สาราณุกรมหุ่นยนต์ไทย(1)

สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม​ ​มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า​ ​ธนบุรี​ได้​รับการติดต่อ​ให้​ประมวลข้อมูล​ความ​รู้​เกี่ยว​กับ​เทคโนโลยีหุ่นยนต์​ ​เพื่อ​ให้​เด็กไทย​ได้​มี​แหล่งข้อมูลสำ​หรับการ​ค้น​คว้า​เบื้องต้น​ ​กระผม​จึง​ขอ​ให้​ทีมนักวิจัยหลักของสถาบันฯ​ ​ร่วม​กัน​ทำ​งานชิ้นสำ​คัญนี้ครับ​ ​โดย​ได้​แยกแยะหัวตามข้อดังต่อไปนี้​ (1) ​ส่วน​ประกอบของหุ่นยนต์​:​ดร​. ​สาทิสส์​ ​ทรงชน​ (2) ​การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์​:​ดร​. ​สโรช​ ​ไทรเมฆ​ (3) ​การติดต่อสื่อสารระหว่างมนุษย์​กับ​หุ่นยนต์​: ​ดร​.​สยาม​ ​เจริญเสียง​ ​และ​ (4) ​เทคโนโลยีหุ่นยนต์​ใน​ประ​เทศไทย​: ​ดร​. ​ถวิดา​ ​มณีวรรณ์

​ผมหวังว่าข้อมูลต่อไปนี้​ ​จะ​ช่วย​นำ​ทางน้องๆ​ที่สนใจสาขาวิชานี้​เริ่มต้น​ ​ก้าวไปอย่างมั่นคงเพื่อศึกษาต่อเชิงลึก​ ​พัฒนาตนสู่การนักเทคโนโลยีหุ่นยนต์​ ​เพื่อมาสานต่อกิจกรรมงานวิจัย​และ​พัฒนาที่รุ่นเราบุกเบิกทำ​ไว้​ครับ

ส่วน​ประกอบของหุ่นยนต์

โครงสร้าง​ (Frame)

​โครงสร้าง​เป็น​ส่วน​ประกอบหลักสำ​คัญของหุ่นยนต์ที่ทำ​หน้าที่จับยึดทำ​ให้​อุปกรณ์ต่าง​ ​ๆ​ ​ทำ​งานร่วม​กัน​และ​ป้อง​กัน​มิ​ให้​หลุดแยกออก​จาก​กัน​ ​โดย​ที่​โครงสร้างของหุ่นยนต์อาจมีลักษณะ​แตกต่าง​กัน​ไปตามแต่​ผู้​ประดิษฐ์​จะ​ทำ​ขึ้น​ให้​มีหน้าที่การทำ​งานตามวัตถุประสงค์ของหุ่นยนต์​นั้นๆ​ ​เช่น​ใน​รูปที่​ ๑-​ก​ ​แสดงโครงสร้างของหุ่นยนต์​ไจโรสโคป​ ​โดย​ทั่ว​ไป​ถ้า​หากหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นเพื่อลอกเลียนแบบการทำ​งาน​หรือ​การเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิต​ ​โครงสร้าง​นั้น​ก็​จะ​ถูกออกแบบมา​ให้​มีลักษณะคล้าย​กับ​สิ่งมีชีวิตชนิด​นั้นๆ​ ​ดัง​ใน​รูปที่​ ๑-​ข​ ​แสดงโครงสร้างของขาหุ่นยนต์​เลียนแบบขามนุษย์

​โครงสร้างของหุ่นยนต์​ถ้า​หากเปรียบเทียบ​กับ​มนุษย์ก็​จะ​เปรียบเหมือน​กับ​โครงกระดูกของมนุษย์​ ​แต่​โครงสร้างของหุ่นยนต์​จะ​สร้าง​จาก​วัสดุที่มี​ความ​แตกต่าง​กัน​ ​โดย​ขึ้น​อยู่​กับ​จุดประสงค์​ใน​การ​ใช้​งาน​ ​โดย​วัสดุที่นิยมนำ​มาสร้าง​เป็น​โครงสร้างของหุ่นยนต์​ ​ได้​แก่​ ​ไม้​, ​อะลูมิ​เนียม​, ​เหล็ก​, ​พลาสติก​, ​ไททา​เนียม​ ​ฯลฯ​ ​ซึ่ง​การ​จะ​เลือก​ใช้​วัสดุก็ขึ้น​อยู่​กับ​ลักษณะที่​จะ​นำ​ไป​ใช้​งาน​ ​เช่น​ ​ถ้า​ต้อง​การสร้างหุ่นที่​จะ​ต้อง​มีนำ​หนักเบาก็อาจพิจารณา​เลือก​ใช้​ ​อะลูมิ​เนียม​ ​เป็น​ต้น​ ​ทั้ง​นี้​ใน​การเลือก​ใช้​ก็​ต้อง​คำ​นึง​ถึง​ปัจจัย​อื่นๆ​ ​ประกอบ​ด้วย​ ​เช่น​ ​กระบวนการผลิต​ ​และ​ราคา​ ​เป็น​ต้น

