ต้นแบบหุ่นยนต์ขัดชิ้นงาน
ต้นแบบหุ่นยนต์ขัดชิ้นงาน
วิจัยและพัฒนาโดย
วิจัยและพัฒนาโดย
วิจัยและพัฒนาโดย
ผศ.ดร.สันทัด ชูวงค์อินทร์
วิทยาลัยนวัตกรรมการผลิตชั้นสูง (AMI)
สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
ในโครงการวิจัยนี้ หุ่นยนต์ (Refurbished robot) ถูกสั่งการด้วยกล่องควบคุมที่ถูกพัฒนาขึ้น (Refurbished controller) โดยผ่านโปรโตคอล EtherCAT เวอร์ชันล่าสุดของ IgH EtherCAT® Master อยู่ในส่วน Real-time linux extension การพัฒนาหุ่นยนต์ขัดพื้นผิวชิ้นงานจึงประกอบด้วยทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ ที่ผ่านการทดสอบการทำงานแบบเรียลไทม์ ซึ่งส่วนสำคัญคือการกำหนดเวอร์ชันของเคอร์เนล (Kernel Version) ที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับ RT_PREEMPT เพื่อรับประกันประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ การเลือกใช้เวอร์ชันของเคอร์เนล และฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสมจึงเป็นหัวใจสำคัญ EtherCAT® Master ของ IgH ที่จะเชื่อมต่อกับไดรฟ์เซอร์โว และ I/O โดยใช้โปรโตคอล CANopen-over-EtherCAT (CoE) ในบางครั้งการคอมไพล์เคอร์เนลที่ไม่เหมาะสม หรือการใช้ CPU หรือ Chipset ของ Gigabit LAN ที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้การทำงานในแบบเรียลไทม์ไม่มีประสิทธิภาพ โดยรูปที่ 1 แสดงหุ่นยนต์และกล่องควบคุมที่ถูกพัฒนาขึ้นในโครงการวิจัยนี้
รูปที่ 1: Refurbished Robot และ Refurbished Motion Controller
โดยใช้โปรแกรม CiRA Polishing เพื่องานขัดพื้นผิว
จุดเด่นของงานวิจัย/เทคโนโลยี
ในส่วนการใช้งานแพลตฟอร์ม CiRACORE เพื่อขัดพื้นผิวชิ้นงาน นั้นเป็นแบบ Node flow programming ซึ่งอยู่บนพื้นฐานของระบบปฏิบัติการหุ่นยนต์ (Robot Operating System : ROS) หลักการของ Node flow programming คือแต่ละโหนด (Node) หรือกล่องคำสั่งจะเป็นส่วนที่ทำการสร้างการเปลี่ยนแปลงให้กับข้อมูลที่ส่งเข้ามา ซึ่งในที่นี้เราเรียกว่าการไหลของข้อมูล (Data flow) ซึ่งอยู่ในรูปแบบของ JSON format ในแต่ละกล่องคำสั่ง หรือ Node จะเป็น C++ object ที่จะจัดการกับการไหลของข้อมูล และส่งออกไปเป็นเอาท์พุทต่อๆไป CiRACORE จะมี Nodes ที่จัดเป็นหมวดหมู่สำหรับงานต่างๆ โดยเริ่มจาก flow control and manipulation, CiRA AI และ I/O & communication ในกระบวนการขัดนั้น ใช้กล่องคำสั่ง Button Run เพื่อเริ่มการทำงาน และกระบวนการขัดจะใช้อีกกล่องคำสั่ง BezierGrind เพื่อสั่งงานและปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆสำหรับงานขัด ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2: แสดงการใช้งานกล่องคำสั่งงานให้หุ่นยนต์ขัดชิ้นงาน
การปรับค่าพารามิเตอร์สำหรับการขัดพื้นผิว
