การออกแบบและการใช้งานหุ่นยนต์แบบสามก้านโยง (Delta Robot)

Design and Implementation of a 3-DOF Delta Robot
อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงาน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

https://fb.watch/6fU-yR5AF1/

การออกแบบและการใช้งานหุ่นยนต์แบบสามก้านโยง
Design and Implementation of a 3-DOF Delta Robot

นายไชยพัฒน์ พัชรพัฒนชัย รหัสนิสิต 5930301174
นางสาวญาสุมินทร์ คำนวนวัย รหัสนิสิต 5930301182
นางสาวธนัญญา ถิ่นสุข รหัสนิสิต 5930301271

โครงงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและระบบการผลิต คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
ปีการศึกษา 2562

ใบรับรองโครงงานวิศวกรรม
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและระบบการผลิต
ชื่อโครงงาน การออกแบบและการใช้งานหุ่นยนต์แบบสามก้านโยง
Design and Implementation of a 3-DOF Delta Robot
โดย นายไชยพัฒน์ พัชรพัฒนชัย รหัสนิสิต 5930301174
นางสาวญาสุมินทร์ คำนวนวัย รหัสนิสิต 5930301182
นางสาวธนัญญา ถิ่นสุข รหัสนิสิต 5930301271
ชื่อปริญญา วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต
สาขาวิชา วิศวกรรมเครื่องกลและการออกแบบ
ปีการศึกษา 2562 อาจารย์ที่ปรึกษา อ.ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

ชื่อโครงงาน การออกแบบและการใช้งานหุ่นยนต์แบบสามก้านโยง
โดย นายไชยพัฒน์ พัชรพัฒนชัย รหัสนิสิต 5930301174
นางสาวญาสุมินทร์ คำนวนวัย รหัสนิสิต 5930301182
นางสาวธนัญญา ถิ่นสุข รหัสนิสิต 5930301271
ชื่อปริญญา วิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต
สาขาวิชา วิศวกรรมเครื่องกลและการออกแบบ
ปีการศึกษา 2562 อาจารย์ที่ปรึกษา อ.ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

บทคัดย่อ
ปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมการบรรจุที่ควบคุมด้วยระบบอัตโนมัติ หุ่นยนต์ช่วยบรรจุมีความสำคัญมาก เนื่องจากมีความแม่นยำและความเร็วในการปฏิบัติงานสูงจึงทำให้ประหยัดเวลาการทำงานได้เป็นอย่างมาก เพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายอุตสาหกรรม 4.0 ได้มีการรวบรวมความคิดของสมาชิกภายในกลุ่มและที่ปรึกษาประจำโครงงานเพื่อจัดทำหุ่นยนต์ทางอุตสาหกรรมแบบสามก้านโยงขนาดเล็กหรือหุ่นยนต์สามก้านโยง (Delta Robot) เพื่อตอบสนองอุตสาหกรรมขนาดเล็ก
การออกแบบหุ่นยนต์สามก้านโยงนั้น จะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แบบดีซีสามตัวโดยใช้สมการจลนศาสตร์ไปข้างหน้า (Forward Kinematic) และสมการจลนศาสตร์ผกผัน (Inverse Kinematic) เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ใช้โปรแกรม SolidWorks ในการออกแบบและประกอบชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้าด้วยกันและใช้โปรแกรม LabVIEW Interface Arduino ในการควบคุมหุ่นยนต์ การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์นั้นขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของมอเตอร์และวัสดุของชิ้นส่วนหุ่นยนต์
การทดลองการใช้งานของหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงจากการออกแบบและประกอบตัวหุ่นยนต์ขึ้นมานั้นได้มีการทดสอบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงสามตัวเคลื่อนที่โดยให้แผ่นสามเหลี่ยมปลายแขนเป็นตัวเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่กำหนดตามแกน X,Y และ Z ทั้งด้านบวกและด้านลบ การทดสอบนี้ทำการเคลื่อนที่เป็นระยะ 10 มิลลิเมตร ในแต่ละครั้ง เป็นจำนวน 10 ครั้ง พบว่าค่าความผิดพลาดทั้งสองกรณีมีค่าไม่เกิน ± 2 มิลลิเมตร

Project Candidate Design and Implementation of a 3-DOF Delta Robot
Candidate Mr. Chaiyapat Phatcharapattanachai 5930301174
Miss Yasumin Kamnuanwai 5930301182
Miss Tananya Thinsuk 5930301271
Program Bachelor of Engineering
Field of study Mechanical and Design Engineering
B.E. 2019
Project Advisors Dr.Kittipong Yaovaja
Abstract
In the packaging industry automatic robot packing is very important. The precision and speed of high performance can save time in working. In order to comply with the industrial policies 4.0. We have collected an idea of group members and project consultants. Therefore, we have invented the small industrial robot three links (Delta Robot).
Design of the robot is driven with DC servo motors by using Forward kinematics and Inverse kinematics mathematical model. We use Solidworks to design and assemble the parts and use LabVIEW Interface Arduino to control the robot. The movement of the robot depends on the efficiency of the motor and the material of the robot parts.
It have to simulate robotic applications by precision testing of the motion on the axis XY and Z. Triangle plate forearm is moving to the specified location along the axis, and X Y Z both positive and negative. This test performs a movement 10 mm. each, an amount 10 times. It is found that in both cases, the error values are not exceed ± 2 mm.
 

สารบัญ
บทที่ 1 บทนำ 1
ความเป็นมาและความสำคัญของปัญหา 1
วัตถุประสงค์ 2
ขอบเขตของโครงงาน 2
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 3
แผนการดำเนินงาน 3
บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 4
วรรณกรรมที่เกี่ยวข้อง 4
ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 7
ประเภทของหุ่นยนต์ 7
ประเภทของข้อต่อในหุ่นยนต์ 7
Controller 10
Servo Driver 10
Servo Motor 11
ประเภทของเซอร์โวมอเตอร์ 11
โปรแกรม LabVIEW 13
อุปกรณ์ NI myRIO 14
จลนศาสตร์(Kinematics) 15
การคำนวณ 19
บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการดำเนินงาน 22
อุปกรณ์ในการทำงาน 22
สารบัญ (ต่อ)
ขั้นตอนในการออกแบบและขบวนการปฏิบัติงาน 29
บทที่ 4 ผลการทดลอง 35
บทที่ 5 สรุปผลการทดลอง 37
ข้อเสนอแนะ 38
ภาคผนวก 39
บรรณานุกรม 46

สารบัญตาราง
ตารางที่ หน้า
1 ค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ10 มิลลิเมตร ในทิศบวก 36
2 ค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ10 มิลลิเมตร ในทิศลบ 36
3 ค่าเฉลี่ยของค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ10 มิลลิเมตร
37