สายพาน​ (Belt)

​สายพาน​เป็น​อุปกรณ์ส่งถ่ายกำ​ลังระหว่างเพลา​แบบที่หยุ่นตัว​ได้​ ​การส่งกำ​ลัง​ด้วย​สายพานทำ​ได้​โดย​ติดตั้งรอบพูลเลย์ตั้งแต่สองอันขึ้นไป​ ​ซึ่ง​แรง​ใน​แนวสัมผัส​จะ​ถูกส่งถ่าย​จาก​พูลเลย์ขับไป​ยัง​พูลเลย์ตาม​โดย​อาศัย​ความ​เสียดทานระหว่างสายพาน​และ​พูลเลย์​ ​ส่วน​การติดตั้งสายพานขับทำ​ได้​หลายแบบเช่น​ ​สายพานแบบปิดสำ​หรับขับเพลาที่ขนาน​กัน​ให้​หมุนไป​ใน​ทิศทางเดียว​กัน​ ​สายพานแบบไขว้​ ​สำ​หรับขับเพลาที่ขนาน​กัน​ให้​หมุน​ใน​ทิศทางตรง​กัน​ข้าม​ ​สายพายแบบกึ่งไขว้​ ​สำ​หรับเพลาที่ข้าม​กัน​ ​และ​สายพานแบบทำ​มุม​กัน​สำ​หรับเพลาที่ตัด​กัน​ ​เป็น​ต้น

​ชนิดของสายพานที่นิยม​ใช้​โดย​ทั่ว​ไป​ใน​หุ่นยนต์มี​ ๔ ​ชนิด​ ​คือ​ ​สายพานแบน​ (Flat Belt) ​มีหน้าตัดขวาง​เป็น​รูปสี่​เหลี่ยมผืนผ้า​ ​สายพานโอ​ (O-Belt) ​มีหน้าตัดขวาง​เป็น​วงกลม​ ​สายพานวี​ (V-Belt) ​มีหน้าตัดขวาง​เป็น​สามเหลี่ยม​ ​และ​สายพานไทม์มิ่ง​ (Timing Belt) ​ซึ่ง​มีลักษณะ​เหมือน​กับ​สายพานแบน​ ​แต่ที่สายพานมีฟันเพื่อ​จะ​ให้​ขบ​กับ​ล้อเฟืองทำ​ให้​ไม่​มีการลื่นไถล

โซ่​ (Chain)

​โซ่​เป็น​อุปกรณ์ที่​ใช้​ใน​การส่งกำ​ลังระหว่างเพลา​ ​โดย​ที่​ใน​การส่งกำ​ลัง​จะ​ประกอบไป​ด้วย​โซ่ที่​ไม่​มีปลายคล้องรอบจานโซ่ตั้งแต่สองอังขึ้นไป​ ​จานโซ่​เป็น​ล้อที่มีฟันรูปร่างพิ​เศษเพื่อรับ​กับ​ร่องของโซ่​ ​ใน​การขับ​ด้วย​โซ่​นั้น​ข้อโซ่​จะ​ขบ​กับ​ฟันของจานโซ่​จึง​ไม่​มีการลื่นไถล​ ​ทำ​ให้​การส่งกำ​ลังมีอัตราทดคงที่​เช่นเดียว​กับ​การขับ​ด้วย​เฟือง​ ​โซ่​จะ​ทำ​หน้าที่ส่งกำ​ลังระหว่างเพลาที่ขนาน​กัน​เท่า​นั้น​ ​การติดตั้งโซ่​โดย​ปกตินิยมติดตั้ง​ให้​แนวจุดศูนย์กลางของจานโซ่​ทั้ง​คู่​อยู่​ใน​แนวระดับ​ ​หรือ​ทำ​มุม​กับ​แนวระดับ​ไม่​เกิน​ ๖o ​องศา​ ​และ​จะ​ต้อง​ให้​ด้านล่าง​เป็น​ด้านหย่อน​ ​ไม่​นิยมการติดตั้ง​ให้​แนวศูนย์กลางของจานโซ่​ทั้ง​คู่​อยู่​ใน​แนวดิ่ง​ ​หรือ​ด้านบน​เป็น​ด้านหย่อน​ ​เนื่อง​จาก​โซ่มัก​จะ​หลุด​จาก​จานโซ่​ได้​ง่ายเมื่อโซ่​เกิดการยืดเพียง​เล็ก​น้อย

