องค์ประกอบและการจำแนกประเภทของแขนหุ่นยนต์

แขนหุ่นยนต์เป็นหุ่นยนต์ประเภทที่พบมากที่สุดในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมสมัยใหม่ สามารถเลียนแบบการเคลื่อนไหวและฟังก์ชันบางอย่างของมือและแขนของมนุษย์ และสามารถจับ ถือสิ่งของหรือควบคุมเครื่องมือเฉพาะผ่านโปรแกรมที่กำหนดไว้ได้ เป็นอุปกรณ์อัตโนมัติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในสาขาหุ่นยนต์ รูปแบบของแขนหุ่นยนต์แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดมีคุณสมบัติร่วมกันคือสามารถรับคำสั่งและระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำในทุกจุดในพื้นที่สามมิติ (สองมิติ) เพื่อดำเนินการต่างๆ ลักษณะเฉพาะคือสามารถดำเนินการต่างๆ ที่คาดหวังได้ผ่านการเขียนโปรแกรม และโครงสร้างและประสิทธิภาพการทำงานผสมผสานข้อดีของมนุษย์และเครื่องจักรเข้าด้วยกัน แขนหุ่นยนต์สามารถทดแทนแรงงานหนักของมนุษย์เพื่อให้เกิดการใช้เครื่องจักรและการทำงานอัตโนมัติในการผลิต และสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายเพื่อปกป้องความปลอดภัยส่วนบุคคล ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมเบา และพลังงานปรมาณู
1.แขนหุ่นยนต์ทั่วไปประกอบด้วยสามส่วนหลัก ได้แก่ ตัวเครื่อง กลไกขับเคลื่อน และระบบควบคุม

(1) โครงสร้างทางกล

1. ลำตัวของแขนหุ่นยนต์เป็นส่วนรองรับพื้นฐานของอุปกรณ์ทั้งหมด ซึ่งโดยปกติจะทำจากวัสดุโลหะที่แข็งแรงและทนทาน ไม่เพียงแต่จะต้องทนต่อแรงและแรงบิดต่างๆ ที่เกิดจากแขนหุ่นยนต์ระหว่างการทำงานเท่านั้น แต่ยังต้องให้ตำแหน่งการติดตั้งที่มั่นคงสำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ด้วย การออกแบบต้องคำนึงถึงความสมดุล ความเสถียร และความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงาน 2. แขน แขนของหุ่นยนต์เป็นส่วนสำคัญในการทำงานต่างๆ ประกอบด้วยก้านสูบและข้อต่อชุดหนึ่ง โดยการหมุนข้อต่อและการเคลื่อนไหวของก้านสูบ ทำให้แขนสามารถเคลื่อนไหวได้หลายองศาอิสระในอวกาศ ข้อต่อมักขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง ตัวลด หรืออุปกรณ์ขับเคลื่อนไฮดรอลิก เพื่อให้แน่ใจว่าแขนมีความแม่นยำและความเร็วในการเคลื่อนไหว ในขณะเดียวกัน วัสดุของแขนจะต้องมีลักษณะเฉพาะของความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาเพื่อตอบสนองความต้องการในการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วและการขนย้ายสิ่งของหนัก 3. ปลายแขนหุ่นยนต์ เป็นส่วนแขนหุ่นยนต์ที่สัมผัสกับวัตถุงานโดยตรง และมีหน้าที่คล้ายกับมือมนุษย์ ปลายแขนหุ่นยนต์มีหลายประเภท ประเภททั่วไป ได้แก่ กริปเปอร์ ถ้วยดูด ปืนฉีดพ่น เป็นต้น กริปเปอร์สามารถปรับแต่งตามรูปร่างและขนาดของวัตถุได้ และใช้ในการจับวัตถุที่มีรูปร่างต่างๆ ถ้วยดูดใช้หลักการแรงดันลบเพื่อดูดซับวัตถุ และเหมาะสำหรับวัตถุที่มีพื้นผิวเรียบ ปืนฉีดพ่นสามารถใช้ฉีดพ่น เชื่อม และการทำงานอื่นๆ