สารบัญภาพ
ภาพที่ หน้า
1 หุ่นยนต์ประกอบรถยนต์ 1
2 หุ่นยนต์เดลต้าของ Raymond Clavel 2
3 Revolute-Input Delta Robot 5
4 Prismatic-Input Delta Robot 5
5 หุ่นยนต์เดลต้าดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ศัลยกรรมมหาวิทยาลัยฮัมโบลด์ – เบอร์ลิน 6
6 หุ่นยนต์เดลต้าของ Hitachi Seiki สำหรับการเจาะภายในเครื่องจักร CNC 7
7 ประเภทของข้อต่อในหุ่นยนต์ 8
8 หุ่นยนต์ประเภท TRR 9
9 หุ่นยนต์ประเภท TLO 9
10 Controller 10
11 Servo Driver 10
12 Servo Motor 11
13 นิยามตามคู่มืออ้างอิงเซอร์โวฉบับภาษาเยอรมัน 12
14 โครงสร้าง servo motor 13
15 โปรแกรม LabVIEW 14
16 อุปกรณ์ NI myRIO 14
17 NI myRIO Board 15
18 แผนผังการทำงานของจลนศาสตร์ผกผัน 16
19 มุมของแขนแต่ละของหุ่นยนต์เดลต้า 16
20 แผนผังของแรงและแรงบิด 20
21 Characteristic of Velocity-Torque 21
22 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 22
23 Motor Drive 23
24 แหล่งจ่ายไฟ 24
25 แขนบน 24
26 แขนล่าง 25
27 Rod End 25
28 Screw and Nut 25
สารบัญภาพ (ต่อ)
29 อลูมิเนียมโปร์ไฟล์ 26
30 สายจูนมอเตอร์ 26
31 เครื่องชั่งน้ำหนัก 27
32 ชุดประแจหกเหลี่ยม 27
33 สายไฟชนิดต่าง ๆ 28
34 ตลับเมตร 28
35 แผ่นสามเหลี่ยมด้านล่าง 29
36 แขนด้านล่าง 29
37 แขนด้านบน 30
38 แผ่นหกเหลี่ยมด้านบน (Base) 30
39 Rod End 31
40 เพลาขาบน 31
41 คัปปลิ้ง (Coupling) 32
42 Motor 32
43 Screw Motor 32
44 โครงหุ่นยนต์ 33
45 ฐานยึดมอเตอร์ 33
46 น็อตโครงหุ่นยนต์ 33
47 ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Front Panel (การกำหนดค่าเริ่มต้น) 34
48 ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Front Panel (Control) 34
49 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks 39
50 รูปชิ้นงานจริง 39
51 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks 40
52 รูปชิ้นงานจริง 40
53 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks 41
54 รูปชิ้นงานจริง 41
55 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks 42
56 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks 42
57 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram (การกำหนดค่าเริ่มต้น) 43
58 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 1 43
59 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 2 43
สารบัญภาพ (ต่อ)
60 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 3 44
61 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 4 44
62 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 5 44
63 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 6 45
64 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 7 45
65 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 8 45

บทที่ 1
บทนำ
1.1 ความเป็นมาและความสำคัญของปัญหา
ในยุคของปัจจุบันที่เรารู้จักกันในยุค 4.0 ที่เป็นเศรษฐกิจที่ขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรมซึ่งกลุ่มหุ่นยนต์อัจฉริยะก็เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่มีบทบาทมากในโรงงานอุตสาหกรรมทั้งในประเทศและต่างประเทศ นอกจากจะใช้งานด้านอุตสาหกรรมแล้วยังมีด้านการแพทย์ การวิจัย ครัวเรือน และการใช้งานที่อำนวยความสะดวกในการขนย้าย ทุ่นแรงให้กับมนุษย์ เพราะนอกจากหุ่นยนต์จะทำงานได้อย่างต่อเนื่องแล้วยังมีความเร็วและความแม่นยำในการทำงานเป็นอย่างดี รวมถึงอันตรายที่เกิดขึ้นกับมนุษย์หรือพื้นที่การทำงานที่เสี่ยงต่อมนุษย์ได้ หุ่นยนต์สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ หุ่นยนต์แบบยึดอยู่กับที่ (Fixed Robot) โดยทั่วไปจะมีลักษณะที่มีฐานยึดอยู่กับที่ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้และมีแขนกลเคลื่อนไหวในพื้นที่การทำงานที่จำกัด เช่น หุ่นยนต์ที่ใช้ประกอบชิ้นส่วนของรถยนต์ หุ่นยนต์ 3D Printer หุ่นยนต์ประเภทที่สอง หุ่นยนต์แบบเคลื่อนที่ (Mobile Robot) จะสามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ได้ด้วยล้อ หรือด้วยตัวเอง เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ เช่น หุ่นยนต์ที่ใช้ดูดฝุ่น หุ่นยนต์สำรวจและกู้ภัย

ภาพที่ 1 หุ่นยนต์ประกอบรถยนต์
ที่มา: https://www.thairath.co.th/content/509090
ผู้จัดทำโครงงานจึงมีความคิดที่จะออกแบบหุ่นยนต์แบบสามก้านโยงเพื่อใช้งานที่เป็นประโยชน์ได้ โดยมีแขนหุ่นยนต์ที่เคลื่อนไหวไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้ และมีประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ได้แม่นยำและรวดเร็วแบบอัตโนมัติ หุ่นยนต์แบบเดลต้าโรบอทเป็นที่รู้จักทั่วโลกในปี ค.ศ. 1985 โดย Raymond Clavel เป็นหุ่นยนต์คู่ขนานความเร็วสูงแบบแรกของโลกที่มีโครงสร้างน้ำหนักเบาจึงทำให้ Delta Robot เป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบสำหรับอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อุตสาหกรรม เขาได้รับปริญญาเอกด้านหุ่นยนต์ขนานเมื่อปีพ.ศ. 2534 ศาสตราจารย์ Clavel ได้รับรางวัลจากการเป็นที่รู้จักทั่วโลก เขาได้รับรางวัลใหญ่ ๆ หลายสิบรางวัล ได้แก่ รางวัล JIRI Award (จากสมาคมอุตสาหกรรมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแห่งประเทศญี่ปุ่น) รางวัล Golden Robot Award และรางวัล Sonderpreis “Inventing the Future” ของ Vontobel Foundation ปี ค.ศ. 2005 นอกจากนั้นหุ่นยนต์ได้ถูกนำไปใช้บรรจุลงกล่องในอุตสาหกรรมเป็นครั้งแรก [1]

