หุ่นยนต์อุตสาหกรรม
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมคือหุ่นยนต์ที่ใช้ในการผลิตหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเป็นระบบอัตโนมัติ สามารถตั้งโปรแกรมได้ และสามารถเคลื่อนที่ได้บนแกนสามแกนขึ้นไป[ 1 ]
การใช้งานหุ่นยนต์โดยทั่วไป ได้แก่การเชื่อมการพ่นสี การประกอบการถอดประกอบ [ 2 ] การหยิบและวางแผงวงจรพิมพ์การบรรจุภัณฑ์และการติดฉลาก การจัดเรียงพาเลทการตรวจสอบผลิตภัณฑ์ และการทดสอบ ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถทำได้ด้วยความทนทาน ความเร็ว และความแม่นยำสูง หุ่นยนต์สามารถช่วยในการจัดการวัสดุได้
ในปี 2024 สหพันธ์หุ่นยนต์นานาชาติ (IFR) ประมาณการว่ามีหุ่นยนต์อุตสาหกรรมใช้งานอยู่ทั่วโลกประมาณ 4,663,698 ตัว[ 3 ] [ 4 ]
ประเภทและคุณสมบัติ
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีหกประเภท[ 5 ]
หุ่นยนต์ข้อต่อ
หุ่นยนต์ข้อต่อ[ 5 ]เป็นหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่พบได้บ่อยที่สุด[ 6 ]มีลักษณะเหมือนแขนมนุษย์จึงเรียกอีกอย่างว่าแขนหุ่นยนต์หรือแขนควบคุม[ 7 ]ข้อต่อที่มีองศาอิสระหลายองศาช่วยให้แขนข้อต่อสามารถเคลื่อนไหวได้หลากหลาย
หุ่นยนต์อัตโนมัติ
หุ่นยนต์อัตโนมัติคือหุ่นยนต์ที่ทำงานโดยไม่ต้องอาศัยการควบคุมจากมนุษย์ หุ่นยนต์อัตโนมัติตัวแรกมีชื่อว่าเอลเมอร์และเอลซีสร้างขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1940 โดยดับเบิลยู. เกรย์ วอลเตอร์พวกมันเป็นหุ่นยนต์ตัวแรกที่ถูกตั้งโปรแกรมให้ "คิด" ในแบบเดียวกับสมองของสิ่งมีชีวิต โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้มีเจตจำนงเสรี[ 8 ]เอลเมอร์และเอลซีมักถูกเรียกว่าเต่าเนื่องจากรูปร่างและลักษณะการเคลื่อนไหวของพวกมัน พวกมันสามารถตอบสนองต่อ แสงได้ ซึ่งเป็นการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่เป็นแสง[ 9 ]
หุ่นยนต์พิกัดคาร์ทีเซียน
หุ่นยนต์คาร์ทีเซียน[ 5 ]หรือเรียกอีกอย่างว่าหุ่นยนต์เชิงเส้นตรง หุ่นยนต์แบบโครงสร้าง และหุ่นยนต์xyz [ 6 ]มีข้อต่อปริซึม 3 ข้อ สำหรับการเคลื่อนที่ของเครื่องมือ และข้อต่อหมุน 3 ข้อสำหรับการวางแนวในอวกาศ
เพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายและกำหนดทิศทางอวัยวะออกฤทธิ์ได้ในทุกทิศทาง หุ่นยนต์ดังกล่าวจำเป็นต้องมี 6 แกน (หรือองศาอิสระ) ในสภาพแวดล้อม 2 มิติ สามแกนก็เพียงพอแล้ว โดยสองแกนใช้สำหรับการเคลื่อนที่ และอีกหนึ่งแกนใช้สำหรับการกำหนดทิศทาง[ 10 ]
หุ่นยนต์พิกัดทรงกระบอก
หุ่นยนต์พิกัดทรงกระบอก[ 5 ] มีลักษณะเฉพาะคือมีข้อต่อหมุนที่ฐานและข้อต่อปริซึมอย่างน้อยหนึ่งข้อต่อที่เชื่อมต่อส่วนต่างๆ[ 6 ]หุ่นยนต์เหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ในแนวตั้งและแนวนอนได้โดยการเลื่อน การออกแบบเอฟเฟกต์ที่กะทัดรัดช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเข้าถึงพื้นที่ทำงานที่แคบได้โดยไม่สูญเสียความเร็ว[ 6 ]
หุ่นยนต์พิกัดทรงกลม
หุ่นยนต์พิกัดทรงกลมมีข้อต่อหมุนเท่านั้น[ 5 ]พวกมันเป็นหนึ่งในหุ่นยนต์กลุ่มแรกๆ ที่ถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรม[ 6 ]โดยทั่วไปแล้วจะใช้สำหรับการดูแลเครื่องจักรในการหล่อขึ้นรูป การฉีดพลาสติกและการอัดรีด และสำหรับการเชื่อม[ 6 ]
หุ่นยนต์ SCARA
SCARA [ 5 ]เป็นคำย่อของ Selective Compliance Assembly Robot Arm [ 11 ]หุ่นยนต์ SCARA มีลักษณะเด่นคือมีข้อต่อขนาน สองข้อ ที่ให้การเคลื่อนที่ในระนาบxy [ 5 ]เพลาหมุนจะถูกวางในแนวตั้งที่ตัวหุ่นยนต์ หุ่นยนต์ SCARA ใช้สำหรับงานที่ต้องการการเคลื่อนที่ด้านข้างที่แม่นยำ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานประกอบ[ 6 ]
หุ่นยนต์เดลต้า
หุ่นยนต์เดลต้า[ 5 ]ยังถูกเรียกว่าหุ่นยนต์แบบข้อต่อขนาน[ 6 ]ซึ่งประกอบด้วยข้อต่อขนานที่เชื่อมต่อกับฐานร่วมกัน หุ่นยนต์เดลต้ามีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับงานควบคุมโดยตรงและการปฏิบัติงานที่ต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว (เช่น งานหยิบและวางอย่างรวดเร็ว) หุ่นยนต์เดลต้าใช้ประโยชน์จากระบบข้อต่อแบบแท่งสี่แท่งหรือแบบสี่เหลี่ยมด้านขนาน
นอกจากนี้ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมยังสามารถมีสถาปัตยกรรมแบบอนุกรมหรือแบบขนานได้อีกด้วย
ตัวจัดการอนุกรม
หุ่นยนต์แบบอนุกรม หรือที่เรียกว่าหุ่นยนต์แขนกลอนุกรม เป็นหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่พบได้ทั่วไป โดยได้รับการออกแบบให้เป็นชุดของข้อต่อที่เชื่อมต่อกันด้วยมอเตอร์ ซึ่งยื่นออกมาจากฐานไปยังส่วนปลาย หุ่นยนต์ SCARA และหุ่นยนต์ Stanford เป็นตัวอย่างทั่วไปของหุ่นยนต์ประเภทนี้
สถาปัตยกรรมแบบขนาน
หุ่นยนต์แบบขนานถูกออกแบบมาให้แต่ละโซ่มีขนาดสั้น เรียบง่าย และมีความแข็งแรงทนทานต่อการเคลื่อนไหวที่ไม่ต้องการ เมื่อเทียบกับหุ่นยนต์แบบอนุกรมข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งของโซ่หนึ่งจะถูกเฉลี่ยรวมกับโซ่อื่นๆ แทนที่จะสะสม ตัวขับเคลื่อนแต่ละตัวยังคงต้องเคลื่อนที่ภายในองศาอิสระ ของตนเอง เช่นเดียวกับหุ่นยนต์แบบอนุกรม อย่างไรก็ตาม ในหุ่นยนต์แบบขนาน ความยืดหยุ่นนอกแกนของข้อต่อจะถูกจำกัดด้วยผลกระทบจากโซ่อื่นๆ ด้วย ความแข็งแกร่ง แบบวงปิด นี้ เองที่ทำให้หุ่นยนต์แบบขนานโดยรวมมีความแข็งแกร่งเมื่อเทียบกับส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งแตกต่างจากโซ่แบบอนุกรมที่ค่อยๆ อ่อนแอลงเมื่อมีส่วนประกอบมากขึ้น