ล้อตีนตะขาบ​ (Track Wheel)

​ล้อตีนตะขาบ​เป็น​อุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ขับเคลื่อนหุ่นยนต์นอก​จาก​ล้อ​และ​ขา​ ​ซึ่ง​ตีนตะขาบมีข้อ​ได้​เปรียบการขับเคลื่อนแบบ​อื่น​ก็คือ​ ​สามารถ​ทำ​งาน​ได้​ใน​สภาพพื้นผิวที่ขุขระมากๆ​ได้​ดีกว่าล้อกลมปกติ​ ​เช่น​ ​พื้นที่มีคู​ ​หิน​ ​บ่อ​ ​หรือ​ ​เปียก​ ​และ​นอก​จาก​นี้ล้อตีนตะขาบ​ยัง​สามารถ​เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่​ ​ณ​ ​จุดที่​ต้อง​การ​ได้​โดย​ทันที​ ​นอก​จาก​นี้ตีนตะขาบ​ยัง​สามารถ​นำ​ไป​ใช้​กับ​การขนถ่ายสิ่งของ​ด้วย​ ​โดย​สามารถ​ใช้​ตีนตะขาบยกสิ่งของ​ได้​โดย​การกด​และ​ยกขึ้นเหมือน​กับ​เป็น​สานพานลำ​เลียง​ ​ดูตาม​ใน​รูปที่​ ๒ ​แสดงตัวอย่างของล้อตีนตะขาบของหุ่นยนต์ที่สร้างขึ้นเอง​ใน​ประ​เทศไทยเรา

คัปปลิ้ง​ (Coupling)

​คัปปลิ้ง​เป็น​อุปกรณ์ที่ทำ​หน้าที่ส่งถ่ายแรงบิดระหว่างเพลาสองเพลา​ ​อันหนึ่ง​เป็น​เพลาขับ​และ​อีกอันหนึ่ง​เป็น​เพลาตาม​ ​และ​ต่อเพลาสองเพลา​ซึ่ง​อาจ​ไม่​ได้​ติดตั้ง​อยู่​ใน​แนวเส้นตรงเดียว​กัน​เข้า​ด้วย​กัน​ ​คัปปลิ้ง​ยัง​ช่วย​ใน​การประกอบ​ให้​ง่ายขึ้นนอก​จาก​จะ​ทำ​หน้าที่ต่อการส่งกำ​ลังระหว่างเพลา​หรือ​ส่วน​อื่นๆ​ ​ของชิ้นต่อโยง​ ​ชนิดของคัปปลิ้ง​ถ้า​หาก​จะ​แบ่งตามการตัดต่อกำ​ลังก็​จะ​แบ่ง​ได้​ดังต่อไปนี้​ ๑) ​คัปปลิ้งแบบตัดต่อกำ​ลัง​ไม่​ได้​ ​คัปปลิ้งแบบนี้​จะ​ไม่​สามารถ​ต่อกำ​ลังกัลป์​เพลาขับ​ใน​ขณะหมุนทำ​งาน​ได้​ ​โดย​ทั่ว​ไป​จะ​นำ​มา​ใช้​ใน​การส่งถ่ายแรงบิดระหว่างเพลาที่มี​แนวศูนย์ร่วม​กัน​ ​คัปปลิ้งแบบตัดต่อกำ​ลัง​ไม่​ได้​นี้มี​อยู่​หลายแบบ​ด้วย​กัน​ ​ได้​แก่​ ๑.๑)​คัปปลิ้งแบบฝาประกบ​ (Split coupling) ​ทำ​จาก​เปลือกเหล็กหล่อสองชิ้น​ ​สำ​หรับการ​ใช้​งาน​นั้น​จะ​ยึดอัด​ด้วย​สกรู​ให้​บีบอัดเพลา​ทั้ง​สอง​ไว้​ ​ใช้​งาน​ใน​รอบที่ต่ำ​และ​ปราศ​จาก​แรงกระ​แทก​ ๑.๒)​คัปปลิ้งแบบหน้า​แปลน​ (Flange coupling) ​จะ​ประกอบ​ด้วย​หน้า​แปลนสองชิ้นที่สวมอัด​อยู่​ที่ปลายเพลา​และ​มีสกรูร้อยขันยึด​เข้า​ด้วย​กัน​ ​ใช้​ส่งกำ​ลังที่รอบสูงกว่า​แบบฝาประกบ​ ๑.๓) ​คัปปลิ้งแบบยูนิ​เวอร์​เซล​ (Universal joint) ​แสดง​ไว้​ใน​รูปที่​ ๓ ​ซึ่ง​ประกอบ​ด้วย​ข้อต่อกากบาท​และ​ส่วน​ที่ขยับเลื่อนไปตามแนวแกน​ ​ใช้​สำ​หรับเพลาที่มี​แนวศูนย์​ไม่​ร่วม​กัน​ ๒) ​คัปปลิ้งแบบตัดต่อกำ​ลัง​ได้​ ​จะ​ใช้​งานเมื่อเรา​ต้อง​การที่​จะ​ตัดต่อกำ​ลัง​ให้​เพลา​ทั้ง​สอง​ ​โดย​คัปปลิ้งแบบนี้​จะ​ส่งถ่ายแรงบิดผ่านชิ้น​ส่วน​คัปปลิ้งที่ขบ​เข้า​ด้วย​กัน​ ​ซึ่ง​ที่​เราพบเห็น​และ​มี​ใช้​กัน​บ่อยมากที่สุดก็คือ​ ​คัปปลิ้งเขี้ยว​ ​ซึ่ง​เขี้ยว​จะ​เลื่อนขบ​กัน​เมื่อ​อยู่​ใน​สภาพหยุดนิ่ง​หรือ​ความ​เร็ว​รอบของเพลาต่าง​กัน​เพียง​เล็ก​น้อย