ภาพที่ 2 หุ่นยนต์เดลต้าของ Raymond Clavel
ที่มา: http://sti.epfl.ch/page-76362-en.html
1.2 วัตถุประสงค์
1.2.1 เพื่อศึกษาการออกแบบหุ่นยนต์เดลต้าด้วยโปรแกรม SolidWorks และสร้างหุ่นยนต์เดลต้าที่สามารถเคลื่อนที่ได้
1.2.2 เพื่อศึกษาการใช้งานและการควบคุมแขนของหุ่นยนต์เดลต้าในทิศแกน X, Y และ Z โดยเคลื่อนที่ในทิศทางทั้งสามแกน คือ X ,Y และ Z เป็นระยะ 10 มิลลิเมตร เป็นจำนวน 10 ครั้ง ทั้งการเคลื่อนที่ด้านบวกและด้านลบ
1.2.3 เพื่อศึกษาและออกแบบการเขียนโปรแกรมโดยใช้โปรแกรม LabVIEW ในการควบคุมหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่
1.3 ขอบเขตของโครงงาน
1.3.1 วางแผนและออกแบบโครงสร้างของหุ่นยนต์เดลต้า โดยให้ขนาดความสูงของโครงสร้างประมาณ 66 เซนติเมตร
1.3.2 ใช้ Servo Motor ชนิดดีซี SANMOTION 24/36 V จำนวนสามตัวเป็นตัวขับกำลังขับก้านโยงทั้งสามของแขนหุ่นยนต์
1.3.3 สามารถป้อนตำแหน่งที่กำหนดไปยังการ์ดรับ-ส่งข้อมูลของบอร์ด Arduino ที่เป็นตัวควบคุมกลางที่ใช้เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์และสามารถสร้างการเคลื่อนที่ของปลายแขนกลไปตามพิกัดองศาที่กำหนดไว้
1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
1.4.1 ได้ศึกษาหาความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหุ่นยนต์ การใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง การทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ
1.4.2 ได้เรียนรู้การออกแบบโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อใช้สำหรับการสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้และสามารถเคลื่อนไปยังพิกัดจุดที่กำหนดไว้ได้
1.4.3 ได้ทราบถึงหลักการทำงาน การควบคุมและการแก้ไขปัญหาในระบบอัตโนมัติของแขนหุ่นยนต์เดลต้า
1.5 แผนการดำเนินงาน
1.5.1 ศึกษาและรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการทำหุ่นยนต์
1.5.2 ศึกษาสมการจลศาสตร์ของแขนหุ่นยนต์แบบเดลต้าและวางแผนการทำงาน
1.5.3 ออกแบบขนาดของแขนสามก้านโยง ชิ้นส่วน อุปกรณ์ต่าง ๆของหุ่นยนต์เดลต้าและประกอบชิ้นส่วนต่าง ๆโดยใช้โปรแกรม SolidWorks
1.5.4 จัดหาแหล่งอุปกรณ์และเลือกซื้อวัสดุที่ตรงตามที่กำหนด
1.5.5 ทำการกลึงชิ้นงานของแขนด้านบนและด้านล่างให้ได้ขนาดจามต้องการ และสั่งทำตัว Platform ด้านล่างและตัว Base แขนด้านบน (Upper Arm) ทำจากสแตนเลส, แขนด้านล่าง (Lower Arm) ทำจากอลูมิเนียม, แผ่นด้านล่าง (Platform) ทำจากเหล็ก S50C และแขน ด้านบน (Upper Arms) ทำจากอลูมิเนียม
1.5.6 ทำโครงสร้างที่ใช้ในการติดตั้งหุ่นยนต์เดลต้าโดยใช้อลูมิเนียมโปรไฟล์
1.5.7 ประกอบชิ้นส่วนของแขนหุ่นยนต์และติดตั้งชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้ากับแขนหุ่นยนต์
1.5.8 ต่อระบบสายไฟเข้ากับ Driver, Stepping Motor, Power Supply
1.5.9 ทดสอบการทำงานของมอเตอร์และประสิทธิภาพหุ่นยนต์เดลต้าด้วยโปรแกรม LabVIEWโดยมีการเคลื่อนที่ตามพิกัดมุมองศาที่กำหนดไว้
1.5.10 วิเคราะห์และแก้ไขปัญหาจากการทดลองจริงและเก็บผลการทดลอง

บทที่ 2
ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
2.1 วรรณกรรมที่เกี่ยวข้อง
หุ่นยนต์เดลต้าเป็นประเภทของหุ่นยนต์แบบขนาน(Parallel Robot) [2] คล้ายกับสจ๊วตแพลตฟอร์มประกอบด้วยสามแขนเชื่อมต่อกันด้วย Universal joint คุณลักษณะการออกแบบที่สำคัญคือการยึดปลายแขนด้านล่างทั้งสามด้วยแผ่นสามเหลี่ยมซึ่งตรงกันข้ามกับสจ๊วตแพลตฟอร์มที่สามารถเปลี่ยนทิศทางของแผ่นปลายแขนได้ หุ่นยนต์เดลต้ามีการใช้งานที่ได้รับความนิยมในการหยิบและบรรจุหีบห่อของสิ่งของขนาดเล็กในโรงงานอุตสาหกรรมเนื่องจากสามารถทำงานได้รวดเร็วโดยมีบางส่วนสามารถทำงานได้ถึง 300 ชิ้นต่อนาทีหุ่นยนต์เดลต้า (หุ่นยนต์แบบขนาน) ถูกคิดค้นขึ้นในต้นทศวรรษ ค.ศ.1980 โดยทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Reymond Clavel จาก École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Switzerland) หลังจากที่ไปเยือนเป็นโรงงานผลิตช็อคโกแลต จึงเกิดแนวคิดต้องการที่จะพัฒนาหุ่นยนต์ที่จะวางพราลีนในบรรจุภัณฑ์วัตถุประสงค์ของหุ่นยนต์รุ่นใหม่นี้คือการจัดการกับวัตถุขนาดเล็กและเบาที่ความเร็วสูงมากซึ่งเป็นความต้องการของอุตสาหกรรมในขณะนั้นในปี ค.ศ.1987 บริษัท Swiss Demaurex ได้ซื้อลิขสิทธิ์ของหุ่นยนต์เดลต้าและเริ่มการผลิตหุ่นยนต์เดลต้าสำหรับอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ ในปี ค.ศ.1991 Reymond Clavel เสนอวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขา ชื่อว่า ‘conception d’un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté’ และได้รับรางวัลหุ่นยนต์ทองคำ(The golden robot award) ในปี ค.ศ. 1999 ABB Flexible Automation ได้เริ่มขายหุ่นต์เดลต้า FlexPicker และในปลายปี ค.ศ.1999 หุ่นยนต์เดลต้าถูกขายโดย Sigpack Systems [3]
ในปีพ.ศ.2560 นักวิจัย Microrobotics Lab ของ Harvard Hayley McClintock ได้ทำการย่อขนาดหุ่นยนต์เดลต้าให้เล็กลงโดยมีตัวนำไฟฟ้า piezoelectric เป็น 0.43 กรัมสำหรับขนาด 15 มม. x 15 มม. x 20 มม. สามารถเคลื่อนย้ายน้ำหนัก 1.3 กรัมรอบพื้นที่ทำงานขนาด 7 ลูกบาศก์ฟุตขนาดความแม่นยำ 5 ไมโครเมตร ถึง 0.45 เมตร / วินาทีความเร็วในการเร่งความเร็ว 215 เมตร / วินาที² และรูปแบบการทำซ้ำที่ 75 Hz [4]

ภาพที่ 3 Revolute-Input Delta Robot
ที่มา: https://industrial.omron.us/en/products/x-delta
หุ่นยนต์เดลต้าประกอบด้วย Four bar linkage โดยการเคลื่อนที่ของแผ่นปลายแขนสามารถเลื่อนที่ในแนวแกน X Y Z โดยไม่มีการหมุนแต่อย่างใด ในปัจจุบันหุ่นยนต์เดลต้าแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ Revolute-Input Delta Robot และ Prismatic-Input Delta Robot