หุ่นยนต์ขนานที่มีความคล่องตัวต่ำและการเคลื่อนที่พร้อมกัน
หุ่นยนต์แบบขนานเต็มรูปแบบสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุที่มี องศาอิสระได้สูงสุด 6 องศา (DoF) ซึ่งกำหนดโดยพิกัดการเคลื่อนที่3Tและพิกัดการหมุน3Rสำหรับ ความคล่องตัว 3T3R เต็มรูปแบบ อย่างไรก็ตาม เมื่อภารกิจการควบคุมต้องการองศาอิสระน้อยกว่า 6 องศา การใช้หุ่นยนต์ที่มีความคล่องตัวต่ำกว่า 6 องศา อาจมีข้อดีในแง่ของโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า ควบคุมง่ายกว่า เคลื่อนที่ได้เร็วกว่า และต้นทุนต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์เดลต้า 3 องศา มี ความคล่องตัว 3T ต่ำกว่า และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จอย่างมากสำหรับการใช้งานการวางตำแหน่งแบบเคลื่อนที่และหยิบจับอย่างรวดเร็ว พื้นที่ทำงานของหุ่นยนต์ที่มีความคล่องตัวต่ำกว่าสามารถแบ่งออกเป็นพื้นที่ย่อย 'การเคลื่อนที่' และ 'ข้อจำกัด' ตัวอย่างเช่น พิกัดตำแหน่ง 3 พิกัดประกอบเป็นพื้นที่ย่อยการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เดลต้า 3 องศา และพิกัดการวางแนว 3 พิกัดอยู่ในพื้นที่ย่อยข้อจำกัด พื้นที่ย่อยการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ที่มีความคล่องตัวต่ำอาจถูกแยกย่อยออกเป็นพื้นที่ย่อยอิสระ (ที่ต้องการ) และพื้นที่ย่อยที่ขึ้นอยู่กัน (ที่เกิดขึ้นพร้อมกัน) ซึ่งประกอบด้วยการเคลื่อนที่แบบ 'เกิดขึ้นพร้อมกัน' หรือ 'เป็นปรสิต' ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ที่ไม่พึงประสงค์ของหุ่นยนต์[ 12 ] ผลกระทบที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงจากการเคลื่อนที่แบบเกิดขึ้นพร้อมกันควรได้รับการบรรเทาหรือกำจัดในการออกแบบหุ่นยนต์ที่มีความคล่องตัวต่ำให้ประสบความสำเร็จ ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์เดลต้าไม่มีการเคลื่อนที่แบบปรสิตเนื่องจากปลายแขนกลของมันไม่หมุน
ความเป็นอิสระ
หุ่นยนต์มีระดับความเป็นอิสระ ที่แตกต่างกัน ไป หุ่นยนต์บางตัวถูกตั้งโปรแกรมให้ดำเนินการตามการกระทำเฉพาะอย่างซ้ำแล้วซ้ำเล่า (การกระทำซ้ำๆ) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงและมีความแม่นยำสูง การกระทำเหล่านี้ถูกกำหนดโดยขั้นตอนที่ตั้งโปรแกรมไว้ ซึ่งระบุทิศทาง ความเร่ง ความเร็ว การลดความเร็ว และระยะทางของการเคลื่อนไหวที่ประสานกันเป็นชุดๆ
หุ่นยนต์อื่นๆ มีความยืดหยุ่นมากกว่ามากในเรื่องทิศทางของวัตถุที่พวกมันกำลังทำงานอยู่ หรือแม้แต่ภารกิจที่ต้องดำเนินการกับวัตถุนั้นเอง ซึ่งหุ่นยนต์อาจจำเป็นต้องระบุวัตถุนั้นด้วยซ้ำ ตัวอย่างเช่น เพื่อการนำทางที่แม่นยำยิ่งขึ้น หุ่นยนต์มักจะมี ระบบย่อย การมองเห็นด้วยเครื่องจักรทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ภาพ ซึ่งเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หรือตัวควบคุมที่มีประสิทธิภาพ[ 13 ]ปัญญาประดิษฐ์กำลังกลายเป็นปัจจัยสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมสมัยใหม่
ประวัติศาสตร์
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ทราบ ซึ่งสอดคล้องกับคำจำกัดความของ ISO นั้น สร้างเสร็จโดย "Bill" Griffith P. Taylor ในปี 1937 และตีพิมพ์ในนิตยสารMeccano ฉบับ เดือนมีนาคม 1938 [ 14 ] [ 15 ]อุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายเครนนี้สร้างขึ้นโดยใช้ ชิ้นส่วน Meccano เกือบทั้งหมด และขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงตัวเดียว สามารถเคลื่อนที่ได้ 5 แกน รวมถึงการจับและการหมุนที่จับ การทำงาน อัตโนมัติทำได้โดยใช้เทปกระดาษเจาะรูเพื่อจ่ายพลังงานให้กับโซลินอยด์ ซึ่งจะช่วยให้คันโยกควบคุมของเครนเคลื่อนที่ได้หุ่นยนต์สามารถวางบล็อกไม้ซ้อนกันตามรูปแบบที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า จำนวนรอบการหมุนของมอเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวแต่ละครั้งจะถูกพล็อตลงบนกระดาษกราฟก่อน จากนั้นข้อมูลนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังเทปกระดาษ ซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ตัวเดียวของหุ่นยนต์เช่นกัน Chris Shute สร้างแบบจำลองที่สมบูรณ์ของหุ่นยนต์นี้ในปี 1997
George Devolยื่นขอสิทธิบัตรหุ่นยนต์ ฉบับแรก ในปี 1954 (ได้รับอนุมัติในปี 1961) บริษัทแรกที่ผลิตหุ่นยนต์คือUnimationซึ่งก่อตั้งโดย Devol และJoseph F. Engelbergerในปี 1956 หุ่นยนต์ Unimation ยังถูกเรียกว่าเครื่องจักรถ่ายโอนแบบโปรแกรมได้เนื่องจากในตอนแรกการใช้งานหลักคือการถ่ายโอนวัตถุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างกันไม่เกินสิบสองฟุต พวกมันใช้แอคทูเอเตอร์ไฮดรอลิกและถูกตั้งโปรแกรมในพิกัด ข้อ ต่อ กล่าวคือ มุมของข้อต่อต่างๆ จะถูกจัดเก็บในระหว่างขั้นตอนการสอนและเล่นซ้ำในการทำงาน พวกมันมีความแม่นยำภายใน 1/10,000 นิ้ว[ 16 ]แม้ว่าสิ่งนี้อาจไม่ได้คำนึงถึงความสามารถในการทำซ้ำ Unimation ต่อมาได้อนุญาตให้Kawasaki Heavy IndustriesและGKNผลิตUnimatesในญี่ปุ่นและอังกฤษตามลำดับ ในช่วงเวลาหนึ่ง คู่แข่งเพียงรายเดียวของ Unimation คือCincinnati Milacron Inc. จากโอไฮโอสถานการณ์นี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิงในช่วงปลายทศวรรษ 1970 เมื่อกลุ่มบริษัทขนาดใหญ่หลายแห่งของญี่ปุ่นเริ่มผลิตหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่คล้ายคลึงกัน