(II) ระบบขับเคลื่อน

1. มอเตอร์ขับเคลื่อน มอเตอร์เป็นหนึ่งในวิธีการขับเคลื่อนที่ใช้กันทั่วไปที่สุดในแขนหุ่นยนต์ มอเตอร์ DC มอเตอร์ AC และมอเตอร์สเต็ปเปอร์ทั้งหมดสามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวของข้อต่อของแขนหุ่นยนต์ได้ มอเตอร์ขับเคลื่อนมีข้อดีคือความแม่นยำในการควบคุมสูง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้าง โดยการควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์ สามารถควบคุมวิถีการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์ได้อย่างแม่นยำ ในเวลาเดียวกัน มอเตอร์ยังสามารถใช้ร่วมกับตัวลดต่างๆ เพื่อเพิ่มแรงบิดเอาต์พุตเพื่อตอบสนองความต้องการของแขนหุ่นยนต์เมื่อต้องขนของหนัก 2. ไดรฟ์ไฮดรอลิก ไดรฟ์ไฮดรอลิกใช้กันอย่างแพร่หลายในแขนหุ่นยนต์บางประเภทที่ต้องการกำลังเอาต์พุตขนาดใหญ่ ระบบไฮดรอลิกจะสร้างแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกผ่านปั๊มไฮดรอลิกเพื่อขับเคลื่อนกระบอกไฮดรอลิกหรือมอเตอร์ไฮดรอลิกให้ทำงาน จึงทำให้แขนหุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้ ไดรฟ์ไฮดรอลิกมีข้อดีคือมีกำลังสูง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และความน่าเชื่อถือสูง เหมาะสำหรับแขนหุ่นยนต์หนักบางประเภทและบางโอกาสที่ต้องการการทำงานที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ระบบไฮดรอลิกยังมีข้อเสียคือมีการรั่วไหล มีต้นทุนการบำรุงรักษาสูง และมีข้อกำหนดสูงสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงาน 3. ระบบขับเคลื่อนด้วยลม ระบบขับเคลื่อนด้วยลมใช้ลมอัดเป็นแหล่งพลังงานในการขับเคลื่อนกระบอกสูบและตัวกระตุ้นอื่นๆ ให้ทำงาน ระบบขับเคลื่อนด้วยลมมีข้อดีคือมีโครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และความเร็วสูง เหมาะสำหรับบางโอกาสที่ไม่ต้องการกำลังและความแม่นยำ อย่างไรก็ตาม พลังงานของระบบลมค่อนข้างน้อย ความแม่นยำในการควบคุมก็ต่ำเช่นกัน และจำเป็นต้องติดตั้งแหล่งลมอัดและส่วนประกอบลมที่เกี่ยวข้อง

(III) ระบบควบคุม
1. ตัวควบคุม ตัวควบคุมคือสมองของแขนหุ่นยนต์ รับผิดชอบในการรับคำสั่งต่างๆ และควบคุมการทำงานของระบบขับเคลื่อนและโครงสร้างเชิงกลตามคำสั่ง ตัวควบคุมมักใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) หรือชิปควบคุมการเคลื่อนไหวเฉพาะ สามารถควบคุมตำแหน่ง ความเร็ว การเร่งความเร็ว และพารามิเตอร์อื่นๆ ของแขนหุ่นยนต์ได้อย่างแม่นยำ และยังสามารถประมวลผลข้อมูลที่ป้อนกลับโดยเซ็นเซอร์ต่างๆ เพื่อให้เกิดการควบคุมแบบวงปิด ตัวควบคุมสามารถตั้งโปรแกรมได้หลายวิธี รวมถึงการเขียนโปรแกรมกราฟิก การเขียนโปรแกรมข้อความ เป็นต้น เพื่อให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมและแก้ไขข้อบกพร่องตามความต้องการที่แตกต่างกัน 2. เซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์เป็นส่วนสำคัญของการรับรู้สภาพแวดล้อมภายนอกและสถานะของตัวเองของแขนหุ่นยนต์ เซ็นเซอร์ตำแหน่งสามารถตรวจสอบตำแหน่งของข้อต่อแต่ละข้อต่อของแขนหุ่นยนต์แบบเรียลไทม์เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวของแขนหุ่นยนต์มีความแม่นยำ เซ็นเซอร์แรงสามารถตรวจจับแรงของแขนหุ่นยนต์เมื่อจับวัตถุเพื่อป้องกันไม่ให้วัตถุลื่นไถลหรือเสียหาย เซ็นเซอร์ภาพสามารถจดจำและระบุตำแหน่งของวัตถุที่ทำงาน และปรับปรุงระดับสติปัญญาของแขนหุ่นยนต์ นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เซ็นเซอร์แรงดัน ฯลฯ ที่ใช้ตรวจสอบสถานะการทำงานและพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมของแขนหุ่นยนต์
2. การจำแนกประเภทของแขนหุ่นยนต์โดยทั่วไปจะจำแนกตามรูปแบบโครงสร้าง โหมดการขับเคลื่อน และขอบเขตการใช้งาน

(I) การจำแนกตามรูปแบบโครงสร้าง

1. แขนหุ่นยนต์พิกัดคาร์ทีเซียน แขนหุ่นยนต์นี้เคลื่อนที่ไปตามแกนพิกัดสามแกนของระบบพิกัดสี่เหลี่ยม ได้แก่ แกน X, Y และ Z มีข้อดีคือมีโครงสร้างเรียบง่าย ควบคุมสะดวก มีความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูง และเหมาะสำหรับงานจัดการ ประกอบ และประมวลผลบางอย่างที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม พื้นที่ทำงานของแขนหุ่นยนต์พิกัดสี่เหลี่ยมค่อนข้างเล็กและมีความยืดหยุ่นน้อย
2. แขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกระบอก แขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกระบอกประกอบด้วยข้อต่อหมุนและข้อต่อเชิงเส้นสองข้อ และพื้นที่การเคลื่อนที่เป็นทรงกระบอก มีข้อดีคือโครงสร้างกะทัดรัด ช่วงการทำงานกว้าง การเคลื่อนไหวที่ยืดหยุ่น ฯลฯ และเหมาะสำหรับงานที่มีความซับซ้อนปานกลาง อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการวางตำแหน่งของแขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกระบอกค่อนข้างต่ำ และความยากในการควบคุมค่อนข้างสูง

3. แขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกลม แขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกลมประกอบด้วยข้อต่อหมุนสองข้อและข้อต่อเชิงเส้นหนึ่งข้อและพื้นที่การเคลื่อนไหวเป็นทรงกลม มีข้อดีคือการเคลื่อนไหวที่ยืดหยุ่น ช่วงการทำงานกว้าง และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนได้ เหมาะสำหรับงานบางอย่างที่ต้องการความแม่นยำสูงและความยืดหยุ่นสูง อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของแขนหุ่นยนต์พิกัดทรงกลมมีความซับซ้อน ความยากในการควบคุมสูง และต้นทุนก็สูงเช่นกัน

4. แขนหุ่นยนต์แบบมีข้อต่อ แขนหุ่นยนต์แบบมีข้อต่อเลียนแบบโครงสร้างของแขนมนุษย์ ประกอบด้วยข้อต่อหมุนหลายจุด และสามารถเคลื่อนไหวได้หลายแบบคล้ายกับแขนมนุษย์ มีข้อดีคือเคลื่อนไหวได้อย่างยืดหยุ่น มีระยะการทำงานกว้าง และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนได้ ปัจจุบันถือเป็นประเภทของแขนหุ่นยนต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

อย่างไรก็ตาม การควบคุมแขนหุ่นยนต์แบบมีข้อต่อเป็นเรื่องที่ยากและต้องอาศัยเทคโนโลยีการเขียนโปรแกรมและการดีบักขั้นสูง
(II) การจำแนกประเภทตามโหมดการขับเคลื่อน
1. แขนหุ่นยนต์ไฟฟ้า แขนหุ่นยนต์ไฟฟ้าใช้มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนซึ่งมีข้อดีของความแม่นยำในการควบคุมสูง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และเสียงรบกวนต่ำ เหมาะสำหรับบางโอกาสที่มีความต้องการความแม่นยำและความเร็วสูง เช่น การผลิตอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ 2. แขนหุ่นยนต์ไฮดรอลิก แขนหุ่นยนต์ไฮดรอลิกใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนไฮดรอลิก ซึ่งมีข้อดีของพลังงานสูง ความน่าเชื่อถือสูง และการปรับตัวที่แข็งแกร่ง เหมาะสำหรับแขนหุ่นยนต์หนักบางประเภทและบางโอกาสที่ต้องการเอาต์พุตพลังงานสูง เช่น การก่อสร้าง การทำเหมืองแร่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ 3. แขนหุ่นยนต์นิวเมติก แขนหุ่นยนต์นิวเมติกใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนนิวเมติก ซึ่งมีข้อดีของโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และความเร็วสูง เหมาะสำหรับบางโอกาสที่ไม่ต้องการพลังงานและความแม่นยำสูง เช่น บรรจุภัณฑ์ การพิมพ์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ
(III) การจำแนกประเภทตามสาขาการใช้งาน
1. แขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรม แขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้ในด้านการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น การผลิตยานยนต์ การผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และการประมวลผลเชิงกล สามารถทำการผลิตแบบอัตโนมัติ ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ 2. แขนหุ่นยนต์บริการ แขนหุ่นยนต์บริการส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมบริการ เช่น การแพทย์ การจัดเลี้ยง บริการในบ้าน ฯลฯ สามารถให้บริการต่างๆ แก่ผู้คน เช่น การพยาบาล การส่งอาหาร การทำความสะอาด ฯลฯ 3. แขนหุ่นยนต์พิเศษ แขนหุ่นยนต์พิเศษส่วนใหญ่ใช้ในบางสาขาพิเศษ เช่น การบินและอวกาศ การทหาร การสำรวจใต้ท้องทะเลลึก ฯลฯ จำเป็นต้องมีประสิทธิภาพและฟังก์ชันพิเศษเพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนและข้อกำหนดของงาน
การเปลี่ยนแปลงที่แขนหุ่นยนต์นำมาสู่การผลิตในภาคอุตสาหกรรมนั้นไม่เพียงแต่ทำให้การทำงานเป็นระบบอัตโนมัติและมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปแบบการจัดการสมัยใหม่ที่มาพร้อมกันด้วย ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตและความสามารถในการแข่งขันทางการตลาดขององค์กรไปอย่างมาก การนำแขนหุ่นยนต์มาใช้ถือเป็นโอกาสที่ดีสำหรับองค์กรในการปรับโครงสร้างอุตสาหกรรม อัพเกรด และเปลี่ยนแปลง