ข้อต่อ​ (Joint)
​เป็น​อุปกรณ์ที่​ใช้​เชื่อมต่อชิ้น​ส่วน​ที่​เคลื่อนที่สัมพัทธ​กัน​ของหุ่นยนต์​ ​ซึ่ง​โดย​ทั่ว​ไปมี​ 2 ​ชนิด​ ​คือ​ ​ข้อต่อหมุน​ (Rotational Joint) ​เป็น​ข้อต่อที่ต่อ​กับ​ชิ้น​ส่วน​ที่​เคลื่อนที่​ใน​ลักษณะที่มีการหมุนรอบข้อต่อ​ ​และ​ข้อต่อเชิงเส้น​ (Linear Joint) ​เป็น​ข้อต่อที่ต่อ​กับ​ชิ้น​ส่วน​ที่มีการเคลื่อนที่​ใน​ลักษณะ​เป็น​เชิงเส้น​ ​เช่น​ ​เคลื่อนแบบไป​-​กลับ​ ​ใน​แนวเส้นตรง​หรือ​โค้ง

ก้านต่อโยง​ (link)
ก้านต่อโยง​ใน​ที่นี้หมาย​ถึง​ชื่อเรียกชิ้น​ส่วน​ขอวัตถุที่นำ​มา​เชื่อมต่อเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์​ซึ่ง​หากนำ​ก้านต่อโยงหลายๆ​ ​อันมาต่อรวม​กัน​จะ​เรียกว่า​ ​กลไกก้านต่อโยงดังแสดงตัวอย่าง​ใน​รูปที่​ ๔

มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรง​ (Direct Current Motor : DC Motor)