ในปี 1969 วิคเตอร์ ไชน์แมนแห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้ประดิษฐ์แขนสแตนฟอร์ด (Stanford arm) ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ไฟฟ้าแบบข้อต่อ 6 แกน ที่ออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาเรื่องแขนกลทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ตามเส้นทางต่างๆ ในอวกาศได้อย่างแม่นยำ และขยายขอบเขตการใช้งานของหุ่นยนต์ไปสู่แอปพลิเคชันที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การประกอบและการเชื่อม ต่อมาไชน์แมนได้ออกแบบแขนตัวที่สองให้กับ ห้องปฏิบัติการ AI ของ MIT ซึ่งเรียกว่า "แขน MIT" หลังจากได้รับทุนสนับสนุนจาก Unimation เพื่อพัฒนาแบบของเขา ไชน์แมนได้ขายแบบเหล่านั้นให้กับ Unimation ซึ่งได้พัฒนาต่อยอดโดยได้รับการสนับสนุนจากGeneral Motorsและต่อมาได้วางจำหน่ายในชื่อProgrammable Universal Machine for Assembly (เครื่องจักรเอนกประสงค์แบบโปรแกรมได้สำหรับการประกอบ )
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมเติบโตอย่างรวดเร็วในยุโรป โดยทั้งบริษัทABB Robotics ของสวีเดน-สวิตเซอร์แลนด์ และ บริษัท KUKA Roboticsของเยอรมนีต่างนำหุ่นยนต์ออกสู่ตลาดในปี 1973 ABB Robotics (เดิมชื่อ ASEA) ได้เปิดตัว IRB 6 ซึ่งเป็นหนึ่งในหุ่นยนต์ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ไฟฟ้าล้วนรุ่นแรกๆที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ หุ่นยนต์ IRB 6 สองเครื่องแรกถูกขายให้กับ Magnusson ในสวีเดนเพื่อใช้ในการเจียรและขัดท่อโค้ง และติดตั้งใช้งานในสายการผลิตในเดือนมกราคม 1974 นอกจากนี้ ในปี 1973 KUKA Robotics ยังได้สร้างหุ่นยนต์ตัวแรกของตน ซึ่งรู้จักกันในชื่อFAMULUS [ 17 ] [ 18 ] ซึ่งเป็นหนึ่งในหุ่นยนต์ข้อต่อรุ่นแรกๆ ที่มีแกนขับเคลื่อน ด้วยไฟฟ้าเชิงกลหกแกน
ความสนใจในด้านหุ่นยนต์เพิ่มขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และบริษัทในสหรัฐฯ หลายแห่งได้เข้าสู่สาขานี้ รวมถึงบริษัทขนาดใหญ่อย่างGeneral ElectricและGeneral Motors (ซึ่งร่วมทุน กับFANUC LTD จากญี่ปุ่น ใน ชื่อ FANUC Robotics ) บริษัท สตาร์ทอัพ ในสหรัฐฯ ได้แก่AutomatixและAdept Technology , Inc. ในช่วงที่หุ่นยนต์เฟื่องฟูที่สุดในปี 1984 Unimation ถูกซื้อกิจการโดยWestinghouse Electric Corporationในราคา 107 ล้านดอลลาร์สหรัฐ Westinghouse ขาย Unimation ให้กับStäubli Faverges SCAจากฝรั่งเศสในปี 1988 ซึ่งยังคงผลิตหุ่นยนต์แบบข้อต่อสำหรับงานอุตสาหกรรมทั่วไปและห้องปลอดเชื้อและซื้อแผนกหุ่นยนต์ของBoschในปลายปี 2004
มีเพียงบริษัทที่ไม่ใช่ของญี่ปุ่นไม่กี่แห่งเท่านั้นที่สามารถอยู่รอดได้ในตลาดนี้ โดยบริษัทหลักๆ ได้แก่Adept Technology , Stäubli , ABB Robotics, KUKA Robotics และบริษัทComauจากอิตาลี
ในปี 2026 สหพันธ์หุ่นยนต์นานาชาติได้ประกาศว่ามูลค่าตลาดโลกของการติดตั้งหุ่นยนต์อุตสาหกรรมได้แตะระดับสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 16.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ[ 19 ]
คำอธิบายทางเทคนิค
การกำหนดพารามิเตอร์
- จำนวนแกน – จำเป็นต้องใช้สองแกนเพื่อไปยังจุดใดๆ บนระนาบ และจำเป็นต้องใช้สามแกนเพื่อไปยังจุดใดๆ ในอวกาศ สำหรับการควบคุมทิศทางของปลายแขน (เช่นข้อมือ ) อย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้แกนเพิ่มอีกสามแกน ( แกนหันเห แกนเงย และแกนหมุน ) บางแบบ (เช่น หุ่นยนต์ SCARA) แลกเปลี่ยนข้อจำกัดในด้านความเป็นไปได้ของการเคลื่อนไหวกับต้นทุน ความเร็ว และความแม่นยำ
- ระดับความเป็นอิสระ – โดยปกติแล้วจะเท่ากับจำนวนแกน
- ขอบเขตการทำงาน – บริเวณพื้นที่ที่หุ่นยนต์สามารถเข้าถึงได้
- จลนศาสตร์ (Kinematics) – การจัดเรียงชิ้นส่วนแข็งและข้อต่อต่างๆในหุ่นยนต์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้ของหุ่นยนต์ ประเภทของจลนศาสตร์หุ่นยนต์ ได้แก่ หุ่นยนต์แบบข้อต่อ (articulated), หุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียน (Cartesian), หุ่นยนต์แบบขนาน (Parallel)และหุ่นยนต์แบบ SCARA
- ความสามารถในการรับน้ำหนักหรือน้ำหนักบรรทุก – หุ่นยนต์สามารถยกน้ำหนักได้มากแค่ไหน
- ความเร็ว – คือความเร็วที่หุ่นยนต์สามารถวางตำแหน่งปลายแขนได้ ซึ่งอาจกำหนดได้ในแง่ของความเร็วเชิงมุมหรือความเร็วเชิงเส้นของแต่ละแกน หรือเป็นความเร็วรวม กล่าวคือ ความเร็วของปลายแขนเมื่อทุกแกนเคลื่อนที่พร้อมกัน
- ความเร่ง – คือความเร็วที่แกนหนึ่งๆ สามารถเร่งความเร็วได้ เนื่องจากนี่เป็นปัจจัยจำกัด หุ่นยนต์อาจไม่สามารถทำความเร็วสูงสุดตามที่กำหนดไว้ได้สำหรับการเคลื่อนที่ในระยะทางสั้นๆ หรือเส้นทางที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการเปลี่ยนทิศทางบ่อยครั้ง
