หุ่นยนต์

พื้นฐานหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม ฉบับผู้ใช้งาน (ตอนที่ 1)

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 ผู้เขียนจึงขอนำเสนอข้อมูลความรู้ขึ้นพื้นฐานเกี่ยวกับหุนยนต์ในงานอุตหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม 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

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ทั้ง 7 ชนิดที่กล่าวมาข้างต้นนั้น จะมีความแตกต่างกันตรงลักษณะการเคลื่อนที่และความสามารถในการทำงานที่ไม่เหมือนกัน รวมไปถึงการประยุกต์ใช้งานที่ต่างกันด้วยแต่ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นมาด้วยหลักการพื้นฐานเดียวกัน ในที่นี้ผู้เขียนจะขอกล่าวถึงเฉพาะส่วนของหุ่นยนต์ที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมมากที่สุด นั่นคือ Articulate Robot อันเนื่องมาจากหุ่นยนต์ชนิดนี้มีความสามารถในการทำงานและสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมได้หลากหลายรูปแบบมากกว่าขนิดอื่นๆ นั่นเอง

Articulate Robot เป็นหุ่นยนต์ที่ออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับแขนของมนุษย์ตั้งแต่ช่วงหัวไหล่ไหลลงไป นั้นหมายความว่าหุ่นยนต์ชนิดนี้ จะมีความสามารถในการทำงานและความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ในลักษณะที่คล้ายกับการเคลื่อนที่ของแขนมนุษย์นั่นเอง หลายๆ คนจึงมักเรียกหุ่นยนต์ชนิดนี้ว่า ‘แขนกล’สาหกรมเพื่อให้ทุกท่านได้เข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

รูปที่ 1 : แสดงลักษณะ Articulate Robot หรือ 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

-หุ่นยนต์สามารถประยุกต์ใช้งานได้ในหลากหลายสภาพแวดล้อม

จากเหตุผลที่กล่าวมาข้างต้นล้วนเป็นข้อดีของหุ่นยนต์ที่จะถูกนำมาใช้งานทดแทนคน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะดีไม่กว่าคนเสียทั้งหมด แน่นอนว่าหุ่นยนต์ก็คือเหล็กที่ถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกันและใส่กลไกต่างๆ ให้สามารถเคลื่อนที่ได้ อีกทั้ง ยังต้องมีระบบในการควบคุบการทำงาน ดังนั้น การที่หุ่นยนต์จะทำงานหรือเคลื่อนที่ได้จะต้องอาศัยทักษะและความรู้จากคนอยู่ดี ทั้งนี้ เพื่อทำหน้าที่ในการป้อนโปรแกรมคำสั่งต่างๆ เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำงานได้ตามที่มนุษย์ต้องการ เราจึงต้องมีการเตรียมพร้อมเพื่อให้ทันต่อการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้น

องค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์

ในตอนแรกนี้ผู้เขียนขอทิ้งท้าย ให้ทุกท่านทราบเกี่ยวกับองค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์กันไว้เพื่อที่จะได้เตรียมความพร้อมในเรื่องต่อไปในตอนหน้า สำหรับองค์ประกอบของระบบในการควบคุมหุ่นยนต์ประกอบด้วย องค์ประกอบหลัก คือ

Programming Pendent : อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการป้อนคำสั่งโดยผู้ควบคุมหรือ User

Controller : ส่วนที่ทำหน้าที่ในการรับคำสั่งจาก User ผ่าน Programming Pendant และนำมาประมาณผล เพื่อทำการควบคุมหรือสั่งการทำงานของหุ่นยนต์

Manipulator : เรียกง่ายๆ ว่า ตัวหุ่นยนต์ ที่จะทำงานตามคำสั่งที่ผ่านการประมวลผลจาก Controller

  

รูปที่ 2 : องค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์

จากรูปที่ 2 ที่แสดงด้านบนนั้นเป็นองค์ประกอบของระบบควบคุมหุ่นยนต์ ซึ่งจะมีอยู่ด้วยกัน 3 ส่วนหลัก และจะเห็นได้ว่าองค์ประกอบทั้ง 3 นั้น จะมีความสัมพันธ์กันในกระบวนการควบคุมซึ่งในแต่ละส่วนนั้นก็มีรายละเอียดที่สลับซับซ้อนอยู่มากทีเดียวและนี่จึงเป็นเหตุผลที่เราต้องทำความรู้จักกับมันให้มากเพื่อที่จะได้สามารถทำงานร่วมกับมันได้

ประเภทของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในปัจจุบัน

ประเภทของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในปัจจุบันหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในปัจจุบันมีมากมายหลากหลายรูปแบบ มีการใช้งานและจุดเด่นที่แตกต่างกัน Modern Manufacturing ขอนำเสนอรูปแบบหุ่นยนต์ที่สามารถเจอได้ในอุตสากรรมการผลิตในยุคปัจจุบัน

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ตามความหมายของ ISO 8373:2012: หมายถึง การควบคุมอัตโนมัติ ความสามารถในการถูกตั้งโปรแกรมหรือการตั้งค่าการทำงานได้อย่างหลากหลายด้วยระบบตั้งแต่ 3 แกนขึ้นไป สามารถเป็นได้ทั้งรูปแบบติดตั้งและรูปแบบที่สามารถเคลื่อน

Linear Robot คือ หุ่นยนต์ที่ทำงานบนแกนตั้งฉากซึ่งหมายรวมถึงหุ่นยนต์แบบ Cartesian และ Gantry เอาไว้ด้วยกัน โดยสามารถทำงานได้บน 3 แกน X Y และ Z ด้วยการเคลื่อนที่แนวตรงทำให้การทำงานมีความแม่นยำสูงและออกแบบการทำงานได้ง่าย มีความแข็งแกร่งทนทานเนื่องจากมีระยะการใช้งานที่แน่นอน นิยมใช้ในการหยิบจับเพื่อทำการประกอบ เช่น การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ หรือติดชิ้นส่วนยานยนต์ด้วยสารเคมี

SCARA Robot

SCARA หุ่นยนต์ที่มีความโดดเด่นเรื่องความคล่องแคล่วรวดเร็วแต่มีข้อจำกัดสำหรับระยะการปฏิบัติการณ์ มีข้อต่อขนานกัน 2 จุด เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนที่ต้องการความรวดเร็วและมีขนาดเล็ก สิ่งสำคัญสำหรับการใช้งาน SCARA คือ การออกแบบระบบที่ต้องการความแม่นยำสูงจากการคำนวณรูปแบบการทำงาน สามารถใช้งานได้ดีกับอุตสาหกรรมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

Parallel Robot

Parallel Robot หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Delta Robot เป็นหุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับแมงมุม ใช้การขยับในรูปทรงเรขาคณิตมีจุดเด่นในการขยับและจับชิ้นส่วนได้อย่างแผ่วเบาทำงานได้อย่างอิสระภายใต้แกน X Y และ Z เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและบรรจุภัณฑ์

Cylindrical Robot

หุ่นยนต์ที่มีข้อต่อโรตารีอย่างน้อย 1 จุดที่ฐานเพื่อทำการหมุนปรับทิศทาง แขนจับวัตถุเคลื่อนที่ขึ้นลงด้วยกระบอกนิวแมติก นิยมใช้ในงานประกอบชิ้นส่วน วิธีการเชื่อมจุด รวมถึงการจัดการเคลื่องมือกล

Articulated Robot

หุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยข้อต่อโรตารีตั้ง 3 จุดขึ้นไปและอาจมีมากได้ถึง 10 จุด โดยมากมักพบเจอ Articulated Robot แบบ 6 แกน สามารถใช้ในสายการผลิตได้อย่างหลากหลายด้วยมิติองศาการทำงานที่ค่อนข้างเป็นอิสระ รวมถึงความสามารถในการประยุกต์ใช้งานได้ตามลักษณะของสายการผลิตได้อย่างเหมาะสม รองรับขนาดชิ้นส่วนได้หลากหลายขึ้นกับศักยภาพของรุ่นจากแต่ละผู้ผลิต

Polar Robot

Polar Robot หรือ Spherical Robot หุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยข้อต่อโรตารีอย่างน้อย 2 จุด และจุดเชื่อมต่อแบบขนานอย่างน้อย 1 จุด การทำงานเป็นรูปแบบตายตัวเนื่องจากมีมุมขยับและมิติองศาที่ถูกกำหนดไว้อยู่แล้ว

หุ่นยนต์ อื่นๆ

นอกเหนือจากหุ่นยนต์อุตสาหกรรมหลัก ๆ 6 ประเภทแล้ว หุ่นยนต์รูปแบบใหม่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อตอบสนองการทำงานอย่างต่อเนื่อง อาทิ หุน่ยนต์นิ่ม หรือหุ่นยนต์สองแขนที่สามารถทำงานร่วมกับมนุษย์ได้