การศึกษาการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม (Robot Kinematics)

บทความนี้มาดูความหมายของการศึกษาการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม หรือ จลศาสตร์ของหุ่้นยนต์ หรือ Robot Kinematics กันครับ ในการวิเคราะห์ kinematics นั้น ตำแหน่ง ความเร็ว และความเร่งของทุกก้านโยง (Links) ของหุ่นยนต์สามารถคำนวณได้โดยไม่พิจารณาแรงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ ความสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนที่ แรงที่เกี่ยวข้อง และแรงบิด จะถูกศึกษาในส่วนพลศาสตร์ (Dynamics)

Robot Kinematics เป็นยังเกี่ยวกับการศึกษาในแง่ของการเคลื่อนที่ที่ซ้ำซ้อน การหลีกเลี่ยงการชน และการหลีกเลี่ยงตำแหน่งที่หุ่นยนต์ไม่สามารถเึคลื่อนที่ได้ ในการศึกษา Kinematics ของหุ่นยนต์ เราจะให้แต่ละส่วนของหุ่นยนต์เป็น Frame ดังนั้น การศึกษาการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ ซึ่งมีหลายก้านโยงเชื่อมกัน จึงเป็นการศึกษา Frame แต่ละ Frame ที่เคลื่อนที่ต่อกัน เช่น ก้านโยงที่ 1 ต่อกับเบส ก้านโยงที่ 2 เชื่อมโยงกับก้านที่ 1

Robot Kinematics จะแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

1. Forward Kinematics หรือบางครั้งแรกว่า Direct Kinematics : ความยาวของแ่ต่ละก้านโยง (Links) และมุมของแต่ละข้อต่อจะถูกกำหนดมา เราสามารถคำนวณตำแหน่งต่างๆของปลายแขนหุ่นยนต์ได้ จากมุมและความยาวก้านโยงที่กำหนดมานี้

2. Inverse Kinematics : ความยาวของแต่ละก้านโยงและตำแหน่งเป้าหมายของหุ่นยนต์ถูกให้มา เราสามารถคำนวณมุมแต่ละมุมได้จากตำแหน่งเป้าหมายเหล่านั้นภายในพื้นที่การทำงานของหุ่นยนต์ วิธีนี้สามารถประยุกต์ใช้คำนวณสำหรับงานในลักษณะต่างๆ เช่น การหยิบจับวัตถุที่มีตำแหน่งเปลี่ยนแปลงบ่อย

ในการวิเคราะห์หุ่นยนต์ ลักษณะทางกายภาพของหุ่นยนต์สามารถอธิบายในรูปของ Kinematic Diagram ส่วนวิธีที่ใช้ในการคำนวณหรือการกำหนดตัวแปรต่างๆ มีหลายวิธี เช่น Denavit-Hartenberg, การแปลงทางเรขาคณิต และวิธีทางพีชคณิต เป็นต้น

Simple Robot Vision : Pick & Place task

This is the first article of Manfioz blog. This article describes about the simple Robot Vision system. Generally, the Industrial Robot can be operated by two ways; 1) Teaching Mode ; the robot is controlled to the target position. After that, the operator saves the all parameters ,for that target position. These parameters will be repeatedly used to controlling the robot later. 2) Automatic Mode or Inverse Kinematic Mode; all parameters of operating the robot can be analyzed by the Inverse Kinematic Equation. This mode can solve the variance of the object position. The below video shows operating the robot by Automatic Mode.

วันนี้ได้ฤกษ์เปิดบล๊อกหลังจากอัดอั้นตันใจมานานครับ เรื่องแรกที่นำมาเล่าสู่กันฟังเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับวิศวกรรมเพื่อให้เข้ากับจุดประสงค์ของบล๊อกครับ ในการควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมโดยปกติแล้วจะควบคุมด้วย 2 วิธีครับ  คือ 1) เป็นการบังคับหุ่นยนต์ไปในตำแหน่งที่ต้องการ จากนั้นผู้ควบคุมจะทำการบันทึกท่าทางของหุ่นยนต์ดังกล่าวไว้สำหรับเคลื่อนที่ซ้ำๆกันในภายหลัง วิธีนี้จะเรียกว่า Teaching Mode ครับ 2) เป็นการควบคุมโดยการคำนวณด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ โดยการนำตำแหน่งเป้าหมายมาคำนวณผ่านสมการคณิตศาสตร์ของหุ่นยนต์ตัวนั้นๆ เราก็จะได้ตัวแปรในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ วิธีนี้จะสนับสนุนการทำงานที่มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของเป้าหมายเสมอๆ และบทความนี้ผมจะแสดงตัวอย่างการควบคุมหุ่นยนต์ด้วยวิธีที่ 2 น่ะครับ คือ Robot Vision มาดูวิดีโอกันครับ

Robot Vision is the integration between industrial robot and image processing. First, take a photo of the object and then enhance that image. Third, analyze the object position from that enhanced image. From analyzing, we will get the object position. This position is used to calculate all parameters for operating robot from Inverse Kinematic equations. This article presents only Pick and Place task. However, there are several tasks that Robot Vision can be applied.

Robot Vision เป็นการทำงานของหุ่นยนต์รวมกับการประมวลผลจากภาพครับ โดยการถ่ายภาพวัตถุจากกล้อง หลังจากนั้นนำภาพมาประมวลผลเพื่อหาศูนย์กลางของวัตถุได้ตำแหน่งของวัตถุเพื่อนำมาคำนวณด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ของหุ่นยนต์ครับ ตัวแปรที่ได้ก็จะสามารถขับเคลื่อนหุ่นยนต์ไปยังตำแหน่งนั้นได้ครับ สำหรับเรื่อง Robot Vision ยังมีการประยุกต์ใช้งานในลักษณะต่างๆ อีกมากมายครับ ที่ผมได้แนะนำเป็นแค่ส่วนหนึ่งในงานการหยิบจับวัตถุ (Pick and Place) สำหรับผู้ที่สนใจครับ วิศวกรรมไม่ได้ยากอย่างที่คิดครับ. . .