- ความแม่นยำ – คือความใกล้เคียงที่หุ่นยนต์สามารถเข้าถึงตำแหน่งที่กำหนดได้ เมื่อวัดตำแหน่งสัมบูรณ์ของหุ่นยนต์และเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่กำหนด ค่าความคลาดเคลื่อนจะเป็นตัววัดความแม่นยำ ความแม่นยำสามารถปรับปรุงได้ด้วยการตรวจจับภายนอก เช่น ระบบวิชั่นหรืออินฟราเรด ดูการปรับเทียบหุ่นยนต์ความแม่นยำอาจแตกต่างกันไปตามความเร็วและตำแหน่งภายในขอบเขตการทำงาน และน้ำหนักบรรทุก (ดู การปฏิบัติตามข้อกำหนด)
- ความสามารถในการทำซ้ำ – คือความสามารถของหุ่นยนต์ในการกลับไปยังตำแหน่งที่ตั้งโปรแกรมไว้ ซึ่งแตกต่างจากความแม่นยำ อาจเป็นไปได้ว่าเมื่อสั่งให้หุ่นยนต์ไปยังตำแหน่ง XYZ ที่กำหนด มันอาจไปถึง ตำแหน่งนั้นได้ภายในระยะ 1 มิลลิเมตร นี่คือความแม่นยำ ซึ่งอาจปรับปรุงได้ด้วยการปรับเทียบ แต่ถ้าหากตำแหน่งนั้นถูกบันทึกไว้ในหน่วยความจำของตัวควบคุม และทุกครั้งที่ส่งคำสั่งไปยังตำแหน่งนั้น หุ่นยนต์จะกลับมาได้ภายในระยะ 0.1 มิลลิเมตรจากตำแหน่งที่บันทึกไว้ ความสามารถในการทำซ้ำก็จะอยู่ภายในระยะ 0.1 มิลลิเมตรเช่นกัน
ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำเป็นการวัดที่แตกต่างกัน ความสามารถในการทำซ้ำมักเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดสำหรับหุ่นยนต์และคล้ายกับแนวคิดของ 'ความแม่นยำ' ในการวัด—ดูความแม่นยำและความเที่ยงตรง ISO 9283 [ 20 ]กำหนดวิธีการวัดทั้งความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำ โดยทั่วไปหุ่นยนต์จะถูกส่งไปยังตำแหน่งที่สอนไว้หลายครั้ง และจะวัดข้อผิดพลาดในการกลับไปยังตำแหน่งเดิมหลังจากไปเยี่ยมชมตำแหน่งอื่นอีก 4 ตำแหน่ง จากนั้นจะวัดความสามารถในการทำซ้ำโดยใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของตัวอย่างเหล่านั้นในทั้งสามมิติ แน่นอนว่าหุ่นยนต์ทั่วไปอาจมีข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งเกินกว่านั้น ซึ่งอาจเป็นปัญหาสำหรับกระบวนการ นอกจากนี้ ความสามารถในการทำซ้ำจะแตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของพื้นที่การทำงาน และยังเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วและน้ำหนักบรรทุก ISO 9283 ระบุว่าควรวัดความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำที่ความเร็วสูงสุดและน้ำหนักบรรทุกสูงสุด แต่ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นค่าที่มองในแง่ร้าย ในขณะที่หุ่นยนต์อาจมีความแม่นยำและทำซ้ำได้ดีกว่ามากเมื่อรับน้ำหนักและความเร็วต่ำ ความสามารถในการทำซ้ำได้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมนั้นขึ้นอยู่กับความแม่นยำของส่วนปลายแขนกล เช่น ตัวจับยึด และแม้กระทั่งการออกแบบ "นิ้ว" ที่เชื่อมต่อตัวจับยึดกับวัตถุที่กำลังถูกจับ ตัวอย่างเช่น หากหุ่นยนต์หยิบสกรูโดยจับที่หัว สกรูอาจอยู่ในมุมที่ไม่แน่นอน การพยายามใส่สกรูเข้าไปในรูในครั้งต่อไปอาจล้มเหลวได้ง่าย สถานการณ์เหล่านี้และสถานการณ์ที่คล้ายกันสามารถปรับปรุงได้ด้วย "ส่วนนำ" เช่น โดยการทำให้ทางเข้าของรูมีลักษณะเรียว
- การควบคุมการเคลื่อนที่ – สำหรับบางแอปพลิเคชัน เช่น การประกอบชิ้นส่วนแบบหยิบและวางอย่างง่าย หุ่นยนต์เพียงแค่ต้องเคลื่อนที่กลับไปยังตำแหน่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้าอย่างซ้ำๆ แต่สำหรับแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนกว่า เช่น การเชื่อมและการตกแต่ง ( การพ่นสี ) การเคลื่อนที่ต้องได้รับการควบคุมอย่างต่อเนื่องเพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามเส้นทางในอวกาศ โดยมีการควบคุมทิศทางและความเร็ว
- แหล่งพลังงาน – หุ่นยนต์บางตัวใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในขณะที่บางตัวใช้ ระบบไฮดรอลิก มอเตอร์ ไฟฟ้าทำงานได้เร็วกว่า ส่วนระบบไฮดรอลิกมีความแข็งแรงกว่าและมีข้อได้เปรียบในงานบางประเภท เช่น การพ่นสี ซึ่งประกายไฟอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ อย่างไรก็ตาม การลดแรงดันอากาศภายในแขนหุ่นยนต์ให้ต่ำลงสามารถป้องกันการเข้าของไอระเหยที่ติดไฟได้ รวมถึงสารปนเปื้อนอื่นๆ ด้วย ปัจจุบัน แทบจะไม่พบหุ่นยนต์ไฮดรอลิกในตลาดแล้ว การเพิ่มซีล มอเตอร์ไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่าน และการป้องกันประกายไฟ ช่วยให้การสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีบรรยากาศที่อาจเกิดการระเบิดได้ง่ายขึ้น
- ระบบขับเคลื่อน – หุ่นยนต์บางตัวเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับข้อต่อผ่านเฟืองในขณะที่บางตัวเชื่อมต่อมอเตอร์เข้ากับข้อต่อโดยตรง ( ระบบขับเคลื่อนตรง ) การใช้เฟืองทำให้เกิด "การคลายตัว" ที่วัดได้ ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่อิสระในแกนหนึ่งๆ แขนหุ่นยนต์ขนาดเล็กมักใช้มอเตอร์กระแสตรงความเร็วสูง แรงบิดต่ำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วต้องการอัตราทดเกียร์สูง ซึ่งมีข้อเสียคือการคลายตัว ในกรณีเช่นนี้มักใช้ระบบขับเคลื่อนแบบฮาร์มอนิ ก
- ค่าความยืดหยุ่น (Compliance ) คือค่าที่วัดปริมาณมุมหรือระยะทางที่แกนของหุ่นยนต์จะเคลื่อนที่เมื่อมีแรงกระทำต่อมัน เนื่องจากค่าความยืดหยุ่นนี้ เมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่บรรทุกน้ำหนักสูงสุด มันจะอยู่ที่ตำแหน่งที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับตอนที่ไม่ได้บรรทุกน้ำหนัก ค่าความยืดหยุ่นยังอาจเป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่เกินเป้าหมาย (overshoot) เมื่อบรรทุกน้ำหนักมาก ซึ่งในกรณีนี้จำเป็นต้องลดอัตราเร่งลง
การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์และอินเทอร์เฟซ
โดยทั่วไปแล้ว การตั้งค่าหรือการตั้งโปรแกรมการเคลื่อนไหวและลำดับการทำงานสำหรับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะทำได้โดยการเชื่อมต่อตัวควบคุมหุ่นยนต์เข้ากับแล็ปท็อปคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ หรือ เครือข่าย (ภายในหรือผ่านอินเทอร์เน็ต)
หุ่นยนต์และกลุ่มเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ เรียกว่าเวิร์กเซลล์หรือ เซลล์ เซลล์ทั่วไปอาจประกอบด้วยเครื่องป้อนชิ้นส่วนเครื่องฉีดขึ้นรูปและหุ่นยนต์ เครื่องจักรต่างๆ เหล่านี้ถูก "รวมเข้าด้วยกัน" และควบคุมโดยคอมพิวเตอร์หรือตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ เพียงเครื่องเดียว การทำงานร่วมกันระหว่างหุ่นยนต์กับเครื่องจักรอื่นๆ ในเซลล์จะต้องถูกตั้งโปรแกรมไว้ ทั้งในแง่ของตำแหน่งในเซลล์และการซิงโครไนซ์กัน
ซอฟต์แวร์:คอมพิวเตอร์ได้รับการติดตั้ง ซอฟต์แวร์ อินเทอร์เฟซ ที่เหมาะสม การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการเขียนโปรแกรมได้อย่างมากซอฟต์แวร์หุ่นยนต์ เฉพาะทาง จะทำงานในตัวควบคุมหุ่นยนต์หรือในคอมพิวเตอร์ หรือทั้งสองอย่าง ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ
มีองค์ประกอบพื้นฐานสองอย่างที่จำเป็นต้องได้รับการสอน (หรือตั้งโปรแกรม) คือ ข้อมูลตำแหน่งและขั้นตอนการทำงาน ตัวอย่างเช่น ในงานเคลื่อนย้ายสกรูจากตัวป้อนไปยังรู จะต้องสอนหรือตั้งโปรแกรมตำแหน่งของตัวป้อนและรูเสียก่อน จากนั้นจึงต้องตั้งโปรแกรมขั้นตอนการนำสกรูจากตัวป้อนไปยังรู พร้อมกับข้อมูลเข้า/ออกที่เกี่ยวข้อง เช่น สัญญาณเพื่อระบุว่าสกรูอยู่ในตัวป้อนพร้อมที่จะถูกหยิบขึ้นมาแล้ว จุดประสงค์ของซอฟต์แวร์หุ่นยนต์คือการอำนวยความสะดวกในงานตั้งโปรแกรมทั้งสองนี้
การสอนตำแหน่งต่างๆ ให้กับหุ่นยนต์สามารถทำได้หลายวิธี:
คำสั่งกำหนดตำแหน่งหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้โดยใช้ส่วนติดต่อผู้ใช้แบบกราฟิกหรือคำสั่งแบบข้อความ ซึ่งสามารถระบุและแก้ไขตำแหน่งxyz ที่ต้องการได้
จี้ควบคุมการสอน:ตำแหน่งของหุ่นยนต์สามารถสอนได้ผ่านจี้ควบคุมการสอน ซึ่งเป็นอุปกรณ์ควบคุมและตั้งโปรแกรมแบบพกพา คุณสมบัติทั่วไปของอุปกรณ์เหล่านี้คือความสามารถในการส่งหุ่นยนต์ไปยังตำแหน่งที่ต้องการด้วยตนเอง หรือ "ขยับทีละนิด" หรือ "ขยับเร็ว" เพื่อปรับตำแหน่ง นอกจากนี้ยังมีวิธีการเปลี่ยนความเร็ว เนื่องจากโดยปกติแล้วความเร็วต่ำจำเป็นสำหรับการวางตำแหน่งอย่างระมัดระวัง หรือขณะทดสอบการทำงานตามขั้นตอนใหม่หรือที่แก้ไขแล้ว โดยปกติจะมีปุ่ม หยุดฉุกเฉิน ขนาดใหญ่ รวมอยู่ด้วย โดยทั่วไปแล้วเมื่อหุ่นยนต์ได้รับการตั้งโปรแกรมแล้ว ก็ไม่จำเป็นต้องใช้จี้ควบคุมการสอนอีกต่อไป จี้ควบคุมการสอนทุกตัวมีสวิตช์นิรภัย 3 ตำแหน่ง ในโหมดแมนนวล หุ่นยนต์จะเคลื่อนที่ได้เฉพาะเมื่ออยู่ในตำแหน่งตรงกลาง (กดลงบางส่วน) หากกดลงจนสุดหรือปล่อยออกจนสุด หุ่นยนต์จะหยุด หลักการทำงานนี้ช่วยให้สามารถใช้ปฏิกิริยาตอบสนองตามธรรมชาติเพื่อเพิ่มความปลอดภัย
การควบคุมโดยการจับที่จมูก:นี่คือเทคนิคที่ผู้ผลิตหุ่นยนต์หลายรายนำเสนอ ในวิธีนี้ ผู้ใช้คนหนึ่งจับแขนกลของหุ่นยนต์ไว้ ในขณะที่อีกคนหนึ่งป้อนคำสั่งเพื่อตัดกระแสไฟให้หุ่นยนต์ ทำให้มันหยุดนิ่ง จากนั้นผู้ใช้จะขยับหุ่นยนต์ด้วยมือไปยังตำแหน่งที่ต้องการและ/หรือตามเส้นทางที่กำหนด ในขณะที่ซอฟต์แวร์บันทึกตำแหน่งเหล่านี้ลงในหน่วยความจำ โปรแกรมสามารถสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งเหล่านั้นหรือตามเส้นทางที่สอนไว้ได้ในภายหลัง เทคนิคนี้เป็นที่นิยมสำหรับงานต่างๆ เช่นการพ่นสี
การเขียนโปรแกรมแบบออฟไลน์คือการแมปเซลล์ทั้งหมด หุ่นยนต์ และเครื่องจักรหรือเครื่องมือทั้งหมดในพื้นที่ทำงานแบบกราฟิก จากนั้นสามารถเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์บนหน้าจอและจำลองกระบวนการได้ โปรแกรมจำลองหุ่นยนต์ใช้ในการสร้างแอปพลิเคชันฝังตัวสำหรับหุ่นยนต์ โดยไม่ต้องพึ่งพาการทำงานทางกายภาพของแขนหุ่นยนต์และปลายแขน ข้อดีของการจำลองหุ่นยนต์คือช่วยประหยัดเวลาในการออกแบบแอปพลิเคชันหุ่นยนต์ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มระดับความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์หุ่นยนต์ได้ เนื่องจากสามารถทดลองและทดสอบสถานการณ์ "ถ้าหาก" ต่างๆ ก่อนที่จะเปิดใช้งานระบบ[8] ซอฟต์แวร์จำลองหุ่นยนต์เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการสอน ทดสอบ เรียกใช้ และแก้ไขข้อบกพร่องของโปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาการเขียนโปรแกรมต่างๆ
เครื่องมือ จำลองหุ่นยนต์ช่วยให้สามารถเขียนและแก้ไขข้อผิดพลาดของโปรแกรมหุ่นยนต์ได้อย่างสะดวกแบบออฟไลน์ โดยเวอร์ชันสุดท้ายของโปรแกรมจะถูกทดสอบกับหุ่นยนต์จริง ความสามารถในการดูตัวอย่างพฤติกรรมของระบบหุ่นยนต์ในโลกเสมือนจริงช่วยให้สามารถทดลองและทดสอบกลไก อุปกรณ์ การกำหนดค่า และตัวควบคุมต่างๆ ได้หลากหลายก่อนที่จะนำไปใช้กับระบบใน "โลกแห่งความเป็นจริง" โปรแกรมจำลองหุ่นยนต์มีความสามารถในการคำนวณแบบเรียลไทม์ของการเคลื่อนไหวจำลองของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมโดยใช้ทั้งแบบจำลองทางเรขาคณิตและแบบจำลองทางจลนศาสตร์