ภาพที่ 4 Prismatic-Input Delta Robot
ที่มา: https://www.robotdigg.com/product
นอกจากนี้บริษัทผู้ผลิตหุ่นยนต์ยังได้มีการพัฒนาหุ่นยนต์เดลต้าเพื่ออำนาจความสะดวกในการทำงานที่หลากหลายมากขึ้น หุ่นยนต์เดลต้าแบบ 6 องศาอิสระ: พัฒนาโดย บริษัท Fanuc ซึ่งเป็นแบบอนุกรม Kinematic ที่มีองศาการหมุน 3 องศาอยู่ที่แผ่นปลายแขน (ลักษณะคล้ายกับสจ๊วตแพลตฟอร์ม) หุ่นยนต์เดลต้าแบบ 4 องศาอิสระ: [5] พัฒนาโดย บริษัท Adept ซึ่งมีแขนที่สี่เชื่อมต่อกับแผ่นปลายแขนหุ่นยนต์เดลต้าแบบพ็อกเก็ต : พัฒนาโดย บริษัท Astral SA ของสวิสซึ่งเป็นหุ่นยนต์เดลต้ารุ่น 3 แกน (3 องศาอิสระ)เหมาะสำหรับระบบป้อนแบบยืดหยุ่นและโปรแกรมประยุกต์ที่มีความเร็วสูงและมีความแม่นยำสูงอื่น ๆDelta Cube: พัฒนาโดยห้องทดลองของมหาวิทยาลัย EPFL LSRO ซึ่งเป็นหุ่นยนต์เดลต้า ที่สร้างขึ้นในการออกแบบเสาหินโดยมีข้อต่อแบบยืดหยุ่นและบานพับ หุ่นยนต์เดลต้าประเภทนี้ เหมาะสำหรับงานที่มีความแม่นยำสูง
2.1.1. การประยุกต์ใช้งาน
หุ่นยนต์เดลต้าเป็นอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์, อุตสาหกรรมยา และมีการประยุกต์ใช้สำหรับการผ่าตัด การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง, โครงสร้างของหุ่นเดลต้ายังสามารถใช้เพื่อสร้างคอนโทรลเลอร์ haptic

นอกจากนี้ยังมีนำหุ่นยนต์เดลต้าไปปรับใช้กับเครื่องพิมพ์สามมิติ เครื่องพิมพ์ และใช้ในการเจาะชิ้นงานของเครื่องจักร CNC [6]

ที่มา:https://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html
2.2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
2.2.1.1 ประเภทของหุ่นยนต์
หุ่นยนต์ถูกแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามลักษณะการใช้งาน[8] คือ
1.หุ่นยนต์ชนิดที่ติดตั้งอยู่กับที่ (Fixed Robot) เป็นหุ่นยนต์ที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปไหนได้ด้วยตัวเอง มีลักษณะเป็นแขนกล สามารถขยับและเคลื่อนไหวได้เฉพาะแต่ละข้อต่อ ภายในตัวเองเท่านั้น มักนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานประกอบรถยนต์

1. หุ่นยนต์ชนิดที่เคลื่อนที่ได้ (Mobile Robot) หุ่นยนต์ประเภทนี้จะแตกต่างจากหุ่นยนต์ที่ติดตั้งอยู่กับที่ เพราะสามารเคลื่อนที่ไปไหนมาไหนได้ด้วยตัวเอง โดยการใช้ล้อหรือการใช้ขา ซึ่งหุ่นยนต์ประเภทนี้ปัจจุบันยังเป็นงานวิจัยที่ทำการศึกษาอยู่ภายในห้องทดลอง เพื่อพัฒนาออกมาใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ เช่นหุ่นยนต์ ตัวอย่างหุ่นยนต์
   2.2.1.2 ประเภทของข้อต่อในหุ่นยนต์
   หุ่นยนต์ในอุตสาหกรรมมีข้อต่อทางกลที่สามารถจำแนกออกได้เป็น 5 ประเภท

ภาพที่ 7 ประเภทของข้อต่อในหุ่นยนต์
ที่มา: http://nptel.ac.in/courses/112103174/module7/lec5/images/01.png
a) ข้อต่อเชิงเส้น (Type L Joint)
การเคลื่อนที่ระหว่างก้านโยง input และ ก้านโยง output มีลักษณะเป็นการเลื่อนเข้าออกในทิศทางขนานกัน โดยก้านโยงทั้งต่อกันในแนวแกน
b) ข้อต่อแบบตั้งฉาก (Type U Joint)
การเคลื่อนที่ระหว่างก้านโยง input และ ก้านโยง output มีลักษณะเป็นการเลื่อนเข้าออกในทิศทางขนานเหมือนข้อต่อเชิงเส้น แต่ทิศทางการต่อของก้านโยงทั้งสองต่อกันในแนวตั้งฉาก
c) ข้อต่อแบบหมุน (Type R Joint)
ข้อต่อประเภทนี้จะมีการเคลื่อนที่แบบหมุน โดยการหมุนมีลักษณะคล้ายบานพับ สามารถทำมุมได้ตั้งแต่ 0-90 องศา(ทำมุมกับแนวระดับ)
d) ข้อต่อแบบบิด (Type T Joint)
ข้อต่อประเภทนี้สามารถหมุนบิดรอบแกนได้
e) ข้อต่อแบบหมุน (Type V-Joint, V from the “v” in revolving)
ข้อต่อประเภทนี้มีการต่อก้านโยงทั้งสองเหมือนกับแบบข้อต่อตั้งฉากแต่มีลักษณะการเคลื่อนที่แบบหมุนรอบแกนเหมือนข้อต่อแบบบิด
จากประเภทของข้อต่อในหุ่นยนต์ทั้ง 5 ประเภทนี้ ทำให้สามารถเรียกหุ่นยนต์ตามลักษณะของข้อต่อต่าง ๆ ที่ถูกนำมาใช้ได้โดยการใช้ชื่อย่อของประเภทข้อต่อตัวอย่างเช่น

ภาพที่ 8 หุ่นยนต์ประเภท TRR
ที่มา :http://community.fortunecity.ws/campus/essay/680/fig117.jpg

ภาพที่ 9 หุ่นยนต์ประเภท TLO
ที่มา : http://community.fortunecity.ws/campus/essay/680/fig115.jpg
การเรียกชื่อหุ่นยนต์ตามประเภทข้อต่อจะพิจารณาข้อต่อที่อยู่ติดกับฐานขึ้นไปเรื่อย ๆ จนสุดปลายแขนและการเรียกชื่อหุ่นยนต์ด้วยวิธีการดังกล่าวทำให้สามารถเรียกหุ่นยนต์เดลต้าด้วยอีกชื่อว่า 3-RUU

2.2.2 Controller

ภาพที่ 10 Controller
ที่มา: https://www.sangchaimeter.com/support_detail/servo-motor
Controller มีหน้าที่รับคำสั่งจากผู้ใช้งานว่าต้องการให้ Servo Motor นั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไหร่และระยะทาง ใกล้หรือไกลแค่ไหน หน้าที่ตรงจุดนี้จะเป็น Controller จะเป็นตัวกำหนดให้กับตัว Servo Motor
2.2.3 Servo Driver

ภาพที่ 11 Servo Driver
ที่มา: https://www.sangchaimeter.com/support_detail/servo-motor
Servo Driver จะรับสัญญาณมาจาก Controller และสั่งการให้กับตัว Servo Motor เคลื่อนที่ตามที่ Controller สั่งการมา แต่ทำไม Controller ไม่สั่งการควบคุมไปที่ Servo Motor โดยตรงเนื่องจาก Servo Driver จะเป็นตัวที่ปรับตั้งค่าของตัว Servo Motor ให้ทำงานตามรูปแบบของการควบคุมไม่ว่า จะเป็นการควบคุม ความเร็ว(Speed Control) , แรงบิด (Torque) และ ตำแหน่ง (Position Control) ตัว Servo Driver จะเป็น ตัวกำหนดค่าตัวแปรหรือพารามิเตอร์ต่าง ๆ ให้กับตัว Servo Motor ให้ทำงานได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ เพราะฉะนั้นเมื่อใช้ Servo Motor ก็จะต้องมี Servo Driver เสมอ
2.2.4. Servo Motor