​มอเตอร์ที่ติดตั้ง​ให้​กับ​หุ่นยนต็​เปรียบเสมือนกล้ามเนื้อของหุ่นยนต์​ซึ่ง​ทำ​หน้าที่​เป็น​ตัวขับเร้า​ให้​กลไกเคลื่อนไหว​เป็น​ผล​ให้​หุ่นยนต์​เคลื่อนที่​ไป​ได้​ ​เช่นเมื่อติดตั้งมอเตอร์​เข้า​กับ​ชุดของล้อ​แล้ว​หุ่นยนต์ของเรา​จะ​สามารถ​วิ่งรอบๆ​ ​ได้​ ​ถ้า​ติดตั้งมอเตอร์​เข้า​กับ​คันโยก​และ​ข้อต่อบริ​เวณไหล่ของหุ่นยนต์​ ​แขนก็​จะ​สามารถ​เคลื่อนที่ขึ้น​-​ลง​ได้​ ​และ​เมื่อติดตั้งมอเตอร์​เข้า​กับ​ลูกกลิ้ง​และ​ส่วน​หัวของหุ่นยนต์​จะ​ทำ​ให้​หุ่นยนต์​สามารถ​หมุนตัวไปทางด้านหน้า​หรือ​หลัง​ได้
​มอเตอร์กระ​แสตรง​เป็น​เลือกหนึ่ง​ใน​การ​ใช้​งาน​ ​ซึ่ง​จะ​ทำ​หน้าที่​เปลี่ยนพลังงาน​ ​จาก​พลังงานไฟฟ้า​เป็น​พลังงานกล​ ​โดย​ประกอบ​ด้วย​ 2 ​ส่วน​ ​คือ​ ​ส่วน​ที่​อยู่​กับ​ที่​ (Stator) ​และ​ส่วน​ที่​เคลื่อนที่​ (Rotor) ​มอเตอร์กระ​แสตรงแบ่งออก​เป็น​ 3 ​ชนิด​ ​คือ​ ๑) ​มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรงแบบอนุกรม​ (Series Motors) ​มอเตอร์ชนิดนี้อาร์​เมเจอร์​จะ​ต่ออนุกรม​กับ​ขดลวดที่​อยู่​กับ​ที่​ ​ทำ​ให้​สามารถ​ปรับค่าที่​เส้นแรงของสนามแม่​เหล็ก​ได้​โดย​เหมาะสม​กับ​สภาวะการ​ใช้​งานที่​ต้อง​การแรงบิดสูงที่​ความ​เร็ว​ต่ำ​ ๒)​มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรงแบบขนาน​ (Shunts Motors) ​มอเตอร์ชนิดนี้ขดลวดที่อาร์​เมเจอร์​จะ​ต่ดขนานขดลวดที่​อยู่​กับ​ที่​ ​มอเตอร์ชนิดนี้​สามารถ​ปรับเส้นแรงแม่​เหล็ก​ได้​อย่างอิสระ​ ​ทำ​ให้​ควบคุมพารามิ​เตอร์​ (Parameter) ​ของมอเตอร์​ให้​มีค่าคงที่​ ​เหมาะ​กับ​ลักษณะงานที่มี​ความ​ต้อง​การแรงบิดสูง​ ๓)​มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรงแบบผสม​ (Compound) ​มอเตอร์ชนิดนี้มีลักษณะการต่อแบบนำ​มอเตอร์​แบบอนุกรม​และ​มอเตอร์​แบบขนาน​เข้า​รวม​กัน​ ​ทำ​ให้​สภาวะการทำ​งาน​อยู่​ระหว่างการต่ออนุกรม​และ​ขนาน​ใน​ตัวเดียว​กัน

ไมโครคอนโทรลเลอร์​ (Microcontroller)
​ความ​แตกต่างของหุ่นยนต์​กับ​เครื่องจักรกลธรรมดาก็คือหุ่นยนต์มีระดับขั้นการทำ​งาน​ด้วย​ตัวเองสูงกว่า​เครื่องจักรกลธรรมดา​ซึ่ง​อาจเปรียบเทียบ​ได้​กับ​สมองสั่งงานเช่นเดียว​กับ​ใน​มนุษย์​ ​ยกตัวอย่างเช่น​ ​ถ้า​หากหุ่นยนต์​ไม่​มีสมอง​ไว้​สั่งการ​ ​ก็อาจ​จะ​เดินตรงไปชน​กับ​ฝาผนัง​ได้​ ​ซึ่ง​ถ้า​หุ่นยนต์มีสมองควบคุม​ ​สมองก็​จะ​ประมวลผลข้อมูล​จาก​อุปกรณ์ตรวจจับทำ​ให้​สามารถ​หลีกเลี่ยงการชนของฝาผนัง​ ​ใน​หุ่นยนต์ที่มีการควบคุมที่ซับซ้อน​และ​มี​เงื่อนไขการทำ​งานที่มีการปรับเปลี่ยนค่า​หรือ​ ​เงื่อนไขที่ซับซ้อน​ ​เราจำ​เป็น​ต้อง​มีสมองที่มี​ความ​ซับซ้อน​ใน​การ​ใน​การโปรแกรมเงื่อนไขการทำ​งานลงไป​ใน​ตัวหุ่นยนต์​ ​ซึ่ง​อุปกรณ์ที่​เป็น​สมองของหุ่นยนต์นั่นก็คือ​ ​ไมโครคอนโทรลเลอร์​ ​เป็น​อุปกรณ์หลัก​ใน​การควบคุมการทำ​งาน​ ​เพราะ​การควบคุม​ด้วย​ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำ​ให้​สามารถ​เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการทำ​งาน​ด้วย​การเปลี่ยนโปรแกรม​และ​ ​ยัง​สามารถ​ทำ​งาน​ใน​เงื่อนไขที่ซับซ้อน​ได้​อีก​ด้วย

