ต้นแบบหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงในอุตสาหกรรม

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ในส่วนแรกจะนำเสนอการออกแบบและสร้างหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงที่มี โครงสร้างเป็นรูปแบบขนานที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์สามตัว โดยจะใช้หลักการทางจลนศาสตร์ผกผัน เพื่อช่วยออกแบบและเลือกความยาวของแต่ละก้านโยง เพื่อให้ได้พื้นที่การทำงาน ทั้งในระนาบ แนวนอนที่เหมาะสมในระดับความสูงที่ต้องการและทำการจำลองพื้นที่การทำงานของหุ่นยนต์ก่อนที่ จะดำเนินการสร้างจริง การออกแบบระบบควบคุมการเคลื่อนที่ของปลายมือจับของหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงตามจุด และเส้นทางที่กำหนด ซึ่งใช้การคำนวณด้วยจลนศาสตร์ผกผัน โดยโปรแกรมระบบควบคุมได้ พัฒนาขึ้นด้วย MATLAB/GUI พร้อมภาพจำลองแสดงลักษณะการเคลื่อนที่ที่เน้นฟังก์ชั่นให้ควบคุม การเคลื่อนที่ของปลายมือจับของหุ่นยนต์แบบสามก้านโยง ที่ขับด้วยมอเตอร์แบบดีซีได้ง่ายตามเส้นที่ กำหนด และเส้นทางการเคลื่อนที่นั้นจะประมาณค่าอย่างราบเรียบต่อเนื่องจากจุดพิกัด ที่กำหนดโดย ผู้ใช้งาน การทดลองแรกเป็นการทดสอบความแม่นยำ ในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงที่ ใช้ดีซีมอเตอร์ตามตำแหน่งที่กำหนดตามแกน x และ y นั้นมีค่าความผิดพลาดไมเกิน ±2 มิลลิเมตร ส่วนการเคลื่อนที่ตามแกน z จะมีค่าความผิดพลาดไมเกิน ±1 มิลลิเมตร ในการเคลื่อนที่เป็นระยะทาง 100 มิลลิเมตร ในแต่ละแกน การทดลองที่สองเป็นการทดสอบความเร็วในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ แบบสามก้านโยงที่ใช้เอซีมอเตอร์ตามเส้นทางที่สร้างขึ้น จากจุดพิกัดที่กำหนดของผู้ใช้งานโดย เปรียบเทียบคาสั่งของมอเตอร์กับค่าที่วัดได้จากเอนโค้ดเดอร์ของแต่ละก้านโยง โดยวัดความเร็ว เชิงมุมสูงสุดที่หุ่นยนต์แบบสามก้านโยงสามารถทำได้เป็น 901 องศา/วินาที ผลการทดลองพบว่า หุ่นยนต์แบบสามก้านสามารถทำงานซ้ำเดิมได้อย่างแม่นยำจากการทดสอบ 3 ครั้ง

In the first part of this thesis, a design and construction of a three-parallel-link structure Delta robot driven by three motors is presented. Inverse kinematics is used to design and to select the length of each link in order to obtain a suitable workspace in a horizontal plane and at a desired height. Then the working space of the Delta robot is simulated before constructing a real Delta robot. Point-wise tracking and trajectory tracking controls of the end-effector of the Delta robot is used the inverse kinematics computation The simulated movement visualization, developed by MATLAB/GUI, is emphasized on the user-friendly function for trajectory motion control of the end-effector of the Delta robot driven by DC motors. Smooth-and-continuous trajectory is interpolated from a specified position selected by the user. The first experiment is an evaluation of an accuracy of the point-wise tracking control of the Delta robot using DC motors. The point-wise tracking errors along x and y axes and along z axis are at most ±2 and ±1 mm, respectively, for 100-mm motion control in each axis. The second experiment is an evaluation of the motion speed of the Delta robot using AC motors as the user’s specified trajectory tracking in by comparing motor commands with measured encoders of each link A maximum angular speed that the Delta robot can achieve is 901 degrees per second. The experiments found that the Delta robot can work in an accurate manner repeatedly in three experimental runs.