ภาพที่ 12 Servo Motor
ที่มา: https://www.sangchaimeter.com/support_detail/servo-motor
Servo Motor มีหน้าที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์ของเครื่องจักรกลหรือระบบของการทำงานนั้น ๆ ให้เป็นไปตามรูปแบบที่ ได้รับคําสั่งจากตัว Servo Driver พร้อมกับส่งสัญญาณป้อนกลับให้กับตัว Servo Driver ว่าตอนนี้ Servo Motor เคลื่อนที่ด้วย ความเร็วเท่าไหร่และระยะทางในการเคลื่อนที่เป็นระยะทางเท่าไหร่แล้ว ด้วยสัญญาณของตัว Encoder ที่อยู่ภายในตัว Servo Motor ทำให้การเคลื่อนที่ของ Servo Motor นั้นมีความแม่นยําสูงด้วองค์ประกอบข้างต้นทั้งหมดทั้งมวลนั้น พอจะทําให้ผู้ที่จะใช้งานหรือผู้ที่กําลังศึกษา พอที่จะมองภาพของการ ทํางานของระบบ Servo Motor ว่าองค์ประกอบของระบบหรือการที่จะใช้งาน Servo Motor นั้นต้องมีองค์ประกอบอะไรบ้างจึงจะใช้งาน Servo Motor ได้อย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพ
2.2.4.1 ประเภทของเซอร์โวมอเตอร์
โดยทั่วจะมีทั้งดีซีและเอซีเซอร์โวในเครื่องจักรรุ่นเก่าๆเราจะพบว่า DC Servo Motor มีการใช้เครื่องจักรกลอุตสาหกรรมมากกว่า AC Servo Motor เนื่องจากช่วงที่ผ่านมาการควบคุมกระแสกระแสสูงๆนั้นจะต้องใช้ SCRs แต่ปัจจุบันทรานซิสเตอร์ได้พัฒนาขีดความสามารถให้ตัดต่อกระแสสูงและใช้งานที่ความถี่ได้สูงๆขึ้น จึงทำให้ระบบควบคุมทางเอซีและระบบเซอร์โวได้ถูกนำมาใช้งานมากขึ้น ซึ่งสามารถแยกประเภทของเซอร์โวได้ดังนี้ [7]

ภาพที่ 13 นิยามตามคู่มืออ้างอิงเซอร์โวฉบับภาษาเยอรมัน
ที่มา http://chanaphinp.blogspot.com/2016

1. มอเตอร์ชนิดที่มีแปรงถ่าน
   เซอร์โวมอเตอร์ชนิดนี้ที่สเตเตอร์จะเป็นแม่เหล็กถาวร ส่วนโรเตอร์ยังใช้แปรงถ่านและคอมมิวเตอร์เรียงกระแสเข้าสู่ขดลวดอาร์เมเจอร์ เหมือนกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทั่วไป
2. เซอร์โวมอเตอร์ชนิดที่ไม่มีแปรงถ่าน
   เซอร์โวมอเตอร์ในกลุ่มนี้ประกอบด้วยดีซีเซอร์โว (DC Brushless Servo (โรเตอร์ทำด้วยแม่เหล็กถาวร)เอซีเซอร์โว (AC Servo) ซึ่งมีทั้งแบบซิงโครนัสเซอร์โว อะซิงโครนัสเซอร์โว (การนำอินดักชันมอเตอร์มาใช้ทำเป็นระบบขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์) และ สเตปปิ้งเซอร์โวมอเตอร์
   2.2.4.2 โครงสร้างของเซอร์โวมอเตอร์
   ข้อจำกัดอย่างหนึ่งของระบบควบคุมเซอร์โว ก็คือการใช้งานจะต้องเป็นแบบ Closed loopเท่านั้น การใช้งานระบบควบคุมเซอร์โวไม่สามารถเลือกควบคุมเป็นแบบ Open loop ได้เหมือนกันระบบขับเคลื่อนเอซี (AC Drives) การตอบสนองของระบบเซอร์โว เช่น อัตราเร่ง แรงบิด และตำแหน่งที่ควบคุม จะไม่เป็นไปตามวัตถุประสงค์หากไม่มีสัญญาณป้อนกลับไปยังชุดขับเคลื่อนเซอร์โว
   การควบคุมการทำงานในระบบนี้อุปกรณ์ป้อนกลับหรือเอ็นโค้ดเดอร์ (Encoder) จะมีบทบาทความสำคัญอย่างยิ่งเสมือนกับเป็นของคู่กันชนิดที่เรียกว่าขาดซึ่งกันและกันไม่ได้ ในทางปฎิบัติจึงทำเซอร์โวมอเตอร์และเอ็นโค๊ดเตอร์ ถูกออกแบบและผลิตสร้างขึ้นมาคู่กันในลักษณะเป็นแพ็คเกจ (Package ซึ่งมี Encoder ติดอยู่ที่ส่วนท้ายของมอเตอร์) ดังรูป ภาพที่ 14 โครงสร้าง servo motor
   ที่มา http://chanaphinp.blogspot.com/2016

2.2.5 โปรแกรม LabVIEW
LabVIEW เป็นโปรแกรมที่ถูกนำมาพัฒนาใช้ใน Application โดยมีหลักการที่คล้ายกับ Visual Basic จะต่างกันที่การเขียนโปรแกรม เขียนโดย Graphic Programming โดยฟังก์ชันที่ใช้งานจะมีชุดฟังก์ชัน คณิตศาสตร์ และ วิศวกรรม ที่นำมาใช้วิเคราะห์, ประมวลผล, และ แสดงข้อมูล และมีสายส่งข้อมูล เป็นสายต่อกันแบบการต่อวงจรไฟฟ้า ทำให้สามารถเขียนโปรแกรมได้เร็ว บริษัท National Instrument (NI) ได้พัฒนาโปรแกรม LabVIEW ให้มีหลากหลายผลิตภัณฑ์ ทั้ง Hardware และ Software ซึ่งทำให้ LabVIEW สามารถนำไปใช้สร้างระบบ การวัด, ควบคุม, และทดสอบ การประยุกต์ LabVIEW นิยมใช้ในงาน อุตสาหกรรม ต่าง ๆ หรืองานที่ใช้คอมพิวเตอร์มาควบคุม เนื่องจากเป็นโปรแกรมที่ไม่ซับซ้อน และ มีความหลากหลาย ซึ่งในปัจจุบันถูกนำมาใช้งานบน พีซีทั่วไปเรียกว่า Graphical System Design ที่เพิ่มความสามารถให้ LabVIEW ทำการออกแบบระบบ เริ่มตั้งแต่ ออกแบบซอฟต์แวร์ จนถึงการดึงสัญญาณ และ รันในฮาร์ดแวร์แบบ วินโดวส์, เรียลไทม์, และ FPGA [11]

ภาพที่ 15 โปรแกรม Labview
ที่มา http://know2problog.blogspot.com/2008/02/computer-lab.html
2.2.6 อุปกรณ์ NI myRIO
NI myRIO เป็นอุปกรณ์ Real-time I/O สำหรับการเรียนรู้การเขียนโปรแกรม Realtime I/O ด้วยภาษา LabVIEW ประกอบด้วย Hardware ประมวลผล Xilinx FPGA และ Dual-core ARM Cortex-A9 มีพอร์ต I/O ให้ใช้งานหลากหลายมากถึง 40 พอร์ต รวมทั้งยังมีฟังก์ชันเชื่อมต่อแบบ UART, SPI, I2C และอื่นๆ สำหรับเชื่อมต่อชุดเซ็นเซอร์รูปแบบต่างๆ มี Accelerometer แบบ 3 แกนในตัว รองรับการเชื่อมต่อและเขียนแกรมผ่าน Wi-Fi 2.4 GHz สามารถประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายทั้งในงานด้าน Robotics, Hardware Monitoring, Automations และอื่นๆ [12]