​ไมโครคอนโทรลเลอร์​จึง​เป็น​อีกทางเลือกหนึ่งที่​ได้​รับ​ความ​นิยมที่สุดสำ​หรับการสร้างสมอง​ให้​กับ​หุ่นยนต์​ ​เนื่อง​จาก​ไมโครคอนโทรลเลอร์มีราคา​ไม่​แพง​ ​ต้อง​การแหล่งจ่ายไฟต่ำ​ (5 ​โวลต์) ​และ​สามารถ​โปรแกรม​ได้​ด้วย​โปรแกรมประยุกต์บนเครื่องคอมพิวเตอร์​ส่วน​บุคคล​ (PC) ​เมื่อการโปรแกรมเสร็จสิ้น​ ​ไมโครคอนโทรลเลอร์​จะ​สามารถ​ทำ​งาน​ได้​ด้วย​ตัวเอง​ ​ซึ่ง​ไมโครคอนโทรลเลอร์​ ​ที่นิยม​ใช้​มี​อยู่​ 2 ​ประ​เภท​ ​คือ​ ​แบบที่​โปรแกรม​ด้วย​ภาษาระดับต่ำ​ได้​เพียงอย่างเดียว​ ​และ​แบบที่​โปรแกรม​ด้วย​ภาษาระดับสูง​ได้​ ​โดย​แบบหลังนี้​จะ​มี​โปรแกรมปฏิบัติการเพื่อควบคุมการดาวน์​โหลดของโปรแกรมภาษาชั้นสูงลง​ใน​ไมโครคอนโทรลเลอร์อีกทอดหนึ่ง​ ​ใน​รูปที่​ ๕ ​แสดงตัวอย่างของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่​ใช้​ควบคุมหุ่นยนต์

สเตปปิ้งมอเตอร์​ (Stepping motor)

​โดย​ทั่ว​ไป​แล้ว​มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรง​หรือ​มอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสสลับ​ ​จะ​มีการหมุนที่ต่อ​เนื่อง​ ​อาจ​ไม่​สะดวกมากนักหาก​ต้อง​การสั่งการทำ​งาน​ให้​เคลื่อนที่​เป็น​องศาตามที่สเตปปิ้งมอเตอร์สร้าง​ไว้​ ​สเตปปิ้งมอเตอร์​จึง​เป็น​อีกทางเลือกหนึ่งที่​สามารถ​นำ​ไปช้งานควบคุมทิศทางการหมุนตามตำ​แหน่งที่​ต้อง​การ​ได้​หากตำ​แหน่ง​นั้น​ตรง​กับ​สเต็ปของมอเตอร์พอดี​ ​ลักษณะการทำ​งานของสเตปปิ้งมอเตอร์​ ​จะ​ต้อง​ป้อนสัญญาณพัลส์​ (Pulse) ​ให้​กับ​ขดสเตเตอร์ทำ​ให้​เกิดแรงผลักที่​โรเตอร์​ ​จึง​เกิดการหมุนของสเตปปิ้งมอเตอร์​ ​เมื่อหมุนครับ​ 1 ​รอบ​ ​เท่า​กับ​ 360 ​องศา​ ​ถ้า​เสเตปปิ้งมอเตอร์มีการหมุน​เท่า​กับ​ 5 ​องศาต่อสเต็ป​ ​ดัง​นั้น​ ​ความ​ละ​เอียด​ ​ของการหมุนของ​ ​สเตปปิ้งมอเตอร์ตัวนี้​เท่า​กับ​ 72 ​สเต็ปต่อรอบ​ ​โดย​ทั่ว​ไป​แล้ว​สเตปปิ้งมอเตอร์ถูก​ใช้​งานอย่างแพร่หลาย​ใน​ปัจจุบัน​ ​เพราะ​สามารถ​ควบคุมการหมุนตำ​แหน่ง​ใด​ก็​ได้​ ​เช่น​ ​หัวอ่าน​ CD ROM, Tape Classes ​ตลอดจนอุตสาหกรรมผลิตต่างๆ​ ​เช่น​ ​หุ่นยนต์อุตสาหกรรม​, ​ระบบสายพาน​ ​เป็น​ต้น​ ​ชนิดของสเตปปิ้งมอเตอร์​แบ่งออก​ได้​เป็น​ 3 ​ประ​เภท​ ​ได้​แก่​ ​แบบแม่​เหล็กถาวร​ ​แบบเปลี่ยนแปลงค่ารีลักแทนต์​ ​และ​แบบผสม​ ​ใน​รูปที่​ ๖ ​ได้​แสดง​ส่วน​ประกอบต่างของของสเตปปิ้งมอเตอร์​ไว้

ชุดขับมอเตอร์​ (Motor driver)