เครื่องมือเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ที่ไม่ขึ้นกับผู้ผลิตเป็นวิธีการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ที่ค่อนข้างใหม่แต่มีความยืดหยุ่นสูง โดยใช้ภาษาการเขียนโปรแกรมแบบภาพการเขียนโปรแกรมทำได้โดยการลากและวางแม่แบบ/ส่วนประกอบที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เครื่องมือเหล่านี้มักมีการจำลองเพื่อประเมินความเป็นไปได้และการเขียนโปรแกรมแบบออฟไลน์ควบคู่กันไป หากระบบสามารถคอมไพล์และอัปโหลดโค้ดหุ่นยนต์ไปยังตัวควบคุมหุ่นยนต์ได้ ผู้ใช้ก็ไม่จำเป็นต้องเรียนรู้ภาษาเฉพาะ ของแต่ละผู้ผลิตอีกต่อไป ดังนั้น แนวทางนี้จึงเป็นก้าวสำคัญในการสร้างมาตรฐานวิธีการเขียนโปรแกรม
นอกจากนี้ผู้ควบคุมเครื่องจักรยังมักใช้อุปกรณ์ส่วนต่อประสานผู้ใช้ ซึ่งโดยทั่วไปคือหน้า จอสัมผัสทำหน้าที่เป็นแผงควบคุมการทำงาน ผู้ควบคุมสามารถสลับระหว่างโปรแกรมต่างๆ ปรับแต่งภายในโปรแกรม และใช้งาน อุปกรณ์ ต่อพ่วง ต่างๆ ที่อาจรวมอยู่ในระบบหุ่นยนต์เดียวกันได้ อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ตัวจับยึดชิ้นงาน ตัวป้อนชิ้นส่วนให้กับหุ่นยนต์สายพานลำเลียง ปุ่มหยุดฉุกเฉิน ระบบวิชั่นระบบล็อค เพื่อความปลอดภัย เครื่องพิมพ์ บาร์โค้ดและอุปกรณ์อุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมายที่สามารถเข้าถึงและควบคุมได้ผ่านแผงควบคุมการทำงาน
โดยปกติแล้ว หลังจากตั้งโปรแกรมเสร็จแล้ว ตัวควบคุมแบบแขวนหรือคอมพิวเตอร์จะถูกถอดออก และหุ่นยนต์จะทำงานตามโปรแกรมที่ติดตั้งไว้ในตัวควบคุมอย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่คอมพิวเตอร์ถูกใช้เพื่อ "ควบคุมดูแล" หุ่นยนต์และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ หรือเพื่อเป็นพื้นที่จัดเก็บเพิ่มเติมสำหรับการเข้าถึงเส้นทางและขั้นตอนการทำงานที่ซับซ้อนจำนวนมาก
เครื่องมือปลายแขน
อุปกรณ์เสริมที่สำคัญที่สุดของหุ่นยนต์คือส่วนปลายแขนหรืออุปกรณ์จับยึด (End Effector หรือ EOAT) ตัวอย่างทั่วไปของส่วนปลายแขน ได้แก่ อุปกรณ์เชื่อม (เช่น ปืนเชื่อม MIG, เครื่องเชื่อมจุด ฯลฯ) ปืนพ่นสี และอุปกรณ์เจียรและลบคม (เช่น เครื่องเจียรแบบจานหรือสายพานลม, หัวเจียร ฯลฯ) และอุปกรณ์จับยึด (อุปกรณ์ที่สามารถจับวัตถุได้ โดยปกติจะเป็นระบบไฟฟ้าเชิงกลหรือระบบลม ) วิธีการหยิบจับวัตถุอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปคือ การใช้ระบบสุญญากาศหรือแม่เหล็กส่วนปลายแขนมักมีความซับซ้อนสูง ออกแบบมาให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการจัดการ และมักสามารถหยิบจับผลิตภัณฑ์ได้หลายชนิดพร้อมกัน อาจใช้เซ็นเซอร์ต่างๆ เพื่อช่วยระบบหุ่นยนต์ในการค้นหา การจัดการ และการจัดวางตำแหน่งผลิตภัณฑ์
การควบคุมการเคลื่อนไหว
สำหรับหุ่นยนต์ที่กำหนดไว้ พารามิเตอร์เดียวที่จำเป็นในการกำหนดตำแหน่งปลายแขนกล (ตัวจับยึด หัวเชื่อม ฯลฯ) ของหุ่นยนต์ได้อย่างสมบูรณ์ คือ มุมของข้อต่อแต่ละข้อ หรือการเคลื่อนที่ของแกนเชิงเส้น (หรือการรวมกันของทั้งสองอย่างสำหรับรูปแบบหุ่นยนต์ เช่น SCARA) อย่างไรก็ตาม มีหลายวิธีในการกำหนดจุด วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดและสะดวกที่สุดในการกำหนดจุดคือการระบุพิกัดคาร์ทีเซียนสำหรับจุดนั้น กล่าวคือ ตำแหน่งของ 'ปลายแขนกล' ในหน่วยมิลลิเมตรในทิศทาง X, Y และ Z เทียบกับจุดกำเนิดของหุ่นยนต์ นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับประเภทของข้อต่อที่หุ่นยนต์แต่ละตัวอาจมี การวางแนวของปลายแขนกลในแกน yaw, pitch และ roll และตำแหน่งของจุดเครื่องมือเทียบกับแผ่นหน้าของหุ่นยนต์ก็ต้องระบุด้วย สำหรับแขนกลที่มีข้อต่อ พิกัดเหล่านี้จะต้องถูกแปลงเป็นมุมข้อต่อโดยตัวควบคุมหุ่นยนต์ และการแปลงดังกล่าวเรียกว่าการแปลงคาร์ทีเซียน ซึ่งอาจต้องดำเนินการซ้ำๆ หรือแบบเรียกซ้ำสำหรับหุ่นยนต์หลายแกน คณิตศาสตร์ที่ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างมุมข้อต่อและพิกัดเชิงพื้นที่จริงเรียกว่า จลนศาสตร์
การกำหนดตำแหน่งโดยใช้พิกัดคาร์ทีเซียนสามารถทำได้โดยการป้อนพิกัดเข้าไปในระบบ หรือโดยการใช้จี้ควบคุม (teach pendant) ซึ่งจะเคลื่อนหุ่นยนต์ไปในทิศทาง XYZ การที่ผู้ควบคุมมองเห็นการเคลื่อนไหวขึ้น/ลง ซ้าย/ขวา ฯลฯ นั้นง่ายกว่าการเคลื่อนข้อต่อแต่ละข้อทีละข้อมาก เมื่อถึงตำแหน่งที่ต้องการแล้ว ก็จะกำหนดตำแหน่งนั้นด้วยวิธีเฉพาะของซอฟต์แวร์หุ่นยนต์ที่ใช้งานอยู่ เช่น P1 - P5 ดังแสดงด้านล่าง
การเขียนโปรแกรมทั่วไป
หุ่นยนต์แบบข้อต่อส่วนใหญ่ทำงานโดยการเก็บตำแหน่งต่างๆ ไว้ในหน่วยความจำ และเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งเหล่านั้นในเวลาต่างๆ ตามลำดับการเขียนโปรแกรม ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ที่เคลื่อนย้ายสิ่งของจากที่หนึ่ง (ถัง A) ไปยังอีกที่หนึ่ง (ถัง B) อาจมีโปรแกรม "หยิบและวาง" ง่ายๆ ดังต่อไปนี้:
กำหนดจุด P1–P5:
- อยู่เหนือชิ้นงานอย่างปลอดภัย (กำหนดให้เป็น P1)
- 10 ซม. เหนือถัง A (กำหนดให้เป็น P2)