ภาพที่ 16 อุปกรณ์ NI myRIO
ที่มา: https://www.venussolutions.com/17277450/ni-myrio
ข้อดี
เขียนโปรแกรม LabVIEW FPGA และโปรแกรมลงบนตัว FPGA ได้โดยตรง
รองรับกับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอก อาทิ เซนเซอร์ และ แอคทูเตอร์
สร้างโปรแกรมใน NI myRIO ได้ด้วยเวลาเพียงไม่กี่นาที
การเขียนโปรแกรม

1. เชื่อม wifi ของ NI myRIO
2. เช็ครุ่นของ NI myRIO ให้ตรงกับ LapVIEW ที่ NI MAX
3. เข้าโปรแกรม LabVIEW เพื่อเขียนโปรแกรม

ภาพที่ 17 NI myRIO Board
ที่มา: http://www.tinyosshop.com/index.php?route=product/product&product_id=163
2.2.7 จลนศาสตร์ (Kinematics)
จลนศาสตร์(Kinematics) เป็นการศึกษาตำแหน่ง (Position),ทิศทางการหมุน (Orientation),การเคลื่อนที่เชิงเส้น (Translation Motion) และการเคลื่อนที่เชิงมุม (Rotational Motion) โดยไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ จลนศาสตร์ในการออกแบบหุ่นยนต์แบ่งออกเป็นสองแบบคือ จลนศาสตร์ไปข้างหน้า (Forward Kinematics) และจลนศาสตร์ผกผัน (Inverse Kinematics)
ในการออกแบบและวิเคราะห์จะใช้ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนโดยมีสมมติฐานให้ก้านต่อโยงเป็นวัตถุแข็งเกร็ง
จลนศาสตร์ผกผัน (Inverse Kinematics) จะถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์เมื่อทราบตำแหน่งของจุดปลาย X Y Z เพื่อหามุมร่วมกัน θ1 , θ2 และ θ3 ตามลำดับ

ที่มา: http://kobegolfcom.wixsite.com/mechatronicseng1/-57-1

ที่มา: http://kobegolfcom.wixsite.com/mechatronicseng1/-57-1
การคำนวนจลนศาสตร์ผกผันของหุ่นยนต์เดลต้าอันดับแรก จำเป็นต้องกำหนดค่าตัวแปรของหุ่นยนต์ เพื่อใช้สำหรับการคำนวณในสมการทางคณิตศาสตร์ จากนั้นกำหนดขนาดความยาวของแผ่นฐานบน คือ f, ความยาวของแผ่นเคลื่อนที่คือ e, ความยาว ของแขนบนคือ rf ความยาวของแขนล่างคือ re
สมการที่ใช้ในการคำนวณหาจลนศาสตร์ผกผัน ต้องการหามุมร่วมกัน ให้มุมของแขนที่ 1, มุมของ แขนที่ 2 และมุมของแขนที่ 3 คือ θ1, θ2 และ θ3 ตามลำดับ
กำหนด X0, Y0, Z0

จากสมการ (2.2) จะได้ค่า Y0 จากการคำนวณ แล้วทำ Y0 จากการกำหนดลบด้วย Y0 จากการคำนวณ

กำหนดให้

และ
ค่า d ที่ได้จะต้องมีค่ามากกว่า 0 เสมอ จึงจะสามารถคำนวณหาจลนศาสตร์ผกผันได้
ทำการหา θ1 ได้จาก

จะได้
จากสมการที่ (2.9) ถ้า Yj > Y1 ให้ K = 180 องศา แต่ถ้า Yj < Y1 ให้ K = 0 องศา เพื่อแปลงจากเรเดียน (Radian) ให้เป็นองศา (Degree)
ในทำนองเดียวกันสามารถหา θ2 และ θ3 โดยการนำ X0, Y0, Z0 จากการกำหนด
แทนในสมการ (2.10), (2.11) และ (2.12) สำหรับ θ2

กำหนดให้

และ
ค่า d ที่ได้จะต้องมีค่ามากกว่า 0 เสมอ จึงจะสามารถคำนวณหาจลนศาสตร์ผกผันได้
ทำการหา θ2 ได้จาก

จะได้
จากสมการที่ (2.9) ถ้า Yj > Y1 ให้ K = 180 องศา แต่ถ้า Yj < Y1 ให้ K = 0 องศา เพื่อแปลงจากเรเดียน (Radian) ให้เป็นองศา (Degree)
นำ X0, Y0, Z0 จากการกำหนด แทนในสมการ (2.19), (2.20) และ (2.21) สำหรับ θ3

กำหนดให้

และ
ค่า d ที่ได้จะต้องมีค่ามากกว่า 0 เสมอ จึงจะสามารถคำนวณหาจลนศาสตร์ผกผันได้
ทำการหา θ3 ได้จาก

จะได้
จากสมการที่ (2.9) ถ้า Yj > Y1 ให้ K = 180 องศา แต่ถ้า Yj < Y1 ให้ K = 0 องศา เพื่อแปลงจากเรเดียน (Radian) ให้เป็นองศา (Degree)
2.3 การคำนวณ
2.3.1 การคำนวณแรงบิดของมอเตอร์
จาก Manual มีค่า Maximum Torque = 1.3 N.m / 1 ตัว
น้ำหนักรวมของแขนหุ่นยนต์ = 1,282g = 1.282 kg

FBD

                              (2.28)

=
=
= 161.90 mm.
(2.29)

โดยที่ A = 2πrL

= 235.84 mm.
จากสูตรแรงบิด
T = F x r = mg x r
T = 1.282 x 9.81 x 0.105
T = 1.32 N•m
สรุปได้ว่า มอเตอร์ทั้ง 3 ตัว สามารถรับน้ำหนักของแขนหุ่นยนต์ได้โดยที่มอเตอร์ 1 ตัวมีแรงบิด T = 1.32/3 = 0.44 N.m ดังนั้นมอเตอร์ทั้ง 3 ตัว สามารถรับน้ำหนักของแขนหุ่นยนต์ได้และความเร็วเท่ากับ 900 (〖min〗^(-1)) และ 1500 (〖min〗^(-1))

ภาพที่ 21 Characteristic of Velocity-Torque
ที่มา: Manual Motor Sanmotion (Sanyodenki)

บทที่3
อุปกรณ์และวิธีการดำเนินงาน
3.1 อุปกรณ์ในการทำงาน
3.1.1 Servo Motor แบบดีซี Sanmotion 24/36 V จำนวน 3 ตัว