- ผู้ใช้งานสามารถ Browse หาไฟล์ที่ต้องการนำมาสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่ให้หุ่นยนต์เคลื่อนไปขัดพื้นผิวชิ้นงาน ที่ตำแหน่งมุมขวาบน CAD file Path
- การตั้งค่าตำแหน่งของชิ้นงานสามารถทำได้โดยใช้ปลายแขนเป็นตัวระบุการตั้งค่า ซึ่งสามารถทำได้โดยนำปลายแขนหุ่นยนต์ไปสัมผัสที่จุดของชิ้นงานเพื่อใช้ในการคำนวณหาตำแหน่งเริ่มต้นของชิ้นงาน
- พารามิเตอร์การขัด ประกอบด้วย 3.1) grind disk width: ปรับขนาดหัวขัดชิ้นงาน 3.2) covering percent: เปอร์เซ็นต์ที่แสดงความถี่ของการขัด เพิ่มจำนวนจุดการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ให้มีจำนวนมากขึ้น 3.3) extrication radius: รัศมีที่หัวขัดยกขึ้นเหนือชิ้นงาน เพื่อไปขัดในแนวขัดถัดไป และ 3.4) lean angle: ปรับมุมเอียงระหว่างหัวขัดกับชิ้นงาน มีหน่วยเป็นองศา
- Tools Offset เป็นการปรับตำแหน่งระหว่างชิ้นงานกับหุ่นยนต์ เป็นการชดเชยระยะห่างและมุม
รูปที่ 3: แสดงหน้าต่างการปรับค่าพารามิเตอร์ในกล่องคำสั่งหุ่นยนต์ขัดชิ้นงาน
ในการขัดพื้นผิวชิ้นงาน ความเร็วและความเร่งที่สม่ำเสมอในการขัดชิ้นงานมีความสำคัญ ดังแสดงในรูปที่ 4 ส่งผลให้พื้นผิวชิ้นงานที่ถูกขัดราบเรียบสม่ำเสมอ ดังรูปที่แสดง ช่วงเวลาของการขัดและช่วงยก ซึ่งจากราฟจะเห็นว่าช่วงการขัดความเร็วค่อนข้างสม่ำเสมอ ในขณะที่ความเร็วในช่วงไม่ได้ขัดหรือช่วงยกจะมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วซึ่งเป็นช่วงที่ไม่มีผลต่อพื้นผิวชิ้นงาน
รูปที่ 4: แสดงความเร็วในช่วงการขัดพื้นผิวชิ้นงานและในช่วงที่ขัดสุดทางแล้วหุ่นยนต์ยกขึ้น
สำหรับโครงการวิจัยนี้ทางทีมวิจัยได้พัฒนากล่องควบคุม (Motion Controller) สำหรับควบคุมหุ่นยนต์ 6 แกนเพื่องานขัดพื้นผิวที่สามารถติดต่อกับระบบปฏิบัติการหุ่นยนต์อุตสาหกรรม (ROS Industrial) โดยได้คุณสมบัติใกล้เคียงของเดิมเท่ากับ ±0.05 mm (Repeatability) อีกทั้งได้พัฒนาโปรแกรมการขัดพื้นผิวชิ้นงาน CiRA Polishing ซึ่งเป็น GUI สำหรับ สร้าง path planning จาก point cloud และทำการควบคุมหุ่นยนต์ตามเส้นทางที่ได้วางแผนไว้ โดยรันอยู่บนแพลตฟอร์ม CiRACORE และได้ผลประเมินความสามารถหุ่นยนต์ในการขัดพื้นผิวชิ้นงานโดยมีความเรียบเฉลี่ย ±500 µm เมื่อเทียบกับ CAD ไฟล์ที่ รวมทั้งสามารถควบคุมความเร็วและความเร่งของหุ่นยนต์เพื่อความเรียบในการขัดพื้นผิวชิ้นงานได้เป็นอย่างดี
ติดต่อสอบถาม
นางสาวสุจิรา ศักดิ์พรหม
สังกัด งานบริหารโครงการความร่วมมือภาครัฐและเอกชน
สายงานบริหารการวิจัยและพัฒนา (RDI Management)
-
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)
111 อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย ถ.พหลโยธิน ต.คลองหนึ่ง อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี 12120
- โทรศัพท์: 0 2117 6487