- อยู่ในตำแหน่งที่สามารถเข้าร่วมได้จากช่อง A (กำหนดเป็น P3)
- 10 ซม. เหนือถัง B (กำหนดให้เป็น P4)
- อยู่ในตำแหน่งที่พร้อมจะเข้าร่วมจากช่อง B (กำหนดเป็น P5)
กำหนดโปรแกรม:
- ย้ายไปที่ P1
- ย้ายไปที่ P2
- ย้ายไปที่ P3
- ตัวจับยึดแบบปิด
- ย้ายไปที่ P2
- ย้ายไปที่ P4
- ย้ายไปที่ P5
- ตัวจับแบบเปิด
- ย้ายไปที่ P4
- ย้ายไปที่ P1 แล้วทำต่อให้เสร็จ
สำหรับตัวอย่างว่าสิ่งนี้จะมีลักษณะอย่างไรในภาษาโปรแกรมหุ่นยนต์ที่นิยมใช้ โปรดดูที่การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์อุตสาหกรรม
จุดเอกฐาน
มาตรฐานแห่งชาติอเมริกันสำหรับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมและระบบหุ่นยนต์ — ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย (ANSI/RIA R15.06-1999) นิยามภาวะเอกฐาน (singularity) ว่า "สภาวะที่เกิดจากการเรียงตัวเป็นเส้นตรงเดียวกันของแกนหุ่นยนต์สองแกนขึ้นไป ส่งผลให้การเคลื่อนที่และความเร็วของหุ่นยนต์ไม่สามารถคาดเดาได้" ภาวะนี้พบได้บ่อยที่สุดในแขนหุ่นยนต์ที่ใช้ "ข้อมือแบบสามแกนหมุน" (triple-roll wrist) ซึ่งเป็นข้อมือที่แกนทั้งสามของข้อมือ ควบคุมการหมุนรอบแกนตั้ง (yaw), แกนเงย (pitch) และแกนเอียง (roll) ผ่านจุดร่วมเดียวกัน ตัวอย่างของภาวะเอกฐานที่ข้อมือคือ เมื่อเส้นทางที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ทำให้แกนที่หนึ่งและแกนที่สามของข้อมือหุ่นยนต์ (เช่น แกนที่ 4 และ 6 ของหุ่นยนต์) เรียงตัวกัน แกนที่สองของข้อมือจะพยายามหมุน 180° ในเวลาศูนย์องศาเพื่อรักษาระดับการวางตัวของปลายแขนหุ่นยนต์ อีกคำหนึ่งที่ใช้เรียกภาวะเอกฐานนี้คือ "การพลิกข้อมือ" (wrist flip) ผลจากภาวะเอกฐานอาจรุนแรงมากและส่งผลเสียต่อแขนหุ่นยนต์ ปลายแขนหุ่นยนต์ และกระบวนการทำงาน ผู้ผลิตหุ่นยนต์อุตสาหกรรมบางรายพยายามหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้โดยการปรับเส้นทางการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เล็กน้อยเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดสภาวะนี้ อีกวิธีหนึ่งคือการลดความเร็วในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ ซึ่งจะช่วยลดความเร็วที่จำเป็นสำหรับข้อมือในการเปลี่ยนตำแหน่ง มาตรฐาน ANSI/RIA กำหนดให้ผู้ผลิตหุ่นยนต์ต้องแจ้งให้ผู้ใช้ทราบถึงภาวะเอกฐานหากเกิดขึ้นในขณะที่ระบบกำลังถูกควบคุมด้วยตนเอง
ภาวะเอกฐานประเภทที่สองในหุ่นยนต์หกแกนแบบข้อต่อแนวตั้งที่แบ่งส่วนข้อมือ เกิดขึ้นเมื่อจุดศูนย์กลางของข้อมืออยู่บนทรงกระบอกที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่แกนที่ 1 และมีรัศมีเท่ากับระยะห่างระหว่างแกนที่ 1 และ 4 ภาวะนี้เรียกว่าภาวะเอกฐานที่ไหล่ ผู้ผลิตหุ่นยนต์บางรายยังกล่าวถึงภาวะเอกฐานด้านการจัดแนว ซึ่งแกนที่ 1 และ 6 มาทับกัน นี่เป็นเพียงกรณีย่อยของภาวะเอกฐานที่ไหล่ เมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่เข้าใกล้ภาวะเอกฐานที่ไหล่ ข้อต่อที่ 1 จะหมุนเร็วมาก
ภาวะเอกฐานประเภทที่สามและสุดท้ายในหุ่นยนต์หกแกนแบบข้อต่อแนวตั้งที่แบ่งส่วนข้อมือ เกิดขึ้นเมื่อจุดศูนย์กลางของข้อมืออยู่ในระนาบเดียวกับแกนที่ 2 และ 3
ปรากฏการณ์เอกฐานมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปรากฏการณ์การล็อกแกนหมุน (gimbal lock ) ซึ่งมีสาเหตุหลักคล้ายกันคือแกนหมุนเรียงตัวกัน
โครงสร้างตลาด
จาก การศึกษา World Robotics 2025 ของ สหพันธ์หุ่นยนต์นานาชาติ (IFR) พบว่ามีหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใช้งานได้ประมาณ 4,663,698 ตัว ณ สิ้นปี 2024 [ 3 ] [ 4 ]สำหรับปี 2018 IFR ประมาณการยอดขายหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั่วโลกไว้ที่ 16.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เมื่อรวมต้นทุนของซอฟต์แวร์ อุปกรณ์ต่อพ่วง และวิศวกรรมระบบแล้ว คาดว่ายอดขายระบบหุ่นยนต์ต่อปีจะอยู่ที่ 48.0 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2018 [ 21 ]
จีนเป็นตลาดหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุด[ 22 ] : 256โดยมียอดขาย 154,032 เครื่องในปี 2018 [ 21 ]จีนมีสต็อกหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใช้งานอยู่มากที่สุด โดยมีจำนวน 649,447 เครื่อง ณ สิ้นปี 2018 [ 23 ]ณ ปี 2024 จีนคิดเป็น 43% ของการผลิตหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั่วโลก[ 24 ]
ลูกค้ารายใหญ่ที่สุดของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมคืออุตสาหกรรมยานยนต์ โดยมีส่วนแบ่งการตลาด 30% รองลงมาคืออุตสาหกรรมไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ 25% อุตสาหกรรมโลหะและเครื่องจักร 10% อุตสาหกรรมยางและพลาสติก 5% และอุตสาหกรรมอาหาร 5% [ 21 ]ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ เครื่องแต่งกาย และเครื่องหนัง มีหุ่นยนต์ใช้งานอยู่ 1,580 เครื่อง[ 25 ]
ปริมาณหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่คาดการณ์ไว้ทั่วโลกต่อปี (หน่วย): [ 3 ] [ 4 ] [ 26 ]
| ปี | จัดหา |
|---|---|
| 1998 | 69,000 |
| 1999 | 79,000 |
| 2000 | 99,000 |
| 2001 | 78,000 |
| 2002 | 69,000 |
| 2003 | 81,000 |
| 2004 | 97,000 |
| 2548 | 120,000 |
| 2006 | 112,000 |
| 2007 | 114,000 |
| 2008 | 113,000 |
| 2009 | 60,000 |
| 2010 | 118,000 |
| 2012 | 159,346 |
| 2013 | 178,132 |
| 2014 | 229,261 |
| 2015 | 253,748 |
| 2016 | 294,312 |
| 2017 | 381,335 |
| 2018 | 422,271 |
| 2019 | 373,240 |
| 2020 | 383,545 |
| 2021 | 517,385 |
| 2022 | 552,946 |
| 2023 | 541,302 |
| 2024 | 542,076 |
สุขภาพและความปลอดภัย
IFR ได้คาดการณ์ว่าการนำหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมาใช้จะเพิ่มขึ้นทั่วโลก และประเมินว่าจะมีหุ่นยนต์ติดตั้งใหม่ในโรงงานทั่วโลก 1.7 ล้านเครื่องภายในปี 2020 [ IFR 2017 ]ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติ (เช่น หุ่นยนต์แบบติดตั้งอยู่กับที่ หุ่นยนต์ร่วมมือและหุ่นยนต์เคลื่อนที่ และโครงกระดูกภายนอก) มีศักยภาพที่จะปรับปรุงสภาพการทำงาน แต่ก็อาจก่อให้เกิดอันตรายในสถานที่ทำงานด้านการผลิตได้ เช่นกัน [ 27 ] [ 28 ]แม้จะขาดข้อมูลการเฝ้าระวังอาชีวอนามัยเกี่ยวกับการบาดเจ็บที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์โดยเฉพาะ นักวิจัยจากสถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน ของสหรัฐอเมริกา (NIOSH) ได้ระบุการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์ 61 รายระหว่างปี 1992 ถึง 2015 โดยใช้การค้นหาคำหลักในฐานข้อมูลการวิจัยสำมะโนการบาดเจ็บจากการทำงานที่ร้ายแรงของสำนักงานสถิติแรงงาน (BLS) (ดูข้อมูลจาก ศูนย์วิจัยหุ่นยนต์อาชีวอนามัย ) NIOSH และพันธมิตรของรัฐได้ตรวจสอบการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์ 4 รายภายใต้โครงการประเมินและควบคุมการ เสียชีวิต โดย ใช้ข้อมูลจากสำนักงานสถิติแรงงาน นอกจากนี้สำนักงานความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (OSHA) ยังได้ตรวจสอบกรณีการเสียชีวิตและการบาดเจ็บที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์หลายสิบกรณี ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ที่หน้าค้นหาอุบัติเหตุของ OSHAการบาดเจ็บและการเสียชีวิตอาจเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากจำนวนหุ่นยนต์ที่ทำงานร่วมกันและอยู่ร่วมกันในสภาพแวดล้อมการทำงาน โครงกระดูกภายนอกที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงาน และยานพาหนะอัตโนมัติเพิ่มมากขึ้น
มาตรฐานความปลอดภัยกำลังได้รับการพัฒนาโดยสมาคมอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ (RIA) ร่วมกับสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) [ 29 ]เมื่อวันที่ 5 ตุลาคม 2560 OSHA, NIOSH และ RIA ได้ลงนามในข้อตกลงความร่วมมือเพื่อทำงานร่วมกันเพื่อเพิ่มพูนความเชี่ยวชาญทางเทคนิค ระบุและช่วยแก้ไขอันตรายที่อาจเกิดขึ้นในสถานที่ทำงานที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมและเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ของการติดตั้งและระบบการทำงานร่วมกันระหว่างมนุษย์และหุ่นยนต์ และช่วยระบุงานวิจัยที่จำเป็นเพื่อลดอันตรายในสถานที่ทำงาน เมื่อวันที่ 16 ตุลาคม NIOSH ได้เปิดตัวศูนย์วิจัยหุ่นยนต์อาชีพเพื่อ "ให้ความเป็นผู้นำทางวิทยาศาสตร์เพื่อชี้นำการพัฒนาและการใช้หุ่นยนต์อาชีพที่ช่วยเพิ่มความปลอดภัย สุขภาพ และความเป็นอยู่ที่ดีของคนงาน" จนถึงขณะนี้ ความต้องการด้านการวิจัยที่ระบุโดย NIOSH และพันธมิตร ได้แก่ การติดตามและป้องกันการบาดเจ็บและการเสียชีวิต กลยุทธ์การแทรกแซงและการเผยแพร่เพื่อส่งเสริมการควบคุมเครื่องจักรและขั้นตอนการบำรุงรักษาที่ปลอดภัย และการแปลการแทรกแซงที่มีประสิทธิภาพตามหลักฐานเชิงประจักษ์ไปสู่การปฏิบัติในสถานที่ทำงาน
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- เอลซ์เวย์, เซเลม (ผู้เขียน) (2023). "อาวุธของรัฐ: ประวัติศาสตร์ของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในอเมริกาหลังสงคราม" วิทยานิพนธ์ปริญญาเอก มหาวิทยาลัยมิชิแกน 533 หน้าhttps://backend.production.deepblue-documents.lib.umich.edu/server/api/core/bitstreams/827c0a32-476d-4da3-af7a-9ca8e6761f74/content
- Nof, Shimon Y. (บรรณาธิการ) (1999). คู่มือหุ่นยนต์อุตสาหกรรมฉบับที่ 2. John Wiley & Sons. 1378 หน้า. ISBN 0-471-17783-0.
- ลาร์ส เวสเตอร์ลุนด์ (ผู้เขียน) (2000). แขนที่ยื่นออกไปของมนุษย์. ISBN 91-7736-467-8.
- Michal Gurgul (ผู้เขียน) (2018). หุ่นยนต์อุตสาหกรรมและโคบอท: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับเพื่อนร่วมงานในอนาคตของคุณISBN 978-83-952513-0-6.
ลิงก์ภายนอก
- หุ่นยนต์อุตสาหกรรมและความปลอดภัยของระบบหุ่นยนต์ (โดยOSHAดังนั้นจึงเป็นข้อมูลสาธารณะ )
- สหพันธ์หุ่นยนต์นานาชาติ IFR (ทั่วโลก)
- สมาคมอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ RIA (อเมริกาเหนือ)
- BARA, สมาคมระบบอัตโนมัติและหุ่นยนต์แห่งสหราชอาณาจักร (UK)
- ศูนย์วิจัยหุ่นยนต์เพื่อการทำงานโดยNIOSH
- มาตรฐานความปลอดภัยที่ใช้กับหุ่นยนต์
- กลยุทธ์ในการรับมือกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ จาก INRS (เก็บถาวรเมื่อ 21 กุมภาพันธ์ 2018 ที่Wayback Machine)
- การป้องกันเครื่องจักร - เหตุใดจึงเป็นข้อกำหนดทางกฎหมาย(เก็บถาวรเมื่อ 15 เมษายน 2021 ที่Wayback Machine)