ภาพที่ 22 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) [14] เป็นเครื่องจักรกลไฟฟ้ากระแสตรงที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลแล้วนำการหมุนของแรงบิดที่สร้างขึ้นไปใช้งาน โครงสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ต้องป้อนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้กับขดลวดสนามเพื่อให้มอเตอร์หมุนแล้วเกิดแรงบิด มอเตอร์กระแสตรงถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตโรงงานอุตสาหกรรม เช่นมอเตอร์ในระบบสายพานที่ลำเลียงของต่างๆในไลน์การผลิต การนำไปใช้ในระบบขนส่ง รถยนต์ เรือ เครื่องบิน เช่น การจ่ายไฟของแบตเตอร์รี่ การนำไปใช้ในครัวเรือน เช่น เครื่องปั่นน้ำผลไม้ พัดลม เครื่องปรับอากาศ มอเตอร์ไฟฟ้าจึงเป็นแหล่งจ่ายไฟที่มีประโยชน์ในการใช้งานอย่างมาก สามารถใช้งานที่แรงบิดคงที่และความเร็วคงที่ได้ตอบสนองการควบคุมแบบป้อนกลับ
Motor Sanmotion (Sanyodenki) Model. PB603 FXE20
DC24V.
Maximum stall torque : 1.3 N.m
Rotor inertia : 0.4 x 10-4 kg.m2
Mass : 0.85 kg
Allowable thrust load : 14.7 N
Allowable radial load : 167 N
The maximum holding torque when stop is 70 % of the maximum stall torque.
The maximum power consumption per Axis (Load Ration = 100%)
-Motor PBM603(3A.) Power Supply Capacity (24V. Input) : 72VA.
– Motor PBM603(3A.) Power Supply Capacity (36V. Input) : 120VA.
Encoder Spec
-Basic Dividing Count : 200 x 4
-Channel Number : 2 or 3
-Maximum Response Frequency : 100
Allowable Maximum Inertial : 4 x 10-4 kg
Allowable Maximum Fiction torque : 0.4 N.m
Allowable Maximum Load : 0.3 N.m
3.1.2 Motor Driver จำนวน 3 ตัว

ภาพที่ 23 Motor Drive
ชุดคอนโทรลเพื่อขยายสัญญาณมอเตอร์ที่นำมาใช้เป็นของ Sanmotion เป็นอุปกรณ์ขยายสัญญาณเพื่อควบคุมมอเตอร์ ซึ่งทำหน้าที่รับ-ส่งข้อมูลจากสัญญาณ Output เข้าสู่วงจรเพื่อขยายแรงบิด แรงดันและกระแสเพื่อไปขับมอเตอร์ให้หมุนตามที่ต้องการ
3.1.3 แหล่งจ่ายไฟ 24 V 5 A จำนวน 2 ตัว

ภาพที่ 24 แหล่งจ่ายไฟ
เป็นอุปกรณ์ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ โดยจะทำหน้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แหล่งจ่ายไฟในอดีตนั้น จะเริ่มจากแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแบบเชิงเส้น ซึ่งแหล่งจ่ายไฟชนิดนี้จะมีขนาดใหญ่ โดยมีการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าที่ความถี่สาย (line frequency) ให้ได้แรงดันไฟฟ้าในระดับที่ต้องการก่อน จากนั้นจะแปลงผ่านวงจรเรียงกระแสไปยังโหลดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
3.1.4 แขนบนและแขนล่าง

ภาพที่ 25 แขนบน

ภาพที่ 26 แขนล่าง
Rod End

ภาพที่ 27 Rod End
3.1.6 น็อตตัวผู้ (Screw) และน็อตตัวเมีย (Nut) ขนาด 4,5,6 มิลลิเมตร

ภาพที่ 28 Screw and Nut

3.1.7 อลูมิเนียมโปร์ไฟล์ขนาด 30 x 30 x L5100 มิลลิเมตร

ภาพที่ 29 อลูมิเนียมโปร์ไฟล์
โครงสร้างภายนอกเพื่อเป็นฐานยึดของหุ่นยนต์เดลต้าใช้วัสดุอะลูมิเนียมเพราะมีขนาดเบาและแข็งแรง ไม่ติดไฟง่ายและประกอบได้สะดวก
3.1.8 สายจูนมอเตอร์

ภาพที่ 30 สายจูนมอเตอร์
เพื่อปรับค่าความละเอียดและความเร็วรอบของ Motor drive โดยปรับให้เหมาะสมกับภาระโหลดที่ต้องการ

3.1.9 เครื่องชั่งน้ำหนัก

ภาพที่ 31 เครื่องชั่งน้ำหนัก
เพื่อชั่งน้ำหนักของแขนและอุปกรณ์ต่างๆของหุ่นยนต์เดลต้าและนำไปคำนวนหาค่าน้ำหนักทั้งหมด
3.1.10 ชุดประแจหกเหลี่ยม

ภาพที่ 32 ชุดประแจหกเหลี่ยม
ใช้สำหรับ สกรู น็อต ที่ทำหัวเป็นลักษณะกลม แต่สร้างร่องเหลี่ยมไว้ภายในเพื่อขัน – คลาย ซึ่งเรียกทั่วไปว่า เซท-สกรู (SET SCREW)

3.1.12 สายไฟชนิดต่าง ๆ

ภาพที่ 33 สายไฟชนิดต่าง ๆ
3.1.13 ตลับเมตร

ภาพที่ 34 ตลับเมตร

3.2 ขั้นตอนในการออกแบบและขบวนการปฏิบัติงาน
3.2.1 การออกแบบหุ่นยนต์ด้วยโปรแกรม SolidWorks
การออกแบบตัวหุ่นยนต์นั้นจะต้องออกแบบขนาดชิ้นส่วน อุปกรณ์ต่างๆเพื่อประกอบชิ้นส่วนเข้าด้วยกันและสามารถทำงานได้ตามที่กำหนดได้ โดยมีการออกแบบชิ้นส่วนดังต่อไปนี้
3.2.1.1 แผ่นด้านล่าง (Platform)
พิมพ์จากเครื่องปริ้น 3D print มีขนาดกว้าง 100 มิลลิเมตร x100 มิลลิเมตร สามารถนำไปติดตัว Gripper หรือ ตัว Vacuum เพื่อเหมาะสมกับการใช้งานได้

ภาพที่ 35 แผ่นสามเหลี่ยมด้านล่าง
3.2.1.2 แขนด้านล่าง
พิมพ์จากเครื่องปริ้น 3D print มีขนาด 300 มิลลิเมตร รัศมี 13 มิลลิเมตร นำไปต่อกับลูกปืนตาเหลือก

ภาพที่ 36 แขนด้านล่าง
3.2.1.3 แขนด้านบน
พิมพ์จากเครื่องปริ้น 3D print มีขนาด 220 มิลลิเมตร หนา 15 มิลลิเมตร โดยมีปลายข้างหนึ่งมีลักษณะเล็กลงและหัวเป็นรูปสี่เหลี่ยม เพื่อยึดกับฐานของมอเตอร์ และแขนด้านล่าง

ภาพที่ 37 แขนด้านบน
3.2.1.4 แผ่นหกเหลี่ยมด้านบน (Base)
ทำจากแสตนเลส 3D print มีขนาด 210 มิลลิเมตร x 140 มิลลิเมตร หนา 16 มิลลิเมตร เป็นส่วนที่ใช้ยึดกับฐานของมอเตอร์

ภาพที่ 38 แผ่นหกเหลี่ยมด้านบน

3.2.1.5 ลูกปืนตาเหลือก (Rod End)
พิมพ์จากเครื่องปริ้น 3D print มีขนาดยาว 40 มิลลิเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 13 มิลลิเมตร

ภาพที่ 39 Rod End
3.2.1.6 เพลาขาบน
พิมพ์จากเครื่องปริ้น 3D print มีขนาดยาว 7 มิลลิเมตร และความหนาของแกนเพลามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มิลลิเมตร
ภาพที่ 40 เพลาขาบน

3.2.1.7 คัปปลิ้ง (Coupling)

