน10ใบ
ปัญหาของการจับตะกร้าด้วยหุ่นยนต์
1.การสั่นคลอนของตั้งตะกร้าเมื่อเคลื่อนที่บน conveyor
2.การสั่นคลอนของตั้งตะกร้าเมื่อถูกดันเข้าหุ่นยนต์
3.การสั่นคลอนของตั้งตะกร้าเมื่อถูกยกเพื่อจับ
จากทั้ง 3 ปัญหาทำให้หุ่นยนต์จับตะกร้าไม่ได้ หรือจับได้แต่มีประสิทธิภาพการจับตะกร้าที่ต่ำ ซึ่งเป็นเรื่องสำคัญมากเพราะหุ่นยนต์ต้องทำงาน 20-24 ชม.ต่อวัน และหุ่นยนต์ไม่มีสมอง เมื่อจับไม่ได้หุ่นยนต์จะไม่รู้ ซึ่งจะทำให้ระบบเสียหายได้
ดังนั้นสำหรับวิศวกรออกแบบต้องแก้ไขปัญหาพวกนี้ให้ได้
รูปที่ 3 แสดงพิกัดตั้งตะกร้า
จากรูปที่3 แสดงพิกัดการสั่นของตั้งตะกร้า
ที่มีโอกาสสั่นในพิกัดแกน x และแกน y โดยเป็นการสั่นแบบระบบขั้นความอิสระเท่ากับ 10
ตามรูปที่ 4 เนื่องจาก ช่องว่าง(clearance) ของตะกร้าแต่ละใบที่ซ้อนกันมีสูงจึงทำให้เกิดความอิสระการสั่นขึ้น
รูปที่4 แสดงระบบขั้นความอิสระเท่ากับ 10 ของตั้งตะกร้า
การแก้ไข
1.เพิ่มเวลาเพื่อหยุดการสั่นคลอน
การสั่นคลอนของตะกร้าทั้งตั้ง เกิดจากแรงภายนอกมากระทำ ดังนั้นถ้าแรงภายนอกนั้น อยู่ห่างกับความถี่ธรรมชาติของตั้งตะกร้า ก็ไม่เกิดการสั่นพร้อง (resonance) นี่เป็นข้อหนึ่งที่ต้องทำคือ หาค่าความปลอดภัยของการสั้นพร้อง และถ้าไม่มีการสั่นพร้อง เมื่อไม่มีแรงมากระทำตั้งตะกร้า(มี damping)ก็ไม่สั่น หรือ ใช้การรอเพื่อให้ตั้งตะกร้าหยุดสั้น ก็เท่านี้เองก็ทำให้หุ่นยนต์จับได้แล้ว…...
แต่อัตราทำงาน 800 ใบต่อชั่วโมง ซึ่งเท่ากับว่ามีเวลาสำหรับให้ตั้งตะกร้าหยุดสั่นไม่ถึงวินาทีต่อรอบการจับซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่เวลาแค่นี้จะหยุดสั่น ดังนั้นวิธีนี้ใช้ได้อย่างเดียวคือ การคำนวนหาความถี่ธรรมชาติเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นพร้อง (resonance) เท่านั้น
2.ควบคุมการสั่น
ด้วยคุณลักษณะของตะกร้าดังที่กล่าวมาแล้ว เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำ ตั้งตะกร้าก็สั่นคลอนอยู่ดี การสั่นคลอนจะมากหรือน้อย ก็ขึ้นอยู่กับปริมาณ ทิศทาง ตำแหน่ง และจำนวนแรงที่กระทำ ซึ่งในความเป็นจริง ตั้งตะกร้ามีการสั่นสะเทือนแบบหลายแกน(2แกน) ตามรูปที่ 3
ถ้าวิศวกรออกแบบสร้างสถานการที่กำหนดให้ตั้งตะกร้าสั่นคลอนจาก หลายพิกัดแกน เป็น 1 พิกัดแกนได้ ก็เท่ากับว่าจะสร้างความเป็นไปได้ในการหักล้างการสั่นคลอนได้เช่นกัน
การจัดการกับขั้นความอิสระเท่ากับ 10 ของตั้งตะกร้า
ถึงแม้เราสามารถลดแกนการสั่นจาก 2 แกน เหลือ1แกนได้แล้ว แต่ปัญหาขั้นความเป็นอิสระที่มีจำนวนมากของแกนที่เหลือจะจัดการอย่างไร?
ตอบ:ใช้การสร้างแรงกระแทกหลายๆทิศทาง(พิกัดแกน) โดยทำทั้งแกน y และแกน z ถ้าแรงกระแทกที่สร้างขึ้นใน 2 แกนนี้มีขนาด และตำแหน่งที่เหมาะสม ก็สามารถสรา้งการสั่นแบบฉับพลัน(transient response) ซึ่งจะไปหักล้างกับการสั่นคลอนที่เกิดขึ้นได้
ผล
ด้วยวิธีการนี้ ถึงแม้ไม่สามารถหักล้างการสั่น(ขจัดการสั่น) ทั้ง2แกน และการสั้นขั้นความเป็นอิสระที่มีจำนวนมากได้ทั้งหมดได้ แต่ช่วยลด และควบคุมการสั่นให้อยู่ในแกนที่กำหนด และมีความถี่ตามที่ต้องการได้
3.มือจับหุ่นยนต์
เป็นการออกแบบพัฒนามือจับของหุ่นยนต์ที่สามารถจับตะกร้าที่มีความถี่ของการสั่นที่ถูกกำหนดใว้ได้
รูปที่5 แสดงการจับตะกร้า
รูปที่5 แสดงการตรวจขยะและเทขยะออก
ปัญหา
1.ถ้ามือจับมี clearance สูงเกินไปก็จะทำให้คว่ำตะกร้าเพื่อตรวจขยะ และเทขยะไม่ได้ และมีโอกาสที่ตะกร้าจะหลุดกระเด็นในขณะทำงาน
2.ถ้ามือจับมี clearance ต่ำเกินไปทำให้มีประสิทธิภาพการจับตะกร้าต่ำ จนจับไม่ได้
3.ถ้าออกแรงบีบมากเกินไปจะทำให้ตะกร้าเสียรูป และเกิดการขยายตัวที่ก้นตะกร้าทำให้ดึงตะกร้าออกจากกันไม่ได้ ทำให้จับแล้วตะกร้าติดมาเกิน1ใบ
ดังนั้นมือจับ ต้องออกแบบมาอย่างเหมาะสม และมีแรงบีบที่พอดี และต้องสัมพันธ์กับความถี่ของการสั่นที่ยังเหลืออยู่ด้วย
ผลที่ได้
หุ่นยนต์สามารถจับตะกร้าได้ และมีประสิทธิภาพการจับตะกร้าที่ 99.98 % และจับตะกร้าผิดรูปได้และสามารถทำงานได้มากกว่า 800 ใบต่อชั่วโมง
“ผู้ประกอบการที่มีปัญหากับการใช้หุ่นยนต์
(ทุกชนิด/ทุกแบรนด์) จับวัตถุ/ชิ้นงาน สามารถขอรับการปรึกษาได้”