​การขับ​เป็น​ส่วน​สำ​คัญที่​จะ​ทำ​ให้​ระบบกลไกเกิดการเคลื่อนไหวตามการสั่งงาน​ ​ส่วน​ใหญ่​การทำ​งานของชุดขับ​จะ​เหมือน​กับ​การทำ​งานของสวิทช์ที่​เปิดปิดตามสัญญาณที่ชุดควบคุมส่งออกมา​ ​ชุดขับมอเตอร์อุปกรณ์ที่​ใช้​ใน​การควบคุม​ ​ตำ​แหน่ง​ ​ความ​เร็ว​ของมอเตอร์​ ​ซึ่ง​รับสัญญาณมา​จาก​ไมโครคอนโทรลเลอร์​ใน​การควบคุม​ ​ตัวอย่างเช่น​ ​การขับมอเตอร์​ไฟฟ้ากระ​แสตรงมีหลักการทำ​งานคือเมื่อป้อนแรงดัน​และ​กระ​แส​ให้​กับ​มอเตอร์​แล้ว​มอเตอร์​จะ​หมุน​ ​โดย​ความ​เร็ว​ใน​การหมุน​นั้น​ขึ้น​กับ​ขนาดของแรงดัน​และ​กระ​แสที่จ่าย​ให้​มอเตอร์​ ​แต่​แรงดัน​และ​กระ​แสที่ป้อน​ให้​นั้น​ต้อง​ไม่​เกินค่าที่มอเตอร์​สามารถ​รับ​ได้​ด้วย​ ​ไม่​เช่น​นั้น​จะ​ทำ​ให้​เกิด​ความ​รอ้นขึ้นที่ตัวมอเตอร์​และ​เกิด​ความ​เสียหายขึ้น​ ​ส่วน​ทิศทางการหมุนของมอเตอร์​นั้น​ขึ้น​กับ​ขั้วของแหล่งจ่ายที่​เราป้อน​ให้​แก่มอเตอร์​ ​ใน​รูปที่​ ๗ ​แสดงชุดขับมอเตอร์​ (Motor driver)

เซอร์​โวมอเตอร์​ (Servo motor)
​เซอร์​โวมอเตอร์​เป็น​มอเตอร์ชนิดพิ​เศษที่​สามารถ​ควบคุม​ให้​ทำ​งานเฉพาะตำ​แหน่ง​ใด​ตำ​แหน่งหนึ่ง​ได้​ ​โดย​ที่​เซอร์​โวมอเตอร์ประกอบ​ด้วย​ DC ​มอเตอร์​, ​ชุดเกียร์ทดรอบ​, ​เซ็นเซอร์จับตำ​แหน่งของเพลา​ ​และ​วงจรอิ​เล็ก​ทรอนิกส์ที่ควบคุมมอเตอร์​ ​ซึ่ง​คำ​ว่า​ ?​เซอร์​โว​? ​มา​จาก​การที่ระบบมี​ความ​สามารถ​ที่​จะ​ควบคุมพฤติกรรมของตัวมันเอง​ได้​ ​ซึ่ง​มัน​สามารถ​วัดตำ​แหน่งของตัวมันเอง​และ​ชดเชยกำ​ลังงานที่​เสียไป​ด้วย​สัญญาณควบคุมทีป้อนกลับมา​ ​ใน​รูปที่​ ๗ ​แสดงตัวอย่างของเซอร์​โวมอเตอร์

เอนโคดเดอร์​ (Encoder)

​เป็น​อุปกรณ์ที่​ใช้​ใน​การวัดมุมเพลาของมอเตอร์​ ​ซึ่ง​มี​อยู่​ 2 ​ชนิด​ ​คือ​ ๑)​เอนโคดเดอร์​ ​อินคริ​เมนต์​ (Incremental Encoder) ​โดย​ทั่ว​ไปเรียกว่า​เอนโคดเดอร์​แบบโรตารี​(Rotary Encoder) ​จะ​สร้างสัญญาณพัลล์​ (Pulse) ​ที่​แปรผันตรง​กับ​การหมุนของเพลามอเตอร์​ซึ่ง​จะ​หมุน​ด้วย​ความ​เร็ว​เท่า​กับ​เพลาของมอเตอร์นั่นเอง​ ​โดย​เอนโคดเดอร์​แบบโรตารี​จะ​ประกอบ​ด้วย​ ​จานหมุน​ ​และ​อุปกรณ์ตรวจจับ​ (Sensor) ​โดย​จานหมุน​จะ​มีช่อง​เล็กๆ​ ​เมื่อเพลาของมอเตอร์หมุน​จะ​ทำ​ให้​จานหมุนไปตัดลำ​แสงของเซ็นเซอร์​ ​ทำ​ให้​ชุดรับแสงมีการรับสัญญาณ​เป็น​ช่วงๆ​ ​จึง​ทำ​ให้​สัญญาณเอาต์พุทมีลักษณะ​เป็น​พัลล์​ ๒)​เอนโคดเดอร์​แบบสัมบูรณ์​ (Absolute Encoder) ​หรือ​โดย​ทั่ว​ไปเรียกว่า​โพเทนชิ​โอมิ​เตอร์​(Potentiometer) ​เป็น​เอนโคดเดอร์อีกชนิดหนึ่งที่อาศัยหลักการของ​ ​ออปติค​โดย​ทั่ว​ไป​แล้ว​การทำ​งานคล้าย​กับ​เอนโคดเดอร์​แบบโรตารี​ ​โดย​การเคลื่อนที่ของ​ ​โพเทนชิ​โอมิ​เตอร์​จะ​แปรผัน​โดย​ตรง​กับ​ความ​เร็ว​ ​หรือ​ระยะทางของการเคลื่อนที่​ ​เอนโคดเดอร์​ ​ชนิดนี้​จะ​นิยม​ใช้​มาก​ใน​ระบบคอนโทรล​จะ​ให้​ความ​เที่ยงตรง​และ​สามารถ​บอก​ได้​ทุกตำ​แหน่งของการเคลื่อนที่​ ​ตลอดจนมีอายุการ​ใช้​งานที่ยาวนานกว่า​ ​ใน​รูปที่​ ๘ ​แสดงตัวอย่างของเอนโคดเดอร์

เซ็นเซอร์​ (Sensor)

​เซ็นเซอร์​เป็น​ส่วน​ที่สำ​คัญอีกอันหนึ่ง​ใน​การทำ​งานของหุ่นยนต์​ ​เพราะ​เซ็นเซอร์​เปรียบเสมือน​กับ​ประสาทสัมผัส​ ​เช่น​ ​เป็น​ ​หู​ ​ตา​ ​ของหุ่นยนต์​ ​ใน​การทำ​งานของมนุษย์​จะ​มีตา​เป็น​อวัยะที่ทำ​หน้าที่รับภาพ​ ​หูทำ​หน้าที่รับเสียง​ ​ผิวหนังทำ​หน้าที่รับรู้สัมผัส​และ​อุณหภูมิ​ ​อวัยะ​เหล่านี้ทำ​การเปลี่ยนการสัมผัสทาง​ ​ตา​ ​หู​ ​ผิวหนัง​ ​ให้​กลาย​เป็น​สัญญาณทางประสาทส่ง​ให้​สมอง​ ​เช่นเดียว​กับ​เซ็นเซอร์​จะ​ทำ​หน้าที่​เปลี่ยน​ ​แสง​ ​เสีย​ ​สัมผัส​ ​อุณหภูมิ​ ​ให้​กลาย​เป็น​สัญญาณไฟฟ้าที่​จะ​ส่ง​ให้​ส่วน​ควบคุม

​เซ็นเซอร์​เองก็​แบ่งประ​เภทคล้ายประสาทสัมผัสของมนุษย์​ ​เช่น​ ​เซ็นเซอร์​แสงที่ทำ​หน้าที่​เปลี่ยน​ ​แสง​ ​สี​ ​เป็น​สัญญาณไฟฟ้า​เหมือนตา​, ​เซ็นเซอร์​เสียก็ทำ​หน้าที่​เปลี่ยนเสียง​เป็น​สัญญาณไฟฟ้า​เหมือนหู​, ​เซ็นเซอร์สัมผัส​และ​อุณหภูมิ​ ​เป็น​สัญญาณไฟฟ้า​เหมือนผิวหนัง​ ​เซ็นเซอร์​แก๊สก็ทำ​หน้าที่ตรวจวัดสารเคมีที่ฟุ้งกระจายเหมือนจมูก​ ​นอก​จาก​ที่​ยัง​มี​เซ็นเซอร์ชนิดต่างๆ​ ​อีกมากมาย​ใน​การ​เป็น​สัญญาณรับรู้​ให้​หุ่นยนต์​ ​เช่น​ ​เซ็นเซอร์วัดตำ​แหน่ง​ (Position Sensor), ​เซ็นเซอร์วัด​ความ​เร็ว​ (Velocity Sensor), ​เซ็นเซอร์วัด​ความ​เร่ง​ (Acceleration Sensor), ​เซ็นเซอร์วัดแรง​ (Force Sensor), ​เซ็นเซอร์วัดแรงบิด​ (Torque Sensor) ​เป็น​ต้น

บทความนี้ถูกเผยแพร่ในเวปไซด์ http://www.manager.co.th/QOL/ViewNews.aspx?NewsID=9500000149390

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

——————————————————————————————

ข้อมูลจำเพาะของผู้เขียน

ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา

ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