ภาพที่ 41 คัปปลิ้ง
3.2.1.8 มอเตอร์

ภาพที่ 42 มอเตอร์
3.2.1.9 น็อตมอเตอร์

ภาพที่ 43 น็อตมอเตอร์
3.2.1.10 โครงหุ่นยนต์

ภาพที่ 44 โครงหุ่นยนต์
3.2.1.11 ฐานยึดมอเตอร์

ภาพที่ 45 ฐานยึดมอเตอร์
3.2.1.12 น็อตโครงหุ่นยนต์

ภาพที่ 46 น็อตโครงหุ่นยนต์

3.2.2 การเขียนโปรแกรมด้วย LabVIEW

ภาพที่ 47 ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Front Panel (การกำหนดค่าเริ่มต้น)

ภาพที่ 48 ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Front Panel (Control)

บทที่ 4
ผลการทดลอง
การทดสอบการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าโดยให้แผ่นสามเหลี่ยมปลายแขนเป็นตัวไปยังตำแหน่งที่กำหนด เพื่อให้ง่ายต่อการสังเกตการณ์เคลื่อนที่และทำการทดสอบการเคลื่อนที่ในทิศทางทั้งสามแกน คือ X,Y และ Z โดยการควบคุมการเคลื่อนที่จะสั่งคำสั่งทางคอมพิวเตอร์ด้วยโปรแกรม LabVIEW ผ่านบอร์ด Arduino ในการทดสอบนี้ทำการเคลื่อนที่เป็นระยะ 10 มิลลิเมตร ในแต่ละครั้ง เป็นจำนวน 10 ครั้ง ทั้งการเคลื่อนที่ด้านบวกและด้านลบตามแกน X,Y และ Z แล้วทำการวัดระยะทางของแผ่นสามเหลี่ยมปลายแขนที่เคลื่อนที่และสรุปค่าความผิดพลาดในการเคลื่อนที่ตามคำสั่งที่กำหนดของแต่ละแกน
ตารางที่ 1 แสดงค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ 10 มิลลิเมตร ในทิศบวก

ตารางที่ 2 แสดงค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ10 มิลลิเมตร ในทิศลบ

ตารางที่ 3 แสดงค่าเฉลี่ยของค่าความผิดพลาดการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เดลต้าในแนวแกน X Y และ Z ด้วยคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งละ 10 มิลลิเมตร

บทที่ 5
สรุปผลการทดลอง
จากผลการทดลองการทดสอบการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์เดลต้าโดยให้แผ่นสามเหลี่ยมปลายแขนเป็นตัวไปยังตำแหน่งที่กำหนดตามแกน X,Y และ Z ทางด้านบวก ซึ่งมีค่าเฉลี่ยของค่าความผิดพลาดในแนวแกน X Y และ Z เท่ากับ 0.6 , -0.3 และ 0.2 มิลลิเมตร ตามลำดับ และมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานในแนวแกน X , Y และ Z เท่ากับ 1.17 , 1.05 และ 1.48 มิลลิเมตร ตามลำดับ ในขณะที่การเคลื่อนที่ของแผ่นสามเหลี่ยมปลายแขนตามแกน X,Y และ Z ทางด้านลบ มีค่าเฉลี่ยของค่าความผิดพลาดในแนวแกน X , Y และ Z เท่ากับ 0.6, -0.4 และ0.5 มิลลิเมตร ตามลำดับ และมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานในแนวแกน X , Y และ Z เท่ากับ 1.26 , 0.84 และ 1.18 มิลลิเมตร ซึ่งค่าความผิดพลาดทั้งสองกรณีมีค่าไม่เกิน

ข้อเสนอแนะ
จากการคำนวณของโปรแกรมหากได้ค่าเป็นทศนิยม จะทำให้ค่าในการควบคุมการส่งสัญญาณให้กับมอเตอร์ไม่มีความเสถียร จึงทำให้ต้องปรับค่าให้เหมาะสม
ระยะความยาวของแขนที่ยาวเกินไป ทำให้มอเตอร์มีกำลังหมุนไม่พอ ส่งผลให้มอเตอร์ทำงานได้มีประสิทธิภาพลดลง
สายไฟที่นำมาต่อเข้ากันมีจำนวนมาก จึงต้องจัดเก็บพันสายไฟให้ดีเพื่อป้องกันการช็อตของกระแสไฟฟ้า

ภาคผนวก ก
หุ่นยนต์เดลต้า

ภาพที่ 49 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks

ภาพที่ 50 รูปชิ้นงานจริง

แผ่นหกเหลี่ยม

ภาพที่ 51 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks

ภาพที่ 52 รูปชิ้นงานจริง

แผ่นสามเหลี่ยม

ภาพที่ 53 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks

ภาพที่ 54 รูปชิ้นงานจริง

แขนบน
ภาพที่ 55 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks

แขนล่าง

ภาพที่ 56 รูปที่ออกแบบจากโปรแกรม SolidWorks

ภาพที่ 57 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram (การกำหนดค่าเริ่มต้น)

ภาพที่ 58 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 1

ภาพที่ 59 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 2

ภาพที่ 60  การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 3

ภาพที่ 61 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 4

ภาพที่ 62 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 5

ภาพที่ 63 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 6

ภาพที่ 64 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 7

ภาพที่ 65 การเขียนโปรแกรม LabVIEW หน้าจอ Block Diagram 8

บรรณานุกรม
[1] Reymond Clavel (Online), creator of the Delta Robot reflects on his career Available: http://sti.epfl.ch/page-76362-en.html (03 November 2016).
[2] Bonev,I.(2001) Delta Parallel Robot — the Story of Success, (Online) article Available: http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html.
[3] Clavel, R. (1991) Conception d’un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté. Ph.D. Thesis, EPFL, Lausanne, Switzerland
[4] Evan Ackerman (17 Jan 2018). “Harvard’s milliDelta Robot Is Tiny and Scary Fast”. IEEE Spectrum.
[5] Merlet, J.-P., Parallel Robots, Kluwer Academic Publishers, 2000.
[6] Stamper, R.E., “A Three Degree of Freedom Parallel Manipulators with Only Translational Degrees of Freedom,” Ph.D. Thesis, University of Maryland, MD, USA, (1997).Available:https://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html.
[7] Allicano (Online), เซอร์โวมอเตอร์ Available: http://chanaphinp.blogspot.com/2016/ (6 Feb 2016)
[8] หุ่นยนต์คืออะไร หุ่นยนต์มีกี่ประเภท Available: http://www.engineer007.com/index.php?lite=article&qid=507475 (2010-09-25)
[9] บริษัท แสงชัยมิเตอร์ จำกัด (Online) , Servo Motor คืออะไร Available: https://www.sangchaimeter.com/support_detail/servo-motor
[10] บริษัท พีเอสพี เทค จำกัด (Online), เทคนิกการบัดกรี Available: http://www.psptech.co.th. (01 Dec 2015)
[11] พิพัฒน์ (Online), การประยุกต์ใช้งาน LabVIEW Available: http://www.labview-developer.com/Article/Detail/62495
[12] Venus Supply Company Limited, Thailand (Online), บทความ NI myRIO: https://www.venussolutions.com/17277450/ni-myrio (2012)
[13] The Delta Parallel Robot: Kinematics Solutions Robert L. Williams II, Ph.D., williar4@ohio.edu Mechanical Engineering, Ohio University, October 2016
[14] ดร.บุญเรือง มะรังศรี. (2551). Electrical machine 1. สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​ ม.เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา